华中农业大学黄琪琳教授课题组在高能球磨木薯淀粉多尺度结构和体外消化构效关系的研究中取得新进展

　　近日，黄琪琳教授课题组在Carbohydrate Polymers杂志发表题为“Effects of wet-media milling on multi-scale structures and in vitro digestion of tapioca starch and the structure-digestion relationship ”的研究论文，该研究从“酶对淀粉的可及性”这一视角揭示了非糊化球磨改性淀粉高消化速率及高消化率的机制。

 

　　湿法球磨可有效将淀粉粒径降低至纳米级，进而改变淀粉的颗粒形态和分子结构，导致球磨淀粉独特物化性质的产生，如糊化温度和糊粘度低、分散稳定性好、比表面积大等，极大地拓宽了淀粉的应用范围。1879年，Brown和Heron首次发现，淀粉经球磨处理后，其酶水解反应显著加快。而后，多数研究表明球磨淀粉某单一结构的破损与淀粉消化（酶水解反应）速率的增加存在高度相关性，但忽略了其他多尺度结构的协同破损对提高球磨淀粉消化速率的贡献。黄琪琳教授课题组前期实验结果表明，在球磨过程中，颗粒结构最先受损，其次是聚集态结构（包括同心环结构、结晶和非晶薄层结构），最后是直链淀粉和支链淀粉的精细结构。因此，研究推测多尺度结构的阶段性破坏将在不同程度上增强酶与破损部分结合，实现消化率的阶段性增加。

 

　　相关结果证实了假设。由于同心壳结构阻碍酶进入颗粒，天然淀粉颗粒难以消化，呈现简单线性消化模式，其消化速率仅为0.002。1 min的球磨处理破坏了淀粉的颗粒结构，使得酶从破坏的外壳屏障进入到淀粉颗粒内部，导致消化速率约63倍的增加。5-15 min的球磨处理可显著破坏淀粉的短程有序结构，并降低淀粉的分子量和尺寸，从而增强酶对受损淀粉的渗透和结合，导致球磨样品消化速率的显著增加。此外，30-420 min的球磨处理主要改变了分子链结构，包括直链淀粉和支链淀粉，进一步改善了酶对底物基质的结合，但球磨样品消化速率仅小幅增加。尽管球磨处理对多尺度结构的破坏越来越严重，但淀粉中壳屏障的破损是提高消化率的最关键因素，其次是短程有序结构的破损，最后才是直链淀粉和支链淀粉的分解。本研究进一步完善了球磨淀粉多尺度结构对体外消化速率的影响机制。

 

　　论文链接：doi:https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119176；该论文由国家基金（31771996）资助。

 

　　通讯作者信息：黄琪琳（ hql@mail.hzau.edu.cn），博士，华中农业大学教授，博士生导师。国家科技专家库专家、科技部重点研发计划评审专家、教育部科研基金和科技奖励评审专家、国家自然科学基金评审专家、湖北省科技厅专家库专家、湖北省粮油精深加工项目评审专家、中国食品卫生安全教育专业委员会委员。致力于食品大分子的结构、功能及交互作用，水产品加工、保鲜及风味调控方面的研究。主持国家自然科学基金2项、人才项目2项，国家重点研发计划子课题、十二五国家科技支撑计划子课题、中央高校基本科研资金、高校博士点基金、武汉市应用基础研究项目等20余项。以第一或通讯作者发表论文52篇，其中 SCI论文35篇，EI论文6篇，14篇IF>9.0，均篇IF>7.0；省科技成果鉴定7项，授权国家发明专利6件。担任Journal of Aquaculture and Research和Green and Sustainable Chemistry期刊的编委，是20余个SCI期刊的评审专家。先后入选闽江学者讲座教授、市级人才工程和青年晨光计划。

 

　　第一作者信息：李栩栩，华中农业大学食品科技学院2019级博士研究生，导师为黄琪琳教授，研究方向为淀粉与蛋白的结构、功能及其交互作用。

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