中国农业科学院研究生，中国农业科学院研究生院
淀粉是一种易水解的高分子有机物质，是粮食中的主要成分，也是碳水化合物的主要来源。根据淀粉的消化速度，大致可分为3 类：快速消化淀粉（RDS），是指在20 min内消化的淀粉，在摄入后人体血糖水平立即上升，为人体提供必要的能量，但这可能诱发与饮食相关的代谢性慢性疾病，如II型糖尿病；缓慢消化淀粉（SDS），是指在20～120 min内消化的淀粉，其在小肠中被缓慢但完全消化，以维持人体血液中葡萄糖浓度的稳定；抗性淀粉（RS），是指消化时间在120 min以上的淀粉，其不能被人体消化道消化，可以通过厌氧发酵被结肠中的菌群降解，有利于调节肠道菌群和预防代谢性疾病。
食物源肽具有多种生物活性，如降血糖活性等，食物源肽能够通过与淀粉相互作用显著降低淀粉的消化率，从而得到低血糖指数的淀粉基食品。中国农业科学院农产品加工研究所胡玥，孙红男*，张苗*等就食物源肽与淀粉相互作用方式，食物源肽对淀粉结构、理化和消化特性的影响，以及食物源肽-淀粉体系的应用进行综述，旨在为开发淀粉基低血糖指数食品提供理论依据。
1、食物源肽与淀粉的相互作用方式
天然淀粉主要以颗粒形式存在，绝大多数淀粉颗粒表面较粗糙，且有些谷物淀粉存在微孔结构和孔道结构，可为小分子物质进入淀粉颗粒内部提供作用位点。糊化时，淀粉颗粒吸水膨胀，内部小体的排列被破坏，具有网状结构的外壳发生拉伸和变形，最终破裂，释放小体；同时小体在加热过程中膨胀，链伸长与周围小体连接呈丝状，并随着糊化进行最终形成疏松的网络结构，即凝胶。在淀粉糊化后期，由于淀粉颗粒破裂，直链淀粉析出，形成不稳定的凝胶；进一步随着温度的降低，肽分子会与淀粉分子间发生相分离。食物源肽通常通过氢键、静电和疏水相互作用的共同作用吸附在淀粉颗粒表面、与淀粉分子形成凝胶结构或与淀粉分子发生相分离（图1）。
1）吸附作用
肽分子可通过氢键、静电相互作用和疏水相互作用附着在淀粉颗粒表面，形成物理屏障。在加热过程中，表面吸附的肽分子一方面限制水分子进入淀粉颗粒内部，削弱淀粉-水之间的相互作用；另一方面，在消化过程中与淀粉酶分子结合，竞争性抑制淀粉酶作用。肽与淀粉的吸附作用会改变淀粉的结构，降低淀粉的糊化程度以及消化率。
2）凝胶作用
肽分子与淀粉颗粒在加热条件下通过氢键和静电相互作用形成凝胶结构，从而改变淀粉的流变学特性，其中静电相互作用可能与糊化初始时淀粉颗粒表面裂痕和孔洞的出现具有一定关系。在糊化过程中，谷物低聚肽与淀粉分子之间通过静电相互作用发生聚集，从而促进谷物低聚肽与淀粉复合凝胶体系的形成。
3）相分离
相分离是指系统中稳定而均匀的单相状态被打破，不同成分之间发生相互融合、阻隔，分离成具有不同结构和组成的几个相。随着糊化温度的降低，牛乳蛋白与大米淀粉之间的凝胶结构被破坏，蛋白分子发生聚集，并与淀粉分子发生相分离。
2、食物源肽与淀粉相互作用对淀粉结构与性质的影响
肽-淀粉的相互作用对淀粉的结构、理化和消化特性有很大影响，具体表现在：1）使淀粉的有序结构增强且更易聚集；2）在糊化过程中与淀粉竞争水分子，从而抑制淀粉糊化；3）在淀粉周围形成物理屏障，使淀粉的消化率降低（图2）。
1）对淀粉结构特性的影响
淀粉是由两种葡聚糖聚合物（即直链淀粉和支链淀粉）有序堆积而成的半结晶颗粒。直链淀粉是由相对线性的分子组成，通过调节疏水性客体化合物，具有形成单螺旋的倾向；支链淀粉是一种支链多糖，其支链在分子内氢键作用下也倾向于形成螺旋结构。当淀粉糊化时，大部分直链淀粉会从淀粉颗粒中溶出，在没有其他客体小分子存在的情况下，直链淀粉发生无规卷曲，形成单螺旋结构；当加热停止，冷却至室温后直链淀粉之间会通过氢键发生聚集，形成双螺旋结构。而加入的肽会与淀粉发生氢键缔合和疏水相互作用，有助于淀粉链的有序重排，从而增加淀粉的短程有序及聚集结构，提高淀粉的相对结晶度。
肽/酶解物与淀粉颗粒之间形成的氢键能够增加淀粉晶体的短程有序结构，有助于淀粉链的有序重排。食物源肽对淀粉结构特性的影响如表1所示。
2）对淀粉理化性质的影响
食物源肽的加入不仅会对淀粉的结构产生影响，同时还会对淀粉加热糊化后的理化性质产生影响，主要表现在流变学、热力学以及糊化性质方面。
2.1 流变学性质
静态流变学性质
