淀粉是人類飲食中最主要的碳水化合物來源，廣泛存在于谷類（如小麥、玉米、大米及大麥）、薯類（如馬鈴薯、甘薯及芋頭）、豆類（如黃豆、綠豆及豌豆）及其制品中。其攝入與消化不僅直接影響餐后血糖水平，還與因代謝引起的一些慢性疾病密切相關(guān)。隨著膳食結(jié)構(gòu)的改變及加工食品的普及，高淀粉飲食導(dǎo)致的血糖波動和相關(guān)慢性代謝性疾?。ㄈ?型糖尿病、肥胖）發(fā)病率顯著增加。低血糖生成指數(shù)（GI）食物因其能夠穩(wěn)定血糖水平而備受關(guān)注。低GI食物通常包含慢消化淀粉（SDS），有助于改善胰島素敏感性和降低慢性病風(fēng)險。

研究表明，添加蛋白質(zhì)、多酚、脂質(zhì)等天然成分可顯著抑制淀粉的消化率，其中蛋白質(zhì)因兼具抑制淀粉消化和提升食品品質(zhì)的雙重作用而在淀粉深加工領(lǐng)域被逐漸應(yīng)用。在淀粉消化研究中，根據(jù)蛋白質(zhì)來源的不同，可將其分為內(nèi)源蛋白質(zhì)和外源蛋白質(zhì)。內(nèi)源蛋白質(zhì)天然存在于面粉或純化淀粉中，在淀粉類食品的生產(chǎn)過程中不能被選擇性地改變。相應(yīng)的，外源蛋白是指在淀粉類食品生產(chǎn)過程中單獨添加的蛋白質(zhì)。與內(nèi)源蛋白相比，外源蛋白的應(yīng)用具有更強的適應(yīng)性和靈活性，并且外源蛋白因其廣泛的來源和多樣的功能特性而成為改變淀粉結(jié)構(gòu)、抑制淀粉酶活性以及延緩淀粉消化的重要選擇。

哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院的宋佳琪、楊楊、張娜*等將以影響外源蛋白抑制淀粉消化的因素為出發(fā)點，深入分析外源蛋白在抑制淀粉消化過程中的具體作用機制。通過研究不同來源和類型的外源蛋白（如大豆蛋白、乳清蛋白、豌豆蛋白等）與淀粉之間的相互作用，總結(jié)其如何通過蛋白網(wǎng)絡(luò)屏障效應(yīng)、蛋白及淀粉互作、淀粉類酶活性抑制等機制，有效減緩淀粉的消化速率。同時，本文還將探討外源蛋白在食品工業(yè)中的潛在應(yīng)用，特別是在功能性食品開發(fā)領(lǐng)域中的作用，旨在為通過膳食干預(yù)糖尿病、肥胖等慢性代謝疾病供科學(xué)參考。

01

外源蛋白抑制淀粉消化的研究概況

1.1 外源蛋白的定義及分類

外源蛋白是指通過外部途徑在食品加工過程中引入的蛋白質(zhì)，其來源主要包括動植物性蛋白以及新型蛋白（微生物、昆蟲及重組蛋白）。通過對外源蛋白抑制淀粉消化的研究發(fā)現(xiàn)，不同類型/含量的外源蛋白對淀粉消化的抑制作用具有差異，尤其是添加不同類型蛋白時，對淀粉消化的抑制程度不同，因此外源蛋白的種類是影響淀粉消化關(guān)鍵因素之一。

