雙酶預處理結合熱擠壓技術能夠重建高lands大麥面粉的結構網絡，并調節其與消化相關的功能特性
《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Dual-enzyme pretreatment coupled with hot-extrusion reconstructs structural networks and modulates digestion-related functionality of Highland barley flour
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時間：2026年02月27日
來源：Innovative Food Science & Emerging Technologies 6.8
編輯推薦：
高原大麥經α-淀粉酶和纖維素酶單獨或聯合預處理后擠壓，其結構重組、流變特性及消化功能得到協同調控。雙酶預處理通過優化淀粉-細胞壁相互作用，促進擠壓后有序粘彈性網絡形成，降低淀粉消化性并提升功能特性。
鄭波|郭曉雪|童傳|向星偉|鄭斌
浙江工業大學食品科學與技術學院，中國杭州310014
摘要
酶預處理結合擠壓加工為調整基于谷物的系統的結構組織和功能性能提供了一種有前景的策略，然而酶輔助加工與網絡形成之間的機制仍不甚明了。在本研究中，高地大麥粉分別或聯合使用α-淀粉酶和纖維素酶進行預處理，隨后進行擠壓加工，以闡明酶預處理如何協同調節擠壓引起的結構重組。微觀結構、結晶學和熱分析表明，雙酶預處理使淀粉轉化從廣泛分解轉變為可控的糊化后重組，從而形成了有序的結構域并降低了結構異質性。流變學和質地測量結果顯示，雙酶輔助的擠壓加工促進了形成一種連貫的、抗變形的粘彈性網絡，這與過度淀粉水解引起的脆性結構相反。這些層次化的結構和機械特性進一步與降低的淀粉消化率和改善的消化相關功能反應相關聯，盡管經歷了強烈的熱機械加工。總體而言，這些發現表明酶-擠壓協同作用實現了結構引導的重組，而不是無差別的降解，為設計具有結構控制功能性能的擠壓谷物系統提供了一種有效策略。
引言
高地大麥（Hordeum vulgare L.）（簡稱Qingke）是一種營養價值高的谷物，以其高含量的膳食纖維、β-葡聚糖和酚類化合物而著稱（Guo等人，2020年）。定期食用高地大麥與改善的血糖控制、脂質代謝和抗氧化能力有關，這突顯了其作為功能性食品成分的潛力（Wu等人，2025年）。然而，高地大麥的營養功效受到其內在結構組織的強烈限制（Lu等人，2023年）。在微觀層面上，淀粉顆粒緊密嵌入由纖維素、半纖維素、β-葡聚糖和相關蛋白質網絡組成的致密細胞壁基質中。這種緊湊的架構限制了酶對淀粉底物的可及性，并限制了生物活性化合物的釋放和相互作用，從而減弱了基于高地大麥的食品的代謝益處（Chen等人，2025年）。傳統的熱加工方法通常會無差別地破壞這種結構，導致淀粉廣泛糊化并增加消化率，這可能會提高餐后血糖反應（Shah等人，2026年）。這些限制促使人們開發出能夠進行可控結構調節的加工策略，而不是無控制的降解。
酶修飾提供了一種選擇性手段，可以在不同的層次上調節谷物結構。α-淀粉酶被廣泛用于部分水解淀粉鏈、降低粘度并改善加工性能（Zhu等人，2025年）。然而，過度處理會增加快速可消化的淀粉部分并產生不利的血糖結果（Zheng等人，2024年）。相比之下，纖維素酶主要針對植物細胞壁多糖，促進基質松弛并促進結合的酚類和可溶性纖維的釋放。雖然纖維素酶可能提高功能性成分的生物可及性，但其對淀粉消化行為的單獨影響通常有限（Wang等人，2024年）。值得注意的是，以往的研究大多獨立地研究了這些酶策略（Chen等人，2015年；Feng等人，2025年），對其在多尺度谷物組織中的協同影響關注較少。因此，對α-淀粉酶和纖維素酶如何共同調節淀粉-細胞壁相互作用的理解仍然不完整。
