小麦淀粉-阿拉伯木聚糖-阿魏酸的浓度依赖性三元相互作用：多尺度结构与消化率

《Food Hydrocolloids》：Concentration-dependent ternary interaction of wheat starch-arabinoxylan-ferulic acid: Multi-scale structures and digestibility

　　

摘要

本研究探讨了阿拉伯木聚糖（AX；浓度为2%、4%和8%）与阿魏酸（FA；浓度为1%、2%和4%）在三元复合体系中如何调控小麦淀粉的结构及其消化性。在这种体系中，存在一种协同-竞争型结构重构机制，即根据浓度不同，AX与FA要么协同促进结构有序化及抗消化区域的形成，要么通过分子间竞争限制有序结构的形成。当2%的AX存在时，增加FA的浓度会强化凝胶网络结构，同时提升短程有序性、单螺旋构象、V型结晶度以及热稳定性。因此，含2%AX和4%FA的小麦淀粉具有更强的抗消化性，其中快速消化淀粉含量最低（37.04%），抗性淀粉含量最高（31.25%）。相反，过量的AX（4%和8%）会因分子拥挤以及与FA-淀粉结合的竞争而产生拮抗效应，削弱2%AX所带来的结构优势。相关性分析进一步表明，三元复合体系的抗消化性主要与有序的分子结构及V型结晶结构相关。这些结果为淀粉-多糖-多酚的组装提供了基于浓度差异的协同-竞争模型，有助于设计具有可控消化性的淀粉基食品。

引言

淀粉的消化性是决定餐后血糖反应的关键因素，对其调控已成为食品科学与营养学领域的重点研究方向。五类抗性淀粉因其能够通过与脂肪、蛋白质、非淀粉多糖以及多酚等配体分子形成高度有序的V型复合物而具备抗消化酶作用，因此越来越受到关注（Gutiérrez & Bello-Pérez, 2022; Gutiérrez & Tovar, 2021; Zhou et al., 2025; Zhu, Zhuang, Liu, Chen, & Li, 2025）。

近年来的研究将RS5的构建从二元体系扩展到三元体系，例如淀粉-脂肪-蛋白质组合（Chen et al., 2021; Li et al., 2023）、淀粉-脂肪-多酚组合（Xiao et al., 2026）以及淀粉-非淀粉多糖-多酚组合（Qiu, Chen, Rao, & Zheng, 2023）。多配体共同组装被视为增强RS5性能的有效策略。有趣的是，多种配体可能通过促进淀粉的有序结构而协同降低其消化性（Lv et al., 2026; Qiu et al., 2023; Xiao et al., 2026），而配体间的竞争则可能限制配体与淀粉的结合，进而削弱抗消化结构域的形成（Li et al., 2023; Meng et al., 2025）。在三元体系中，协同作用主要表现为共同促进结构有序化及提升抗消化性，而竞争作用则会削弱配体与淀粉的有序结合，难以形成有效的抗消化结构。不过，目前关于三元体系中协同与竞争作用之间浓度依赖性转变的分子机制，以及这种转变如何影响淀粉结构演变和消化性的研究仍显不足。填补这一知识空白对于构建合理的淀粉基三元功能体系具有重要意义。

在以小麦为基质的体系中，阿拉伯木聚糖和阿魏酸是两种重要的功能性成分，它们可能共同影响小麦淀粉的结构与消化特性。然而，它们在三元RS5体系中的协同或竞争作用尚未明确。先前的研究表明，AX主要通过物理阻碍降低酶的接触能力、提高体系粘度以及争夺水分来抑制淀粉消化（Hong et al., 2026; Zhao, Ying, Zeng, & Huang, 2025；Dong et al., 2026；Kang et al., 2023）。而FA则可以与淀粉结合形成抗消化的非包埋型或V型包埋复合物，同时直接抑制消化酶的活性（Pati?o-Rodríguez & Bello-Pérez, 2024；Qiao et al., 2024）。由于AX是一种高分子量多糖，能够在相对狭窄的浓度范围内调节氢键作用和空间拥挤效应，因此选择其浓度作为主要研究变量，探究协同与竞争作用如何影响三元体系的组装及淀粉消化性。据此推测，在小麦淀粉-阿拉伯木聚糖-阿魏酸三元体系中，FA主要是诱导包埋复合物和V型结晶结构形成的因素，而不同的AX浓度则通过氢键和空间效应调控这些有序结构，从而影响淀粉的消化性。

