FH|福州大学汪少芸教授团队：不同处理下玉米淀粉与阿魏酸的协同作用及其对餐后血糖水平的影响

淀粉是一种重要的碳水化合物，大量存在于各种植物中。控制淀粉尤其是总可消化淀粉的摄入被认为是延缓血糖水平升高和胰岛素反应的有效途径。研究表明，多酚的羟基可以通过氢键、疏水相互作用和静电相互作用与淀粉分子发生非共价相互作用。福州大学汪少芸教授团队采用三种处理方法制备玉米淀粉-阿魏酸混合物/配合物，探索阿魏酸的结合量并增强其抗酶性能。

结果与讨论

1 形态

不同处理淀粉样的颗粒形态和表面结构如图1所示。玉米淀粉与阿魏酸简单混合，不影响淀粉的颗粒形态。阿魏酸的加入提高了淀粉颗粒的完整性，降低了玉米淀粉的糊化程度，说明阿魏酸的加入可以提高淀粉的热稳定性。挤出后淀粉大部分发生糊化，在高温和剪切力作用下糊化膨胀，淀粉颗粒增多。

图1. 3 种处理淀粉的SEM。PM. 物理混合；HT. 热处理；ET. 挤压处理。

2 阿魏酸结合量

从表1可以看出，阿魏酸在HMS-FRA复合物和EMS-FRA复合物中的结合量随着添加量的增加而增加。而挤压法构建的em - fra配合物中阿魏酸的结合量更高，达到13.00±0.68 mg/g，说明在外部挤压压力和热量的作用下，阿魏酸可以与玉米淀粉结合，形成了更多的玉米淀粉-阿魏酸配合物。

表1. 不同处理玉米淀粉阿魏酸结合量(mg/g，以玉米淀粉干重为单位)、结晶度(%)和v区比(%)

3 长程有序结构

如图2a所示，普通玉米淀粉的典型衍射峰位于15.0°、17.1°、18.1°和22.5°(2θ)处。阿魏酸的游离量越来越多，即阿魏酸在玉米淀粉中处于游离和未结合状态，可以通过XRD进行测量(图2A)。同时表明，XRD可以间接判断阿魏酸与玉米淀粉是否形成配合物。

图2. 3 种处理淀粉的XRD图谱(a-c)和FT-IR光谱(d-f)

在HT组中，玉米淀粉的特征衍射峰几乎消失，在13.0°和19.8°(2θ)处的衍射峰明显增强，呈结晶度为12.30%的v型结构(图2b)。可以观察到阿魏酸在各处理组均出现衍射峰，说明阿魏酸可以与玉米淀粉结合形成与HT的配合物。扫描电镜和糊化程度的结果表明，适当的热处理使玉米淀粉在保持晶体结构的同时部分糊化。此外，随着阿魏酸的加入，淀粉内v区比例增加(表1)。在13.5°(2θ)处出现一个新的特征峰，在19.8°(2θ)处衍射峰增加，结晶度为18.77%，表明EMS-FRA配合物为典型的A+ v型结构(图2c)。从表1可以看出，与HT组相比，ET组阿魏酸的结合量增加，尤其是EMS2.0CHA。但是在XRD图谱中没有发现明显的阿魏酸衍射峰，说明阿魏酸可以与玉米淀粉结合形成ET配合物。

4 短程有序结构

从FT-IR光谱(图2d-f)来看，没有新的峰出现或消失，说明玉米淀粉与阿魏酸之间的相互作用力是非共价力而不是共价力。995、1022和1047 cm-1处的能带强度与淀粉的结晶度呈负相关，用R1047/1022或R1022/995来反映淀粉的短程有序结构。NMS中R1047/1022最高(1.182)，R1022/995最低(0.896)。如表2所示，HT和ET均使R1047/1022的值降低，使R1022/995的值升高，阿魏酸对R1047/1022和R1022/995的值没有影响。

表2. 不同处理玉米淀粉的R1047/1022和R1022/995值

5 热性能

由表3可知，阿魏酸的加入增加了玉米淀粉的To、Tp和Tc，但对PM组的∆H值没有影响，说明阿魏酸可以增强玉米淀粉的热稳定性，不影响其降解。阿魏酸提高了玉米淀粉的To、Tp和Tc，降低了ET作用下玉米淀粉的∆H值，说明阿魏酸有助于提高玉米淀粉在高温下的稳定性。

表3. 不同处理玉米淀粉的热参数

6 离体淀粉部分

表4列出了玉米淀粉中RDS、SDS和RS的含量。未处理玉米淀粉的RDS、SDS和RS含量分别为72.89±1.39%、17.24±2.63%和9.87±1.25%。由于PM不会改变玉米淀粉的结构特征，因此，阿魏酸导致RDS含量的降低可能主要是由于其在淀粉水解过程中对淀粉酶的抑制作用。在HT组，HMS组与MS组的RDS、SDS和RS含量差异不显著(p≥0.05)，阿魏酸添加水平为0.5%、1.0%和1.5% (w/w)时，RDS含量显著降低(p<0.05)，但三者之间差异不显著(p≥0.05)。

表4. 不同处理玉米淀粉淀粉含量(%)

