澳大利亚鸡豆 [Cajanus cajan (L.) Millsp.] 基因型淀粉消化的动力学及其对营养异步性的影响

《Food Hydrocolloids》：Kinetics of starch digestion in Australian pigeonpea [ Cajanus cajan (L.) Millsp.] genotypes and consequences for nutrient asynchrony

　　

• 研究了六个豇豆基因型的体外淀粉消化率
• 基因型 ICPLs 86022、88039 和 91039 显示出真正的单峰消化图谱
• 基因型 ICPLs 14425、90048 和 98011 显示出真正的双峰消化图谱
• 分段改良一阶动力学模型能够充分描述这些消化图谱
• 双峰消化图谱表现出快-慢淀粉消化现象
• 相对而言，淀粉和蛋白质的单体释放量可能较低、相同或较高

引言

豇豆 [Cajanus cajan (L.) Millsp.] 是膳食碳水化合物的丰富来源，其中淀粉是主要的碳水化合物。作为全球第六大重要食用豆类，它富含蛋白质、矿物质、多酚和维生素，增强了其健康和营养意义（Chinma 等，2022；Haji 等，2024；Wu 等，2024）。全球豇豆产量（FAO，2026）从 2023 年的 460 万吨增加到 2024 年的 470 万吨，增长约 2%，凸显了全球豇豆种植的增长，涉及不同种皮颜色（黑色、棕色、乳白色、深棕色、灰白色、紫色和白色）的多个品种、品系、基因型或杂交种。Sultana 等（2013）研究了 272 个基因型，并在澳大利亚报告了五个新品种（Anon，2025）。Locali-Pereira 等（2023）建议改进豇豆育种，推动了新品种研究（Tozo 等，2026），以满足全球用途需求。

淀粉和蛋白质是决定食品用途的主要食物宏量营养素，在豇豆中它们的总量约为 64–65 g/100 g（Burstin 等，2011；Chinma 等，2022）或 47–63 g/100 g 干基（Thomas 等，2025；Malau & Sopade，2026）。豇豆是一种孤儿作物或未被充分利用的作物（Rizvi 等，2022；Haji 等，2024；Wu 等，2024；Tozo 等，2026），了解其淀粉和蛋白质的特性，尤其是它们的消化率，有助于拓展其最终用途。此外，全球对植物蛋白的兴趣日益增长（Malau & Sopade，2026），而淀粉消化与全球糖尿病和肥胖症流行密切相关（Sopade，2017）。因此，多位作者（Dutta 等，2024；Opazo-Navarrete 等，2025；Thomas 等，2025）已报告了豇豆的蛋白质消化率。最近，Malau & Sopade（2026）开创性地对六个澳大利亚基因型进行了深入的体外蛋白水解动力学研究，揭示了它们的蛋白质水解指数（HIPROTEIN）、相对于酪蛋白的体外蛋白质消化率（IVPDAVG）以及蛋白质消化速率。豇豆面粉或淀粉的淀粉消化率也在多项研究中进行了探讨。一些作者（Acevedo 等，2020；Benítez 等，2021；Chinma 等，2022；Sachanarula 等，2022）报告了快速可消化淀粉（RDS）和慢速可消化淀粉（SDS）以及/或抗性淀粉（RS）和可消化淀粉（DS）的单点测量，基本属于定性分析。Acevedo 等（2020）还报告了 RDS 与总淀粉（TS）的比值作为淀粉消化速率指数（SDRI）。在食品系统的淀粉消化方面，Olson 等（2026）还报告了总可消化淀粉（TDS），即 240 分钟时的已消化淀粉量。对于涉及唾液、胃和小肠消化的体外淀粉消化程序，已定义超快速可消化淀粉（VRDS），即小肠（胰腺）消化开始时（t = 0 min）已消化的淀粉（Yong 等，2011；Sopade，2017；2022b），作为食品系统中淀粉消化的额外指标。关于豇豆，一些作者（Kaur & Sandhu，2010；Lawal，2011；Olagunju 等，2020；Sachanarula 等，2022）报告了淀粉消化的时间序列测量，并/或计算了相对于白小麦面包或葡萄糖的淀粉水解指数，以估算血糖指数（eGI）。这些关于加工和未加工豇豆样本的研究主要采用了已被报道（Nguyen & Sopade，2018；Locali-Pereira 等，2023；Sopade，2024；Günal-K?ro?lu 等，2026）的体外技术，这些技术相对简单，且可与动物研究（体内技术）相关联。然而，Palthania 等（2025）研究了豇豆淀粉及其他豆类淀粉的体外和体内淀粉消化率。