基于此，本研究系统地改变了AX与FA的比例，并通过体外消化实验、热分析、流变学分析以及多尺度结构分析，建立了WS-AX-FA三元相互作用背后的协同-竞争组装模型。阐明这一动态调控机制不仅有助于深入理解谷物体系中的多组分相互作用，还为设计富含纤维和多酚、具有降糖功效的小麦基食品提供了理论依据。

章节节选

材料

本研究所使用的小麦淀粉购自中国山东省山东新瑞集团有限公司，其基本成分如下（以干重计）：总淀粉含量为95.20% ± 0.82%，直链淀粉含量为37.41% ± 0.19%，粗蛋白含量为0.00% ± 0.00%，粗脂肪含量为0.25% ± 0.05%，粗灰分含量为0.24% ± 0.01%。这些数值是通过标准分析方法测定的：总淀粉含量是用Megazyme总淀粉测定试剂盒（K-TSTA-100A；Megazyme，爱尔兰布雷伊市）检测的；直链淀粉含量则是通过碘显色法估算的

体外淀粉消化性测试

添加AX和FA后，淀粉的消化性有所下降，因为所有二元和三元复合物的水解曲线均低于纯小麦淀粉的曲线（图1A）。纯小麦淀粉中快速消化淀粉占比为55.36%，可溶性淀粉占比为28.80%，抗性淀粉占比为15.84%（图1B）。单独添加AX时，RDS含量呈浓度依赖性下降，范围在47.34%至52.25%之间，而抗性淀粉含量则上升，范围在19.12%至24.60%之间；而添加FA则使RDS含量显著下降，范围在43.30%至48.07%之间，同时抗性淀粉含量上升，范围在24.31%至28.44%之间。在各种二元组合中

讨论

AX和FA对淀粉消化性的调控并非源于简单的配体叠加效应，而是一种取决于二者浓度的协同-竞争型结构重构机制（图7B）。这种从协同作用向竞争作用的浓度依赖性转变，决定了抗消化结构域的不同发展情况。

AX主要通过氢键介导的网络重构来调控淀粉的结构（图7B1

结论

本研究系统研究了小麦淀粉、阿拉伯木聚糖（浓度为2%、4%和8%）以及阿魏酸（浓度为1%、2%和4%）之间的三元相互作用。三元复合物的消化性并非由简单的配体叠加效应决定，而是受配体浓度的影响。2%的适量AX可与FA和小麦淀粉协同作用，促进有序分子结构和螺旋结构的形成，以及热稳定的V型结晶结构、致密的纳米聚集体等的生成

CRediT作者贡献说明

邓娇月：方法学研究、数据整理。 常磊：初稿撰写、可视化分析、方法学研究、实验分析、正式分析、数据整理、概念构建。 宋乔志：验证研究、实验分析。 杨静杰：验证研究、实验分析。 郭博利：论文审阅与编辑、项目监督、项目管理、资金筹集、概念构建。 张英权：验证研究、软件应用。 李明：论文审阅与编辑、可视化分析、项目监督、资源协调

未引用参考文献

Gutiérrez and Bello-pérez, 2022; Van Soest et al., 1995.

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

利益冲突声明

? 作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了河北省“现代农业产业技术体系”中的“旱碱地小麦加工与品牌建设项目”（HBCT 2024030205）、河北省“旱碱地小麦加工技术创新中心项目”（SJ2024032），以及中国农业科学院食品科学研究所“农业科技创新计划”（CAASASTIP-2026-IFST）的支持。

常磊|邓娇月|杨静杰|宋乔志|张英权|郭博利|李明

中国农业农村部粮食油脂加工综合利用实验室，中国农业科学院食品科学研究所，北京，100193，中国