《Food Chemistry: X》：Modulating rice starch physicochemical and
in vitro digestive properties with ball-milled pea protein isolate: Effect of ball-milling time
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专业摘要翻译：强化淀粉-蛋白质分子间相互作用是调控蛋白质对淀粉理化特性的关键。本研究将豌豆蛋白分离物（pea protein isolate, PPI）分别进行不同时长（0、10、20、30、40 min）的球磨预处理，并考察了球磨PPI对大米淀粉（rice
专业摘要翻译：强化淀粉-蛋白质分子间相互作用是调控蛋白质对淀粉理化特性的关键。本研究将豌豆蛋白分离物（pea protein isolate, PPI）分别进行不同时长（0、10、20、30、40 min）的球磨预处理，并考察了球磨PPI对大米淀粉（rice starch, RS）理化特性及体外消化性的影响。与天然PPI相比，球磨处理40 min的PPI使PPI-RS混合物的膨胀势和吸水能力分别降低了5.38%和6.39%，而其溶解度提高了21.25%。此外，球磨处理PPI削弱了淀粉分子的短程有序结构，并降低了PPI-RS复合混合物的糊化焓、峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值、回生值和凝胶硬度。体外消化试验表明，球磨处理40 min的PPI延缓了PPI-RS复合物中淀粉的消化，使抗性淀粉含量增加了23.78%。值得注意的是，当球磨时间超过20 min后，糊化焓、回生值、凝胶硬度及快消化淀粉含量均未检测到显著进一步变化（p > 0.05）。该研究可为开发具有高营养品质和低血糖生成指数的新型淀粉基食品提供有益指导。
论文解读文章
淀粉是众多食品的主要组分，对淀粉基产品的质构和消费者接受度具有重要影响。除作为人体营养的重要能量来源外，淀粉在食品工业中还广泛用作增稠剂、稳定剂、胶凝剂和持水剂。然而，天然淀粉存在溶解度低、剪切和热稳定性差、易回生及消化速率快等固有缺陷，极大限制了其工业应用。将膳食组分引入淀粉基质是同步提升淀粉营养品质和功能性能的可行途径。在多种膳食组分中，植物蛋白因其必需营养价值及植物基蛋白产品日益增长的市场热度而受到更多关注。已有研究表明，蛋白质可黏附于淀粉颗粒表面形成物理屏障，并通过多种分子间作用力与淀粉分子相互作用，从而调控淀粉的理化特性。利用蛋白质调控淀粉理化特性的关键在于如何强化淀粉与蛋白质之间的相互作用。球磨作为一种经济高效、节能的物理改性技术，可破坏蛋白质内部分子相互作用（如二硫键和疏水相互作用），减小粒径、增大表面积并暴露更多功能基团，从而有效改善蛋白质的溶解性、乳化能力和持水性。然而，现有研究多聚焦于蛋白种类或水解蛋白组分对淀粉理化特性的影响，关于球磨改性蛋白调控淀粉理化特性的研究仍十分有限。大米的主要组分为淀粉（约占大米干重的90%），其很大程度上决定了米粉、米糕、米团等米制品的品质。为改善大米淀粉（rice starch, RS）的理化特性，研究人员采用不同时长的球磨预处理豌豆蛋白分离物（pea protein isolate, PPI），并进一步考察球磨PPI对RS糊化、成糊、回生行为及体外消化性的影响。
