内源性成分对挤压改性面包果淀粉消化率的影响

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Effects of endogenous components on the digestibility of breadfruit starch by extrusion modification

　　本研究探究内源成分（蛋白质、脂类、果胶）及挤压改性对面包树淀粉（BS）可消化性的影响。通过选择性去除内源成分结合体外消化及多尺度结构表征，发现非挤压态下果胶抑制淀粉酶解作用最强，去除后RS含量从29.02%降至6.94%。挤压处理后形成酶抗性V型淀粉-脂质复合物，RS含量增至28.40–38.27%。结构分析表明果胶去除破坏淀粉颗粒结构，挤压后脂质显著改变结晶度和链长分布。该研究揭示了挤压改性下内源成分调控BS可消化性的机制，为开发高RS低GI食品提供理论依据。

　　面包果（Artocarpus altilis）作为一种热带木本作物，其淀粉（breadfruit starch, BS）在食品科学领域中展现出独特的潜力。该研究聚焦于面包果淀粉的消化特性，探讨其内源性成分（如蛋白质、脂类和果胶）以及挤压改性对其消化行为的影响。研究采用选择性去除内源性成分的方法，结合体外消化实验与多尺度结构表征技术，深入分析了这些成分如何调控淀粉的消化过程，并揭示了挤压处理后淀粉结构的变化对消化性能的潜在影响。

在非挤压状态下，研究发现去除内源性成分显著提高了淀粉的消化性。其中，果胶对淀粉消化性的抑制作用最为明显。实验数据显示，天然面包果淀粉的抗性淀粉（resistant starch, RS）含量为29.02%，在去除蛋白质后降至25.05%，去除脂类后进一步降至10.68%，而去除果胶后则降至6.94%。这表明果胶在维持淀粉结构稳定性和抵抗消化方面起到了关键作用。果胶通过其高粘性特性增加了体系的粘度，同时通过分子间相互作用促进了有序结构的形成，从而间接抑制了淀粉的酶解过程。相比之下，蛋白质和脂类的去除对淀粉消化性的提升作用相对较弱，这可能与它们在淀粉结构中的分布和结合方式有关。

研究进一步发现，去除果胶对淀粉颗粒的结构破坏最为显著，导致短程有序性、结晶度以及链长分布发生明显变化。这表明果胶在维持淀粉颗粒的完整性方面具有重要作用。果胶的去除可能削弱了其对淀粉颗粒的物理包裹，使淀粉分子更容易被酶接触和分解。而蛋白质和脂类的去除虽然也对淀粉结构产生了一定影响，但其作用范围和强度不及果胶。蛋白质可能以表面蛋白或嵌入颗粒内部的通道蛋白形式存在，这些结构可能在一定程度上减少了酶的可接触位点，从而提高了淀粉的稳定性。脂类则通过疏水相互作用嵌入淀粉分子的螺旋结构中，形成稳定的复合物，这在一定程度上增强了淀粉对消化的抵抗能力。

在挤压处理后，面包果淀粉形成了酶抵抗性的V型淀粉-脂类复合物，其抗性淀粉含量显著上升，达到了28.40%至38.27%。挤压过程中的高温、高压和剪切力对淀粉颗粒的形态、结晶结构和分子链排列产生了显著影响。这些条件不仅改变了淀粉颗粒的物理结构，还可能促进了内源性成分与淀粉之间的重新排列和结合。例如，脂类在挤压过程中可能与淀粉分子形成更紧密的复合结构，从而提高其抗消化能力。然而，实验结果显示，去除脂类的挤压淀粉样品表现出最低的V型结晶度（4.59%）和抗性淀粉含量（28.40%），这说明脂类在形成V型复合结构和维持淀粉抗性方面具有关键作用。去除脂类后，淀粉颗粒的结构稳定性降低，导致其抗性淀粉含量减少，这可能与脂类在复合物中的物理屏障作用有关。

挤压处理后的淀粉样品呈现出密集的块状聚集结构，减少了淀粉分子的渗出，并降低了其分子量。这种结构变化可能与高温和高压环境下的分子重排有关，使得淀粉颗粒变得更加紧密，从而减少了酶的渗透和作用空间。此外，挤压处理还可能改变了淀粉颗粒的表面特性，使其更难被酶分解。这一发现为开发具有高抗性淀粉含量的低升糖指数（low-glycemic index, GI）食品提供了理论支持。抗性淀粉具有较低的消化率，能够在肠道中发挥益生元作用，促进有益菌群的生长，从而改善肠道健康和血糖控制。

