基于香蕉淀粉抗消化性能与分子精细结构构效关系的研究

The green starch is a good source of resistant starch(RS), which has very high content of resistant starch. The study on the digestibility of banana starch plays an important role for the development of deeply processed banana products and increases the value of the banana industry. The aim of our study is to understand the mechanism of the RS formation in banana starch, and the relationship between molecular fine structure and digestibility from banana starch. Focus on the difference of digestibility from main variety, the aggregate state structure and chain structure of different variety during enzymatic hydrolysis and ripening were systematically investigated by using AFM、SAXS、infrared spectrum、MALS, including particle、crystalline structure、semi-crystalline lamellae、the molecular mass distribution and conformation. The influence of protein 、cellulose and heating treatment on the digestibility of the banana starch are also investigated to better understand the mechanism of the RS formation. This study will provide a beneficial strategy for a reasonable utilization of carbohydrates to prevent chronic diseases and to expand the application of banana industry.

未成熟的青香蕉是天然抗性淀粉含量最高的食物之一，对香蕉淀粉消化性能的研究是开发天然抗性淀粉产品、提升香蕉产品附加值的基础。为阐明香蕉抗性淀粉的形成机理及与淀粉分子结构的关系，本项目针对不同品种间香蕉淀粉消化特性的差异，采用了小角X-射线衍射、原子力显微镜、红外光谱、激光光散射等现代分析技术对其在消化过程中和香蕉后熟期内淀粉的颗粒形貌、结晶结构、层状结构分子量大小、分布及构象等聚集态结构和链结构进行表征，对并对蛋白质、纤维素等大分子组分和热处理对淀粉消化性能的影响进行研究，通过相关性分析，寻求淀粉结构与消化性质间的联系，阐明香蕉中抗性淀粉的形成机理。本项目的研究，对合理利用碳水化合物预防胰岛素抵抗相关的慢性疾病、拓展香蕉淀粉的应用领域具有重要理论指导意义。

青香蕉的主要成分为淀粉，香蕉中的淀粉天然具有抗消化性，作为一种新型功能食品原料，具有广阔的应用前景。对香蕉淀粉抗消化机制和益生效应的研究是开发利用香蕉资源，提升产业附加值的基础。项目首先从淀粉结构角度出发，揭示了淀粉晶体结构是引起不同品种香蕉淀粉消化性能差异的重要原因。研究结果表明了不同晶体类型的淀粉颗粒，在消化过程中的存在两种酶解途径。香蕉淀粉具有光滑致密的表面结构，可在摸拟胃液的消化阶段抑制弱酸作用，保持完整的颗粒结构。在摸拟肠液消化阶段，CB型香蕉淀粉的酶解作用是由表面无定型区开始自外向内，因而具有较高的抗消化性能。对于CA型的香蕉淀粉，颗粒结构内部在消化初期即受到酶解作用，在消化过程中无定形区和结晶区同时发生酶解。另外，对淀粉结构和消化性能相关性的研究表明，淀粉颗粒粒径和层状结构较小，相对分子质量及其旋转半径越大、支链淀粉中B链及C链含量相对较高的香蕉淀粉分子，具有更高的抗消化性能。项目进一步阐明了香蕉成熟度与营养成分、加工特性和功能特性间的相关性，研究分析了不同成熟度香蕉粉对糖尿病模型小鼠的干预效果，结果表明香蕉粉可显著改善小鼠体重降低、胰岛素抵抗以及血脂异常的现象。通过对肝脏糖代谢相关基因mRNA表达水平的测定，发现香蕉粉干预可下调糖异生关键酶—葡萄糖-6-磷酸酶基因的表达水平，上调葡萄糖激酶以及胰岛素受体、葡萄糖转运蛋白2基因的表达水平，促进肝糖原合成，抑制肝脏葡萄糖输出和糖异生。此外，研究阐明了香蕉淀粉在成熟过程中颗粒结构和链结构的变化，揭示了淀粉颗粒表面微观结构和结晶结构转变是引起抗消化性能降低的主要原因，明确了蛋白、纤维素、果胶等成分以及加热处理对淀粉消化性的影响。本项目的研究对开发利用碳水化合物预防胰岛素抵抗相关的慢性疾病，拓展香蕉应用领域具有重要意义。