《Food Chemistry》：Rheological, thermal, pasting, structural and in-vitro digestibility properties on complex of physically modified Kodo millet starch with quercetin
編輯推薦：
該研究探究了高梁淀粉經退火（KAN）、熱濕處理（KHT）和超聲處理（KUS）后與槲皮素（Q）形成復合物的特性，通過物理化學、結構、熱學和體外消化分析發現，改性及復合均顯著改變淀粉的 amylose含量、膨脹能力、吸水吸油性及凝膠特性。其中KHT-Q和KUS-Q復合物的復合指數分別達12.31%和18.54%，抗性淀粉含量為38.7%和24.57%。復合淀粉表現出峰值粘度降低24.08%、短程結晶度增加4.86%及冷凍穩定性提升至83.44%。多變量分析表明KHT-Quercetin復合效果最優，證實物理改性可破壞淀粉分子結構，增強與多酚的非共價結合，為開發低GI功能性食品提供新途徑。
Vaidhya Rukmangathan Bharathvaj | Chikkaballapur Krishnappa Sunil | Ashish Rawson | Veerapandian Chandrasekar | Nagarethinam Baskaran | Natarajan Venkatachalapathy
印度坦賈武爾國家食品技術、創業與管理研究所
摘要
本研究探討了物理改性方法（退火（KAN）、熱濕處理（KHT）和超聲波處理（KUS）對科多小米淀粉與槲皮素（Q）復合體形成的影響。通過物理化學、結構、熱學及體外消化實驗發現，這些改性處理顯著改變了淀粉的直鏈淀粉含量、膨脹能力、吸水性和吸油性以及凝膠化特性。值得注意的是，KHT-Q和KUS-Q復合體的復合指數分別達到了12.31%和18.54%，且抗性淀粉含量也有所提高（分別為38.7%和24.57%）。改性后的淀粉表現出較低的峰值粘度（降低了24.08%）、較高的短程結晶度（增加了4.86%），以及更好的凍融穩定性（KHT-Quercetin組最高可達83.44%）。結構分析結果證實了這些變化。多元分析表明，KHT-Quercetin對所有評估參數的影響最為顯著。該研究強調了在多酚復合前進行物理改性的潛力，有助于調整淀粉的性質，以應用于功能性食品，為開發低血糖指數、高營養價值的食品產品提供了新的途徑。
引言
小米是一類具有優異氣候適應性、低投入需求和高營養價值的小型谷物（Ho & Yamamoto, 2025; Siliveru & Vara Prasad, 2022）。小米天然不含麩質，富含膳食纖維和必需的微量營養素（Mahajan et al., 2021）。盡管如此，小米在全球食品體系中的利用仍然不足，僅占國際谷物貿易的不到3%（Ho & Yamamoto, 2025）。為了充分利用小米的優勢，需要在整個價值鏈上協調努力。從加工和增值的角度來看，對小米特性的研究至關重要。淀粉約占小米組成的60-70%（Mahajan et al., 2021），其衍生物在食品工業中廣泛用作各種食品的添加劑（Vilela et al., 2026）。然而，淀粉作為主要的碳水化合物來源，會導致血糖水平急劇上升，這與2型糖尿病、肥胖癥和心血管疾病等代謝紊亂的發病率增加密切相關（Zhu & Gilbert, 2024）。此外，天然淀粉存在許多技術功能上的局限性，如抗剪切和熱應力能力弱、易發生回生以及持水能力不足，這些因素嚴重限制了其在工業食品中的應用（Compart et al., 2023; Sharanagat et al., 2023）。因此，開發具有改進技術功能和消化特性的食品變得十分必要。
通過物理、化學和酶法對淀粉進行改性可以改善其功能特性并減緩消化速度（Compart et al., 2023）。已有許多研究分析了不同物理熱處理和化學處理對小米淀粉結構的影響（Sherin et al. 2024a; Bharathvaj et al., 2025; Sharath Kumar et al., 2025）。然而，仍有部分小米品種未被充分研究，其中就包括科多小米（Paspalum scrobiculatum）。與其他小米淀粉相比，科多小米淀粉的抗性淀粉含量較高（約36%），由于其優異的營養價值、氣候適應性和在可持續食品系統中的潛在作用，近年來重新受到了關注（Kumari et al., 2023; Mahajan et al., 2021）。
