华南理工大学陈玲教授等：热挤压3D打印过程中淀粉-儿茶素相互作用对淀粉消化率调节的影响：结构分析与模拟研究

撰文 | 食享君

编辑 | Dolores

排版 | Dolores

2022年6月4月，华南理工大学的研究人员在农林科学1区Top期刊Food Chemistry(Q1；IF=7.514)上在线发表了题为“Effect of starch-catechin interaction on regulation of starch digestibility during hot-extrusion 3D printing: Structural analysis and simulation study(热挤压3D打印过程中淀粉-儿茶素相互作用对淀粉消化率调节的影响：结构分析与模拟研究)”的研究性论文。华南理工大学郑波为第一作者，陈玲为通讯作者，香港中文大学Li Tianjie为共同通讯作者。

迄今为止，很少有研究清楚地阐明热挤压3D打印(HE-3DP)对淀粉的多尺度结构和消化性能的调控，尤其是与其他食品成分的相互作用。因此，在该研究中，研究人员利用现代分析技术研究了淀粉-儿茶素相互作用对HE-3DP过程中大米淀粉结构和消化率的影响，并进一步阐明了它们之间的关系。总体而言，这些见解有助于合理设计HE-3DP工艺来生产营养淀粉和低消化率的淀粉基产品。

研究亮点

• 3D打印与儿茶素相互作用增强了淀粉的抗消化能力。

• 通过促进与儿茶素的相互作用诱导出新的有序结构。

• 通过CH-π相互作用和氢键形成了松散的配合物。

• 儿茶素能与淀粉竞争结合胰α-淀粉酶的Trp59。

• 揭示了儿茶素对淀粉消化率的调节机制。

研究结论

1. 总体而言，淀粉-儿茶素相互作用的HE-3DP能有效降低大米淀粉的消化率。

2. 主要是在HE-3DP诱导的剪切力、热量和水分子的迁移作用下，通过大米淀粉与儿茶素之间的氢键和疏水作用，形成了包括螺旋结构、V型晶体结构和纳米聚集体在内的更有序的结构，从而降低淀粉的消化率。

3. 同时，儿茶素可以通过CH-π相互作用和无定形域中的氢键与大米淀粉相互作用形成松散的配合物。这样一来，由于结合较弱，儿茶素很容易与消化环境系统中的无定形结构域分离。脱落的儿茶素可能与淀粉竞争结合胰α-淀粉酶的Trp59，从而阻碍了淀粉的变构结合，从而进一步降低淀粉的消化率。

4. 该研究可为利用HE-3DP设计健康淀粉基食品提供有益信息。

图文赏析

图1. (a) 优化的稳定构象异构体和 (b) 葡萄糖二聚体-儿茶素系统的 RDG 散点图，非共价相互作用在真实空间中的分布。原子用红色(O)、灰色(C)和白色(H)球体表示；氢键用虚线表示，给出了长度(Å)和角度(deg)(括号内)。

图2. (a) 儿茶素与大米淀粉的对接姿态。氢键以黑色虚线显示。在 (b) 复合淀粉酶分子动力学模拟和 (d) 儿茶素-淀粉酶分子动力学模拟的最后100 ns 期间内到活性口袋中 Trp59 的最小距离。儿茶素(蓝色)和淀粉(紫色)的占有率以网格显示。(c) 儿茶素与胰腺α-淀粉酶的主要结合位置来自总共1.6μs的分子动力学模拟。

图3. HE-3DP处理大米淀粉的多尺度结构和消化率变化与EC相互作用的示意图。

作者简介

http://www2.scut.edu.cn/sp/2017/0717/c11280a173283/page.htm

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.133394