杂豆是豆科植物中干燥可食用的种子,具有高碳水化合物、高蛋白、低脂肪、维生素和矿物质丰富的特点,是一种优质的食物来源。淀粉是杂豆中最主要的碳水化合物,是杂豆食品重要的能量来源。杂豆淀粉是一种天然的慢消化淀粉,与其他淀粉相比具有较低的血糖生成指数。当前全食品饮食被公认为是一种健康、营养的饮食方式,因为全食品体系具有完整的组织结构,能够限制淀粉与消化酶的接触从而降低淀粉的消化性,对预防II型糖尿病、肥胖和心血管等慢性疾病,维持个体健康状态具有重要的意义。本论文以提取的完整杂豆细胞作为研究全杂豆食品体系的模型,利用现代先进的技术手段,如激光共聚焦显微镜、X-射线衍射、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪等,深入研究了不同种杂豆细胞中淀粉结构及其消化动力学的变化。通过对杂豆细胞中淀粉的限制性糊化、不同的杂豆细胞分离方式、干热处理不同破壁程度的杂豆细胞等手段比较了杂豆细胞内淀粉结构及消化动力学的差异,探究杂豆细胞壁对淀粉体外消化性的影响机理,主要研究内容包括以下几个方面:1、选取了八种代表性的杂豆品种作为研究对象,利用湿磨法从杂豆中提取杂豆淀粉,并测定了杂豆淀粉从纳米级到微米级的结构特征、酶结合能力以及体外消化动力学。通过皮尔逊矩阵分析了淀粉结构参数与消化动力学参数之间的相关性。结果表明,杂豆淀粉与消化酶结合后,杂豆原淀粉的结构参数,如分子结构、直链淀粉含量、短程结构和相对结晶度与消化动力学参数之间未发现显著的相关性,而淀粉的消化速率与淀粉破损程度呈正相关关系,与上清液残留的酶活性呈负相关关系。因此,在酶催化淀粉水解过程中淀粉颗粒的表层结构特征对酶与淀粉颗粒初始结合的影响是杂豆原淀粉体外消化性的决定性因素。2、选取了鹰嘴豆和斑豆两种杂豆,以提取的杂豆细胞作为模拟全杂豆食品体系的模型,探究不同的水热温度处理下限制性糊化对细胞内淀粉结构及消化特性的影响。热台偏光显微镜、X-射线衍射及热力学性质分析结果表明,包裹在杂豆细胞内的淀粉在不同的加热条件下并未完全糊化,仍然存在一定的结晶结构。杂豆细胞的消化曲线及消化前后激光共聚焦显微结果表明,随着水热处理温度的升高,杂豆细胞内淀粉的消化速率和消化程度均显著增加:鹰嘴豆细胞内淀粉的消化程度从17.0%(60oC)增加至41.9%(100oC),斑豆细胞内淀粉的消化程度分别从8.1%(60oC)增加至35.5%(100oC),但仍然低于相同温度处理下的纯淀粉的消化速率和消化程度。杂豆细胞壁是杂豆淀粉消化性的关键因素,很大程度影响了酶对淀粉底物的接近,不同的水热温度处理可能会导致不同的细胞壁透过性,从而影响杂豆细胞内淀粉的消化速率。杂豆细胞结构作为酶接触淀粉底物的首要物理屏障,阻碍了酶对胞内淀粉底物的结合,同时杂豆细胞结构还一定程度限制了胞内淀粉的糊化程度,从而进一步控制酶对淀粉底物的敏感性。杂豆细胞中可溶性和不溶性组分对酶的抑制作用也有助于降低淀粉的消化速率,但这种酶抑制作用随着处理温度的升高而逐渐降低。因此本研究中杂豆细胞内淀粉的体外消化特性主要受酶与淀粉底物的结合或接近的影响,其由两个主要因素的控制:(i)杂豆细胞壁的完整性;(ii)杂豆细胞内酶抑制组分的抑制作用。3、选取鹰嘴豆作为研究对象,采用了不同的杂豆细胞分离方式,包括高压加热、水热处理和酸-碱处理的单独或混合方法分离鹰嘴豆细胞,探讨了鹰嘴豆细胞内淀粉的结构和体外消化特性的变化,并评估了细胞壁的通透性。鹰嘴豆细胞内淀粉颗粒的普通光学和激光共聚焦显微图、X-射线衍射及热力学性质分析的结果表明,经过不同方式处理的杂豆细胞内的淀粉并未完全糊化,仍然保留了一定的晶体结构,进一步证实了细胞壁在淀粉糊化过程中的限制作用。不同方式处理的鹰嘴豆细胞内淀粉的消化动力学显现出明显的差异,通过不同分子量的异硫氰酸荧光素-葡聚糖探针渗透三种代表性鹰嘴豆细胞(Pre-ISO-I,80-ISO-I,Al-ISO-I)发现,具有较高淀粉水解率的鹰嘴豆细胞(Pre-ISO-I)能透过三种分子量的异硫氰酸荧光素-葡聚糖探针,而水解率最低的鹰嘴豆细胞(Al-ISO-I)则不能透过任何一种分子量的异硫氰酸荧光素-葡聚糖探针,这种细胞壁的通透性得到了红外光谱结果的证明,具有较高淀粉水解率的鹰嘴豆细胞(Pre-ISO-I)具有较低的甲基化程度,侧面证明了细胞壁中的果胶溶解程度较高。经过破壁处理后,破碎细胞内淀粉的消化速率和消化程度显著高于完整细胞内淀粉的消化速率和消化程度,但仍低于相同温度处理的纯淀粉的消化速率和消化程度。本研究通过改变处理方式调节了鹰嘴豆细胞壁在消化过程中的屏障作用,导致了不同的细胞壁通透程度从而影响了胞内淀粉的消化性。因此,本研究中不同处理方式诱导的细胞壁通透性的变化是影响鹰嘴豆细胞内含淀粉体外消化差异的关键性因素。4、选取鹰嘴豆作为研究对象,通过纤维素降解酶处理不同时间制备不同破壁程度的鹰嘴豆细胞样品,对比干热处理前后不同破壁程度的鹰嘴豆细胞内淀粉结构及消化性的变化。结果发现,经过干热处理之后,不同破壁程度的细胞内淀粉颗粒及纯淀粉颗粒的起始糊化温度(T_o)、热吸收焓值(ΔH)、结晶度均有所下降,但是细胞内的淀粉的热力学变化范围(T_c-T_o)升高,而纯淀粉的(T_c-T_o)降低,说明淀粉颗粒内部的结晶多样性发生了变化,可能发生链的重组,包括长链的断裂(T_p下降)、结晶区崩解等。细胞壁的存对淀粉颗粒有一定的保护作用,会减少其裂解的程度。干热处理后不同破壁程度的细胞内淀粉颗粒及纯淀粉的消化速率及消化程度均逐渐升高,说明干热处理增加了淀粉颗粒对酶的敏感性。同时,干热处理也显著的降低了胞内不溶性酶抑制组分的活性,从而促进了淀粉的水解。干热处理前后随着细胞壁溶解程度增加,鹰嘴豆细胞内淀粉的消化速率与消化程度均有所增加,进一步证实了在消化过程中,细胞壁对淀粉颗粒的屏障作用,酶与淀粉基质的接触以及吸附是主导鹰嘴豆细胞内淀粉体外消化的关键因素。