近日，我院刘素稳教授课题组在淀粉及其与多酚的复合物制备及其功能特性研究取得系列进展。在中科院1区Top期刊《Carbohydrate Polymers》《International Journal of Biological Macromolecules》分别发表了题为“Wheat starch-Lonicera caerulea berry polyphenols complex regulates blood glucose and improves intestinal flora in type 2 diabetic mice”“Inhibition of α-amylase digestion by a Lonicera caerulea berry polyphenol starch complex revealed via multi-spectroscopic and molecular dynamics analyses”“Effects of dynamic high-pressure microfluidization treatment on the structural, physicochemical, and digestive properties of wheat starch-Lonicera caerulea berry polyphenol complex”“A mechanistic study of chestnut starch retrogradation and its effects on in vitro starch digestion”“Effects of high hydraulic pressure on the short-term retrogradation and digestiveproperties of Lonicern caerulea berrypolyphenol-chestnut starch complexes”五篇论文，刘素稳教授和刘畅副教授分别为通讯作者,刘素稳、刘畅、22级食品科学硕士研究生分别为一作。该成果得到国家自然科学基金青年基金（32101952）、河北省自然科学基金杰出青年科学基金（C2024407033）、河北省自然科学基金面上项目（C2023407040），和板栗产业技术教育部工程研究中心的资助。
研究背景
淀粉是植物中含量最丰富、可再生和可生物降解的多糖之一。它被广泛用作食品工业中的一种成分，是人类饮食中最重要的碳水化合物来源。淀粉在食品生产和储存过程中的糊化和反生是影响淀粉类食品质地、味道、消化和功能特性的重要过程。淀粉类碳水化合物的快速消化会导致饭后血糖水平升高。餐后血糖水平长期升高会导致胰岛素分泌异常，从而导致慢性疾病，如 2 型糖尿病 （T2DM） 和心血管疾病。淀粉类食物消化的速度和程度与淀粉来源、晶体结构和食品加工方法密切相关。淀粉回生过程中会形成双螺旋，这会抑制消化酶的催化和效率，从而减慢熟淀粉的消化速度。因此，构建具有抗消化性的“逆生淀粉”以改善和扩大淀粉在食品工业中的应用是十分必要的。此外，多酚是人类日常饮食中丰富的生物活性成分，对预防和补充特定慢性疾病的治疗有重大贡献，包括癌症、糖尿病、炎症、心血管问题和某些神经系统疾病。近年来，淀粉和酚类化合物之间的相互作用一直是研究重点关注的主题。研究发现，多酚和淀粉之间的疏水相互作用和氢键大大降低了淀粉的消化率。淀粉-多酚复合物比淀粉-脂质复合物表现出更强的消化阻力，并与多酚和常规抗性淀粉产生协同有益效果。这种趋同表明了此类复合物作为一种有前途的益生元的潜力。
研究结论
本研究评价了 α-淀粉酶对蓝靛果多酚-小麦淀粉 （LPWS） 复合物在 400 MPa 30 min 和 600 MPa 30 min 高静水压处理后的抑制作用和机制。当多酚含量为 10 % （w/w） 时，该复合物对 α-淀粉酶抑制的 IC50 值为 3.61 ± 0.10 mg/mL 和 3.42 ± 0.08 mg/mL。傅里叶变换红外光谱和圆二色性进一步支持了这种相互作用，这证实了 α-淀粉酶二级结构的 α 螺旋成分由于复合物而减少。多荧光光谱显示，该复合物诱导 α-淀粉酶活性位点周围荧光团微环境的变化。分子动力学模拟和分子对接表明，复合物内直链淀粉的活性位点被多酚簇包裹。这种包裹效应减少了直链淀粉和 α-淀粉酶之间的氢键，从 16 组减少到只有 1 组。总之，LPWS 复合物代表了一种低易消化的碳水化合物食物来源，从而为针对餐后降血糖作用的功能性食品的研发奠定了基础。
采用了超高压技术（HHP）处理得到的小麦淀粉-蓝靛果多酚复合物（WS-LCBP），研究发现HHP 和 10 % LCBP 在 600 MPa 下 30 min 形成的复合制剂中的 RS 从 7.65 % 增加到 49.66 %。WS-LCBP 形成多羟基非包合物的 A + V 型晶体结构，阻碍了 WS 消化成葡萄糖。与导致餐后 2 小时血糖降低 8.3% 的 LCBP 摄入量相比 （p < 0.05），胰岛素抵抗的稳态模型评估显示 WS-LCBP 给药降低 35.3% （p < 0.001）。Western blotting 表明， WS-LCBP 会激活 T2DM 小鼠肝组织中的 GLP-1R/PI3K/AKT 信号通路，从而降低胰岛素抵抗。此外，短链脂肪酸的浓度显着升高。肠道菌群的结构和丰度得到增强。WS-LCBP 复合物比单独补充 LCBP 表现出更明显的改善。本研究为多酚淀粉基食品生物大分子调控餐后血糖水平及其在淀粉类食品中的潜在应用提供了新的视角和理论基础。
