新西兰产牛油果种子天然颗粒抗性淀粉的结构、理化及消化特性研究

《Food Chemistry》：Native granular resistant starch from New Zealand-grown avocado seeds: Structural, physicochemical, and digestive properties

　　

来自新西兰种植的十个牛油果（Persea americana Mill.）品种的种子淀粉具有共同的B型结晶模式，但结构上存在差异。在4小时体外消化测定中，抗性淀粉（resistant starch, RS）含量范围为52.15%至76.68%。Reed品种淀粉是天然颗粒抗性淀粉（native granular resistant starch, RS2）的一个有前景的来源。所有牛油果种子淀粉（avocado seed starch, ASS）的抗消化能力均高于马铃薯淀粉和普通玉米淀粉。抗性淀粉含量与直链淀粉含量、相对结晶度（relative crystallinity, RC）及颗粒大小之间不存在显著相关性。研究人员从十个商业牛油果品种中分离淀粉，采用扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）、X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）、衰减全反射傅里叶变换红外光谱（attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy, ATR-FTIR）、差示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）、高效体积排阻色谱（high performance size exclusion chromatography, HPSEC）及流变学测试等系统方法，对淀粉的形态、颗粒大小分布、长程和短程有序结构、化学组成、分子结构、热性能、溶胀力（swelling power, SP）、水溶性指数（water solubility index, WSI）、糊化特性、凝胶质构、流变特性及体外消化特性进行了全面表征。结果表明，所有ASS均呈现B型XRD图谱，RC范围为25.9%–29.5%；真实直链淀粉含量（true amylose content, TAM）范围为26%–33%；4小时RS范围为52.15%（Hass品种）至76.68%（Reed品种），均显著高于马铃薯淀粉（45.62%）和普通玉米淀粉（17.64%）。相关分析和主成分分析（principal component analysis, PCA）显示，RS与直链淀粉含量、支链淀粉短长链比（APS:APL）、RC、短程有序度或颗粒大小均无显著相关。研究表明，ASS的天然颗粒抗消化能力源于淀粉颗粒的综合组织特征而非单一结构参数，其中Reed品种是天然颗粒抗性淀粉最有前景的来源。

论文解读

一、研究背景与意义

牛油果（Persea americana Mill.）的生产和加工近年来迅速扩大。除鲜食外，牛油果还被加工为油脂及其他食品、化妆品和医药产品。这一加工过程产生了大量种子副产物，约占果实干重的13%–24%，通常被废弃。牛油果种子干基淀粉含量约为29%–40%，同时含有纤维、蛋白质和生物活性化合物。因此，对这一未充分利用的副产物进行高值化利用日益受到关注，牛油果种子淀粉（avocado seed starch, ASS）被视为一种潜在的非传统淀粉来源。

已有文献中ASS的结构特征因研究和品种而异：直链淀粉含量报道范围为16%–48%，天然颗粒主要为卵形或球形；X射线衍射分类结果不一致，部分Hass和地方品种材料被报道为B型结晶模式，而Wang等人（2022）将八个ASS品种归类为A型。颗粒大小、长短程有序度、糊化行为以及直链淀粉和支链淀粉的分子分布等方面也存在差异。此外，ASS的结构特征可能与其酶解抗性相关。天然未糊化淀粉颗粒抵抗α-淀粉酶的能力通常被归类为2型抗性淀粉（resistant starch type 2, RS2）。ASS已被提出作为天然颗粒RS2的潜在非传统来源，但其消化性差异的结构基础仍不清楚。

以往ASS研究通常只考察一个或少数几个品种，难以区分品种间的共性和差异。本研究采用统一的实验流程，对种植于新西兰的十个商业牛油果品种种子中分离的淀粉进行了系统分析，并以马铃薯淀粉和普通玉米淀粉分别作为B型和A型植物学参照。研究假设ASS品种中较高的直链淀粉含量、较高的长支链淀粉链相对丰度、较高的相对结晶度和短程有序度以及较大的颗粒与较高的4小时抗性淀粉含量相关，并通过相关分析和主成分分析（principal component analysis, PCA）检验这一假设。该论文发表在《Food Chemistry》。

