绿色香蕉粉的动态体外胃肠道消化过程：抗性淀粉的行为变化、结构转化及其生物活性物质的释放动力学

《Food Bioscience》：Dynamic in vitro gastrointestinal digestion of green banana flour: Resistant starch behavior, structural transformation, and bioactive accessibility

　　

摘要

在这项研究中，使用第四代动态人胃-肠（DHSI-IV）系统在模拟的胃肠道条件下，对不同加工方式的青香蕉粉（GBF）的消化行为进行了表征。结果表明，与黄香蕉（YB）粉相比，加工后的GBF更耐酶消化，具有更高的抗性淀粉（RS）含量和更低的预测血糖指数（pGI）。在所有样本中，冻干处理的GBF（FDT）表现出最强的消化抵抗力，在I120时仍保留了53.40%的RS，并显示出最低的pGI值（46.80%）。在动态消化过程中，与基质相关的生物活性化合物的释放得到了增强，FDT在I30时的总酚含量和总黄酮含量分别达到了97.66 mg GAE/100 g和67.90 mg QE/100 g。同样，FDT也表现出最强的抗氧化活性，DPPH清除活性为95.90%，ABTS值为531.02 mg TE/100 g，FRAP值为511.38 mg TE/100 g。FDT的消化物还对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶表现出最显著的抑制作用，分别达到了67.83%、68.07%和54.83%。结构分析显示，消化过程破坏了GBF的基质，同时促进了氢键的重排、短程分子有序排列以及B型结晶区域的部分保留。分子对接进一步表明，来自淀粉的葡聚糖片段通过与消化酶（特别是α-葡萄糖苷酶）形成氢键和参与疏水相互作用来发挥作用。这些发现为了解GBF在胃肠道消化过程中的行为提供了见解，强调了其作为低血糖指数食品中具有抗氧化和调节消化酶特性的生物活性成分的潜力。

引言

青香蕉粉（GBF）因其富含抗性淀粉（RS）、生物活性化合物和膳食纤维而受到广泛关注，这些成分具有潜在的健康促进作用（Das等，2022年）。与熟香蕉粉不同，GBF通常保留了更密集的淀粉基质和更高比例的耐消化碳水化合物，使其适合用于低血糖指数（GI）和营养价值提高的食品。此外，酚类和黄酮类化合物的存在增加了其抗氧化潜力，进一步提升了其在食品应用中的价值（Espinoza-Espinoza等，2023年）。然而，仅靠组成无法估计GBF的营养价值。食品基质的生理意义不仅取决于其最初含有的化合物，还取决于这些化合物在胃肠道消化过程中是如何释放、转化、保留或变得可利用的（Lopez-Rodulfo等，2025年）。在富含淀粉的植物基质中，RS、膳食纤维和酚类之间的相互作用可能在调节消化行为、预测的血糖反应、酚类释放以及整个消化过程中的生物活性可利用性方面起着关键作用（Qin等，2025年）。此外，RS的持久性与基质结构和酶的可利用性密切相关（Bashmil等，2024年）。因此，需要通过消化-focused的评估来确定GBF在生理相关条件下的真实功能意义。

以往关于GBF的大多数研究主要集中在加工特性上，包括干燥、结构特性、物理化学行为、抗氧化活性和淀粉消化率（Espinoza-Espinoza等，2023年；Hu等，2025年）。尽管这些研究大大提高了对GBF质量和技术性能的理解，但它们主要关注的是消化前特性或简化的消化率终点（Padhi & Dwivedi，2022年）。因此，它们对GBF在整个胃肠道传输过程中的行为及其消化过程中功能特性的变化提供了有限的见解。

尽管体内消化研究仍然是评估生理相关性的参考方法，但其使用往往受到伦理考虑、技术要求、成本、研究时间延长以及个体间显著差异的限制（Guo等，2025年）。因此，体外消化模型已成为在受控条件下研究胃肠道过程的实际且可重复的方法（Lopez-Rodulfo等，2025年）。静态消化系统因其操作简单、可重复性和标准化的实验格式而被广泛采用；然而，它们无法充分再现逐渐酸化、分泌动力学、蠕动混合、流体运动和胃排空过程（Guo等，2025年；Lopez-Rodulfo等，2025年）。相比之下，动态体外消化系统（如动态人胃肠系统IV（DHSI-IV）通过紧密模仿胃肠道的形态、运动性、分泌模式和生化条件，提供了一个更为生理相关的平台，从而实现了近乎真实的消化模拟（Lopez-Rodulfo等，2025年）。这对于富含淀粉的食品尤为重要，因为结构分解、胃排空和酶的逐步接触会影响淀粉的转化、葡萄糖的释放以及与基质相关的酚类的释放（Ye等，2025年）。一致地，关于谷物和米基基质的研究表明，DHSI-IV系统可以揭示静态终点方法无法完全反映的消化依赖性变化（Jiménez-Pulido等，2024年；Ye等，2025年）。

