Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg中非淀粉多糖对马铃薯淀粉结构和功能特性的影响

本研究探讨了四棱草（T. hemsleyanum）根多糖（PST）对马铃薯淀粉（PS）糊化特性、可消化性及结构的影响。结果表明，添加PST显著降低了PS的糊化程度和回生温度，抑制了膨胀能力、溶出amylose及粘度，同时提高了凝胶的粘弹性和回生值。当添加量为10%时，PS的峰值粘度从3930 cP降至1305 cP，终极消化率从62.4%降至53.3%。此外，PS/PST复合物呈现增强的网络结构和结晶度。该发现为开发调节淀粉葡萄糖释放的功能性食品提供了新依据。

Gong Wanxin | Liu Zhijie | Zhang Siyan | Wu Dianxing | Shu Xiaoli

国家水稻生物学重点实验室、农业部核农业科学重点实验室、浙江大学核农业科学研究所，中国浙江省杭州市310029

摘要

外源非淀粉物质可以通过与淀粉形成复合物来改变淀粉的功能特性。Tetrastigma hemsleyanum的块根中含有丰富的多糖，但这些多糖在淀粉改性方面的潜力尚未被探索。本研究调查了从T. hemsleyanum块根中提取的多糖（PST）对马铃薯淀粉（PS）的物理化学性质、消化率和结构的影响。PST的添加显著降低了PS的糊化程度并促进了其回生作用。PST抑制了PS在糊化过程中的膨胀能力，减少了直链淀粉的渗出，并降低了糊化粘度。当PST的添加浓度为10%时，峰值粘度从3930 cP降至1305 cP，而 setback粘度从192 cP增加到312 cP。同时，PST增强了PS凝胶的粘弹性。此外，PST延缓了PS的消化速率，添加10% PST后，最终消化率从62.4%降至53.3%。PS/PST复合物表现出更强的网络结构并提高了结晶度。这些发现表明，PST可以用于调节含淀粉食品的葡萄糖释放，为开发基于淀粉的功能性食品提供了新的见解。

引言

Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg是一种分布在中国南部的稀有传统草药[1]。其块根含有约59.76%至64.74%的淀粉，以及丰富的生物活性成分，包括非淀粉多糖（NSPs）（约占干重的18.20–21.37%）、多酚和黄酮类[1]，[2]。来自T. hemsleyanum的多糖（PST）是一种杂多糖[3]，具有多种药理活性，包括抗氧化[4]、抗炎和抗癌作用[5]，以及调节肠道微生物群[6]和缓解严重肺炎[7]的能力。然而，它们的生物活性受单糖组成的影响。Cheng等人[8]发现，T. hemsleyanum块根中的多糖含有葡萄糖、半乳糖和甘露糖，其含量比为9.5:4.1:1.1。

我们之前的研究发现，除了丰富的生物活性成分外，T. hemsleyanum的块根还含有大量的抗性淀粉（RS）[2]，这是健康个体小肠中未被消化的淀粉部分，也是决定淀粉消化率的关键因素。值得注意的是，T. hemsleyanum根粉的抗性淀粉含量（11.62% ± 0.07）显著高于其分离出的淀粉（10.03% ± 0.10）[2]，这表明PST可能调节淀粉的消化率。淀粉的消化率取决于凝胶表面相互作用、糊化、粘度、颗粒形态和空间位阻[9]。大量研究表明，NSPs可以与淀粉形成复合物；NSPs的添加通过氢键或静电吸引与淀粉相互作用，从而全面影响淀粉的消化率和功能性，如提高粘度、凝胶强度和吸水能力[10]。此外，NSPs可以通过限制糊化过程中的淀粉分解或形成物理屏障来封装淀粉颗粒，从而阻碍酶的接触[11]。未消化的淀粉和NSPs通过大肠中的发酵进一步有益于肠道健康[12]。将NSPs与淀粉混合被认为是一种简单、经济且环保的改性策略，可以解决天然淀粉的固有局限性，包括高消化率以及影响产品质量的回生和热不稳定性[13]。然而，PST是否可以作为添加剂来调节淀粉的消化率（体内或体外），并应用于含淀粉食品中，目前尚未被探索。关于PST对淀粉消化的影响或其与结构和其他物理化学特性的关系的研究还很有限。

为了阐明PST对淀粉物理化学性质的影响，本研究选择了马铃薯淀粉（PS）与PST共同糊化。研究了与PST复合物化的PS的物理化学性质，包括粘度、流变性质和消化率，这可能为开发基于T. hemsleyanum的功能性食品提供理论支持，并挖掘PST的潜在用途。

材料与试剂

马铃薯淀粉（水分含量：18.13%，CAS：9005-25-8），总淀粉含量为98.60 ± 1.29%（干基），直链淀粉含量为45.97 ± 0.84%（w/w，干淀粉），购自中国上海的Yuanye Bio-Technology公司。新鲜的T. hemsleyanum块根在中国浙江省杭州市采集。按照之前描述的方法[2]进行冷冻干燥后，将块根磨成粉以提取多糖。 纤维素酶（10 U/mg）

PST的总糖含量和单糖组成

从T. hemsleyanum块根中提取的粗多糖总糖含量为58.96 ± 0.91%，蛋白质含量低，为1.39 ± 0.01%。PST在200–400 nm范围内的紫外光谱在260 nm或280 nm处没有显示出显著的吸收峰（图1A），表明PST中几乎不含核酸和蛋白质。 离子色谱分析显示，PST由七种单糖组成，包括鼠李糖（Rha）、阿拉伯糖

结论

PST的添加导致PS的糊化粘度、膨胀能力和渗出直链淀粉含量降低，同时提高了SBV（峰值粘度）、糊化温度和凝胶粘弹性以及结论温度。此外，与PST混合的PS消化率较低。PST并未直接抑制淀粉酶活性，但可能通过促进淀粉分子在回生过程中的聚集和重排来增强网络结构。通过与直链淀粉形成复合物，PST

作者贡献声明

Wanxin Gong：撰写——初稿，实验设计，数据管理。 Zhijie Liu：撰写——初稿，数据可视化，实验设计。 Siyan Zhang：方法学研究，实验设计。 Dianxing Wu：指导，资金筹集。 Xiaoli Shu：撰写——审稿与编辑，数据分析，概念构建。

资助

作者衷心感谢浙江大学上海研究院的Starry Night Science Fund（SN-ZJU-SIAS-0012）、中国医学育种项目以及浙江省科学技术厅（2021C02074）的财政支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢Lijuan Mao女士在傅里叶变换红外光谱测试方面的技术支持，感谢Zhiwei Gao先生提供植物资源，以及Xiaoxia Shen教授在资金筹集方面的帮助。