1.1.1 植物蛋白

植物蛋白主要分為谷類蛋白、豆類蛋白及種子蛋白等，其中谷類蛋白對淀粉消化影響的研究較多，且在研究過程中，谷物蛋白的形態(tài)結(jié)構(gòu)對淀粉消化的抑制作用具有顯著影響。如圖1所示，蛋白質(zhì)的形態(tài)結(jié)構(gòu)分為蛋白質(zhì)體、蛋白質(zhì)矩陣以及加工誘導(dǎo)蛋白質(zhì)矩陣（網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）。蛋白質(zhì)矩陣主要是指原位蛋白質(zhì)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，而誘導(dǎo)蛋白質(zhì)矩陣是蛋白質(zhì)在食品加工過程中形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)化所形成的。在不斷研究RP形態(tài)結(jié)構(gòu)的過程中，Shi Shijie等發(fā)現(xiàn)水稻中的蛋白質(zhì)體主要出現(xiàn)在淀粉體表面，在水稻培育及灌溉的過程中，蛋白質(zhì)體轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)矩陣，從而形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)。此外，如紅麥草種子、高粱和藜麥中也發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)體。小麥在生長成熟過程中，一些蛋白質(zhì)體擴大并形成蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。最后，蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)通過交聯(lián)纏繞，在胚乳細胞中形成填充于淀粉顆粒周圍的連續(xù)基質(zhì)。通常對完整細胞的研究主要集中于細胞壁，細胞壁是細胞結(jié)構(gòu)的重要支撐物，它含有一種不溶性纖維素基矩陣，能夠提供物理屏障，阻止酶水解淀粉。理論上α-淀粉酶分子結(jié)構(gòu)很小，可以穿過細胞壁，然而在非催化反應(yīng)中，它們的擴散受到與細胞壁結(jié)合的影響，這使細胞壁成為限制消化的一個主要因素。而細胞壁和蛋白質(zhì)矩陣共同包裹淀粉顆粒，因此，蛋白質(zhì)矩陣影響淀粉消化成為相關(guān)研究熱點。已有研究采用胃蛋白酶處理分離完整的海軍豆細胞，破壞蛋白質(zhì)矩陣，保留淀粉顆粒和細胞壁，證明了蛋白質(zhì)矩陣是細胞壁之外的第二個物理屏障，可能限制淀粉顆粒的膨脹和糊化。蒸煮時間通過改變蛋白質(zhì)的變性程度和構(gòu)象調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)基質(zhì)對α-淀粉酶的屏障作用；延長蒸煮時間會減弱該屏障作用，從而提高淀粉的消化速率。同時，一些外源蛋白抑制淀粉消化的可能機制也是由于蛋白形成了物理屏障。除此之外，外源蛋白的添加量也會對淀粉消化產(chǎn)生影響，如Cutillo等在意大利面中添加不同含量的羽扇豆蛋白，羽扇豆蛋白的添加會使意大利面的淀粉消化速率降低，但當(dāng)?shù)鞍走^量時（30%），消化率反而會上升。

1.1.2 動物蛋白

動物蛋白主要包括乳類蛋白、蛋類蛋白及肌肉蛋白等。研究表明，乳清蛋白是一種能夠有效抑制淀粉消化的蛋白，其抑制機制與植物蛋白相似。如Yang Conghui等研究了乳清蛋白對蒸煮后玉米淀粉消化性的影響，發(fā)現(xiàn)乳清蛋白能夠通過非共價鍵與淀粉結(jié)合，以連續(xù)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)包覆在玉米淀粉顆粒表面或與其形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而降低蒸煮后淀粉的消化速率。除基于蛋白形態(tài)變化引起的淀粉消化率降低外，Bao Huiyi等還研究了RP、SPI和乳清濃縮蛋白對擠壓大米消化性的影響，添加3 種蛋白質(zhì)都會降低擠出物的淀粉消化率。只有SPI和乳清濃縮蛋白抑制淀粉葡糖苷酶活性，這是由于外源蛋白質(zhì)和淀粉通過非共價鍵相互作用，并改善了擠出物中的淀粉有序結(jié)構(gòu)，擠出過程還促進了V型結(jié)構(gòu)的形成。在另一項研究中，WPI的加入使蓮子淀粉的水解能力增加，與上述研究結(jié)果相反，造成這一差別的主要原因是WPI的存在使胃內(nèi)pH值延緩降低，而并非由于WPI使淀粉顆粒膨脹或形成物理屏障。Ma Mengting等還發(fā)現(xiàn)，去除大米顆粒表面蛋白可以提高大米淀粉的消化率，而去除顆粒通道蛋白可以降低大米淀粉的消化率，這與蛋白質(zhì)在淀粉中的分布有關(guān)。綜上，外源蛋白抑制淀粉消化的可能機制是多方面，需要更多深層次的研究進行不斷地總結(jié)，以達到擴大淀粉實際應(yīng)用范圍的目的。

