不饱和脂肪酸的结构决定了淀粉-脂质复合物的层次化组装及其消化特性

《Food Chemistry》：Unsaturated fatty acid structure governs hierarchical assembly and digestive properties of starch–lipid complexes

　　

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  不饱和脂肪酸的分子几何结构决定了淀粉-脂质系统的层级组装方式。
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  US-DHPM技术可促使以不饱和脂肪酸为模板，使淀粉从螺旋结构重新组装为聚集体。
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  C18类不饱和脂肪酸能形成有序的层状结构，提升食物的抗消化性。
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  长链多不饱和脂肪酸会导致结构异质性，进而加快消化速度。
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  食物的抗消化性主要由结构屏障的连续性决定，而非仅与分子大小有关。

引言

淀粉-脂质复合物作为一种多功能食品成分，越来越受到关注，它能够改变淀粉的消化率（B. Zheng, Wen, Zhong等，2026），稳定生物活性脂质（Feng等，2024），并在食品基质中发挥营养功能（X. Chen等，2025）。直链淀粉链重新排列为单螺旋包埋复合物和层状结构后，其酶解敏感性降低，从而减少餐后血糖上升幅度，这类结构在体内还具有潜在的代谢益处（Lal等，2021）。同时，这类复合物还能提升敏感脂肪酸的氧化稳定性及在胃肠道中的滞留时间，因此淀粉-脂质系统有望成为功能性食品中脂质的理想载体（B. Zheng, Wen, Xiang & Zheng，2026）。尽管V型结晶结构和层级层状结构被认为是提升食物抗消化性的重要因素，但决定结构形成与营养功效的分子机制仍不完全清楚。

有研究表明，不饱和脂肪酸在调节炎症、脂质代谢以及预防慢性疾病方面发挥着作用（Coniglio等，2023）。与饱和脂肪酸相比，不饱和脂肪酸在链长、饱和度以及几何构型上存在极大差异，这使得它们在与淀粉结合时，在分子灵活性、空间限制以及疏水相互作用方面表现出明显区别（Sun等，2025）。值得注意的是，多不饱和脂肪酸如亚油酸中的顺式双键会使其呈现弯曲结构，从而产生空间阻碍，使得它们比直链饱和脂肪酸或反式脂肪酸更难进入直链淀粉的螺旋结构。先前的研究已经表明，脂肪酸链结构会影响直链淀粉螺旋结构的形成以及晶粒的生成，不过大多数研究都仅局限于单一模型脂质或传统的热凝胶化体系（Y. Wang等，2025）。因此，目前还缺乏在统一淀粉基质中，对结构各异的不饱和脂肪酸，包括单不饱和脂肪酸、反式脂肪酸以及多不饱和脂肪酸进行系统性机制比较的研究。此外，脂肪酸的几何结构对更高阶的聚集行为、层状结构以及后续消化过程的影响也尚未得到全面阐明。

虽然人们越来越认识到淀粉-脂质复合物形成的结构基础，但特定结构特征与营养功能之间的关联仍在不断研究中。有研究指出，V型结晶结构和单螺旋复合物会降低淀粉的消化率（Qiu等，2025），而短程分子有序性和层状堆积结构则与胆汁酸结合以及脂质吸收延迟有关（J. B. Xu等，2019）。还有研究认为，纳米级聚集体的紧密程度可能会影响α-淀粉酶的接触能力，以及物质的抗氧化或抗糖基化能力，这进一步凸显了多层次结构在代谢调控中的核心作用。尽管取得了这些进展，但在脂质分子几何结构差异较大的体系中，导致不同营养效应的具体结构决定因素仍然不够明确。尤其是，不同饱和度及立体化学构型的脂肪酸是如何调控螺旋结构重构、层状结构形成，以及由此产生的消化和代谢反应的，目前尚未有系统性的研究说明。因此，明确不同不饱和脂肪酸中决定其功能表现的关键结构特征，对于推动基于结构设计的淀粉基脂质递送系统的发展至关重要。