雖然現有的改性方法已證明能有效改善淀粉的性能，但生活方式的改變和加工食品消費量的增加給人類健康帶來了諸多挑戰。為應對這一問題，亟需開發更多健康導向的食品和成分（Pagliai et al., 2021; Vitale et al., 2024）。近年來，將淀粉與植物來源的多酚復合已被證明能提升基于淀粉的食品的營養和功能特性（Sun et al., 2019; Wu et al., 2024; Xu et al., 2021）。多酚是植物產生的次級代謝物，具有多種保健功效（如抗炎、抗氧化等）（de Araújo, de Paulo et al., 2021）。淀粉與多酚之間的相互作用會改變淀粉分子的結構，從而限制淀粉分子與水解酶的結合（Van et al., 2022; Wu et al., 2024; Zheng et al., 2020）。此外，多酚還能通過競爭性和非競爭性機制抑制關鍵碳水化合物消化酶的活性，有效降低消化速率，改善腸道健康（de Araújo, de Paulo et al., 2021; Wu et al., 2024）。從技術功能的角度來看，淀粉-多酚復合物有助于抑制淀粉的回生，并作為生物活性多酚的保護性載體（Li et al., 2020; Liu, Zhao et al., 2025; Zeng et al., 2022）。這種雙重作用不僅增強了多酚的生物利用度及其抗氧化效果，還保持了淀粉結構的穩定性（Lu et al., 2024; Yu et al., 2022; Zhang et al., 2023）。綠色和非化學加工方法的發展（如介質研磨、超聲波-微波協同處理、高壓處理等）進一步推動了淀粉-多酚復合技術在工業規模上的應用（Li et al., 2024; Wang et al., 2025; Zhao et al., 2019; Du et al., 2019; Guo et al., 2019），為設計具有更好代謝功能、加工穩定性和健康益處的新一代淀粉基食品提供了可能。
槲皮素是一種具有強大抗氧化作用的多酚化合物，具有多種保健效果，包括抗炎、免疫抑制、抗過敏和抗神經退行性作用（Liu, Lu et al., 2025; Vollmannová et al., 2024）。但由于其在水介質中的穩定性較差以及加工過程中的不穩定，其在食品中的應用受到限制。因此，將其與淀粉復合成為一種可行的選擇。本研究旨在探討不同物理處理方法（退火、熱濕處理和超聲波處理）對科多小米淀粉與槲皮素復合的影響，以及由此帶來的結構、技術功能和消化特性的變化。
原材料和化學品
科多小米（Paspalum scrobiculatum）顆粒購自印度泰米爾納德邦坦賈武爾的一家超市。槲皮素（95%水合物）購自印度孟買的Loba Chemie Pvt. Ltd.
從科多小米顆粒中提取淀粉
淀粉的提取方法參考了Han et al. (2021)的研究。首先將科多小米顆粒研磨成細粉，然后通過250 μm篩網過濾，并在室溫下用0.2%的氫氧化鈉溶液浸泡12小時。
化學組成
淀粉的含水量是影響產品質量和微生物生長敏感性的關鍵參數。原始淀粉的含水量為12%（濕基），改性淀粉的含水量范圍為7.665%至13.605%，而復合淀粉的含水量范圍為4.510%至7.030%（表1）。復合淀粉的含水量有所下降（11.210%至62.430%），這表明淀粉分子結構發生了變化。
結論
總體而言，研究表明物理改性有助于淀粉與槲皮素的復合，從而提高了淀粉的吸水性和抗油性，并產生了抗性淀粉。這些物理處理破壞了緊密堆積的淀粉鏈，暴露出可供非共價分子相互作用結合的位點。通過對比三種處理方法，可以得出結論：結構的變化促進了淀粉與槲皮素的有效結合。
作者貢獻聲明
Vaidhya Rukmangathan Bharathvaj： 負責撰寫初稿、方法設計、實驗研究、數據分析與整理。
Chikkaballapur Krishnappa Sunil： 負責審稿與編輯、結果可視化、驗證、項目監督、方法設計、資金申請及概念構思。
Ashish Rawson： 負責審稿與編輯、結果驗證及項目監督。
Veerapandian Chandrasekar： 負責審稿與編輯、結果驗證及項目監督。
Nagarethinam Baskaran： 負責審稿與編輯。
未引用的參考文獻
De Araújo, Ang, Farias and Pastore, 2021
Englyst and Hudson, 2022
利益沖突聲明
作者聲明不存在可能影響本文研究的財務利益或個人關系。