研究人员首先通过扫描电子显微镜、激光粒度分析仪、zeta电位和表面疏水性测定表征了不同球磨时间（0、10、20、30、40 min）处理PPI的形态、粒径分布、表面电荷及疏水性变化；随后将球磨PPI与RS按10%（w/w，基于干淀粉质量）混合制备PPI-RS复合物，并利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析淀粉短程有序结构，测定复合物的溶解度、膨胀势和吸水能力，采用差示扫描量热仪（DSC）、快速黏度分析仪（RVA）和质构仪（TPA）分别评估热特性、糊化特性和凝胶质构特性，最后通过体外模拟消化测定快消化淀粉（rapidly digestible starch, RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible starch, SDS）和抗性淀粉（resistant starch, RS）含量。PPI（蛋白质含量89.5%，w/w）购自西安俊泰有限公司；RS（淀粉含量95.4%，直链淀粉17.8%）购自大连神华有限公司；猪胰α-淀粉酶（100 U/mg）和淀粉葡萄糖苷酶（70 U/mg）购自Sigma-Aldrich公司。所有实验均重复三次，数据以平均值±标准差表示，采用SPSS 25.0进行单因素方差分析（ANOVA），以p < 0.05（Duncan检验）为显著性标准，并辅以Tukey HSD检验验证成对比较结果的稳健性。
研究结果部分如下。
PPI形态、粒径分布、zeta电位和表面疏水性。扫描电镜观察显示，天然PPI呈完整球形、表面光滑但粒径不均。随着球磨时间增加，PPI粒径显著减小，粉末被破碎为均匀、粗糙的片状碎片；球磨超过30 min后，PPI原始球形结构完全破坏。粒度分布结果表明，球磨使PPI粒径分布从0–500 μm的宽分布逐渐向小粒径方向移动，且分布范围变窄，但当研磨时间超过20 min后粒径减小不再明显。Zeta电位结果显示，球磨时间从0 min增至10和20 min时，zeta电位绝对值从?18.35 mV分别升至?22.78 mV和?22.98 mV，这可能归因于球磨减小粒径并促进分子展开，暴露更多表面极性残基；而当球磨超过20 min后，zeta电位绝对值呈下降趋势，可能是过度球磨暴露蛋白质内部疏水基团、增强疏水相互作用并形成可溶性聚集体所致。表面疏水性测定表明，球磨时间从0增至10和20 min时，PPI表面疏水性显著增加（p < 0.05），这是机械力破坏PPI三级构象和聚集状态、暴露埋藏疏水基团的结果；超过20 min后表面疏水性虽有所下降但仍高于天然PPI，这可能与疏水基团达到最大暴露或疏水基团聚集掩蔽ANS探针结合位点有关。
FTIR光谱分析。FTIR去卷积光谱显示，与纯RS相比，添加天然PPI使RS的995 cm
?1/1022 cm
?1和1047 cm
?1/1022 cm
?1吸光度比值均显著降低（p < 0.05），表明淀粉短程分子有序度下降。与天然PPI-RS混合物相比，球磨PPI（0–10 min）进一步降低了混合物中淀粉的上述比值，说明球磨通过减小PPI粒径、增强淀粉-蛋白相互作用，进一步削弱了淀粉短程有序结构。然而当球磨从20 min延长至30 min时，995 cm
?1/1022 cm
?1比值从0.90升至0.93（虽差异不显著，p > 0.05），这可能与过度机械能输入诱发细颗粒再聚集、削弱结构改性效果有关。总体表明，适度球磨是改善PPI-RS混合物理化特性所必需的。
溶解度、膨胀势和吸水能力。与纯RS相比，PPI的添加显著降低了RS的膨胀势（p < 0.05），这可能是因为蛋白质在食品体系中比淀粉结合更多水分，与淀粉竞争水分并抑制其充分糊化，同时蛋白质可包裹淀粉颗粒表面限制其膨胀。与天然PPI相比，含球磨PPI的PPI-RS混合物表现出更低的膨胀势，因为球磨破坏了PPI的空间结构并暴露大量内部亲水基团，这些基团与淀粉竞争水分。吸水能力的变化趋势与膨胀势一致。与纯RS相比，PPI-RS混合物的溶解度更高；随着球磨时间增加，PPI-RS混合物的溶解度相应增大，因为球磨暴露了更多带电荷氨基酸残基，增加表面电荷并优化了分散行为。
