《Food Hydrocolloids》：Extrusion-mediated molecular reconstruction governs starch–lipid complexation and structural stability in cassava-based reconstituted rice
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•挤压加工重建了富含支链淀粉的木薯淀粉的分子结构。•分子结构重组促进了挤压过程中有序的淀粉–脂质复合物的形成。•淀粉–脂质复合物改善了烹饪品质和抗回生性能。•建立了以木薯为基础的主食食品的结构–功能关系。引言挤压重组米作为一种有前景的定制化营养主食平台，受到了越来越多的关注，
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挤压加工重建了富含支链淀粉的木薯淀粉的分子结构。
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分子结构重组促进了挤压过程中有序的淀粉–脂质复合物的形成。
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淀粉–脂质复合物改善了烹饪品质和抗回生性能。
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建立了以木薯为基础的主食食品的结构–功能关系。
引言
挤压重组米作为一种有前景的定制化营养主食平台，受到了越来越多的关注，因为挤压工艺能够整合多种原料，同时通过热机械加工改变淀粉结构（Wang 等，2021；Yu 等，2023）。与自然大米相比，挤压加工在调控营养组成、消化率、烹饪品质和储存稳定性方面具有更大的灵活性，是生产低血糖指数主食的有效策略（He 等，2020；Xue 等，2024）。尽管取得了这些进展，现有研究主要集中在水稻类体系，而对富含淀粉的热带块根作物的研究仍然较少。其中，木薯因其高淀粉产量、广泛的环境适应性和重要的经济价值而尤为引人关注。然而，木薯淀粉固有的分子特性也给开发营养改良主食带来了独特的挑战。
木薯淀粉约含80%的支链淀粉和仅20%的直链淀粉，形成了与许多谷物淀粉有根本区别的高度分支分子结构（Hung & Morita, 2005）。这一结构特征赋予了其快速糊化、充分膨胀和理想的加工特性，但同时也增加了酶的可达性，导致淀粉快速消化、血糖反应高，且在储存过程中抗回生能力有限（Rahmadani 等，2025）。这些固有的结构特性在很大程度上限制了木薯基功能主食的开发。因此，有效的策略能够重建淀粉分子结构，同时保持良好的加工性能，对于提高木薯基重组米的营养品质和技术品质至关重要。
淀粉–脂质复合已被广泛认为是降低淀粉消化率和提高热稳定性及储存稳定性的有效途径（Hao 等，2024；Sengupta 等，2023）。在热加工过程中，线性葡聚糖链可采取单螺旋构象，将脂质分子包裹在疏水空腔内，形成热力学稳定的V型包合复合物。这些有序结构限制了酶的可达性并抑制储存过程中的分子再结合，从而提高抗性淀粉含量并改善抗回生性能（Cai 等，2022；Lin 等，2025）。在众多脂质中，棕榈酸（PA）因其线性分子构型和优异的热稳定性而受到广泛关注，使其能够在挤压条件下高效复合（Cervantes-Ramírez 等，2020；Wang 等，2025）。然而，淀粉–脂质复合的效率最终取决于加工过程中淀粉的结构特性，而不仅仅是脂质的添加。
双螺杆挤压不仅是一种成型技术，更是一种能够通过热量、剪切、压力和水分同时作用来重建淀粉分子结构的热机械过程。先前的研究表明，挤压加工会诱导分子解聚、改变葡聚糖链长分布并调节直链淀粉与支链淀粉的相对比例（He 等，2020；Liu 等，2024）。这些结构变化通常被认为有利于淀粉–脂质复合物的形成，因为链断裂可能产生额外的线性葡聚糖片段供脂质包合使用。然而，挤压诱导的分子重建和淀粉–脂质复合在很大程度上被作为独立的现象进行研究。因此，分子重建如何调控后续有序结构的形成，并最终决定富含支链淀粉的木薯体系的功能性能，仍不够清楚。因此，建立这一结构–功能关系对于合理设计低血糖指数的木薯基主食至关重要。