本研究选择小麦淀粉作为模型体系，因为它是一种常见的谷物淀粉，直链淀粉含量适中，便于为典型食品基质中的淀粉-脂质复合物形成机制提供普遍适用的见解。虽然高直链淀粉含量的淀粉能够形成更稳定的复合物以及更高水平的抗性淀粉，但其直链淀粉含量并不太能代表普通含淀粉食品的特点。因此，使用小麦淀粉作为研究材料，能够在更贴近实际食品条件的情况下，评估不饱和脂肪酸几何结构对复合物形成及消化率的影响。需要强调的是，本研究仅聚焦于体外淀粉消化率以及脂肪酸释放性能的检测，并未直接研究血糖调节、抗炎作用或代谢调控等生理益处。在本研究中，研究人员选取了具有不同分子特性的多种不饱和脂肪酸，包括油酸、反式油酸、亚油酸、二十二碳六烯酸和二十碳五烯酸，将其加入凝胶化的淀粉中，再通过超声辅助动态高压微流化技术进行处理，从而构建出结构可调控的淀粉-脂质递送系统。研究人员运用多种多尺度结构分析技术，包括核磁共振、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、差示扫描量热法、小角X射线散射、原子力显微镜和扫描激光共聚焦显微镜，来分析分子的螺旋结构、短程和长程有序性、层状结构以及聚集体形态。同时，通过体外淀粉消化率测定和脂肪酸释放实验来评估物质的消化行为和脂肪酸释放情况。此外，研究人员还通过分子动力学模拟，从分子层面揭示直链淀粉与不饱和脂肪酸之间的结合方式及相互作用机制。通过结合实验数据与模拟分析结果，本研究旨在阐明不饱和脂肪酸的分子几何结构是如何调控淀粉基脂质递送系统中的层级结构形成及消化行为的，从而为功能性淀粉-脂质基质的合理设计提供理论依据。

章节要点

材料

本研究使用的小麦淀粉来自中国海宁丰源食品有限公司，其中含有0.45%的脂质、0.86%的蛋白质、0.34%的灰分，以及22.13%的直链淀粉（干基含量）。所使用的酶类包括猪胰α-淀粉酶（美国Sigma-Aldrich公司，产品编号P7545，活性为8 U/mg）和淀粉葡萄糖苷酶（同上，产品编号A3306，活性为318 U/mL），均为市售产品。葡萄糖氧化酶-过氧化物酶检测试剂盒来自爱尔兰的Megazyme公司。分析级油酸、反式油酸、亚油酸、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸则购自Aladdin试剂公司。

体外消化率

体外消化率实验结果如图1B所示。与未经过US-DHPM处理的小麦淀粉相比，添加不饱和脂肪酸后，可还原糖的比例显著下降，而SDS和抗性淀粉的含量则有所上升。这一变化表明US-DHPM确实促进了淀粉-脂质复合物的形成，进而降低了酶的水解作用，这一结论与近期的一些研究结果一致（H. Chen等，2025）。此外，不饱和脂肪酸的特定结构特征也会影响淀粉的消化率，那些具有特定结构的复合物...

结论

综上所述，本研究表明，不饱和脂肪酸的分子几何结构在调控通过US-DHPM处理后的淀粉-脂质复合物的层级组装及其消化行为方面起着关键作用。通过结合多尺度结构分析技术与分子动力学模拟，我们发现淀粉的消化率取决于由不饱和脂肪酸的几何结构所决定的层级结构屏障的连续性与完整性。这些研究结果为理解结构与功能之间的关系提供了机制层面的解释。

作者贡献说明

郑波：论文撰写——审阅与编辑、研究指导、资源提供、项目管理、资金申请。 文辉：论文撰写——初稿撰写、软件使用、定量分析、数据整理、概念构思。 向兴伟：项目管理、方法设计、实验开展。 郑斌：结果验证、软件使用、资源协调、项目管理。 李天杰：论文撰写——审阅与编辑、软件使用、资源提供、数据整理。

未引用参考文献

Chen等，2025

Chen等，2025

Tan, Flanagan, Halley, Whittaker和Gidley，2007

Vanommeslaeghe和MacKerell Jr.，2012

Vanommeslaeghe, Raman和MacKerell Jr.，2012

利益冲突声明

所有作者均声明，不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了以下机构的财政支持：中国国家自然科学基金（项目编号32472331）、广东省基础与应用基础研究基金（项目编号2025A1515010906）以及浙江省属高校基本科研业务费（项目编号RF-B2025006）。

郑波|文辉|向兴伟|郑斌|李天杰