近日，中国热科院香饮所加工与工程技术研究团队在三种常见膳食纤维对木薯淀粉性质影响及互作机理的研究方面取得新进展。研究团队通过多重表征阐明了三种常见膳食纤维—纤维素、半纤维素、木质素对木薯淀粉理化性质及消化性影响。此外，研究团队根据核磁数据和前人结构信息构建了三种膳食纤维的分子模型，通过分子动力学在微观分子水平上揭示了膳食纤维与淀粉的分子相互作用机理，同时采用等温滴定量热法在宏观物理水平上进行验证。

图1  研究工作概述图

淀粉作为人类饮食中必不可少的能量来源，在食品工业中也起着至关重要的作用。木薯淀粉由于其广泛可用性和低成本，在食品加工和其他工业中显示出巨大的应用潜力。然而，木薯淀粉的某些固有特性，如低糊化温度和高粘度，极大地限制了它的实际应用。特别是木薯淀粉的快消化性，摄入后会导致血糖水平急剧升高，诱发糖尿病等疾病。因此，调控木薯淀粉的理化性质和消化率一直是研究的热点。膳食纤维被认为是人体第七大必需营养素，它已被广泛用于调节淀粉消化。然而，目前的研究主要集中在混合膳食纤维对淀粉理化性质和消化率的影响，其潜在机制尚不清楚。纤维素、半纤维素和木质素—膳食纤维的三种最常见的基本组分—广泛存在于各种植源性食物中。迄今为止，对这三种基本组分对淀粉的理化性质和消化率的影响，以及它们与淀粉的特定相互作用机理仍然缺乏系统研究。

基于此，探究了不同添加量的三种膳食纤维—纤维素、半纤维素和木质素对木薯淀粉的性质影响及其相互作用机理。结果表明，在宏观物理层面与微观分子层面，三种膳食纤维均会与淀粉通过氢键等作用力进行结合，结合能力呈现半纤维素＞木质素＞纤维素。结合模式分别为：淀粉链缠绕在纤维素上形成局部特异性的环形缠绕，半纤维素与淀粉链相互缠绕形成类似双螺旋，木质素被淀粉链包裹缠绕形成V型复合物。结合能力与结合模式的差异导致在降低粘度、降低粘弹性、增大分子粒径、增强结晶性、增强热稳定性等方面均呈现木质素＞半纤维素＞纤维素。但在降低消化性上呈现半纤维素＞木质素＞纤维素，添加最多半纤维素呈现出最高的抗性淀粉含量（58.91%±0.36%）和最低的血糖生成指数（64.96%±0.35%）。这些发现揭示了纤维素、半纤维素、木质素与木薯淀粉在分子层面的相互作用机制，同时为淀粉改性及低血糖食品的开发提供新的见解。

相关成果以“Multi-perspective investigation of the effects and interaction mechanisms of three common dietary fiber on cassava starch properties”为题发表于《Food Chemistry》。香饮所联培硕士吕广佳为第一作者，东北林业大学李德海副教授、中国热带农业科学院香饮所张雨桐助理研究员、张彦军研究员为共同通讯作者。研究成果依托海南省特色热带作物适宜性加工与品质控制重点实验室，得到国家自然科学基金、海南省人才项目、中央级公益性科研院所基本科研业务费等项目资助。

论文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308814625041883