7 体内餐后血糖反应

不同处理组玉米淀粉餐后血糖波动见图3a，曲线下面积(AUC)值见图3b和表5。结果表明，阿魏酸能显著降低ET对玉米淀粉的AUC值(p < 0.05)。此外，苹果多酚(主要是阿魏酸)可以延缓小鼠餐后血糖和胰岛素水平的升高(Li等，2019)。EMS-2.0FRA的AUC值低于HMS-2.0FRA，说明配合物的处理方式影响了玉米淀粉的消化，进而影响了AUC值。这意味着阿魏酸被掺入玉米淀粉的方式，无论是通过高温加热还是蒸煮，对淀粉的消化率有明显的影响。AUC值的差异可以反映淀粉消化和葡萄糖吸收的速度和程度的变化，这是决定餐后血糖水平和代谢反应的重要因素。

表5. 不同处理下玉米淀粉AUC值(mmol/L·h)

图3. MS、MS+2.0FRA、HMS、HMS-2.0 cha、EMS和EMS-2.0FRA的血糖反应(a)和AUC值(b)，EMS-FRA复合物形成的潜在机制(c)

8 阿魏酸对玉米淀粉ET消化特性的影响

与玉米淀粉与阿魏酸的混合物相比，HT和ET对餐后血糖的降低效果更为显著。在阿魏酸与玉米淀粉的混合物中，阿魏酸没有改变玉米淀粉的结构，反而有降低AUC值的趋势，说明阿魏酸对小肠内壁淀粉水解酶有一定的抑制作用，但作用不显著。因此，玉米淀粉不能显著降低餐后血糖值。图3c说明了阿魏酸影响玉米淀粉消化率和降低餐后血糖水平的关键机制:一方面，阿魏酸与玉米淀粉分子通过氢键相互作用结合。

结 论

本研究探讨了不同处理条件下玉米淀粉与阿魏酸的协同作用及其对玉米理化性质、体外消化率和体内餐后血糖水平的影响。我们观察到，当物理混合时，阿魏酸不会改变玉米淀粉的表面结构或消化特性。阿魏酸可以提高热处理后淀粉的RS含量，降低热处理后的AUC值，说明阿魏酸的加入可以提高淀粉的抗酶水解能力。通过挤压处理，特别是EMS-2.0CHA，阿魏酸增强了消化能力，表现为阿魏酸结合量增加，RS含量升高，AUC值降低。说明玉米淀粉-阿魏酸复合物的餐后血糖波动受构建方法的影响。阿魏酸通过挤压处理提高阿魏酸的结合量、v区比、增加RS含量和降低AUC值，提高了消化能力，尤其是EMS-2.0CHA。这也表明玉米淀粉-阿魏酸复合物的餐后血糖波动与构建方法有关。综上所述，我们的研究结果表明，挤压过程中阿魏酸与玉米淀粉的相互作用可以有效促进v -复合物的形成，降低餐后血糖水平。这些发现为设计和利用淀粉-多酚复合物用于控制血糖的功能食品提供了有价值的指导。

The cooperation of maize starch and ferulic acid under different treatments and its effect on postprandial blood glucose level

Yuxue Zhenga b, Siyu Chenc, Yanyu Hua, Xingqian Yeb d e, Shaoyun Wanga, Jinhu Tianb d e

a College of Biological Science and Engineering, Institute of Food and Marine Bio-Resources, Fuzhou University, Fuzhou 350108

b College of Biosystems Engineering and Food Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058

c Department of Food Science and Technology, National University of Singapore, 2 Science Drive 2, Singapore 117542

d Zhejiang University Zhongyuan Institute, Zhengzhou 450000

e Shandong (Linyi) Institute of Modern Agriculture, Zhejiang University, Linyi 276000

Abstract

The study aimed to investigate the cooperation of maize starch and ferulic acid under physical mixing (PM), heat treatment (HT) and extruded treatment (ET) and its impacts on postprandial blood glucose level. PM did not influence the surface structure, or long/short- range order of maize starch, yet it decreased rapidly digestive starch (RDS) content to 65.82 ± 1.67% and increased resistant starch (RS) content to 20.58 ± 1.71%. In the HT group, maize starch-ferulic acid (HMS-FRA) complexes was formed, maintaining A-type crystal structure, and binding amount increased as the addition of ferulic acid increased. And maize starch had the lowest RDS and highest RS, moreover, its postprandial blood glucose value was 7.93 ± 0.64 mmol/L·h when added 2.0% (w/w) ferulic acid. Besides, in the ET group, the crystal type of extruded maize starch-ferulic acid (EMS-FRA) complexes changed to A+V type. ET also led to increased RS content, with postprandial blood glucose level significantly reduced (6.16 ± 0.80 mmol/L·h) in EMS-2.0FRA. These results demonstrated that ferulic acid could form maize starch-ferulic acid complexes through ET, and effectively reducing its postprandial blood glucose level. Our results will provide an idea for the production of functional staple food.

Reference:

ZHENG Y X, CHEN S Y, HU Y Y, et al.The cooperation of maize starch and ferulic acid under different treatments and its effect on postprandial blood glucose level[J]. Food Hydrocolloids. Available online 27 June 2024, 110361.

翻译：管勤昊（实习）；编辑/责编：张睿梅

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