1.1.3 新型蛋白

新型蛋白作為優(yōu)質(zhì)的可持續(xù)替代蛋白來源，正日益成為研究熱點。Nakhostin等對藻類蛋白進行提取并研究發(fā)現(xiàn)，藻類蛋白及其水解物可與淀粉酶相互作用并抑制淀粉酶活性，可作為一種干預(yù)糖尿病的淀粉酶抑制劑?；谠孱惖鞍走@一特性，研究者們開始將來源于藻類的蛋白與淀粉進行復(fù)合，以改善淀粉的功能特性，如Hao Yacheng等向木薯淀粉中添加螺旋藻蛋白，結(jié)果表明二者間發(fā)生疏水相互作用，螺旋藻蛋白的加入提高了木薯淀粉的乳液穩(wěn)定性能。此外，王雪青等發(fā)現(xiàn)藻藍蛋白及其水解物也能夠以網(wǎng)絡(luò)形態(tài)與玉米淀粉通過氫鍵形式相互作用，進而對玉米淀粉的功能特性產(chǎn)生影響。雖然目前已存在藻類蛋白具有抑制淀粉酶活性的報道，但藻類蛋白對淀粉消化特性的影響研究還處于初步階段，因此還需要不斷地進行更深層次的探索。

綜上所述，不同類型及來源的外源蛋白對淀粉消化的影響結(jié)果及機制是具有差異，外源蛋白的形態(tài)結(jié)構(gòu)、添加量及其與淀粉在加工過程中的相互作用，是影響其抑制淀粉消化效果的關(guān)鍵因素。

1.2 影響外源蛋白形態(tài)及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的因素

外源蛋白的形態(tài)及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化是提高其與淀粉相互作用、調(diào)節(jié)淀粉消化特性的重要手段。常見的外源蛋白形態(tài)及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化方法包括蛋白質(zhì)的熱加工及蛋白水解酶作用，它們可以改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，從而影響其與淀粉的結(jié)合能力和對淀粉消化酶的抑制作用。

1.2.1 熱加工的影響

蛋白質(zhì)的熱加工是一種常見的改變外源蛋白形態(tài)及結(jié)構(gòu)的方法，熱加工能使蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)從原來的有序立體結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o序的隨機線性結(jié)構(gòu)，暴露出更多的氨基酸殘基和活性基團。這些暴露的基團提高了蛋白質(zhì)與淀粉分子之間的親和力，從而增強了它們的相互作用。Chen Xu等采用熱加工的方式研究了SPI對淀粉消化率的影響，結(jié)果表明在一定的加熱溫度內(nèi)具有顯著的抑制效果，這是由于在熱加工過程中蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)變得疏松，暴露出更多的活性基團，抑制了淀粉酶與淀粉的親和力，進而降低了淀粉的消化率。

1.2.2 蛋白酶水解的影響

采用蛋白酶酶解的方式也能夠使蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)變得疏松，進而提供更多的結(jié)合位點，使其與淀粉分子的親和力增加，最終實現(xiàn)抑制淀粉酶活性的作用。如研究者發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性小麥蛋白對小麥淀粉消化沒有產(chǎn)生影響，但將小麥蛋白水解后，小麥淀粉的消化率降低；這是因為酶解產(chǎn)生的小肽段不僅能夠直接抑制淀粉酶的活性，還能通過與淀粉分子形成復(fù)合物，進一步減緩淀粉水解過程中的酶促反應(yīng)。Xiao Jianhui等在高壓均質(zhì)和噴霧干燥過程中將草魚蛋白水解物加入大米淀粉，結(jié)果表明草魚蛋白水解物破壞了大米淀粉的結(jié)晶度，降低了結(jié)構(gòu)有序度。糊化后，大米淀粉-草魚蛋白水解物復(fù)合顆粒的剛性增強，蛋白質(zhì)在淀粉顆粒表面形成屏障，從而抑制了淀粉的消化率。此外，外源蛋白的酶解程度也會影響其與淀粉的結(jié)合能力和抑制效果。例如低分子質(zhì)量肽段具有更強的溶解性和更大的表面積，能更有效地與淀粉分子發(fā)生相互作用。而較長的肽鏈可能由于分子結(jié)構(gòu)的限制，無法與淀粉分子充分接觸，因此其對淀粉消化的抑制作用較弱。同時，在外源蛋白酶解過程中所使用的酶種類也會影響蛋白結(jié)構(gòu)形態(tài)及轉(zhuǎn)化結(jié)果，進而產(chǎn)生不同的抑制淀粉消化效果。如Chi Chengdeng等發(fā)現(xiàn)，相比于單獨使用胃蛋白酶水解大米蛋白，采用胃蛋白酶和胰蛋白酶同時水解大米蛋白對抑制大米淀粉的消化效果更明顯，這是由于多酶同時水解對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化作用更強，促進了蛋白質(zhì)與淀粉的相互作用。綜上，熱加工和蛋白酶水解外源蛋白均可以使蛋白質(zhì)的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，熱加工使蛋白質(zhì)形成連續(xù)紊亂的網(wǎng)絡(luò)屏障，進而影響淀粉的水解；而蛋白酶水解使淀粉的空間結(jié)構(gòu)解體成更小的組成單位（如氨基酸和肽鏈），從而改善了外源蛋白質(zhì)抑制淀粉消化的能力。

