《Food Chemistry》：Tertiary enzyme synergistic network-mediated starch-directed transformation into resistant starch
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豌豆淀粉经α-淀粉酶、4-α-葡萄糖转移酶和pullulanase三酶协同改性后，显著提升抗性淀粉含量至56.77%，并降低糖基指数9.43%，其晶体结构由C型转为B型，结晶度提高37.21%。改性淀粉经烹饪后仍保持30%以上抗性淀粉，糖基指数稳定在62.78-中等水平。该研究为功能性淀粉开发提供了结构调控新策略。
Nannan Xu|Yaru Xue|Li Guo|Bo Cui|Meng Yang|Jinpeng Wang|Chunrui Sun
山东健康食品资源开发与创新重点实验室，食品科学与工程学院，生物基材料与绿色造纸国家重点实验室，齐鲁工业大学（山东省科学院），中国山东省济南市长清区大学路3501号，250353
摘要
通过使用不同组合的α-淀粉酶、4-α-葡聚糖转移酶和普鲁兰酶对豌豆淀粉进行改性，制备了八种抗性淀粉。结果表明，与原始豌豆淀粉相比，经三酶改性的淀粉在糊化后的支化程度降低了37.51%。此外，其晶体结构从C型转变为B型，结晶度提高了37.21%。酶改性增加了B1和B2链的比例。这种结构重组显著提高了抗性淀粉的含量并降低了血糖指数。最大抗性淀粉含量达到了56.77%，而血糖指数下降了9.43%。烹饪后，抗性淀粉含量有所下降，但经过糊化和三酶处理的淀粉的抗性淀粉含量仍保持在30%以上。烹饪后的血糖指数处于中等水平，最低值为62.78%。本研究为功能性淀粉的开发提供了理论基础。
引言
尽管豌豆淀粉（PS）具有抗癌、清洁肠道和预防便秘的作用，但它也会增加机体对疾病的抵抗力（Wang, Wang等人，2023；Wang, Wu等人，2023）。豌豆淀粉在肠道系统中容易被消化成葡萄糖，导致血糖迅速升高——这是因为其直链淀粉含量在38.0%到41.1%之间（Terstegen等人，2025）。直链淀粉主要是一种具有α-(1–4)-糖苷键的线性葡聚糖。这些键容易被人体消化酶（α-淀粉酶、麦芽糖酶和葡糖淀粉酶）分解，对糖尿病患者构成健康风险。因此，需要通过改变其内部结构将豌豆淀粉转化为抗性淀粉（RS），以抵抗消化。抗性淀粉可以调节肠道微生物群的组成，促进有益细菌的生长，同时抑制有害细菌（Li等人，2021）。它还能通过降低餐后血糖和胰岛素反应来改善血糖控制。抗性淀粉还能增加饱腹感，这对体重管理很有价值（Thompson等人，2022）。Lagunes等人证实，抗性淀粉可以减缓葡萄糖吸收，并通过糖原合成降低高血糖（Lagunes等人，2025）。目前抗性淀粉被用作酸奶的稳定剂，并替代米粉以降低无麸质千层面面条的血糖指数（Fitriati等人，2025；Lee & Kang，2024）。
豌豆淀粉具有松散的内部结构和较高的直链淀粉含量，容易被消化酶水解。最近，4-α-葡聚糖转移酶（GT）受到了越来越多的关注，它通过将短线性链转移到支链淀粉的外端来延长支链淀粉的链长（Wan等人，2022）。α-淀粉酶（AM）通过水解α-(1,4)-糖苷键释放线性链（Xie & Ding，2023）。酶处理主要针对淀粉颗粒的无定形区域，这可以改变颗粒表面，提高直链淀粉的可及性（Yuan等人，2022）。普鲁兰酶（PUL）是一种解支酶，专门切割淀粉分子中的α-(1,6)-糖苷键（Semwal & Meera，2023）。解支后获得的线性链在冷却和回生过程中会形成高度稳定的晶体结构。这些结构对α-淀粉酶等消化酶具有很强的抗性。基于当前的研究，本研究假设（图1）：AM部分水解淀粉中的α-(1,4)-糖苷键，生成短线性链；随后GT通过α-(1,4)-糖苷键将这些短链转移到支链的非还原端，增强交联和网络形成；最后PUL专门水解短支链中的α-(1,6)-糖苷键。由于空间位阻，PUL难以进入紧密排列的支链内部，主要水解松散排列的支链中的α-(1,6)-糖苷键。理论上，依次使用AM、GT和PUL可以促进更紧凑的结构网络的形成。这一过程可能提高抗性淀粉的含量和热稳定性。
最近关于通过酶法提高淀粉抗性的研究主要集中在引入α-(1,6)糖苷键上。虽然这种方法增加了支链淀粉的支化密度，但并未显著改变链长分布，中等长度和长链的比例保持不变，导致结构较为松散（Chen等人，2024）。此外，它未能显著提高抗性淀粉的含量。根据研究发现，在当前技术条件下，增加支化程度最多只能将抗性淀粉含量提高到34.04%（Ma等人，2024）。因此，本研究旨在通过顺序酶处理延长支链长度。紧密交联的淀粉网络增加了空间位阻，从而提高抗性淀粉的含量。本研究比较了不同酶组合对抗性淀粉含量和血糖指数的影响，显著提高了淀粉的抗性淀粉含量，并形成了更紧凑的直链淀粉结构，使其能够抵抗消化酶的水解。这种方法为设计针对2型糖尿病和肥胖患者的功能性食品成分提供了理论基础。
材料
豌豆淀粉（PS）（蛋白质含量≤0.5%；灰分含量≤0.5%）来自中国诸城兴茂玉米发展有限公司。选择该公司的产品是因为其生产能力在中国名列前茅，且淀粉纯度超过95%。猪胰α-淀粉酶（CAS：9000-90-2，14 U/mg）购自上海宇源生物科技有限公司。来自Klebsiella aerogenes的普鲁兰酶（CAS：9075-68-7，2000 U/g）购自上海Macklin生化科技有限公司。
结果与讨论
根据上述方法进行分析，得到了以下结果。
结论
总之，我们证明了三酶处理显著改变了豌豆淀粉的物理化学和结构性质。该处理不仅提高了结晶度和B2、B3链的比例，还显著增加了抗性淀粉的含量。值得注意的是，所得到的gel-AM-GT-PUL-RS具有较高的热稳定性。烹饪后，抗性淀粉的含量仅略有下降，表明制备的抗性淀粉结构保持完整。
作者贡献声明
Nannan Xu：撰写初稿、研究、数据分析、概念构思。Yaru Xue：研究。Li Guo：撰写与编辑、方法设计、资金获取、概念构思。Bo Cui：资金获取、概念构思。Meng Yang：研究。Jinpeng Wang：研究。Chunrui Sun：研究。
未引用参考文献
Braidy, Béchu, De Souza Terra和Patience, 2020
Chen等人，2023
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了科学与教育产业融合重大创新专项（2024ZDZX05）、国家自然科学基金（项目编号32472376）、山东省自然科学基金（ZR2023MC138）、中央政府指导下的山东省科技发展基金（YDZX2023039）、泰山学者专项基金（ts201712060）以及农村科技创新行动计划的支持。
