揭示淀粉晶型在超声辅助棕榈酸络合中的作用：对理化性质和酶抗性的影响

《Food Research International》：Unveiling the role of starch crystalline type in ultrasonic-assisted complexation with palmitic acid: Implications for physicochemical properties and enzyme resistance

　　淀粉的晶体多形态影响淀粉–脂质复合物的结构与消化功能。A型淀粉具有最佳的热稳定性和酶抗性。B型淀粉实现了最强的V型螺旋分子有序度。C型淀粉在复配后表现出最高的抗性淀粉含量。淀粉是一种由直链淀粉和支链淀粉组成的半结晶生物聚合物，其晶体结构因植物来源而异。A型淀粉（例如玉米、小麦）表现出更高的糊化粘度和糊化焓，而B型淀粉（例如马铃薯）则显示出更宽的糊化温度范围、更低的回生倾向以及更高的凝胶稳定性。B型颗粒还比A型颗粒具有更高的比表面积、更大的介孔体积以及更强的α-淀粉酶结合能力。C型淀粉（例如绿豆）是同一种颗粒中A型和B型多形态的混合物，表现出中间的结构和功能特性。这些不同的晶体架构不仅影响淀粉的消化性和糊化行为，还影响其与其他成分（特别是脂质）的相互作用。鉴于淀粉与脂质相互作用的能力，淀粉-脂肪酸复合物因其降低淀粉消化性和改善热稳定性的能力而受到广泛关注。这些V型包合物通常通过疏水相互作用和氢键，由脂肪酸包埋在直链淀粉螺旋空腔内形成。为了克服传统高温方法的局限性，超声处理作为一种高效的绿色技术应运而生，它通过破坏颗粒和晶体结构并增强分子流动性，在温和条件下（糊化温度以下）促进淀粉-脂肪酸复配。淀粉-脂肪酸复合物的结构多样性受多种因素影响。大量研究集中在脂肪酸的结构属性上。例如，研究发现，与18碳脂肪酸相比，高直链淀粉玉米淀粉与12碳脂肪酸形成的复合物具有更高的抗性淀粉、慢消化淀粉含量以及更大的分子有序度。除脂肪酸结构的影响外，淀粉本身的晶体类型也被认为是另一个重要的结构因素。研究发现，A型淀粉与小麦胚芽油形成的复合物表现出更高的复配效率，并且在冷却过程中显示出独特的双峰糊化曲线，而B型复合物含有更多的慢消化淀粉。对于C型淀粉，研究指出它可以与脂质形成V型包合物，其中CA和CB多形态的相对比例影响复配程度和V型结晶度。A、B、C型淀粉在颗粒表面形态、堆积密度、含水量和直链淀粉分布上存在根本差异，这些结构差异已被证明会影响淀粉的功能性。然而，这些固有的结构差异在超声处理下是否会转化为与脂肪酸的不同复配行为仍然未知。在相同超声条件下系统比较A、B、C型淀粉进行脂肪酸复配的研究尚有限。因此，本研究旨在系统研究淀粉晶体类型在超声辅助棕榈酸复配中的作用。具体而言，使用小麦淀粉（WS，A型）、马铃薯淀粉（PS，B型）和绿豆淀粉（MBS，C型）来考察不同的晶体结构如何影响V型复合物的形成以及由此产生的理化性质和营养性质。为实现这一目标，采用了多尺度表征方法，涵盖分子结构（FTIR和拉曼光谱）、晶体组织（XRD）、颗粒形态（SEM和粒径分析）以及宏观功能特性（热行为、糊化、膨胀力、溶解性和体外消化率）。研究结果预计将为选择具有特定晶体结构的淀粉来源以定制功能应用提供机制基础。材料小麦淀粉（淀粉含量：98.65%，蛋白质含量：0.47%，干基）购自德国Sigma-Aldrich Co., Ltd.公司。马铃薯淀粉（淀粉含量：97.67%，蛋白质含量：0.70%，干基）和绿豆淀粉（淀粉含量：98.27%，蛋白质含量：0.78%，干基），均为食品级，购自北京金禾绿源商贸有限公司。胃蛋白酶、猪胰α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶（分析级）购自Sigma-Aldrich Co., Ltd.公司。复配指数分析复配指数（CI）值的变化可用于评估淀粉样品与脂肪酸等小分子脂质的复配性能。研究表明，脂肪酸可以通过疏水相互作用进入淀粉颗粒的螺旋空腔，从而形成V型结晶淀粉-FA复合物，这降低了淀粉-碘相互作用程度，导致吸光度下降。因此，较高的CI值表明更好的复配效果。结论本研究证明，淀粉的晶体类型影响超声辅助棕榈酸复配的效率以及由此产生的结构和消化特性。A型小麦淀粉具有天然孔道，有助于超声下的直链淀粉析出，实现了抗性淀粉含量的最高增加（从4.41%增至16.22%，500 W）。B型马铃薯淀粉尽管复配效率较低，但表现出最高的短程分子有序度。作者贡献声明孙格格：撰写——初稿、可视化、验证、方法学、调查、正式分析。陈天天：方法学、调查、正式分析。张宇松：方法学、调查、正式分析。张盈盈：监督、方法学、概念化。田金虎：撰写——审阅与编辑。刘星利：撰写——审阅与编辑。沈慧姗：撰写——审阅与编辑。宋梦坤：撰写——审阅与编辑。王宏伟：撰写——审阅与编辑。资助本研究得到国家自然科学基金（32502205；32572628；32101976）、中原青年科技创新人才计划（2025）、河南省高校科技创新计划（25HASTIT040）、河南省高校青年骨干教师培养计划（2024GGJS078）、河南省优秀海外学者研究资助计划（HNLX202601）的资助。利益冲突声明作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文报告的工作。孙格格 | 陈天天 | 张宇松 | 张盈盈 | 田金虎 | 刘星利 | 沈慧姗 | 宋梦坤 | 王宏伟 | 张华