热特性。与纯RS相比，添加天然PPI使RS的糊化温度（T
o、T
p、T
c）显著升高（p < 0.05），而糊化焓（ΔH）显著降低。PPI与淀粉竞争可利用水分、减少加热过程中进入淀粉颗粒的水量，从而降低糊化程度并提高糊化温度。ΔH降低可归因于稀释效应、水分竞争削弱淀粉-水相互作用以及淀粉短程有序度降低。与PPI0-RS相比，PPI10-RS和PPI20-RS组ΔH值更低；但当球磨时间超过20 min后，ΔH变化不再显著（p > 0.05），这可能是因为20 min后PPI粒径不再明显减小。
糊化特性。与纯RS相比，添加天然PPI显著降低了淀粉的峰值黏度（PV）、谷值黏度（TV）、最终黏度（FV）、崩解值（BD）和回生值（SB）（p < 0.05）；用球磨PPI替代天然PPI后，这些参数进一步降低。PV降低归因于PPI与淀粉之间的稀释效应和水分竞争，限制了淀粉颗粒膨胀和直链淀粉溶出；BD降低表明淀粉颗粒结构稳定性增强，PPI包裹在淀粉颗粒表面起到保护作用；SB降低说明蛋白质抑制了淀粉回生，直链淀粉与PPI之间的氢键、疏水相互作用和静电相互作用破坏了直链淀粉-直链淀粉间的缔合，阻碍直链淀粉重排和回生。球磨处理PPI进一步降低了SB值，因为球磨改善了PPI空间结构、减小粒径，增强了PPI-RS相互作用。
凝胶质构特性。在所有凝胶样品中，纯RS凝胶硬度最高，PPI的添加显著降低了凝胶硬度（p < 0.05）。添加PPI降低了凝胶体系中相对直链淀粉含量，且PPI通过氢键与RS结合，抑制RS分子重排和回生，从而降低复合凝胶硬度。与天然PPI相比，球磨PPI使复合凝胶硬度更显著降低（p < 0.05），因为球磨减小粒径增强其与淀粉颗粒的结合能力，阻碍淀粉分子聚集和重排。凝胶弹性和内聚性未受显著影响（p > 0.05），结果与已有研究一致。
体外淀粉消化。纯RS中RDS含量为69.51%，SDS为16.32%，抗性淀粉为14.17%。添加天然PPI后，RDS降至66.22%，SDS和抗性淀粉分别增至17.73%和16.04%。PPI降低RS消化性主要通过三种机制：蛋白质通过非共价键结合淀粉形成物理屏障，阻碍淀粉与消化酶接触；PPI抑制淀粉在湿热处理中的膨胀和糊化，形成更致密的物理屏障；PPI以非催化方式结合淀粉酶，竞争性抑制酶活性。与天然PPI-RS组相比，球磨10和20 min进一步降低了RDS含量，同时增加了SDS和抗性淀粉含量；但球磨超过20 min后，RDS和SDS含量仅产生轻微非显著变化（p > 0.05）。这是因为在球磨前20 min内，PPI粒径显著减小、比表面积增大，蛋白质能与更多淀粉颗粒结合，同时内部疏水基团的暴露强化了蛋白-淀粉相互作用，进一步阻碍淀粉酶对淀粉的可及性；超过20 min后粒径减小不再明显，分子间作用力可能使蛋白质重新构象为新的结构，削弱其与淀粉的最佳相互作用。
结论部分总结如下：与天然PPI相比，球磨PPI的掺入降低了PPI-RS混合物的短程有序结构、膨胀势和吸水能力，同时提高了其溶解度。DSC和RVA结果表明，球磨处理PPI抑制了水热条件下PPI-RS复合物中淀粉的膨胀和糊化程度。TPA测试显示，球磨处理PPI降低了复合凝胶的硬度。体外消化试验表明，球磨处理PPI降低了RDS和SDS含量，并增加了抗性淀粉含量。球磨超过20 min后，糊化焓、回生值、凝胶硬度和RDS不再发生显著变化（p > 0.05），揭示20 min是优化PPI-RS混合物理化特性的关键阈值。总体而言，适度球磨预处理PPI可有效强化淀粉-蛋白质分子间相互作用，有助于开发高营养、低消化性的淀粉基食品。本研究仅采用球磨一种方法改性PPI，未来可探索深共熔溶剂、超声、均质等其他改性途径；此外，蛋白质-淀粉复合物在易吞咽食品、低血糖指数食品及生物活性组分包埋基质等方面具有潜在应用前景，有待进一步研究。
