《Carbohydrate Polymers》：The
in vitro digestive mechanism of Tartary buckwheat starch-flavonoid complexes treated with different methods
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HHP处理显著提高荞麦淀粉-黄酮复合物的结合率并抑制酶解，通过多尺度结构分析揭示其机制，为开发低GI食品提供新策略。
周一鸣|陈子彦|李顺宇|黄毅|王明龙|李云龙|张兰
上海工业大学香料与香气技术学院，中国上海201418
摘要
淀粉与黄酮类的络合有助于形成抗性淀粉。然而，其动态结构演变及其与消化酶的分子相互作用仍需系统地阐明。本研究采用体外模拟消化结合多尺度结构分析，探讨了物理混合（MIX）、热处理（HT）和高静水压力（HHP）处理对鞑靼荞麦淀粉-黄酮复合物消化行为和机制的影响。结果表明，HHP处理（200和400 MPa）显著提高了络合率，超过90%，比MIX组高出43%以上。此外，HHP有效延缓了葡萄糖的释放，400 MPa组的累积葡萄糖释放量分别比MIX组和HT组低17.9%和8.3%。结构分析显示，HHP处理增强了氢键并形成了独特的晶体结构，扫描电子显微镜观察发现消化后颗粒形态保持完整。分子动力学模拟表明，HHP复合物与α-淀粉酶的结合自由能更高，分子内氢键网络更稳定，从而抑制了酶促水解。因此，HHP通过优化复合物的多层次结构来调节消化性，为开发低血糖指数食品提供了新策略。
引言
鞑靼荞麦（F. tataricum (L.) Gaertn.）是一种具有独特营养价值的伪谷物。芦丁和槲皮素是其主要的生物活性化合物。芦丁约占总黄酮含量的80%-90%，而槲皮素主要来源于加工或消化过程中芦丁的酶促水解（Kreft等人，2022年；Luthar等人，2020年）。这些黄酮类物质可以影响淀粉的消化性并抑制消化酶的活性，同时具有抗氧化、抗糖尿病和降脂作用。这些多功能特性使它们成为研究加工诱导的功能增强的理想模型（Wang等人，2021年；Wang等人，2022年；Wang, Li, Chen, Zhou, & Zhou, 2025年）。作为主要成分，淀粉的分子结构特征直接影响黄酮类的包封效率和生物利用度（Shi等人，2021年）。然而，天然荞麦淀粉的物理化学性质（如不溶于冷水和热不稳定）限制了其工业应用。此外，黄酮类物质在加工和消化过程中的易降解性降低了它们的生物活性。尽管黄酮类可以通过氢键与淀粉结合，但这种自然相互作用具有较低的结合效率和较差的稳定性，从而限制了它们的实际应用。
淀粉改性技术为改善荞麦淀粉的功能性质提供了有效方法（Olawoye等人，2024年）。现有的调节淀粉-黄酮相互作用的方法通常包括物理、化学和酶法改性。其中，基于食品加工的物理改性是一种简单、环保且安全的方法。它在食品工业中的显著优势在于几乎不使用或完全不使用化学试剂，因此具有很高的适用性（Zhu，2017年）。这些方法主要分为热处理和非热处理两类。热处理（HT）可诱导直链淀粉和支链淀粉之间的分子重排，显著提高淀粉的溶解度和保水能力（Zou, Xu, Tang, Wen, & Yang, 2020年），而高静水压力（HHP）作为一种非热处理技术，有助于在淀粉和黄酮之间形成独特的V型晶体结构，同时保护热敏感成分，从而增强对酶促降解的抵抗力（Zhao等人，2023年）。值得注意的是，HHP处理不仅保留了淀粉的A型晶体结构，还显著改善了淀粉-黄酮复合材料的消化性能（Chen, Yang, Yang, & Zhong, 2023年）。目前，已有大量关于改善淀粉-黄酮复合物物理化学性质的研究（Raza等人，2023年）。例如，与没食子酸、槲皮素、白藜芦醇或木兰醇共凝胶化可以调节淀粉-多酚的络合速率，从而抑制大米淀粉的消化（没食子酸效果最佳），并提高多酚（尤其是白藜芦醇）的胃稳定性（Yang, Dong, Fang, Li, & Li, 2024年）。然而，这些复合物在消化过程中的结构演变及其与消化酶的特异性相互作用仍知之甚少。
本研究旨在利用热处理和高静水压力技术构建淀粉-黄酮复合体系。通过体外模拟消化结合分子动力学模拟，系统研究了这些复合物的消化行为并阐明了其背后的酶相互作用机制。
材料
鞑靼荞麦粉购自山西雁门青高食品工业有限公司（产品名称：雁门鞑靼荞麦粉，产地：山西省大同市）。芦丁（纯度≥95%）由源叶生物科技有限公司（上海）提供；槲皮素（纯度≥97%）由麦克莱恩生化科技有限公司（上海）提供；α-淀粉酶（25,000 U/mL）和胰蛋白酶（8 U/mg）由亚当斯有限公司（上海）提供；胃蛋白酶（1200 U/mg）、盐酸等试剂也来自该公司。
络合程度分析
鞑靼荞麦淀粉中黄酮的络合程度见图1。400 MPa组的络合程度最高（97.16%），而物理混合组的络合程度最低（47.63%）。经过HHP处理（200 MPa和400 MPa）后，络合程度比物理混合组提高了约43%-49%。这些结果表明，HHP处理显著增强了鞑靼荞麦淀粉与黄酮之间的相互作用。
讨论
鞑靼荞麦是一种具有独特营养价值的伪谷物，其主要生物活性成分是芦丁和槲皮素。虽然黄酮类可以通过氢键与淀粉结合，但天然形成的复合物具有较低的结合效率和结构稳定性，这限制了它们的实际应用。食品科学中的热处理和非热处理技术为提高淀粉-黄酮复合物的性能提供了可行的策略。
结论
本研究采用多尺度分析方法，研究了不同处理方法（物理混合、热处理和高静水压力处理）对淀粉-黄酮复合物体外消化性的影响及其背后的分子机制。结果表明，HHP显著降低了淀粉的消化性，葡萄糖释放量分别比MIX组和HT组低17.9%和8.3%。结构分析表明...
作者贡献声明
周一鸣：正式分析、撰写——审稿与编辑。陈子彦：软件应用、初稿撰写。李顺宇：方法学设计、实验研究。黄毅：方法学设计。王明龙：项目监督、概念构思。李云龙：概念构思。张兰：项目监督、行政管理。
未引用参考文献
Nadia, Bronlund, Singh, Singh 和 Bornhorst, 2021
Shen 等人，2022
Zhong 等人，2024a
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了中国农业研究系统（CARS-07-E-2）和上海自然科学基金（项目编号：20ZR1455800）的支持。