不同種類外源蛋白對淀粉消化率的影響及可能機制匯總?cè)绫?所示。

02

外源蛋白抑制淀粉消化的機制

2.1 物理屏障機制

在食品加工過程中，蛋白質(zhì)可形成由二硫鍵交聯(lián)的物理屏障，這些二硫鍵可能天然存在，也可能在加工過程中生成。如Li Changfeng等發(fā)現(xiàn)大米儲存蛋白（主要是蛋白質(zhì)體）在烹飪后可以通過二硫鍵和疏水相互作用連接在一起，形成蛋白質(zhì)物理屏障。研究表明，緊密包裹淀粉顆粒的蛋白質(zhì)矩陣可以限制水分向淀粉顆粒遷移，抑制熱量傳遞以及淀粉膨脹和糊化，導(dǎo)致淀粉消化速率減慢。而近期研究發(fā)現(xiàn)，添加外源SPI、乳清蛋白、大米蛋白和燕麥蛋白后，蛋白形成了物理屏障，阻止了消化酶和淀粉顆粒接觸，進而實現(xiàn)了抑制淀粉的水解。但這種物理屏障機制主要主要影響的是內(nèi)源蛋白對淀粉消化的抑制作用。因此，為了更深層次了解外源蛋白的物理屏障作用，需要加強不同種類外源蛋白對淀粉消化影響的研究。

2.2 蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)屏障

如圖2所示，蛋白質(zhì)在淀粉糊化過程中會形成蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，進而促進了高密度結(jié)構(gòu)淀粉-蛋白質(zhì)聚集體的形成，同時阻礙了淀粉的水解，而這一作用機制也受淀粉種類的影響。Chen Xiaoyu等研究天然和煮熟的青稞、糙米和燕麥蛋白對淀粉消化性的影響時發(fā)現(xiàn)，蒸煮后的青稞籽粒中存在較弱的細胞壁變形和由蛋白質(zhì)基質(zhì)形成的致密連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，在消化過程中，淀粉顆粒被蛋白質(zhì)形成的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)包裹，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在淀粉與消化酶之間建立了隔離屏障，從而抑制了酶對淀粉的直接作用，使淀粉的水解速率減緩。同時，青稞淀粉中的RS含量顯著高于其他兩種谷物，表明蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的存在可能進一步提升了淀粉的抗消化特性。然而，這種蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)屏障在體內(nèi)消化環(huán)境中并非絕對穩(wěn)定，隨著消化過程的推進，蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)仍然會受到蛋白酶的降解作用，使其屏障效應(yīng)逐漸減弱。此外，一項相關(guān)研究表明，蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的屏障作用可能主要體現(xiàn)在消化的初始階段，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)逐步被消化后，淀粉的可及性增加，其消化速率可能隨之上升。因此，蛋白-淀粉復(fù)合物的穩(wěn)定性及其在整個消化過程中的作用仍需進一步研究，以優(yōu)化食品加工方式，提高淀粉的酶抗性，從而為血糖管理和功能性食品開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。而Wang Jing等卻發(fā)現(xiàn)，雖然蛋白質(zhì)能夠通過形成網(wǎng)絡(luò)屏障抑制淀粉消化，但該屏障在體內(nèi)消化過程中的穩(wěn)定性尚不明確，特別是其能否抵抗胃內(nèi)多種消化酶的水解作用。因此，需要更多針對蛋白質(zhì)影響淀粉消化的體內(nèi)實驗來提供理論依據(jù)。