值得注意的是，面包果淀粉的多尺度结构变化与其内源性成分的去除和挤压处理密切相关。在非挤压状态下，果胶的去除对淀粉结构的破坏最为显著，而在挤压处理后，脂类的作用则更为突出。这表明不同内源性成分在不同加工条件下对淀粉消化性的调控机制存在差异。果胶主要通过其物理屏障作用和分子间相互作用影响淀粉的消化性，而脂类则通过形成稳定的复合结构增强淀粉的抗消化能力。蛋白质的作用可能介于两者之间，其对淀粉颗粒的包裹和嵌入可能在一定程度上减少了酶的可接触位点，从而提高了淀粉的稳定性。

面包果淀粉的多尺度结构特征，如其纯B型晶体结构、较低的结晶度以及较长的支链淀粉链，使其在消化特性上与传统谷物淀粉（如水稻、玉米和小麦）存在显著差异。这种结构差异可能影响其与酶的相互作用方式，进而改变其消化速率和抗性淀粉含量。研究还指出，面包果淀粉的高脂类含量和稳定的脂类-支链淀粉复合结构可能是其抗性淀粉含量较高的重要原因。这些特性使得面包果淀粉在功能性食品开发中具有独特的优势，尤其是在低升糖指数食品的生产中。

挤压处理作为一种高效的连续食品加工技术，不仅能够改变淀粉的物理结构，还可能通过其高温、高压和剪切力环境促进内源性成分与淀粉之间的重新排列和结合。这种处理方式在工业上具有较高的应用价值，因为它可以与现有的双螺杆挤压设备兼容，并且通过简单的预处理步骤（如选择性去除内源性成分）实现成本效益高的大规模生产。与化学改性方法相比，挤压改性不仅减少了生产成本，还避免了化学试剂的使用，从而更符合绿色食品加工的趋势。

研究还强调了面包果作为未被充分利用的热带作物资源的重要性。其高淀粉含量（12.76%干基）和低种植投入（比谷物作物低30%的水和肥料需求）使其在可持续农业和减少粮食浪费方面具有显著潜力。通过挤压改性，面包果淀粉的抗性淀粉含量可以得到有效调控，这不仅有助于开发低升糖指数食品，还可能为功能性食品的创新提供新的思路。例如，抗性淀粉的高含量可以改善食品的营养结构，使其更符合现代消费者对健康饮食的需求。

在实验方法上，研究采用了体外消化实验和多尺度结构表征技术相结合的方式，全面评估了面包果淀粉的消化特性。体外消化实验通过模拟人体消化过程，分析了不同处理条件下淀粉的消化速率和抗性淀粉含量。而多尺度结构表征技术则从宏观到微观层面揭示了淀粉结构的变化，包括其颗粒形态、结晶度、短程有序性以及链长分布等。这些数据不仅有助于理解内源性成分对淀粉消化性的调控机制，还为优化加工工艺提供了科学依据。

此外，研究还关注了内源性成分在挤压处理过程中的动态变化。例如，高温和高压环境可能导致蛋白质的变性，从而减少其对淀粉颗粒的包裹作用，增加淀粉的稳定性。同时，脂类可能在挤压过程中与淀粉分子形成更紧密的复合结构，进一步增强其抗消化能力。这些变化可能与淀粉颗粒的微观结构重组有关，如结晶区的扩展或无定形区的增加。通过深入分析这些结构变化，研究为优化面包果淀粉的加工工艺提供了新的视角。

在实际应用中，面包果淀粉的抗性淀粉含量调控对于开发功能性食品具有重要意义。高抗性淀粉含量的食品能够延缓碳水化合物的消化和吸收，从而降低血糖波动，有助于糖尿病等代谢性疾病患者的健康管理。此外，抗性淀粉还具有促进肠道健康、改善肠道菌群平衡等益处，这使其在功能性食品市场中具有广阔的前景。通过挤压改性，面包果淀粉的抗性淀粉含量可以得到有效提升，这不仅提高了其作为功能性原料的潜力，还为低升糖指数食品的生产提供了新的选择。

综上所述，该研究通过系统分析面包果淀粉的内源性成分及其在挤压处理后的结构变化，揭示了不同成分对淀粉消化性的调控机制。研究结果表明，果胶在非挤压状态下对淀粉消化性具有显著的抑制作用，而脂类在挤压处理后则成为增强淀粉抗消化能力的关键因素。这些发现不仅为面包果淀粉的功能性改性提供了理论支持，还为开发低升糖指数食品和高效利用热带淀粉资源提供了新的思路。同时，研究也强调了面包果作为可持续食品原料的潜力，特别是在减少粮食浪费和促进绿色食品加工方面。未来的研究可以进一步探索不同加工条件对面包果淀粉结构和消化性能的影响，以期开发出更加符合市场需求的高附加值产品。