二、主要技术方法

研究人员从新西兰商业果园采集了十个牛油果品种的果实（早季品种：Fuerte, FT和Maluma, MA；中季品种：Hass, HS、Titan, TI、Greystar, GS和Sharwil, SH；晚季品种：Carmen Hass, CH、Reed, RD、Eclipse, EC和McEldowney, ML），每个品种12–15个硬绿果实，种子作为合并批次处理。采用湿法提取淀粉，并运用多种分析技术：扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）观察颗粒形态；激光粒度仪测定颗粒大小分布；X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）表征长程有序结构和相对结晶度（relative crystallinity, RC）；衰减全反射傅里叶变换红外光谱（attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy, ATR-FTIR）评估短程分子有序度；差示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）测定热性能；高效体积排阻色谱（high performance size exclusion chromatography, HPSEC）分析脱支后淀粉的分子量分布和链长分布；快速粘度分析测定糊化特性；质构仪分析凝胶质构；流变仪进行稳态剪切、温度扫描、频率扫描和振幅扫描测试；采用Megazyme消化性和抗性淀粉测定试剂盒（K-DSTRS）方法1进行4小时体外消化动力学测定。

三、研究结果

3.1 形态与颗粒大小分布

ASS颗粒主要为卵形、卵圆形或细长形，表面光滑完整，无明显孔洞或裂隙。所有ASS呈现单峰颗粒大小分布。各品种间D[3,2]范围为16.85 μm（EC）至21.47 μm（RD），D[4,3]范围为18.31 μm（EC）至23.59 μm（RD），均介于普通玉米淀粉（14.82和16.38 μm）和马铃薯淀粉（36.65和44.20 μm）之间。

3.2 长程有序结构

所有十个ASS品种均呈现B型XRD图谱，在2θ≈5.6°、15.0°、17.1°、22.0°和24.0°处有衍射峰。RC因品种而异，范围为25.9%（HS）至29.5%（MA），平均27.9%。马铃薯淀粉和普通玉米淀粉的RC分别为30.5%和29.3%。

3.3 短程有序结构

ATR-FTIR分析显示，ASS的R_1047/1022范围为0.595（SH）至0.618（RD），平均0.601，低于马铃薯淀粉（0.634），表明ASS的相对短程分子有序度较低。R_1000/1022范围为1.165（HS和SH）至1.198（CH），平均1.179。

3.4 化学组成与分子结构

ASS的真实直链淀粉含量（true amylose content, TAM）范围为26%–33%，平均30.0%，高于普通玉米淀粉（23%）和马铃薯淀粉（24%）。HPSEC分析显示，ASS的直链淀粉峰值聚合度（X_AM）平均为1792，高于普通玉米淀粉（713）但低于马铃薯淀粉（2606）。基于SEC计算的直链淀粉含量（AM_SEC）范围为33.4%–45.2%，平均38.1%。支链淀粉短长链比（APS:APL）为2.3–3.5，更接近马铃薯淀粉（2.5）而非玉米淀粉（4.5）。

3.5 热性能

ASS的糊化起始温度（T_o）为58.7–64.2°C，终止温度（T_c）为67.5–73.6°C。糊化焓变（ΔH）绝对值范围为11.0–16.1 J/g，平均13.3 J/g，高于马铃薯淀粉（12.2 J/g）和普通玉米淀粉（12.1 J/g）。

3.6 溶胀力与水溶性指数

ASS的溶胀力（swelling power, SP）范围为1.6 g/g（MA）至15.6 g/g（CH），平均9.2 g/g，低于马铃薯淀粉（16.7 g/g）和普通玉米淀粉（10.7 g/g）。水溶性指数（water solubility index, WSI）范围为19.4%（CH）至77.8%（MA），平均46.4%，高于马铃薯淀粉（31.9%）和普通玉米淀粉（8.1%）。