2.3 蛋白質(zhì)與淀粉的相互作用

蛋白質(zhì)和淀粉之間主要通過非共價（如氫鍵）相互作用，進而抑制消化酶與淀粉的結(jié)合。Xu Hanbin等發(fā)現(xiàn)水解1 h的谷蛋白對α-淀粉酶活性的抑制率最高，這是由于淀粉與谷蛋白水解物之間形成了較強的氫鍵，使得α-淀粉酶與蛋白、α-淀粉酶與蛋白水解產(chǎn)物及蛋白水解產(chǎn)物和淀粉的相互作用協(xié)同抑制了淀粉的可消化性。Chen Xu等還將玉米或馬鈴薯淀粉與大豆肽混合制備淀粉-肽復(fù)合物，發(fā)現(xiàn)淀粉中SDS和RS的含量隨著大豆多肽含量的增加而增加。并且研究表明蛋白肽主要通過抑制酶活性及與淀粉的非共價相互作用共同降低淀粉的消化率。周夢露等的綜述中報道，天然蛋白和胃蛋白酶水解蛋白可以通過氫鍵、疏水作用、靜電引力等相互作用吸附在淀粉顆粒表面，從而提高淀粉的熱穩(wěn)定性。在冷卻過程中，這些蛋白質(zhì)能夠誘導(dǎo)淀粉發(fā)生重排，促進體系中雙螺旋結(jié)構(gòu)的形成，增強其有序性，并提高對酶的抗性。而經(jīng)胃蛋白酶和胰酶雙重水解后的蛋白質(zhì)則延緩了淀粉的回生過程，導(dǎo)致淀粉的整體有序結(jié)構(gòu)減弱，但V型復(fù)合物的含量增加，并通過抑制α-淀粉酶的活性從而降低淀粉的消化性。而外源蛋白質(zhì)與淀粉之間靜電相互作用、范德華力和疏水相互作用的形成與蛋白質(zhì)形態(tài)及空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化所暴露的更多帶電基團和疏水殘基有關(guān)（圖3）。梁永強研究了擠壓處理條件下外源苦蕎蛋白對苦蕎淀粉消化性的影響，結(jié)果表明，單一擠壓處理可提高苦蕎淀粉的體外消化性，而當(dāng)添加外源蛋白后，蛋白與淀粉基質(zhì)相互融合，形成物理屏障，從而降低酶對淀粉的水解程度。此外，在擠壓過程中，蛋白的存在限制了淀粉的溶脹，減少了酶與淀粉的接觸機會，從而抑制其快速消化。更重要的是，蛋白的介入有助于淀粉形成更加有序的結(jié)構(gòu)，從而進一步降低酶的降解作用。在淀粉消化性下降的同時，其RDS、SDS和RS含量也隨之發(fā)生變化。這種現(xiàn)象可能與擠壓過程中蛋白與淀粉的相互作用有關(guān)，該作用促進了聚合物鏈的重排，從而形成更加規(guī)整的有序結(jié)構(gòu)。此外，擠壓處理后的淀粉可能發(fā)生凝沉，使糊化的淀粉分子在冷卻過程中重新結(jié)合成雙螺旋結(jié)構(gòu)，進一步推動無序結(jié)構(gòu)向有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。因此，對于外源蛋白與淀粉通過相互作用從而使淀粉消化受到抑制是各種作用力協(xié)同的結(jié)果，其中氫鍵是主要的作用方式。

2.4 蛋白的酶活性抑制作用

一些蛋白質(zhì)作為酶抑制劑，能夠降低淀粉酶的活性或抑制淀粉酶與淀粉的結(jié)合，從而實現(xiàn)抑制淀粉消化（圖4）。Yu Wenwen等發(fā)現(xiàn)大麥蛋白，尤其是水溶性蛋白，會抑制α-淀粉酶對淀粉的消化。該酶與水不溶性蛋白質(zhì)和淀粉顆粒結(jié)合，導(dǎo)致淀粉水解減少。Chen Bo等利用蛋白質(zhì)-谷氨酰胺酶對谷蛋白和麥醇溶蛋白進行改性，得到可溶性谷蛋白和麥醇溶蛋白，并探究改性蛋白對馬鈴薯淀粉回生行為和消化率的影響。結(jié)果表明，兩種改性蛋白的添加均誘導(dǎo)了RS含量的增加，這是由于改性蛋白的添加導(dǎo)致淀粉分子內(nèi)氫鍵含量增加，且改性蛋白對淀粉酶活性的抑制阻礙了淀粉的水解。此外，研究發(fā)現(xiàn)肽和氨基酸也具有抑制酶活性的作用。如Uraipong等在體外模擬人胃腸道消化過程中發(fā)現(xiàn)食用米糠蛋白被大量水解，產(chǎn)生的肽對α-葡萄糖酶活性有顯著抑制作用。Chen Xu等通過將玉米或馬鈴薯淀粉與之前經(jīng)過濕熱處理的大豆肽混合制備淀粉-肽復(fù)合物，發(fā)現(xiàn)淀粉中SDS和RS的含量隨著大豆多肽含量的增加而增加。因此推測多肽主要通過抑制酶活性和與淀粉的非共價相互作用從而降低淀粉的消化率。不同水解程度的蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物的主要區(qū)別在于肽片段分子質(zhì)量的分布比例和游離氨基酸的類型。因此，推測蛋白質(zhì)水解物中存在抑制淀粉消化的主要肽段，未來的研究應(yīng)側(cè)重于不同分子質(zhì)量和氨基酸組成的肽對淀粉消化率的影響。

