《International Journal of Biological Macromolecules》：Heat-shock and soaking modulate parboiled rice starch structure and digestibility via in situ amylase hydrolysis
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摘要
本研究探讨了热休克预处理在浸泡过程中对内源性淀粉酶的激活作用及其对煮沸糯稻米淀粉结构和消化率的影响。结果表明，适度热休克处理（80°C处理1-3分钟或100°C处理20-60秒）可使淀粉酶活性增加80%-270%，这种激活与酶蛋白的热诱导释放有关。在浸泡过程中，增强的原
摘要
本研究探讨了热休克预处理在浸泡过程中对内源性淀粉酶的激活作用及其对煮沸糯稻米淀粉结构和消化率的影响。结果表明，适度热休克处理（80°C处理1-3分钟或100°C处理20-60秒）可使淀粉酶活性增加80%-270%，这种激活与酶蛋白的热诱导释放有关。在浸泡过程中，增强的原位酶解作用主要攻击淀粉颗粒的非晶区域，导致初期结晶度降低。然而，随后的煮沸和冷却回变过程显著促进了直链淀粉的重组和有序结构的重建，最终使得最终产品的结晶度比原始大米显著提高。同时，抗性淀粉含量增加到30.06%，估算的血糖生成指数（eGI）从75.66降至64.84-72.06。进一步的结构分析显示，在煮沸过程中，淀粉链间的氢键相互作用减弱，而水分迁移通道扩大，从而协同调节了淀粉的糊化和回变行为，改善了大米的弹性和水合性能。这些由酶解和热处理的协同作用在分子有序性和聚集体水平上引起的结构变化，构成了淀粉消化率降低的关键结构基础。总之，本研究首次证明了通过精确调控内源性淀粉酶活性并结合热处理，可以有针对性地调节大米淀粉的结构和功能。
引言
水稻（Oryza sativa L.）是全球最重要的主粮作物之一，其淀粉含量约占谷粒组成的60-80%，具体取决于品种特性[1]。然而，在传统白米烹饪过程中，水分渗透到淀粉颗粒中会导致颗粒膨胀、淀粉分子渗出以及双螺旋结构的破坏。这些结构变化增加了淀粉分子对消化酶的可及性，从而加速了淀粉水解，并导致餐后血糖迅速升高[2]。因此，降低淀粉消化率和提高大米的营养价值已成为食品科学和营养学领域的重要研究目标。煮沸糯稻米是一种典型的物理改性大米产品，通过依次进行浸泡、蒸煮（热处理）和烘干过程制成[3]。目前，全球约有20%的稻米产量被加工成煮沸糯稻米[4]，这种大米在泰国、西非、其他亚洲地区和加勒比海地区广泛消费[5]。煮沸过程不仅提高了谷粒的完整性和碾磨质量[6]、[7]，还促进了淀粉的糊化、分子重组和晶体结构转变，进而降低了淀粉水解速率并改善了营养价值[8]、[9]。
除了物理加工方法外，酶法改性也被广泛用作调节淀粉消化率和功能特性的有效策略。多种酶，包括α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡聚糖酶、异淀粉酶、葡糖淀粉酶和转葡糖苷酶，已被用于通过选择性水解或糖苷键的重排来改改变淀粉分子结构。例如，通过使用β-淀粉酶和转葡糖苷酶的组合改性，成功制备了具有更强抗酶消化性的高度支化淀粉纳米颗粒[10]。同样，利用蔗糖异构酶也开发出了富含缓消化性淀粉组分的改性淀粉，在食品工业中具有相当大的应用潜力[11]。然而，传统的酶法改性技术仍面临一些挑战，包括复杂的酶提取程序、较长的加工时间、酶制剂相对较短的保质期以及与转基因酶相关的监管限制。因此，直接利用谷物中天然存在的内源性淀粉降解酶是一种有前途的替代策略，在降低成本、环境可持续性和加工效率方面具有优势。