纯木薯粉的挤压性能有限，这可能归因于其富含支链淀粉的淀粉具有高粘度和过度膨胀的特性（Qi 等，2025），同时其低蛋白质含量和有限的功能性可能导致熔体强度和粘结力不足。因此，参照 Lopattananon 等（2012）对木薯粉和大米粉挤压混合物的研究，将大米粉作为辅材加入。已有报道称稻胶蛋白能够改善挤压淀粉基体系粘弹性和结构性能（Yu 等，2023a；Yu 等，2023b）。基于这些考虑和初步挤压试验，选择木薯粉与大米粉的比例为4:1（重量比），以保持木薯作为主要淀粉来源，同时提供足够的挤压性能和颗粒完整性。我们假设热机械挤压会改变木薯淀粉的分子结构，从而调节后续淀粉–脂质包合结构的形成，进而影响淀粉消化率和回生行为。为验证这一假设，采用双螺杆挤压加工不同浓度棕榈酸补充的木薯粉–大米粉混合物，制备木薯基重组米。通过分子量分布、链长分布和直链淀粉含量表征分子结构重组，通过复合指数、晶体结构和热性能评估淀粉–脂质复合情况。此外，系统建立了分子结构、有序结构演化、消化率、烹饪品质和回生行为之间的关系，以阐明木薯基重组米的结构–功能关系。
章节摘要
材料
木薯粉（总淀粉80.51%；脂质4.44%；蛋白质2.58%；灰分1.52%）和大米粉（总淀粉73.84%；脂质5.37%；蛋白质7.72%；灰分0.46%）购自当地市场（中国江苏）。棕榈酸（PA，C16H32O2，≥ 99%）购自国药集团化学试剂有限公司（中国上海）。胰酶（CAS: 8049-47-6，猪胰，USP级）和糖化酶（CAS: 9032-08-0，≥ 260 U/mL）购自 Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。
链长分布、分子量和直链淀粉含量
挤压加工对淀粉分子量分布的改变超出了简单的链降解范畴。与NR和NF相比，RR的重量平均分子量（Mw）从7.71 × 105 g/mol降低至4.78 × 105 g/mol，同时分子量分布明显变宽（表1）。热能和机械剪切优先断裂长支链淀粉分支并部分破坏高度分支的聚集体，产生平均分子量较低的淀粉分子。
结论
本研究证明，热机械挤压可作为分子重建步骤，为木薯基重组米后续淀粉–脂质复合建立结构基础。挤压通过分子解聚和葡聚糖链群重新分布改变了淀粉分子结构，使线性葡聚糖片段的相对丰度增加，从而能够参与后续棕榈酸结合。棕榈酸的加入进一步……
CRediT作者贡献声明
Juncai Leng：撰写–审阅与编辑，监督，软件，资源。Li Li：撰写–审阅与编辑，软件，方法学，调查研究。Shengqian Lin：软件，资源，调查研究。Lichun Guo：撰写–审阅与编辑，监督，软件。Yunlong Cui：软件，资源，调查研究。Yifei Dong：撰写–初稿，软件，方法学，调查研究。Wei Zhao：撰写–审阅与编辑，调查研究，资金获取，概念构思。
未引用参考文献
Englyst 等，1992；Liu 等，2024；Zhou 等，2025。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能会影响本论文中报告的工作。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2024YFF1106800; 2022YFF1100300）、高层次人才特殊支持计划（20241223KYY0001）、宁夏回族自治区重点研发计划（2024BBF02009）、江南大学食品科学与工程国家重点实验室研究计划（SKLF-ZZA-202505; SKLF-ZZB-202402）、中央高校基本科研业务费专项资金（JUSRP622014）的资助。
Yifei Dong|Yunlong Cui|Lichun Guo|Shengqian Lin|Li Li|Juncai Leng|Wei Zhao