多位作者（Kaur & Sandhu，2010；Lawal，2011；Olagunju 等，2020；Sachanarula 等，2022）在报告豇豆面粉或淀粉淀粉消化的时间序列曲线时，发表或使用了样本的淀粉消化图谱以更好地了解样本特性。具体而言，关于豇豆样本 eGI 的研究要么对淀粉消化图谱进行建模（Kaur & Sandhu，2010；Olagunju 等，2020），要么使用梯形法则（Sachanarula 等，2022）计算消化图谱下的面积得到水解指数（HISTARCH），随后计算 eGI。在对豇豆样本的淀粉消化图谱进行建模时，例如 Kaur & Sandhu（2010）和 Olagunju 等（2020）引用了 Goni 等（1997）的程序，该程序使用一阶动力学模型来描述淀粉消化图谱。以一阶消化速率，该模型从机理上描述了一种单峰淀粉消化模式。虽然一阶动力学模型被广泛使用，甚至已被改良用于实际用途，但也存在其他用于单峰消化图谱的模型，可能更好地描述或预测食物（淀粉、蛋白质和脂质）消化图谱（Nguyen & Sopade，2018；Sopade，2024；2026）。具体而言，淀粉消化图谱还可以揭示双峰和三峰（Qiao 等，2017；Nguyen & Sopade，2018；Chen 等，2019；Srikaeo 等，2022）消化模式，而这些尚未在豇豆中进行研究。淀粉（或食物）消化模式需要客观定义，以指导选择适用于消化过程的合适动力学模型。然而，（改良的）一阶动力学模型无法描述双峰或三峰食物消化图谱。此外，当淀粉消化图谱被客观分析时（Sopade，2021），多峰消化模式可以揭示快-慢、慢-快、快-慢-慢、快-慢-快、慢-快-慢和慢-快-快等消化现象（Sopade，2021；Jin 等，2024），这些现象对营养物质的释放、吸收或同化产生影响。这些重要的消化现象尚未在豇豆中得到充分探索，而且由于（改良的）一阶动力学模型仅含单一消化速率，无法从中获得。因此，关于豇豆中详细淀粉消化模式和现象的研究目前基本不存在，这可能限制了对该豆类功能性特性的深入理解，进而限制其在食物和营养方面的应用拓展。与此相关，了解豇豆的功能性特性将受益于对其相对消化率的知识，以及由此产生的豇豆淀粉和蛋白质——作为该豆类中两种主要大分子——之间的营养物质异步关系，从而分别释放它们的单体或营养物质。豇豆面粉中淀粉和蛋白质的相对消化率尚未得到详细研究或报道，这与已发表的相关研究（例如关于兵豆的研究（Nguyen 等，2015）以及高粱、大麦和高粱-大麦混合物的研究（Jin 等，2024））形成了对比。这些研究考察了淀粉和蛋白质消化速率之间的关系，Jin 等（2024）还关联了大分子的水解指数（HISTARCH 和 HIPROTEIN），这些作为更为统一和标准化的指数更佳，以及体外蛋白质消化率（IVPDAVG）和估算血糖指数（eGIAVG）。最近，Malau & Sopade（2026）报告了澳大利亚豇豆基因型的体外蛋白质消化率，并首次定义了它们的蛋白质水解指数（HIPROTEIN），以酪蛋白作为参照物。研究这些澳大利亚豇豆基因型的体外淀粉消化率，对于建立这些大分子在豇豆中的消化率以进行相关性分析、评估相对释放以及对营养物质异步性的影响推断具有重要价值。因此，本研究的目的是：
• 研究在澳大利亚昆士兰州种植的六个豇豆基因型的淀粉消化情况
• 利用创新技术分析它们的淀粉消化时间序列曲线，针对单峰和多峰淀粉消化图谱进行研究
• 以白小麦面包为参照定义水解指数，从而检验血糖指数，以进行全面的相关性分析，并与现有的体外蛋白质消化参数进行对比，推断淀粉-蛋白质异步关系

材料

六个豇豆基因型，即国际半干旱热带作物研究所豇豆品系 ICPLs 14425、86022、88039、90048、91039 和 98011，来自澳大利亚昆士兰州农业与渔业部，Kingaroy。种子经手工清理并冷冻研磨，面粉在淀粉消化率分析前冷藏保存。豇豆的理化、化学、矿物质、色泽和糊化特性等详见 Malau &

淀粉消化模式

图 1 展示了 Sopade 客观程序——斜率客观对数法（LOS）——在样本淀粉消化图谱上的应用。1–3 阶多项式方程能够充分描述（r2 > 0.26, p ≤ 0.05）LOS-TLOS 数据，并揭示了豇豆中初步的双峰（ICPLs 14425、86022 和 90048）和三峰（ICPLs 88039、91039 和 98011）淀粉消化模式。然而，没有样本初步显示出单峰消化模式。如上所述，虽然……

结论

研究了来自全球品系的六个澳大利亚豇豆基因型的淀粉消化率，结果显示它们具有单峰和双峰消化模式，消化速率从快到慢，其中具有双峰消化模式的基因型表现出淀粉消化现象。本研究推荐使用分段改良一阶动力学模型来描述这些消化模式。这些未加工基因型的估算血糖指数表明它们具有较低的血糖潜力，且……

CRediT 作者贡献声明

Peter Sopade：撰写——审阅与编辑、撰写——原稿撰写、可视化、验证、监督、软件、资源、项目管理、方法论、调查、资金获取、形式分析、数据整理、概念化。Danica Malau：撰写——原稿撰写、方法论、调查、形式分析、数据整理

未引用参考文献

Atkinson 等，2008；FAOSTAT，2025；Sopade，2001。

数据可用性声明

数据可在合理要求下提供。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

资助信息

本研究未获得任何外部资助。

竞争性利益声明

? 作者声明不存在已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究的实验和数据收集部分于 2013 年在澳大利亚布里斯班的昆士兰大学进行，当时从澳大利亚昆士兰州初级产业部 Kingaroy 获得了豇豆样品（通过 RCN Rachaputi 教授）。作者对此表示感谢。

Danica Malau | Peter A. Sopade