【摘 要】
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淀粉是碳水化合物主食的重要成分及供能物质。然而,现代谷物粮食过度加工,导致“米面过精、消化过快”,长期食用人群易产生高血糖、肥胖等亚健康问题。抗消化淀粉（Resistant starch,RS）在抑制人体血糖升高、促进肠道蠕动与菌群益生等方面优势显著。其中,淀粉糊化回生后制备的RS3是一种通过分子链间氢键、范德华力诱导重结晶的功能淀粉,加工后常存在重排晶区杂乱、结构调控性差、产品口感差等问题。调控
【基金项目】
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国家自然科学基金青年基金,加酶挤压微环境中淀粉对阿魏酸的保护及调控机制研究（32001837）； 浙江省教育厅科研项目,基于链长分布的淀粉孔径调控及其槲皮素负载应用（Y202148351）； 宁波市科技计划项目,根茎类蔬菜净菜智能加工关键技术与成套装备研发（2019C10088）；
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淀粉是碳水化合物主食的重要成分及供能物质。然而,现代谷物粮食过度加工,导致“米面过精、消化过快”,长期食用人群易产生高血糖、肥胖等亚健康问题。抗消化淀粉（Resistant starch,RS）在抑制人体血糖升高、促进肠道蠕动与菌群益生等方面优势显著。其中,淀粉糊化回生后制备的RS3是一种通过分子链间氢键、范德华力诱导重结晶的功能淀粉,加工后常存在重排晶区杂乱、结构调控性差、产品口感差等问题。调控淀粉结晶结构的关键在于链长分布（Chain-length distribution,CLD）及其形成的支链结晶簇（Amylopectin cluster,APC）,然而现有研究仍缺乏针对微观尺度淀粉链精细变化机制及构效关系的分析。因此,本课题区别于常规高水分加工体系（高液态环境中淀粉链易空间随机分散）,采用高固态挤压的剪切作用诱导淀粉链取向并限制其无序扩张,协同脱支酶解链形成合适的淀粉链长分布,从而重构淀粉加工回生体系,揭示挤压-脱支酶多尺度剪切诱导淀粉晶簇结构的形成与变化机制,并进一步制备RS3新型改性产物。具体研究内容与结论如下:（1）挤压螺杆剪切对直支比复配淀粉结构的影响机制固定淀粉水分含量35%、挤压机腔温区分布40-55-70-85-100℃,复配具有不同直链-支链比例（Ratio of amylose to amylopectin,RAA）的淀粉物料（直链含量:3.40～32.80%）并考察高（250 r/min）、低（50 r/min）螺杆转速对淀粉精细结构及其结晶生长模型的影响。结果表明在上述条件下,挤压剪切诱导形成的产物RS3占比高达40.77～61.52%;相较50 r/min,淀粉的RS3转化量在250 r/min挤压加工条件下得到更显著地提升（4.65～9.92%）;对比不同RAA组,高支链（直链≤4.78%）和少量直链淀粉（直链≥27.97%）诱导的结晶体系在挤压环境下均有利于得到高含量的RS3改性产物,且控制A链（DP 6～12）在回生基质中的适度比例（＜2.5%）对RS的高效形成至关重要。其中,RAA为1:6组(RAA1:6)的淀粉经挤压、回生后,推测B3链缔合于APC骨架C链上,大量B1链、A链和超短链（DP＜6）依次外拓缔合（非共价成键、螺旋和空间交联等）,从而形成APC横向缔合生长模型。（2）挤压-脱支酶多尺度剪切诱导淀粉晶簇结构的形成与变化机制选择高RS3含量实验组Control1（RAAw）和RAA1:6作为加酶挤压物料,在挤压剪切过程中引入一定浓度梯度（0～27.5 U/g）的α-1,6糖苷键脱支酶,明确淀粉CLD重构调控对回生支链APC微晶团聚、长链分布及其重排结构的影响,并进一步表征形成RS3的消化动力学及其理化性质。结果表明,挤压-脱支酶多尺度剪切条件下,RAAw在7.5 U/g酶浓度时获得高RS含量（55.47%）,RAA1:6在7.5 U/g、12.5 U/g酶浓度时获得高RS含量（59.80%和60.36%）;RAA1:6改性淀粉中存在“间接保护”普通淀粉颗粒（含直链晶核）的现象,推测在挤压快速、高固态微环境中脱支酶发挥了“时-空”限制性酶解效应;RAAw淀粉经挤压或脱支酶降解的支链侧支以“骨架延伸”方式缔合在B1、B2和B3链末端（推测这与淀粉在挤压过程中酶解顺流性增强有关）,从而形成APC纵向延伸生长模型。（3）基于挤压动力学的RTD-CLD-APC关系分析与链调控回生策略采用示踪剂（赤藓红）脉冲法探究50、150和250 r/min螺杆转速下蜡质（高支链）淀粉挤压和加酶挤压（7.5 U/g）的滞留时间分布（Residence time distribution,RTD）,并计算上述样品挤压加工的机械能,从挤压动力学角度定量描述不同CLD淀粉物料在挤压机腔中的运动特性和混合程度。结果表明,在50～250 r/min挤压和加酶挤压（7.5 U/g）多尺度剪切体系中,平均滞留时间（Mean residence time,MRT）随螺杆转速的升高而缩短,且混合程度和扩散数排序如下:RTD250＞RTD50＞RTD150;“RTD-CLD-APC”关系分析如下:与物理改性前相比,RAAw组APC纵向延伸模型的分支度降低,A晶型不变,致密度降低,形成扩展长周期d Lorentz,故有序度提高,双螺旋度降低,热稳定性和黏度降低。其中,150 r/min螺杆转速下形成典型APC纵向延伸模型,混合程度最低（σθ~2:0.0204）,偏柱流（D/u L:0.0107）;RAA1:6组模型的分支度升高,其余结构和理化性质变化同APC纵向延伸模型。其中,50 r/min螺杆转速下形成典型APC横向缔合模型,混合程度中等（σθ~2:0.2561）,偏任意流（D/u L:0.1508）。综上,本文探究了挤压机械螺杆与脱支酶共同构建的淀粉CLD多尺度调控策略下APC生长模型的变化规律,并明晰了三种挤压剪切强度下形成改性RS3的消化性、黏性及其热力学性质,以期初步揭示淀粉“RTD-CLD/APC生长模型-结构成型”关系,指导调控新型RS精细结构（横向和纵向回生缔合模式）,并为生物酶-挤压联合制备不同结构单元或微结构域的功能性淀粉提供可行的合成策略。
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