熱擠壓是一種高效的食物加工技術，它結合了熱量、壓力和機械剪切，能夠引起谷物系統的深刻物理化學變化（Qiu等人，2024年）。擠壓破壞了天然的顆粒結構，促進了分子重組，并產生了獨特的流變學和質地特性。它還因其調節淀粉消化率和膳食纖維功能的潛力而受到關注（Nikolaou等人，2025年）。然而，單獨的擠壓往往會導致廣泛的結構均質化，這可能會掩蓋預處理過程中引入的微細結構特征（B. Zheng等人，2025年）。因此，酶預處理與擠壓結合的結果取決于酶誘導的修飾在熱機械加工過程中是否得以保留或重新定向。從機制上講，α-淀粉酶改變了淀粉的分子結構和糊化行為（Liu等人，2024年），而纖維素酶破壞了細胞壁框架并增強了基質的通透性（Rovalino-Córdova等人，2021年）。它們的聯合應用可能減少淀粉與周圍基質之間的結構耦合，并影響隨后的擠壓驅動重組。
盡管有這種機制上的合理性，但對高地大麥粉（HBF）進行酶預處理后結合擠壓的協同效應的系統研究仍然有限。特別是，酶調節、擠壓引起的結構重組、流變網絡形成和消化相關功能之間的關系尚未明確建立。本研究的創新之處在于通過一個綜合的結構-網絡-功能框架來解決這一空白，而不是單獨評估結構或營養反應。具體來說，本研究在匹配的加工條件下比較了單酶和雙酶預處理的效果，將流變網絡表征作為結構和功能之間的機制橋梁，并在統一的分析方法中將結構演變與消化相關結果聯系起來。因此，本研究的目的是探討酶預處理結合擠壓對HBF的多尺度結構、流變行為和消化相關功能的協同效應。通過整合微觀結構、結晶學、熱學、流變學、質地和消化分析，本研究旨在闡明酶調節如何引導擠壓引起的重組，并為設計具有平衡加工性和可控消化率的大麥基成分提供結構導向的設計思路。
材料
HBF（含56.8%淀粉、10.0%蛋白質、21.1%膳食纖維）購自甘肅祁連生物技術有限公司（中國甘肅）。使用前，用60目篩子篩分所有HBF面粉。α-淀粉酶（P2290450，2000 USP/g）和纖維素酶（KS385784，50 u/mg）購自元葉生物技術有限公司。葡萄糖氧化酶-過氧化物酶測定試劑盒（GOPOD，K-GLUC）購自Megazyme International Ireland Ltd.（愛爾蘭威克洛）。DPPH自由基清除率
酶預處理和擠壓對微觀結構組織的影響
掃描電子顯微鏡（SEM）用于觀察酶預處理和擠壓引起的微觀結構變化（圖1）。水合-熱基線樣品（WW）顯示淀粉顆粒基本保持顆粒形態，緊密嵌入致密的細胞壁基質中，顆粒間空隙少，表觀孔隙率低。顆粒域的大小通常在10–20 μm范圍內。在WDα中，觀察到部分表面侵蝕和
結論
本研究表明，在所研究的實驗系統中，酶輔助的擠壓加工調節了HBF的層次化結構組織和功能行為。雖然單獨使用α-淀粉酶預處理可以增加擠壓后的淀粉可及性，但α-淀粉酶和纖維素酶的聯合應用使結構轉化模式向可控重組轉變，而不是廣泛降解。雙酶輔助的擠壓促進了重組結構的形成
作者貢獻聲明
鄭波：撰寫——初稿，監督，資源管理，項目管理，資金獲取。郭曉雪：方法學，實驗研究，數據分析。童傳：可視化，驗證，軟件應用。向星偉：撰寫——初稿，軟件應用，資源管理，數據管理。鄭斌：撰寫——審稿與編輯，驗證，監督，軟件應用。
利益沖突聲明
本研究中不存在影響工作的競爭性財務利益或個人關系。
致謝
本研究得到了浙江省屬高校基本研究基金（RF-B2025006）的財政支持。
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