淀粉作為人類飲食的主要碳水化合物來源，其消化速度與餐后血糖水平密切相關(guān)。天然淀粉按晶體結(jié)構(gòu)可分為 A 型（如小麥淀粉）、B 型（如馬鈴薯淀粉）和 C 型（如豌豆淀粉），不同晶型的消化性存在顯著差異。近年來，2型糖尿病等代謝疾病發(fā)病率攀升，開發(fā)低升糖指數(shù)（GI）食品成為重要需求。

研究表明，蛋白質(zhì)及其水解物可通過物理包裹或分子互作抑制淀粉消化。大豆分離蛋白水解物（SPIH）因具有低分子量、高水溶性及豐富官能團(tuán)（如羧基、氨基），可能與淀粉形成更強(qiáng)的相互作用。然而，現(xiàn)有研究缺乏對不同晶型淀粉響應(yīng)差異的系統(tǒng)分析，且 SPIH 與淀粉的互作機(jī)制（如氫鍵、水分調(diào)控）尚不明確。

在該研究中，低場核磁共振技術(shù)（LF-NMR）主要用于分析大豆分離蛋白水解物（SPIH）對不同晶型淀粉中水分子流動性及分布的影響，從而揭示 SPIH 與淀粉的相互作用機(jī)制及其抗消化性的物理基礎(chǔ)。

圖1：小麥淀粉與SPIH 結(jié)合的弛豫譜圖

圖2：馬鈴薯淀粉與SPIH 結(jié)合的弛豫譜圖

圖3：豌豆淀粉與SPIH 結(jié)合的弛豫譜圖

一、水分狀態(tài)的弛豫時間分類

LF-NMR 通過T₂分布將淀粉體系中的水分分為三類：

1、T₂₁（0.1–10 ms）：結(jié)合水與淀粉 / 蛋白質(zhì)官能團(tuán)（如羥基、羧基）緊密結(jié)合，流動性極弱；

2、T₂₂（10–100 ms）：不易流動水被淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)束縛，流動性較低；

3、T₂₃（100–1000 ms）：自由水存在于淀粉顆粒間隙或凝膠孔隙中，流動性高，與淀粉消化性密切相關(guān)。

二、SPIH 對不同晶型淀粉水分流動性的影響

1、小麥淀粉（A 型）

未添加 SPIH：T₂₃主峰位于約 440 ms，對應(yīng)自由水占比約 76%（A₂₃振幅）。

添加 20% SPIH 后：

T₂₃峰左移至約 340 ms，自由水弛豫時間縮短 11.4%；

A₂₃振幅下降至 68%，結(jié)合水T₂₁振幅從 12% 升至 18%。

機(jī)制：SPIH 的氨基與淀粉羥基形成氫鍵，奪取自由水轉(zhuǎn)化為結(jié)合水，削弱淀粉顆粒膨脹所需的水分供應(yīng)。

2、馬鈴薯淀粉（B 型）

未添加 SPIH：T₂₃主峰位于約 880 ms，自由水占比達(dá) 81%（A₂₃）。

添加 20% SPIH 后：

T₂₃峰顯著左移至約 460 ms，弛豫時間縮短 47.7%；

A₂₃振幅降至 59%，不易流動水T₂₂振幅從 15% 升至 27%。

機(jī)制：B 型淀粉疏松的晶體結(jié)構(gòu)允許 SPIH 深入孔隙，通過物理纏繞和氫鍵作用固定自由水，抑制淀粉顆粒吸水膨脹。

3、豌豆淀粉（C 型）

未添加 SPIH：T₂₃主峰位于約 440 ms，自由水占比 72%（A₂₃）。

添加 5% SPIH 時：

T₂₃短暫右移至約 480 ms，自由水流動性略增強(qiáng)，可能因 SPIH 初期破壞淀粉-水網(wǎng)絡(luò)；

添加20% SPIH 后：

T₂₃左移至約380 ms，自由水占比降至 65%，結(jié)合水振幅從 15% 升至 20%。

機(jī)制：C 型淀粉的 A+B 混合型結(jié)構(gòu)使 SPIH 的作用呈現(xiàn)濃度依賴性，高濃度下 SPIH 與直鏈淀粉形成穩(wěn)定氫鍵網(wǎng)絡(luò)，重新限制水分流動。

三、弛豫時間與抗消化性的關(guān)聯(lián)

自由水流動性降低抑制淀粉消化： SPIH 通過氫鍵競爭和物理包裹減少自由水含量，延緩淀粉顆粒在消化液中的膨脹及酶解位點(diǎn)暴露。

水分分布與晶型敏感性： B 型淀粉（馬鈴薯）對 SPIH 最敏感，因其疏松結(jié)構(gòu)允許更多 SPIH 分子插入，而 A 型淀粉（小麥）晶體緊密，SPIH 主要作用于顆粒表面，故水分流動性變化幅度較小。

LF-NMR 數(shù)據(jù)表明，SPIH 通過與不同晶型淀粉形成氫鍵及物理網(wǎng)絡(luò)，減少自由水含量并降低其流動性，進(jìn)而抑制淀粉消化。該技術(shù)為揭示 “蛋白質(zhì)水解物-淀粉-水分” 互作機(jī)制提供了動態(tài)證據(jù)，支持 SPIH 作為低 GI 食品添加劑的應(yīng)用潛力。

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參考資料

Zhu, Z., Sun, C., Wang, C., Mei, L., He, Z., Mustafa, S., Du, X., & Chen, X. (2024). The anti-digestibility mechanism of soy protein isolate hydrolysate on natural starches with different crystal types. International Journal of Biological Macromolecules, 255, 128213. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.128213