根据剪切应力和剪切速率的关系，可以将流体分为牛顿流体和非牛顿流体：当流动行为指数为1时为牛顿流体；当流动行为指数小于1时为假塑性非牛顿流体；当流动行为指数大于1时为胀塑性非牛顿流体。大米淀粉糊的剪切应力随剪切速率增加而增大，呈现假塑性剪切稀释特征，且随着核桃蛋白添加量的增加，应力曲线整体下移，稠度指数降低，这是由于核桃蛋白抑制了淀粉颗粒的膨胀以及直链淀粉的析出。
动态流变学性质
淀粉的流变学特性取决于溶胀淀粉颗粒所占体积分数，通常采用动态流变实验测定淀粉的黏弹性，主要参数是储能模量（G′）和损耗模量（G′′）。其中，G′可以反映黏弹性材料的类固体性质，如弹性和刚度；G′′可以反映黏弹性材料的类液体性质，如黏度和流动性。肽与淀粉的相互作用能够抑制淀粉的聚集，从而导致G′降低。
2.2 热力学性质
热力学性质与淀粉基食品的性能和品质密切相关，通常采用差示扫描量热仪对淀粉的糊化转变温度进行分析。大米蛋白酶解物能够使小麦淀粉的糊化起始温度、峰值温度和终止温度增加，回生焓值降低，这表明大米蛋白酶解物可以抑制淀粉的结晶和长期回生。大豆肽会升高淀粉糊化过程中的起始温度、峰值温度和终止温度。
2.3 糊化性质
淀粉在常温下不溶于水，但当温度上升时，淀粉的物理性能会发生明显变化。淀粉在水中加热溶胀、胶束结构全部崩溃分裂，并被水包围，由于淀粉分子是链状甚至分支状，彼此牵扯，最终形成具有黏性的糊状溶液，此过程称为淀粉的糊化。而肽的加入会与淀粉竞争水分子，从而削弱淀粉-水之间的相互作用，进而抑制淀粉颗粒的糊化。不同肽对淀粉糊化特性的影响程度也存在差异，这是由于分子质量小及带电荷数多的肽具有较大的比表面积，可以更好地与淀粉结合，附着在淀粉颗粒表面。食物源肽对淀粉理化性质的影响如表2所示。
3）对淀粉消化特性的影响
淀粉在消化酶的作用下转化为葡萄糖，可为人体提供能量，但是淀粉的快速消化会导致血糖浓度升高，这对人体健康不利。食物源肽的加入会降低淀粉的消化率，对α-葡萄糖苷酶起到抑制作用，间接降低了淀粉基食品中淀粉的酶解速率和程度，其主要原因是肽作为物理屏障，通过疏水相互作用和氢键吸附在淀粉颗粒表面，从而减少酶与淀粉之间的接触。
大豆肽的加入降低了淀粉中RDS含量，增加了RS含量（表3），可能的原因是大豆肽限制了湿热处理后淀粉链的流动性，从而抑制了淀粉的消化。食物源肽对淀粉消化特性的影响如表3所示。
3、食物源肽-淀粉体系的应用
由于食物源肽和淀粉在生物中大量存在，且具有生物可降解性和生物活性，因此可被广泛应用于生物、医学、食品等领域。Meira等将乳链菌肽加入到以玉米淀粉为基质的纳米材料中，获得具有抗菌活性的新型活性食品包装材料。Mokrejs等用苋菜粉淀粉-蛋白酶解物制备了可生物降解和可食用的薄膜。Jain等用蛋壳膜蛋白质酶解物与香蕉淀粉可形成具有较强物理和氧化稳定性的乳液。Segura-Campos等将菜豆蛋白酶解物加入小麦粗粒面粉中，得到具有低热量的功能性食品。
结语
食物源肽与淀粉分子的氢键、静电和疏水相互作用会影响淀粉的结构、理化和消化性质，从而改变淀粉基食品的结构与特性。虽然目前已有一些关于食物源肽与淀粉分子相互作用的研究报道，但仍有许多方面需要进一步深入探讨。首先，食物源肽与淀粉分子之间的相互作用方式与作用力强弱取决于肽及淀粉分子的结构，因此，有必要探究肽分子序列、淀粉的短程及长程有序结构等的变化对肽与淀粉分子相互作用的影响规律，从而为食物源肽与淀粉在功能食品中的应用提供基础数据；其次，低血糖指数淀粉基食品的研发已成为促进淀粉基食品产业发展新的增长点，因此，如何高效且最大限度地发挥肽与淀粉相互作用在低血糖指数淀粉基食品中的应用仍是一项较为迫切的任务。
本文《食物源肽与淀粉相互作用的研究进展》来源于《食品科学》2023年44卷09期163-169页.作者：胡玥，孙红男，张苗，木泰华. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220714-152. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
实习编辑：彭凯雄 ；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。
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中国农业科学院研究生(中国农业科学院研究生院)