《Food Chemistry》：Modulating the multiscale structure and digestibility of OSA starch by phenolic acid substituents and heating process
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本研究阐明热处理（25°C/90°C）与酚酸羟基/甲氧基比例协同调控OSA淀粉复合物结构及抗消化性的机制。结果表明：90°C处理通过疏水作用促进SA形成V型复合物，其抗性淀粉含量达36.90%；甲氧基通过降低电子亲和能增强酚酸与淀粉的氢键和疏水作用，其中OR-SA复合物最稳定；酚酸通过抑制α-淀粉酶活性及构建致密结晶结构共同抑制消化性。该发现为开发抗肥胖淀粉基食品提供理论依据。
邓冉冉|冯冉|陶涵|张宝
教育部生物过程工程研究中心，合肥工业大学，中国安徽省合肥市屯西路193号，230009
摘要
酚酸中甲氧基与酚羟基比例的协同效应以及热处理对改性淀粉结构的影响及其作用机制尚未得到充分研究。本研究旨在通过构建25°C/90°C条件下辛烯基琥珀酸酐（OSA）淀粉（OR）与咖啡酸（CA）、阿魏酸（FA）和芥酸（SA）之间的复合物，来阐明这些因素对OR多尺度结构和消化特性的影响。结果表明，在25°C下制备的OR-CA复合物具有更高的有序性。甲氧基增强了酚酸的活性，且OR与SA的结合最为稳定。90°C时酚酸含量的增加通过疏水相互作用促进了V型复合物的形成，其中含有SA的复合物的抗性淀粉含量为36.90%。酚酸通过抑制淀粉酶活性或与OR形成高度有序的晶体结构，从而协同降低了淀粉的消化率。这一发现为利用酚酸-淀粉复合物设计抗肥胖淀粉食品提供了理论基础。
引言
作为主要的膳食能量来源，淀粉因其快速消化性以及对餐后血糖和长期代谢健康的影响而受到越来越多的研究关注。值得注意的是，辛烯基琥珀酸酐（OSA）改性淀粉因其优异的两亲性和稳定性而在食品工业中得到广泛应用（Sharma等人，2025年）。然而，Wu等人（2025年）发现OSA改性淀粉的抗性淀粉（RS）含量低于琥珀酰化淀粉，这可能导致较高的消化率，从而增加肥胖和2型糖尿病等代谢疾病的风险。这一限制限制了其在食品中的应用。因此，开发有效的方法来调节OSA淀粉的消化过程并提高RS含量具有重要的营养和健康意义。
多酚作为植物的次级代谢产物，能够有效抑制消化酶的活性（Li等人，2020年）。此外，多酚通过嵌入直链淀粉的空腔形成V型包合物（Asiamah等人，2025年），或通过氢键、范德华力和离子键形成非包合物（Hernández-Bautista等人，2025年）来调节淀粉的消化特性。酚酸作为主要的多酚类物质，利用其分子结构特征（分子量、羟基数量、糖基化位置）（Carvalho等人，2025年；Chen等人，2024年；Xu等人，2025年）和取代基特性来调节氢键强度、疏水性（Yu等人，2022年）以及α-(1→4)糖苷键上的CH-π相互作用（Li等人，2020年），从而显著影响淀粉的消化率。Fan等人（2025年）报告称，酚酸与淀粉形成了高度有序的V型包合物，显著延缓了淀粉的消化过程。Yu等人（2023年）发现酚羟基在酚酸与淀粉的氢键形成中起主导作用。同时，Lv等人（2025年）发现酚酸中的疏水基团（C=C键和甲氧基）增强了其与淀粉形成氢键的能力，并显著提高了RS含量。这表明酚酸的结构对其与淀粉的相互作用有显著影响。然而，关于酚羟基与甲氧基比例如何调节淀粉功能性和消化率的机制仍不明确。
淀粉的天然层状结构及其狭窄的双螺旋空腔限制了大分子量酚酸的渗透，导致主要通过氢键形成的非包合物（Chen等人，2024年）。然而，热处理通过增强疏水相互作用促使多酚嵌入淀粉链中形成V型包合物（Deng等人，2021年），同时促进密集晶体结构的形成并提高其热稳定性（Gao等人，2023年）。然而，过度的热处理会降解淀粉链，显著降低其与多酚的复合效率（Luo等人，2024年）。因此，热处理是决定淀粉-多酚复合物形成效率、结构特征和最终性能的关键参数。Yang等人（2024年）展示了60–90°C温度区间对复合物结构的影响，Zuo等人（2024年）揭示了共热温度调节淀粉-多酚复合物特性和消化率的规律。然而，A型晶体结构的存在（25°C）或缺失（90°C）如何调节淀粉-多酚复合物的功能特性的内在机制仍需进一步阐明。
因此，本文假设热处理和酚酸的结构特征（分子量、极性、取代基）协同调节淀粉-多酚复合物的消化特性。本研究旨在阐明25°C/90°C热处理以及甲氧基/酚羟基比例对OR-多酚复合物影响的分子机制。使用不同的组合系统分析了这些复合物的多尺度结构和体外消化特性。量子化学模拟和分子对接进一步阐明了甲氧基/酚羟基比例与OR之间的相互作用机制。本研究为设计低消化率和高功能的OSA改性淀粉产品奠定了理论基础，推动了其在血糖管理食品中的应用。
材料
咖啡酸（CA，纯度97%）、阿魏酸（FA，纯度98%）、芥酸（SA，纯度98%）、 rice淀粉、Folin-Ciocalteu试剂、α-淀粉酶和DNS均购自云南生化试剂有限公司（中国上海）。α-淀粉酶（A3176）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。二甲基亚砜（DMSO）购自中国上海新华制药试剂有限公司。本研究中使用的OSA及其他所有分析级化学品均来自相应供应商。
酚类化合物含量
通过测定复合物中的多酚含量，可以比较不同淀粉的复合能力。在相同的处理温度下，淀粉对多酚的吸附能力因酚酸取代基的不同而表现出不同的趋势。如图1(a)所示，25°C时OR吸附多酚的能力低于90°C时的能力。这可能是因为在低于淀粉糊化温度的情况下，
结论
本研究系统研究了25°C/90°C热处理以及酚酸中甲氧基与酚羟基不同比例对OR复合物多尺度结构和消化特性的协同作用机制。量子化学计算证实，甲氧基通过降低ΔE值和增强电子局域化作用提高了多酚的疏水性和活性。分子对接显示多酚能够自发嵌入OR中
CRediT作者贡献声明
邓冉冉：撰写初稿、进行研究、数据整理。
冯冉：数据整理。
陶涵：验证、正式分析。
张宝：撰写、审稿与编辑、验证、方法学指导。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文研究的个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFD2100705）、国家自然科学基金（32160533、32472492）、安徽省自然科学基金（2308085MC108）以及中央高校基本科研业务费（JZ2023HGPB0290）的财政支持。