3.7 流变学特性

糊化特性方面，ASS的平均SB/PV为0.70，SBR为2.3，均高于玉米淀粉（0.55和1.9）和马铃薯淀粉（0.14和1.7），表明冷却过程中粘度发展显著。凝胶质构方面，硬度范围为14.3–38.6 g，平均粘附性为?147 g·s，内聚性范围为0.476–0.675。动态振荡测试显示，G′_max范围为5815–8950 Pa，冷却至25°C后G′_{25 °C}范围为6130–13500 Pa，所有ASS的tan δ值均低于0.1，表明以弹性凝胶行为为主。稳态剪切测试显示所有ASS糊均呈现非牛顿剪切变稀行为。

3.8 体外消化特性

在K-DSTRS时间过程中，十个ASS样品的消化速度均慢于马铃薯和普通玉米淀粉。快速消化淀粉（rapidly digestible starch, RDS）范围为4.20%（RD）至8.57%（HS），低于马铃薯（10.05%）和普通玉米淀粉（17.29%）。慢速消化淀粉（slowly digestible starch, SDS）范围为9.57%–23.20%。240分钟后总消化淀粉（total digestible starch, TDS）范围为23.32%（RD）至47.85%（HS），相应的4小时抗性淀粉（resistant starch, RS）范围为52.15%（HS）至76.68%（RD），平均65.27%。所有ASS的RS均显著高于马铃薯淀粉（45.62%）和普通玉米淀粉（17.64%）。

四、讨论与结论

讨论部分指出，所有十个ASS样品共享B型结晶模式，但RC存在定量差异，表明在共同多晶型内存在结构变异。ASS的APS:APL比值更接近马铃薯淀粉，表明长支链淀粉链贡献较大，这与B型淀粉通常相关的链分布一致。然而，MA具有最高的APS:APL比值却未具有最高的RC或RS，说明支链淀粉链分布单独不能决定结晶度或消化抗性。R_1047/1022与RC之间无显著相关，与已有其他天然淀粉的研究一致。TAM与AM_SEC正相关（r=0.713, p=0.021），两者均与APS:APL负相关，表明直链淀粉含量的变化与支链淀粉链分布的变化相伴发生。

关于消化性，所有ASS品种在4小时后仍保留超过50%的淀粉，但RS范围从52.15%（HS）到76.68%（RD）。RS与颗粒大小（D[3,2]）、TAM或RC均无显著相关。研究指出，ASS与马铃薯淀粉共享B型多晶型和光滑颗粒表面，但马铃薯淀粉表现出更高的溶胀力和更低的4小时RS，这可能与马铃薯淀粉中的磷酸单酯促进水化和溶胀有关。研究结论认为，ASS品种间4小时抗消化性的差异可能反映了颗粒完整性、分子组织和 hydration 的综合影响，而非任何单一的结构测量指标。Reed品种是最有前景的天然颗粒抗性淀粉来源，而品种间的广泛变异表明ASS不应被视为单一均匀的材料。

研究结论翻译：十个新西兰种植的牛油果品种产生的淀粉具有共同的B型结晶多晶型和一般光滑完整的颗粒，但其分子结构、热行为、流变学和消化性存在显著差异。与马铃薯和普通玉米淀粉相比，ASS表现出更高的平均直链淀粉含量和更低的平均溶胀力，冷却过程中粘度发展更显著，且以弹性凝胶行为为主。在相同消化方案下，操作性的4小时RS范围为Hass的52.15%至Reed的76.68%，而马铃薯淀粉为45.62%，普通玉米淀粉为17.64%。方向性假设在单个结构变量层面未得到支持。尽管ASS品种间RS范围为52.15%至76.68%，但与直链淀粉含量、支链淀粉短长链比、相对结晶度、FTIR衍生的短程有序度或颗粒大小均无显著关联。因此，天然颗粒抗性似乎源于淀粉颗粒的综合组织而非任何单一结构测量指标。在所检品种中，Reed是最有前景的天然颗粒抗性淀粉来源，而品种间的广泛变异表明ASS不应被视为单一均匀的材料。本研究仅考察了天然淀粉，操作性RS值特定于所用体外消化条件，加工后这种抗性保留的程度仍不确定，需要受控加工研究来确定糊化、冷却和储存对ASS中天然RS2保留和可能的RS3形成的影响。