西北农林科技大学王敏教授、何财安副教授、马恺阳博士生Food Chemistry发文：揭示多尺度结构调控高抗小麦淀粉的体外消化性机制

 近日，西北农林科技大学食品科学与工程学院王敏教授与何财安副教授团队在国际食品TOP期刊《Food Chemistry》（中科院一区，IF=9.8）发表题为“Comparative study of multi-scale structure and in vitro digestibility between high-resistant-starch wheat and normal wheat starches”的研究论文。西北农林科技大学博士研究生马恺阳为第一作者，王敏教授、何财安副教授为共同通讯作者。

文章研究了两种高抗小麦（TSM1和XN836）及一种普通小麦（XN369）淀粉的物理化学性质、分子量、链长分布、层级结构及体外消化行为。进一步地利用斜率对数（LOS）和联合平行顺序（CPS）模型对不同小麦淀粉的体外消化动力学行为进行建模研究。该研究发现了一种新型高抗小麦，并深入了解多尺度结构如何调控其体外消化特性，表明其作为功能食品原料的优越潜力。

研究背景

小麦是全球最重要的谷类作物之一，为全球近40%的人口提供主食，并且是日常能量摄入的主要来源。除了提供热量外，小麦还是淀粉、蛋白质、矿物质、B族维生素以及各种生物活性化合物的宝贵来源。淀粉是小麦籽粒的主要成分，约占其干重的60%-70%。由于淀粉在很大程度上决定了小麦食品的加工特性和最终使用品质，因此了解其结构和功能对于食品科学和工业应用至关重要。

植物育种和分子生物技术的最新进展促进了高抗性淀粉小麦（HRSW）的开发，该小麦通过修饰GBSSI基因表达，通常含有30%-40%的直链淀粉。与传统小麦（NW）相比，HRSW的抗性淀粉（RS）含量显著更高，有助于减缓淀粉消化和降低血糖反应。除了其生理益处，如降低餐后血糖、调节肠道微生物群和促进矿物质吸收外，HRSW在生产低血糖指数（GI）食品、膳食纤维补充剂和功能性保健品方面也具有广阔的应用前景。

尽管人们对HRSW的兴趣日益浓厚，但我们对其多尺度结构特征如何影响其消化行为的理解仍然有限。以往的研究主要集中在成分分析或单个物理化学性质上，而缺乏从分子到晶体和颗粒层面整合结构层次的综合评估。此外，目前尚无系统动力学模型描述HRSW淀粉的消化过程，且其相对于NW淀粉的加工适应性也知之甚少。这些空白阻碍了HRSW在食品体系中的合理设计和优化利用。

       鉴于这些研究空白，我们假设HRSW淀粉的多尺度结构特征决定了其物理化学行为和消化抗性，与NW淀粉相比，高直链淀粉含量和结晶结构更有序的淀粉预计会表现出更低的酶消化率。为了验证这一假设，我们系统地研究了从不同高抗性小麦品种和普通小麦中分离出的淀粉的物理化学性质、多尺度结构和体外消化模式。通过将结构参数与消化行为相关联，本研究旨在阐明淀粉结构调节消化率的机制途径，从而为设计和选择适用于低糖和功能性食品应用的小麦淀粉提供理论基础。

结论与展望

HRSW和NW在物理化学、热学和结构特性上表现出明显的差异，这些差异共同决定了它们不同的消化率。HRSW淀粉的特点是颗粒较小、分子量分布较宽、短支链淀粉较少以及结晶度较高。这些特性导致其糊化温度较高、峰值粘度较低且酶敏感性降低。HRSW的一个关键特征是其紧凑的V型晶体结构，该结构有效限制了酶的可达性，并促使其抗性淀粉（RS）含量较高。尽管预糊化提高了整体消化率，但与NW淀粉相比，HRSW（尤其是TSM1）仍保持了显著更高的RS水平和更慢的初始水解速率。这些发现阐明了多尺度结构属性如何影响淀粉的消化率，并为在需要控制消化或低血糖反应的应用（如特殊医疗用途食品）中选择HRSW淀粉提供了科学依据。