基于多尺度非均相结构特征的苦槠淀粉体外消化特性研究

Castanopcis Sclerophylla is an abundant wild resource of starch. The scarcity of research in structure and digestibility of starch from Castanopcis Sclerophylla severely restricts the development and utilization of Castanopcis Sclerophylla as a new resource. The researches about compose，structure and the digestibility of starch are key scientific issues in the development of new starch resource. Starch is semi-crystalline polymer. Its heterogeneous structure in multi-scale direct affects the digestibility of starch. Studying the in vitro digestibility of castanopcis sclerophylla starch based on multi-scale heterogeneous structure is the basis for prediction and evaluation of processing and nutrition properties. In this study, the multi-scale heterogeneous structure of starch from Castanopcis Sclerophylla will be analyzed including compose, molecular structure, chain conformation, granular structure, growth ring, semi-crystalline lamellar structure and crystalline structure. Then in vitro digestibility of raw starch and gelatinized starch will also be researched. This program is aim to study the effect of multi-scale heterogeneous structure on in vitro digestibility of castanopcis sclerophylla starch, which will fill the empty in research of starch from castanopcis sclerophylla, and provide the theoretical basis for product development and quality control of castanopcis sclerophylla starch.

苦槠是一种来源丰富的野生淀粉资源，但目前苦槠淀粉结构和消化特性的研究匮乏，严重制约苦槠作为淀粉新资源的开发与利用。弄清淀粉的组成和结构，开展消化特性研究是淀粉新资源开发中亟待解决的关键科学问题。淀粉是一种半结晶聚合物，在不同尺度结构上的非均相性直接影响淀粉的酶解消化特性。从多尺度非均相结构入手研究苦槠淀粉消化特性是苦槠淀粉加工和营养特性预测和评估的基础。本项目针对苦槠淀粉的研究盲点，从淀粉的多尺度非均相结构表征入手，在分析苦槠淀粉的组成、分子结构、链构象、颗粒结构、生长环结构、半结晶层结构和晶体结构的基础上，分别对苦槠原淀粉和凝胶苦槠淀粉的体外消化行为进行研究，探讨苦槠淀粉多尺度非均相结构对其消化行为的影响，填补目前苦槠淀粉基础研究领域的空白，为苦槠产品的研发和品质控制提供理论基础，有力地推动苦槠作为优质功能性食品资源和淀粉新资源的开发利用。

苦槠是一种来源丰富的野生淀粉资源，但目前苦槠淀粉结构和消化特性的研究匮乏，严重制约苦槠作为淀粉新资源的开发与利用。本项目研究发现：苦槠是一种来源丰富的野生淀粉资源，但目前苦槠淀粉结构和消化特性的研究匮乏，严重制约苦槠作为淀粉新资源的开发与利用。本项目针对苦槠淀粉（CaS）的研究盲点，系统解析了CaS的多尺度结构特征，研究了苦槠原淀粉和凝胶苦槠淀粉的加工和消化特性，及CaS多尺度结构与其消化特性间的相关性。结果表明（1）天然苦槠淀粉颗粒为不规则球形，平均粒径10.4μm；淀粉的脐点在颗粒中央位置，周围围绕着生长环结构；淀粉颗粒结晶区与无定形区交替的片层厚度为9.59nm；具有C型结晶结构；测定了CaS的重均分子量和数均分子量，其均方根半径为141.5 nm，多分散指数PI为2.43，分子构象呈球型；脱支后CaS的链长分布情况为A链 （DP 6-12）占14.49%，B1链（DP 13-24）占36.48，B2 链(DP 25-36)占 15.21%，B3 链(DP≥37)占 33.81%。其支链淀粉的平均链长为27，其中内链长为8，外链长为18，A:B=1.58:1，分支化度为2.58。（2）CaS中含RDS 68.1%、SDS 27.78%、RS4.12%；苦槠淀粉的消化水解速率常数k=0.059；GI=112，属于高GI食品。苦槠淀粉短期老化较快，容易形成凝胶且硬度较高，凝胶的长期冷藏稳定性差。CaS的老化动力学方程拟合表明其符合一维晶体生长模式，晶核主要在冷藏初期形成，结晶速率k=0.81，老化速度较快。老化导致CaS消化速率的显著降低，这个现象主要发生在贮藏的早期，对应淀粉中晶核形成阶段。随老化时间的延长CaS的消化特性无显著变化。老化7天后的淀粉中RDS含量明显降低，SDS和RS含量升高，GI值降低。（3）对具有不同非均相结构CaS的结构和消化特性研究发现，影响CaS水解速率的主要是其慢消化淀粉含量，同时淀粉分子的均方根旋转半径也与其水解速率呈显著正相关。改性后CaS中抗性淀粉的含量与其数均分子量、直链淀粉含量等结构特性显著相关。研究还发现CaS富含多酚类物质，且苦槠多酚具有抗菌和抗氧化活性。本项目研究填补了目前苦槠淀粉基础研究领域的空白，为苦槠产品的研发和品质控制提供理论基础，将有力推动苦槠作为淀粉新资源的开发与利用。