綜上所述，外源蛋白抑制淀粉消化的機制涉及多個層面，包括物理屏障效應(yīng)、蛋白-淀粉相互作用、蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)屏障及淀粉酶活性抑制。這些機制彼此交叉、相互影響，共同發(fā)揮降低淀粉消化速率的作用。例如物理屏障可以直接阻礙酶與底物的接觸，而分子間相互作用可增強物理屏障效應(yīng)，并在一定程度上影響淀粉的熱力學(xué)穩(wěn)定性及酶的結(jié)合能力，從而進一步抑制淀粉消化。同樣地，蛋白與淀粉的分子相互作用可能在結(jié)構(gòu)調(diào)控中發(fā)揮重要作用，增強淀粉的有序性，而有序結(jié)構(gòu)又進一步加強物理屏障效應(yīng)，從而協(xié)同抑制消化。最后淀粉結(jié)構(gòu)的改變也可能影響酶的作用位點可及性，從而進一步降低消化效率。而消化酶活性抑制也可與物理屏障效應(yīng)和分子間相互作用協(xié)同作用，使酶更難以降解淀粉。

03

基于外源蛋白抑制淀粉消化的潛在應(yīng)用

3.1 功能性食品的開發(fā)

功能性食品是近年來食品工業(yè)發(fā)展的熱點領(lǐng)域。通過將外源蛋白添加到食品配方中，可開發(fā)低GI食品，如低糖面包、谷物棒和代餐飲品。這些食品不僅能夠滿足消費者對健康飲食的需求，還特別適合糖尿病和肥胖人群。目前已有研究表明，在面包和蛋糕中添加乳清蛋白或大豆蛋白，不僅有助于延緩淀粉的消化速率，還能優(yōu)化食品的質(zhì)地和風(fēng)味，從而提升其整體感官品質(zhì)。此外，外源蛋白的添加也會使RS含量增加。多項研究已表明RS可作為一種益生元，在腸道微生物發(fā)酵過程中產(chǎn)生短鏈脂肪酸，從而促進有益菌群的生長，并降低腸道pH值，使腸道環(huán)境更偏酸性。因此，RS在改善腸道功能、調(diào)節(jié)膽固醇水平和優(yōu)化血糖反應(yīng)方面具有積極作用，這也為其在功能性食品開發(fā)中的應(yīng)用提供了重要支撐；此外，RS因具有增稠、膠凝、黏合等作用，也可用于改變食品的質(zhì)地特征。目前通過添加外源蛋白以提高RS含量，已應(yīng)用于改善意大利面、烘焙及膨化等產(chǎn)品的質(zhì)地。如Jia Shuyu等研究了RS含量增加對酸奶流變學(xué)特性、微觀結(jié)構(gòu)和活菌數(shù)的影響，流變學(xué)分析表明，RS含量的增加可以提升酸奶的彈性和黏度。

此外，外源蛋白還能夠應(yīng)用于其他不同食品中，如在烘焙食品（如蛋糕、面包）中，研究表明向無麩質(zhì)蛋糕中添加10%的SPI和3.5%的香蕉粉可以有效提高蛋糕面糊的通氣性，使蛋糕更加蓬松細膩；全麥面包中添加大豆蛋白可提高面團的持水能力，改善烘焙品質(zhì)，并降低淀粉的消化速率（流體力學(xué)研究結(jié)果表明其糊化黏度降低）。在乳制品（如酸奶）中，研究表明蛋白-淀粉復(fù)合物可優(yōu)化酸奶的凝固結(jié)構(gòu)，提高黏度和持水力，減少乳清的析出，如在低脂酸奶中添加乳清蛋白可提高酸奶的黏彈性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時優(yōu)化流體力學(xué)特性，使酸奶具有更好的稠度和入口順滑感；在冷漿食品（如冷漿糕點、冰淇淋）中，研究表明外源蛋白可減少冰晶生成，提高冷漿貯藏時的品質(zhì)穩(wěn)定性，蛋白-淀粉復(fù)合物可賦予冰淇淋更綿密的口感，提高乳化穩(wěn)定性，添加乳清蛋白或酪蛋白可減少冷漿過程中冰晶形成，使冰淇淋口感更柔滑，同時提高蛋白含量，提升營養(yǎng)價值。

