華中農業(yè)大學黃琪琳教授課題組在高能球磨木薯淀粉多尺度結構和體外消化構效關系的研究中取得新進展

　　近日，黃琪琳教授課題組在Carbohydrate Polymers雜志發(fā)表題為“Effects of wet-media milling on multi-scale structures and in vitro digestion of tapioca starch and the structure-digestion relationship ”的研究論文，該研究從“酶對淀粉的可及性”這一視角揭示了非糊化球磨改性淀粉高消化速率及高消化率的機制。

 

　　濕法球磨可有效將淀粉粒徑降低至納米級，進而改變淀粉的顆粒形態(tài)和分子結構，導致球磨淀粉獨特物化性質的產生，如糊化溫度和糊粘度低、分散穩(wěn)定性好、比表面積大等，極大地拓寬了淀粉的應用范圍。1879年，Brown和Heron首次發(fā)現(xiàn)，淀粉經(jīng)球磨處理后，其酶水解反應顯著加快。而后，多數(shù)研究表明球磨淀粉某單一結構的破損與淀粉消化（酶水解反應）速率的增加存在高度相關性，但忽略了其他多尺度結構的協(xié)同破損對提高球磨淀粉消化速率的貢獻。黃琪琳教授課題組前期實驗結果表明，在球磨過程中，顆粒結構最先受損，其次是聚集態(tài)結構（包括同心環(huán)結構、結晶和非晶薄層結構），最后是直鏈淀粉和支鏈淀粉的精細結構。因此，研究推測多尺度結構的階段性破壞將在不同程度上增強酶與破損部分結合，實現(xiàn)消化率的階段性增加。

 

　　相關結果證實了假設。由于同心殼結構阻礙酶進入顆粒，天然淀粉顆粒難以消化，呈現(xiàn)簡單線性消化模式，其消化速率僅為0.002。1 min的球磨處理破壞了淀粉的顆粒結構，使得酶從破壞的外殼屏障進入到淀粉顆粒內部，導致消化速率約63倍的增加。5-15 min的球磨處理可顯著破壞淀粉的短程有序結構，并降低淀粉的分子量和尺寸，從而增強酶對受損淀粉的滲透和結合，導致球磨樣品消化速率的顯著增加。此外，30-420 min的球磨處理主要改變了分子鏈結構，包括直鏈淀粉和支鏈淀粉，進一步改善了酶對底物基質的結合，但球磨樣品消化速率僅小幅增加。盡管球磨處理對多尺度結構的破壞越來越嚴重，但淀粉中殼屏障的破損是提高消化率的最關鍵因素，其次是短程有序結構的破損，最后才是直鏈淀粉和支鏈淀粉的分解。本研究進一步完善了球磨淀粉多尺度結構對體外消化速率的影響機制。

 

　　論文鏈接：doi:https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119176；該論文由國家基金（31771996）資助。

 

　　通訊作者信息：黃琪琳（ hql@mail.hzau.edu.cn），博士，華中農業(yè)大學教授，博士生導師。國家科技專家?guī)鞂＜摇⒖萍疾恐攸c研發(fā)計劃評審專家、教育部科研基金和科技獎勵評審專家、國家自然科學基金評審專家、湖北省科技廳專家?guī)鞂＜摇⒑笔〖Z油精深加工項目評審專家、中國食品衛(wèi)生安全教育專業(yè)委員會委員。致力于食品大分子的結構、功能及交互作用，水產品加工、保鮮及風味調控方面的研究。主持國家自然科學基金2項、人才項目2項，國家重點研發(fā)計劃子課題、十二五國家科技支撐計劃子課題、中央高?；究蒲匈Y金、高校博士點基金、武漢市應用基礎研究項目等20余項。以第一或通訊作者發(fā)表論文52篇，其中 SCI論文35篇，EI論文6篇，14篇IF>9.0，均篇IF>7.0；省科技成果鑒定7項，授權國家發(fā)明專利6件。擔任Journal of Aquaculture and Research和Green and Sustainable Chemistry期刊的編委，是20余個SCI期刊的評審專家。先后入選閩江學者講座教授、市級人才工程和青年晨光計劃。

 

　　第一作者信息：李栩栩，華中農業(yè)大學食品科技學院2019級博士研究生，導師為黃琪琳教授，研究方向為淀粉與蛋白的結構、功能及其交互作用。