杂豆细胞壁完整度对淀粉消化性的影响机制研究

Regulation of starch digestion in foods for improving the nutritional value is of great significance. This project focuses on the impact of macro-structure of cell wall integrity on in vitro starch digestibility, aimed at comparatively studying the multi-structural changes of the legume cell walls and included starch granules as well as their relationship with digestion properties. This project selects kidney beans, broad beans and peas which are widely planted in China as examples, and uses intact legume cotyledon cells and the one with different damage levels as the moderately and overly processed food models, respectively. Through modern analytical instruments, we will qualitatively and quantitatively investigate cooking effect on morphological structure of cotyledon cells, aggregation state and granular structure of included starches in the model food systems. The rate and extent of starch digestion will be interpreted by the first-order kinetics of the enzyme-catalyzed reaction. With the aid of mathematical and statistical methods, the rate-limiting step and influencing mechanism of starch digestion in the legume cell systems with different integrity levels will be fully understood. In order to verify the proposed mechanism, the binding site and rate of alpha-amylase in different model systems will be further assessed. Results can provide guidance for the design and manufacture of low glycemic index healthy foods as well as reasonable dietary changes of residents.

本项目针对细胞壁宏观结构的完整度对其内含淀粉消化性的影响机制这一基础理论问题出发，旨在对比研究杂豆全食品中细胞壁和淀粉在蒸煮熟化中的多尺度结构变化与消化性能之间的关系，对实现食品中淀粉消化性的调控及其营养价值的提升有着重要的意义。以我国种植较为广泛的芸豆、蚕豆和豌豆为研究对象，通过构建完整和不同破损度的子叶细胞做为适度/过度加工食品的研究模型，采用现代分析仪器研究蒸煮熟化对模型食品中的细胞宏观形貌特征、淀粉聚集态和颗粒结构变化，并给予定性和定量的表征。采用一阶酶促反应动力学评价淀粉的消化速率和消化程度。通过数学统计方法，探讨不同完整度的杂豆细胞体系中淀粉消化的决速步骤和影响机理，并测定各体系中淀粉酶的结合位点和结合率来进一步验证。研究结果对低血糖生成指数健康食品的设计和制造、合理改变居民的膳食结构具有重要的指导意义。

当前全食品饮食被公认为是一种健康、营养的饮食方式，因为全食品体系具有完整的组织结构，能够限制淀粉与消化酶的接触从而降低淀粉的消化性，对预防II型糖尿病、肥胖症和心血管等慢性疾病，维持个体健康状态具有重要的意义。然而目前关于杂豆全食品体系内淀粉结构及消化动力学的研究还不够深入，而且杂豆细胞壁宏观结构对淀粉消化性的影响机制未被完全揭示。因此，本项目从杂豆细胞壁完整度（或称破损度）对其内含淀粉消化性的影响规律这一基础理论问题出发，通过构建完整和不同破损度的杂豆子叶细胞做为适度/过度加工食品的研究模型，深入研究热加工过程对细胞壁宏观形貌特征、胞内淀粉的结构转变及其淀粉消化机制，以期为科学加工低GI健康食品、合理改变居民的膳食结构提供理论指导和技术支撑。项目主要开展了：1.杂豆淀粉多尺度结构对淀粉体外消化动力学的影响规律；2.限制性糊化对杂豆细胞内淀粉结构及消化性的影响规律；3.细胞壁通透性对杂豆细胞内淀粉结构及消化性的影响规律；4.细胞壁完整度对杂豆胞内淀粉结构及消化性的影响机制。研究结果发现：1.淀粉的表层结构才是决定杂豆淀粉体外消化动力学差异的关键因素；2.杂豆细胞内淀粉的体外消化特性由杂豆细胞壁的通透性和细胞内酶抑制组分的抑制作用这两个主要因素的控制；3.不同处理方式诱导的细胞壁通透性的变化是影响鹰嘴豆细胞内含淀粉体外消化差异的关键性因素；4.细胞壁对淀粉颗粒的屏障作用控制着鹰嘴豆细胞内淀粉体外消化动力学。项目目前共发表论文11篇，其中SCI 收录论文9篇，申请了1项国际PCT发明专利和2项中国发明专利。近两年11篇论文被引次数共61次，学术成果已产生一定的学术价值。项目负责人近三年共做8次会议口头报告，报告均鸣谢国家基金的支持，产生了一定的学术和社会效果。截至目前本项目还没有产生应用价值。