使用动态高压微流化 （DHPM） 制备了小麦淀粉-蓝靛果多酚复合物 （WS-LCBP）。研究发现单次 250 MPa DHPM 循环后，WS 的平均粒径和水分离率分别降低了 42.40 % 和 16.67 %，冻融稳定性显著提高 （P < 0.05），抗性淀粉 （RS） 含量显著提高 68.67 % （P < 0.05）。WS-LCBP 具有 V 形淀粉结构，阻碍糊化并增加焓。WS-LCBP 的 RS 含量范围为 72.46 % 至 89.09 %，显著高于单次 150 MPa DHPM 循环的小麦淀粉 （36.31 %） （P < 0.05）。三个 250 MPa 的 DHPM 循环有利于 WS-LCBP 的形成。然而，过高的 DHPM 处理压力和频率降低了 LCBP 和小麦淀粉的重组率。本研究为使用绿色技术工业生产营养功能性小麦抗性淀粉提供了参考数据。
使用 X 射线衍射 （XRD）、傅里叶变换红外 （FTIR） 光谱和固态13C 核磁共振 （NMR）研究了储存时间对糊化板栗淀粉结构特性和体外消化率的影响，研究发现逆行板栗淀粉的长程结晶度和短程分子顺序在 3 h 到 3 d 先迅速增加，然后从 3 d 到 7 d 下降，随后随着回生从 7 d 到 14 d 略有增加。随着 4 ℃ 贮藏时间的延长，单螺旋和双螺旋结构普遍明显增加，堆积成长期有序结构，导致差示扫描量热光谱 （DSC） 检测到的焓变增加，逆行板栗淀粉消化速率降低。总的来说，这项研究可能为加工和提高板栗食品的质量提供重要意义。
在超高压（HHP）条件下，蓝靛果多酚（LCBP ）可降低老化板栗淀粉（CS）的析水率、硬度、弹性和短程阶次，并改善透光性。老化 1 天后，与 CS 相比，600 MPa-8% LCBP-CS 的相对结晶度显著降低了 53.1%（p<0.05），粒度分布更加均匀，络合率达到 63.9%。在相同压力下，8% LCBP 的复合物显示出更明显的短期逆行抑制作用。此外，600 MPa-8% LCBP-CS 的抗性淀粉含量为 61%。相关分析表明，LCBP 和 CS 的复合率与短期逆反和消化阻力呈正相关。总之，HHP 可促进 LCBP-CS 复合物的形成，从而抑制短期逆变性并提高消化耐受性，有助于开发保质期更长的降糖板栗产品。
原文链接
https://doi.org/ 10.1016/J.IJBIOMAC.2024.129573
https://doi.org/ 10.1016/J.CARBPOL.2024.123061
https://doi.org/ 10.1016/J.IJBIOMAC.2024.136150
https://doi.org/ 10.1016/J.IJBIOMAC.2024.133803
https://doi.org/ 10.1016/J.IJBIOMAC.2024.139242
通讯作者
刘素稳，女，博士后，教授，硕士生导师，食品科技学院实验中心主任，食品科学学科方向带头人，校学术带头人，食品质量与安全专业负责人，教学骨干，优秀教师。河北省燕山特色果品加工技术创新中心主任，河北省燕山农业特色产业技术研究院副院长，河北省智慧农业产业技术研究院常务副院长。先后获得河北省“三三三人才”工程人选，河北省 “双百双千”工程科技英才，河北省食品学会青年科技创新奖，河北省优秀科技特派员，秦皇岛市燕赵英才A类，秦皇岛市“最美”女科技工作者，秦皇岛市“巾帼建功”标兵，秦皇岛市三八红旗手等荣誉称号。教育部青年骨干教师浙江大学访问学者。《保鲜与加工》杂志青年编委。
从事食品营养学，食品功能性作用机理与产品开发、果蔬产品加工综合利用方面的研究。近年来获得河北省科技进步三等奖2项，获得河北省山区创业三等奖2项。承担国家自然科学基金青年基金1项，河北省自然科学基金杰出青年科学基金项目1项，河北省自然科学基金面上项目1项，河北省人才创新团队项目1项，河北省重点研发计划和创新能力项目3项，成果转化项目3项，市厅级项目9项，完成国际先进成果鉴定9项。发表论文120多篇，其中高水平SCI、EI论文索引论文60多篇。出版“十四五”规划教材3部，授权发明专利9项。
刘畅，女，博士，副教授。参与国家自然科学基金项目、主持河北省自然科学基金项目、河北省教育厅和秦皇岛市科技局项目。参加河北省科技厅项目多项，并获得省级科技进步三等奖1项、省级成果转化三等奖1项。在国内外学术刊物上发表学术论文40余篇，其中在《Food Hydrocolloids》、《International Journal of Biological Macromolecules》、《LWT》等期刊发表SCI论文10余篇。研究方向：淀粉的资源开发及利用，食品营养。
第一作者简介
李玥，女，河北科技师范学院食品科技学院2022级硕士研究生，导师刘素稳教授。主要从事领域：功能食品。共发表SCI、EI、中文核心等论文10篇，以第一作者身份发表SCI、中文核心期刊论文3篇。（编辑：李瑞杰；审核：彭妍）
