揭示II型与III型豌豆抗性淀粉多尺度结构对高内相乳液稳定性与益生菌保护的调控作用

近日，陕西师范大学食品工程与营养科学学院胡新中教授、马蓁教授团队在国际食品胶体领域期刊《Food Hydrocolloids》发表了题为“Comparative study of type II and type III pea resistant starch in high internal phase emulsions: Multiscale structure, emulsion stability and probiotic delivery”（II型与III型豌豆抗性淀粉在高内相乳液中的比较研究：多尺度结构、乳液稳定性与益生菌递送）的研究论文。马蓁教授为通讯作者，王鸿琹为第一作者。

一、研究背景与目的

益生菌在食品加工、储存和胃肠道转运过程中容易受到酸、热、氧及消化酶等因素影响，维持足够的活菌数量是益生菌食品开发中的重要技术问题。高内相乳液（HIPEs）具有高比例分散相和凝胶样三维网络，可利用界面膜与连续相网络共同构建物理屏障，因此具有作为益生菌递送载体的潜力。乳清分离蛋白（WPI）与果胶能够形成蛋白-多糖复合网络，而抗性淀粉兼具结构稳定性和耐消化特征，可进一步参与界面及连续相组织。然而，不同加工方式形成的抗性淀粉具有显著不同的多尺度结构，这些结构差异如何影响其在复合体系中的组装行为，并进一步关联乳液稳定性和益生菌存活，仍缺乏系统比较。

本研究将抗性淀粉的制备路径及其加工诱导的多尺度结构作为核心变量，在统一的WPI-果胶基质中系统比较PRS2与PRS3。研究综合采用XRD、FTIR、SEC、SAXS和扫描电镜等手段解析多尺度结构，并结合变性剂/选择性溶剂实验、简化分子动力学模型、界面润湿性、流变学、Turbiscan、低场核磁和连续模拟胃肠消化，探讨“制备方式—多尺度结构—复合组装—HIPE性能—益生菌存活”之间的跨尺度联系，为抗性淀粉在益生菌递送体系中的结构设计与配方选择提供依据。

二、主要结果与讨论

研究发现，在WPI-果胶三元复合体系中，两种抗性淀粉表现出不同的空间组织方式。SEM显示，PRS2主要以颗粒域分散于连续相中，高添加量时局部聚集更加明显；PRS3体系则形成更连续、致密的三维复合基质。选择性溶剂结果显示，PRS2相关作用随添加水平发生变化。简化分子动力学模型进一步提示，PRS3模型具有更多氢键接触和更大的静电贡献，而PRS2模型中范德华及非极性贡献更突出。

两类抗性淀粉均能强化HIPEs的凝胶样网络，但稳定化效果取决于抗性淀粉类型、添加水平以及评价指标。部分PRS3配方在较低添加量下即可形成较强的弹性网络，并表现出较低的短时物理失稳和更受限制的水分迁移；在所测试的热处理和冻融条件下，PRS3体系也表现出较好的结构保持能力。另一方面，过量PRS2会增加大液滴或聚集体并出现桥接絮凝，提示抗性淀粉并非“添加越多越好”。

连续模拟胃液-肠液实验进一步显示，PRS3配方在胃段能够维持相对紧密的基质结构，并保持较高的 Lactiplantibacillus plantarum 可回收活菌数。进入肠段后，体系结构逐步重组，同时保持较高的活菌回收水平。综合不同评价终点，0.5PRS3在所测试配方中表现出较为均衡的乳液稳定性、胃段活菌保持和肠段活菌回收。这些结果表明，抗性淀粉在递送体系中的作用不仅与其耐消化特性有关，还与加工过程所形成的晶体组织、分子量分布、水化行为、纳米聚集和形貌等多尺度结构，以及这些结构在蛋白-多糖网络中的组装方式密切相关。

三、主要结论

（1）加工路径是决定豌豆抗性淀粉结构特征及其在HIPEs中功能表现的关键因素之一。PRS2以部分保留颗粒和C型晶体为主要特征，PRS3则形成B型晶体和更致密的重组聚集结构，两者在分子链、水化、纳米聚集及形貌层面均存在明显差异。

（2）上述多尺度结构差异对应于不同的复合组装和乳液稳定化行为。PRS2更偏向颗粒化组织且对添加量更敏感，PRS3更易形成连续复合基质；部分PRS3配方表现出更低的短时失稳、更受限制的水分迁移，以及在所测试热处理和冻融条件下较好的结构稳定性。

（3）在连续模拟胃肠条件下，0.5PRS3在胃段保持8.80 log CFU/g可回收活菌数，并在肠段4 h达到9.25 log CFU/g；在本研究测试范围内，其综合性能较为优越。研究由此将抗性淀粉的加工诱导结构特征与复合网络组织、HIPE稳定性及益生菌存活联系起来，为抗性淀粉制备方式和添加水平的选择，以及食品级益生菌HIPE递送体系的设计提供了结构依据。

四、图文赏析

【研究图文摘要：PRS2/PRS3多尺度结构比较、WPI-果胶三元复合组装及HIPEs稳定性与益生菌保护评价】

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