3.2 其他成分與外源蛋白協(xié)同作用的探索

外源蛋白能夠與可溶性膳食纖維（如果膠或β-葡聚糖）結(jié)合，形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可顯著延緩淀粉消化速率，同時這種組合還能促進人體腸道健康、改善微生態(tài)環(huán)境。此外，外源蛋白能夠與中鏈脂肪酸結(jié)合，可進一步增強對淀粉酶活性的抑制作用，并為代謝提供快速可用的能量來源。淀粉與多酚類化合物（如茶多酚、花青素）具有抑制淀粉酶的功能，其與外源蛋白結(jié)合后，可能形成更高效的淀粉消化調(diào)控體系。外源蛋白與益生菌的結(jié)合研究顯示，這種組合不僅對碳水化合物的消化具有調(diào)控作用，還能改善腸道健康，從而間接優(yōu)化血糖代謝。綜上，協(xié)同作用的研究和開發(fā)為外源蛋白的應(yīng)用提供了更多可能性，尤其是能夠提升多成分復(fù)合型功能食品的應(yīng)用潛力。

3.3 在健康管理中的應(yīng)用

外源蛋白不僅可以作為食品成分，還可以用作膳食補充劑，發(fā)揮更為多樣的作用。如乳清蛋白或豌豆蛋白能夠減緩淀粉消化速率，同時提供優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，幫助糖尿病患者穩(wěn)定血糖水平。乳清蛋白還被證明可以通過刺激胰高血糖素樣肽-1的分泌，進一步增強胰島素的敏感性。此外，隨著年齡增長，老年人面臨肌肉流失（肌少癥）和血糖代謝異常的問題。通過添加高質(zhì)量的外源蛋白，不僅可提供肌肉修復(fù)所需的氨基酸，還可減緩餐后血糖上升速度。

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結(jié) 語

本文就外源蛋白延緩淀粉快速消化的作用及其抑制機制進行了綜述，外源蛋白抑制淀粉消化速率的機制始于其自身結(jié)構(gòu)和形態(tài)的變化。這種變化促使可溶性蛋白聚集體轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進而形成物理和網(wǎng)絡(luò)屏障。該屏障通過阻礙淀粉酶對淀粉的可及性，延緩了淀粉的水解；此外，外源蛋白與淀粉之間會形成非共價相互作用，如氫鍵、靜電相互作用、疏水相互作用、范德華力等。而熱加工和蛋白酶水解是影響蛋白形態(tài)及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的重要因素，其能夠促進蛋白-淀粉相互作用力的形成，進而使外源蛋白以連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)附著在淀粉顆粒表面，阻礙淀粉酶和淀粉底物的結(jié)合，從而降低淀粉的水解作用。最后展望了外源蛋白抑制淀粉消化可在功能食品開發(fā)、健康管理等方面的應(yīng)用潛力。與此同時，雖然基于外源蛋白抑制淀粉體外消化率的研究居多，但目前基于外源蛋白抑制淀粉消化的體內(nèi)實驗較少，還需進一步進行實驗并驗證蛋白質(zhì)所形成的屏障在體內(nèi)消化階段的有效作用時間，為更進一步探究外源蛋白抑制淀粉消化機制提供新依據(jù)。

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引文格式：

宋佳琪, 楊楊, 馬春敏, 等. 基于外源蛋白抑制淀粉消化機制的研究進展[J]. 食品科學(xué), 2025, 46(18): 374-383. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241231-267.

SONG Jiaqi, YANG Yang, MA Chunmin, et al. Research progress on the mechanism of starch digestion inhibition based on exogenous proteins[J]. Food Science, 2025, 46(18): 374-383. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241231-267.

實習(xí)編輯：李雄；責(zé)任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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