尽管人们对基于香蕉的食品系统越来越感兴趣，但GBF的动态胃肠道行为仍不够明确。现有的关于青香蕉的研究主要使用静态消化或发酵模型来研究酚类的生物可利用性、RS和膳食纤维（Bashmil等，2024年），而其他研究表明淀粉-多酚相互作用可以改变消化过程中的酚类释放和抗氧化反应（Qin等，2025年）。然而，对于不同加工方式下的GBF样本在动态胃肠道条件下的行为的时间分辨率理解仍然不足。特别是，关于RS、预测的GI（pGI）、结构变化、酚类和黄酮类的生物可利用性、抗氧化能力和消化后酶抑制潜力的同时演变的信息有限。这一空白很重要，因为消化不仅会影响生物活性化合物的释放，还会影响它们抑制碳水化合物和脂质水解酶的能力，从而影响消化后基质的整体功能意义（Liu等，2025年）。

因此，本研究超越了传统的加工特性表征，将胃肠道消化置于科学研究的中心。其新颖之处在于提供了GBF在DHSI-IV消化过程中RS转化、生物活性释放、抗氧化演变和消化酶抑制的时间分辨评估。研究假设来自不同加工背景的样本对动态消化的响应会有所不同，从而在RS行为、酚类和黄酮类的生物可利用性、抗氧化潜力和对关键消化酶的抑制活性方面产生可测量的差异。因此，本研究重点评估了在不同加工方式下的GBF样本在模拟人体消化条件下的动态胃肠道消化行为。具体来说，该研究监测了胃和肠道阶段RS和pGI的时间依赖性变化，使用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）检查了消化引起的结构变化，评估了酚类和黄酮类的生物可利用性及其相关的抗氧化能力，并确定了消化物对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的酶调节潜力。此外，还整合了分子对接技术来支持所提出的酶抑制机制，并补充实验发现。

部分摘要

材料

新鲜的青香蕉（Musa acuminata）样本采自中国江苏省无锡市的当地市场，并在室温下送达实验室。3,5-二硝基水杨酸（DNS）从天津天利化学试剂有限公司购买。胰酶提取物来自猪胰腺（P7545，EC编号232–468-9，符合8倍USP规格），α-淀粉酶（40 U/mg），ABTS [2,2′-偶氮双(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid]，过硫酸钾，冰醋酸，醋酸钠，Trolox，DPPH

动态消化过程中GBF的抗性淀粉（RS）含量和预测血糖指数（pGI）的变化

胃和肠道GBF消化物中的RS含量以及I120时的pGI分别在图2A和图2B中展示。青香蕉材料被认为是天然RS的丰富来源，这一特性在很大程度上解释了其与熟香蕉基质相比较低的淀粉消化率（Bashmil等，2024年）。因此，在整个消化过程中，所有加工后的GBF消化物都保持了明显更高的RS含量

结论

本研究利用DHSI-IV动态体外消化系统发现，GBF在模拟的胃肠道条件下表现出很强的消化抵抗力和功能性潜力。与YB相比，加工后的GBF样本保持了显著更高的RS含量，并显示出更低的pGI值，其中FDT在最后的肠道阶段保留了53.40%的RS，并且pGI值为46.80%。动态消化还提高了酚类和黄酮类化合物的生物可利用性，从而增强了

资助

江苏省江南大学食品安全与质量控制协同创新中心（2022-3-2）。

数据获取

作者声明支持本研究发现的数据可在文章中找到。支持本研究发现的原始/衍生数据可在合理请求下从相应作者处获得。

声明

所有作者均已同意发表。

作者声明没有已知的竞争利益。

Wei Zhao:撰写、审稿与编辑、监督、软件开发、项目管理、研究设计、资金获取、概念化。Mukesh:撰写、审稿与编辑、可视化、验证、研究、数据分析、数据管理。Li Li:资源管理、项目管理、资金获取、概念化。Sehar Anwar:撰写、审稿与编辑、软件开发、研究、数据分析。Amna Gulshan:可视化、验证、软件开发、方法学、数据分析

Khoza等，2025年；Wang等，2025年；Zhang等，2023年。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢江南大学食品科学学院为这项研究工作提供的资源和支持。作者还感谢OpenAI在稿件准备过程中对学术写作和语言润色的帮助。

安纳姆·穆什塔克|塞哈尔·安瓦尔|阿姆娜·古尔尚|穆克什|李莉|赵伟

江南大学食品科学与技术学院国家重点实验室，中国江苏省无锡市梨胡大道1800号，214122