先前的研究表明，适度热休克处理可以显著增强大豆中内源性淀粉降解酶的活性[12]。越来越多的证据表明，内源性酶的热调节在提高谷物加工质量方面起着重要作用。热休克处理有效地激活了内源性蛋白酶并改变了蛋白质的物理化学性质，从而改善了煮沸糯稻米的食用品质[12]。还有研究表明，采后成熟处理调节了大米中内源性淀粉分支酶和去分支酶的活性，重构了淀粉链长度分布和凝胶网络结构，进而提高了糯稻米的粘弹性能和加工质量[13]。
最近在淀粉生物合成遗传调控方面的进展进一步突显了内源性酶系统在淀粉结构修饰中的重要性。Sudip Biswas等人利用多重CRISPR–Cas9基因组编辑技术同时修改了大米中的所有四种淀粉分支酶（SBE）基因，成功培育出抗性淀粉含量显著增加的非转基因大米品系，抗性淀粉含量高达15%。Zhang等人发现，糯稻米面粉中的内源性α-淀粉酶表现出温度依赖性的活性调节，从而影响淀粉的水解行为[14]。Han等人进一步证明，磁场处理（10 mT，60分钟）通过上调内源性α-淀粉酶基因表达使糙米中的淀粉水解活性提高了11.0%[15]。
总体而言，这些研究表明，调节内源性酶活性为原位淀粉修饰提供了有前景的策略。然而，热激活内源性淀粉降解酶如何在大米加工过程中介导淀粉水解以及随后影响煮沸糯稻米的结构特性和消化率，其机制仍不完全清楚。因此，本研究采用热休克处理作为预处理策略，以激活大米颗粒中的内源性淀粉降解酶，在浸泡过程中促进原位淀粉水解，再将处理后的颗粒加工成煮沸糯稻米。系统评估了热诱导的内源性酶调控对淀粉消化率的影响。通过阐明热诱导原位酶修饰的机制及其对低消化率煮沸糯稻米形成的贡献，本研究旨在为优化煮沸糯稻米加工技术和开发具有改善营养价值的大米制品提供理论指导。
章节摘录
实验材料和试剂
本研究使用的水稻品种是黄华占，由广东省农业科学院水稻研究所提供的一批单一批次样品，于2023年秋季收获。这是一种长粒籼稻，蛋白质含量为10.8%，脂肪含量为1.81-1.98%，直链淀粉含量为17.8%。
α-淀粉酶（活性9.4 U/mg固体，CAS编号9000-90-2）购自上海豫源生物科技有限公司（中国上海）。葡糖淀粉酶（酶活性100,000 U/mL）：
热休克对浸泡过程中稻米淀粉酶活性的影响
经过80°C处理1-3分钟的热休克后，大米颗粒中的内源性淀粉酶活性显著增强。在所有处理组中，80°C处理2分钟的组在整个浸泡期间保持了最高的淀粉酶活性，最大活性值为58.83 U/g（图2）。对于经过100°C处理20-60秒的样品，淀粉酶活性在20秒后达到峰值，比对照组（29.48 U/g）增加了112.21%。在浸泡过程中，对照组和热休克处理组
讨论
以往的研究主要将煮沸糯稻米消化率降低归因于淀粉糊化、回变和有序淀粉结构的形成。然而，本研究表明，热休克诱导的内源性酶激活是导致煮沸糯稻米低消化率特性的另一条调控途径。热休克处理激活了大米颗粒中的内源性淀粉酶系统，限制了淀粉的水解
结论
本研究考察了热休克对稻米中内源性淀粉酶激活的影响及其对煮沸糯稻米淀粉结构和消化率的影响。热休克使淀粉酶活性增加了80%-270%，促进了浸泡过程中的原位淀粉水解，导致淀粉颗粒结构破坏和结晶度及双螺旋有序性的降低。煮沸糯稻米的血糖生成指数（eGI）从75.66降至64.84-72.06。酶解作用导致峰值和谷值粘度下降，同时
CRediT作者贡献声明
Feng Yan：撰写–初稿编写、数据可视化、软件应用、数据分析。Shisheng Tong：项目监督、方法设计、资金筹措、概念构思。Song Bai：撰写–审稿与编辑、资源协调、概念构思。Ping Liu：项目监督、资源调配、资金筹措、概念构思。
资金声明
本研究未获得任何公共部门、商业机构或非营利组织的特定资助。
