热加工方法对玉米粉主食中淀粉消化率的调控机制及其影响

《Food Research International》：Regulation mechanisms and effects of thermal processing methods on starch digestibility in cornmeal staples

淀粉可消化性受热处理方式调控的机制研究：揭示烘烤、蒸煮和蒸制对玉米粉模拟面团中蛋白-淀粉互作及网络稳定性的影响，发现低水分高温度环境促进稳定蛋白网络包裹淀粉，抑制酶解；反之高水分环境酶解更充分。

　　

双 Xu|郑彪 Gu|李 成|严 豪|李 玲金

江南大学食品科学与技术学院，中国无锡 214122

摘要

目前的研究主要集中在单谷物食品系统中，面筋与淀粉颗粒相互作用对淀粉消化率的影响。然而，不同热加工方法对这种相互作用的影响仍很大程度上未被探索。本研究旨在探讨三种不同的热加工方法（蒸煮、沸煮和烘烤）对玉米粉模拟面团中淀粉与非淀粉成分相互作用的影响，以及这些方法对淀粉消化率的调节机制。研究结果表明，经过不同热加工方法的样品其淀粉消化率存在显著差异：烘烤样品的快速消化淀粉（RDS）含量最低（54.54%）；沸煮样品的RDS含量最高（71.95%），而蒸煮样品的RDS含量介于两者之间。多尺度分析表明，导致这些差异的主要因素是蛋白质网络的形成及其与淀粉颗粒的相互作用，这显著影响了淀粉的消化率。烘烤过程中低水分、高温的条件促进了蛋白质网络的形成，该网络通过广泛的氢键和疏水相互作用得到稳定，并含有大量稳定的二硫键构象。这种网络形成了包裹淀粉颗粒的物理屏障，严重阻碍了酶的接触。而对于蒸煮和沸煮样品来说，由于高水分环境，情况则相反。本研究揭示了不同热加工方法调节蛋白质网络稳定性的分子机制，以及蛋白质网络稳定性与淀粉消化率之间的结构-功能关系。

引言

根据葡萄糖在胃肠道中的释放和吸收速率，淀粉被分为快速消化淀粉（RDS）、缓慢消化淀粉（SDS）或抗性淀粉（RS）（Englyst等人，1992年）。不同消化率的淀粉具有不同的生理效应（Edwards等人，2015年；Gaesser等人，2021年；Guo等人，2023年；Li、Liu、Zhang等人，2021年；Li、Liu、Zheng等人，2021年；Oyeyinka等人，2021年；Sheng等人，2025年；Zhu等人，2024年）。因此，提供具有不同消化率的食物尤为重要。玉米是全球三大主要粮食作物之一，富含淀粉、蛋白质和脂质，其中淀粉占比约为68%-75%（Ai & Jane，2016年；Wang等人，2021年）。玉米粉是从玉米粒磨制而成的面粉，其成分与玉米粒相似。玉米粉的淀粉消化率变化会改变其营养价值。许多因素影响玉米粉的消化率，包括淀粉和非淀粉成分的精细结构，以及热加工方法（Chen等人，2025年；Ding等人，2025年；Singh等人，2010年）。

由于玉米粉中不含面筋蛋白，在制作馒头、面条和面包等主食时通常需要添加面筋蛋白。Jekle等人（2016年）指出，在加热过程中面筋蛋白与淀粉之间存在两种主要相互作用：首先，面筋在淀粉颗粒表面形成物理屏障，阻止水分进入淀粉颗粒；其次，两种聚合物之间发生竞争性水合作用。此外，这种相互作用大大降低了玉米粉中淀粉的消化率，因为在加工过程中面筋在淀粉颗粒周围形成了蛋白质网络，作为保护性物理屏障，限制了淀粉酶的接近和消化（Wei等人，2023年；Zeng等人，2023年）。

在玉米粉主食的生产过程中，热加工是不可避免的，因为不同主食的生产温度、水分环境和时间各不相同。不同主食中面筋与淀粉颗粒的相互作用也有所不同，从而导致蛋白质网络的稳定性以及与淀粉的包封和结合程度存在差异，进而影响淀粉的消化率（Kang等人，2021年）。高蛋白馒头具有更紧凑和密集的结构，限制了淀粉颗粒的膨胀，蛋白质网络在淀粉颗粒周围形成物理屏障，防止酶的水解（Mao等人，2023年）。意大利面中的蛋白质网络通过阻止胃蛋白酶水解面筋网络并减少接触面积来降低包封淀粉的消化速率（Zou等人，2015年）。面包中强面筋网络的形成通过抑制酶活性并形成在消化过程中不会完全分解的结构，显著降低了体外淀粉的消化率（Tagliasco等人，2025年）。尽管已有研究表明主食系统中面筋与淀粉颗粒的相互作用会影响淀粉消化率，但大多数研究仅关注个别主食系统（如馒头、面条或面包），并未系统地探讨不同热加工方法在不同主食系统中的效果。此外，导致这些效果的分子机制，特别是蛋白质网络结构的调节机制，尚未明确。

因此，我们旨在研究不同热加工方法对玉米粉主食中淀粉与非淀粉成分相互作用的影响模式和作用机制。我们还研究了这些相互作用对体外模拟淀粉消化特性的影响。在本研究中，我们从淀粉与非淀粉成分的包封和结合程度、蛋白质网络的稳定性以及淀粉的物理化学性质和微观结构等方面，探讨了热加工（蒸煮、沸煮或烘烤）后玉米粉主食中淀粉消化率差异的分子基础。我们的发现为加工具有不同消化率的主食提供了理论指导。

材料

玉米粒由山东富阳生物科技有限公司提供。Megazyme总淀粉测定试剂盒、胰酶（8×USP，P7545，EC 232–468-9）、胃蛋白酶（≥250 U/mg固体，P7000，EC 3.4.23.1）和淀粉葡萄糖苷酶（≥300 U/mL，A7095，EC 3.）购自Sigma-Aldrich（美国密歇根州圣路易斯）。葡萄糖氧化酶-过氧化物酶（GOPOD）试剂盒购自北京利德曼生化有限公司（中国北京）。荧光异硫氰酸酯（FITC）、罗丹明B和尼罗红也用于实验。

体外消化率

为了研究不同热处理后模拟面团中淀粉的消化特性，对样品进行了体外消化实验。样品的淀粉消化率见图1，其RDS、SDS和RS含量见表1。

所有样品的体外消化率曲线如图1所示。样品CF在20分钟内迅速被消化，而面团样品在20分钟内的消化率明显较低；所有

结论

本研究探讨了三种热加工方法（蒸煮、沸煮和烘烤）对模拟面团中淀粉消化率的影响机制。尽管不同热处理过程中淀粉颗粒的糊化程度不同，但这并非影响淀粉消化率的关键因素；关键在于所形成的面筋蛋白网络的稳定性和结构，而这又取决于加工环境。低水分条件

CRediT作者贡献声明

双 Xu：撰写——初稿、可视化、软件操作、实验设计。郑彪 Gu：监督、数据分析。李 成：验证、监督。严 豪：撰写——审稿与编辑、项目管理、资金申请、概念构思。李 玲金：软件操作、方法学设计、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务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“十四五”国家重点研发计划（2023YFD2303301）、中国博士后科学基金会博士后资助计划（GZC20230986）、江苏省学位与研究生教育改革项目（JGKT25_B035）以及嘉兴市新型研发机构创新指导专项计划（2025YDZX009）的支持。