不同产地白芷淀粉的多尺度结构特征及功能性质

《Food Hydrocolloids》：Multiscale structural characteristics and functional properties of Angelica dahurica starches from different origins

　　

摘要

尽管对新型淀粉资源的需求持续增长，但来源于Angelica dahurica（白芷）的淀粉在很大程度上仍未得到充分探索，尤其是在结构变异如何转化为功能性能差异方面。本研究系统考察了来自四个不同产地的A. dahurica淀粉的多尺度结构和理化性质，包括分子结构、短程有序结构和晶体有序结构、颗粒形态以及功能性质（热行为、糊化性质、消化特性、溶解度和膨胀力）。不同产地淀粉之间存在显著的结构差异。HS和CS表现出更高的结晶度（分别为32.88%和24.14%），而BS结晶度最低，且结晶度与B2链呈正相关，与A链呈负相关。HS还含有更高比例的簇间连接链（特别是B3），这有助于提高糊化焓和糊粘度。此外，HS和CS中较低的直链淀粉含量与较高的晶体有序结构的组合，与相对稳定的糊化行为以及更大的膨胀力和溶解度相关。相比之下，YS表现出异常高的糊化温度、受限的膨胀以及非典型的RVA粘度曲线，反映了A. dahurica淀粉组成和结构特征的综合效应。此外，HS和CS表现出更高的抗性淀粉（RS）、更低的快速消化淀粉（RDS）和较低的C_∞，这与更大的支链淀粉分子尺寸、更低的直链淀粉分子量和增多的长链含量（B3）有关，这些因素共同限制了酶的可及性。总之，本研究通过建立分子架构和有序结构差异与加工及消化功能之间的联系，为A. dahurica淀粉建立了跨尺度结构-功能框架。这些发现为区分不同产地淀粉的功能适用性提供了理论依据，并支持A. dahurica原料在食品和功能性应用中的定向选择与利用。

引言

淀粉是一种由D-吡喃葡萄糖单元组成的天然丰富且可再生的生物聚合物，是自然界中应用最广泛的碳水化合物之一。由于其优异的生物降解性、生物相容性和可加工性，淀粉长期以来一直作为食品、医药和生物材料工业中的增稠剂、胶凝剂和稳定剂（Obadi等，2023）。其理化行为，如糊化、回生和粘度，在很大程度上决定了其加工特性和终端使用性能（Liu等，2020；Liu等，2019；Wang等，2017）。然而，玉米、马铃薯、木薯和小麦等传统淀粉在结构和功能多样性方面相对有限，这限制了其在需要特定流变学或功能特性的新兴应用中的适用性（Rashwan等，2024）。因此，探索具有独特分子和功能特征的新型淀粉来源已成为提高淀粉高值化利用的重要策略。

Angelica dahurica（白芷）是伞形科的多年生药用植物，主要分布在中国河南、安徽、四川、浙江等多个省份。其根茎含有丰富的生物活性成分，包括香豆素类、黄酮类和多糖，赋予其抗炎（Zou等，2022）、抗氧化（Chun等，2008）和抗肿瘤活性（Dong等，2021）。在这些药理成分提取加工过程中，会产生大量含有丰富淀粉的根茎残渣，但尚未得到充分开发利用。有趣的是，据报道不同地区栽培的A. dahurica在化学成分和药理功效上存在显著差异，这可能是由于长期栽培过程中积累的遗传分化和生态适应所致（Chun等，2008）。这些产地相关差异

可能与淀粉的精细结构、颗粒形态和功能性质的变异有关，从而影响其加工和功能行为（He等，2026；Yan等，2025）。然而，关于不同产地A. dahurica淀粉在结构层面的差异如何转化为加工和功能性质变异的研究仍缺乏系统性，这限制了A. dahurica原料在需要特定淀粉功能的应用中的合理选择。

为弥补这一知识空白，本研究对中国四大主产区（亳州、四川遂宁、杭州和禹州）A. dahurica淀粉的多尺度结构特征和理化性质进行了全面比较分析。本研究整合了分子、短程和长程有序结构以及颗粒尺度的结构信息，以阐明其与淀粉功能性的关系。研究重点关注不同产地淀粉之间在糊化行为、热稳定性、膨胀能力和酶解消化性方面差异所关联的结构特征。通过这一跨尺度结构-功能分析，本研究旨在为区分不同产地A. dahurica淀粉的功能适用性提供理论依据，并支持根据特定加工和功能需求进行原料的定向选择。

章节摘要

材料与植物来源

安徽亳州和河南禹州产地的Angelica dahurica（商品名：白芷）干根采集自中国安徽和河南的农场，杭州和四川产地的则从当地市场获得。每个地理产地均采集了至少三个独立批次的A. dahurica根，分别进行淀粉提取和后续分析，以提供生物学重复。分析级氢氧化钠、盐酸、钠

化学特征分析

如表1所示，四个淀粉样品之间存在组成差异。水分含量在6.21%至10.83%之间，而灰分、残留蛋白和脂肪含量变化范围相对较窄，分别为0.48-0.62%、0.04-0.14%和0.17-0.23%，表明所提取淀粉纯度较高。总淀粉含量从YS的96.33%到BS的98.29%，其纯度符合国家标准（Association of Official Analytical Chemists，2005）。

结论

本研究系统阐明了四个不同产地A. dahurica淀粉的多尺度结构特征和功能性能，将分子架构、短程和晶体有序结构以及颗粒特征与热性质、糊化性质、膨胀和消化性质相结合。HS和CS表现出更为发达的支链淀粉结构，以增强的分子连接性和有序性为特征，这些结构特征转化为更高的结晶度

CRediT作者贡献声明

Yi-Kun Shi：软件、调查、数据整理。Qi-Ge Liu：软件、方法论、数据整理。Lin Wang：撰写——初稿、软件、正式分析、数据整理、概念构思。Xue-Xia Liu：撰写——初稿、可视化、方法论、资金获取、正式分析、数据整理、概念构思。Hua Li：可视化、软件、调查、资金获取、数据整理。Ling-Biao Gu：撰写——审阅与编辑、可视化、监督，

未引用参考文献

Deshkar等，2019；Hong等，2021；Kong等，2026；Li等，2025；Liu等，2020；Liu等，2020；Srichuwong等，2012；Zhang等，2023。

利益冲突声明

? 作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者衷心感谢安阳工学院博士后启动基金（BSJ2022008和 BSJ2022009）以及安阳科技研究项目（2025C01NY018）提供的财政支持。

Xue-Xia Liu|Lin Wang|Qi-Ge Liu|Yi-Kun Shi|Yuanyuan Yan|Qiao-Ying Song|Ling-Biao Gu|Hua Li|Hua-Min Liu

安阳工学院生物与食品工程学院，河南亚临界高效提取重点实验室，455000