淀粉的突破：发现可能彻底改变人类健康和工业

扫描电镜下对小麦淀粉颗粒的观察。可见大a型和小b型颗粒。图片来源:Brendan Fahy/Nitin Uttam Kamble

最近的研究揭示了一个长期存在的问题，即淀粉颗粒是如何在小麦、大麦和黑麦等小麦科作物的种子中形成的。这一发现有可能极大地造福于许多行业和人类健康。

小麦、玉米、大米和土豆中的淀粉是我们饮食中提供能量的重要组成部分，也是从酿造、烘焙到纸张、胶水、纺织品和建筑材料生产等许多工业应用的关键成分。

不同作物的淀粉颗粒在大小和形状上差别很大。小麦淀粉(和其他小麦淀粉)有两种不同的颗粒:大的a型颗粒和小的b型颗粒。

A型和b型颗粒的比例会影响面包和面食等小麦类食品的质量。这两种类型的颗粒也给淀粉制造业带来了一个问题，因为许多较小的b型颗粒在研磨过程中丢失，因此被浪费了。此外，大麦中过多的b型淀粉颗粒会导致啤酒出现朦胧或浑浊的外观，因为它们在酿造过程中没有被消化和过滤掉。

淀粉颗粒研究的突破

约翰英纳斯中心的David Seung博士小组在《植物细胞》杂志上发表的一项新研究在解决这一问题上取得了突破。

研究小组利用基因组学和实验技术证明了A型和b型颗粒是由两种不同的机制形成的。

通过识别一种参与b型颗粒起始的酶，然后使用传统的植物育种技术去除这种蛋白质，他们能够生产出低b颗粒或没有b颗粒的小麦，而不会对植物发育造成损害，也不会降低总体淀粉含量。

影响及行业展望

该研究的第一作者Nitin Uttam Kamble博士说:“我们发现，无处不在的酶(PHS1)对小麦中b型颗粒的形成至关重要。”该研究小组之前的研究揭示了a型颗粒的形状和形成，这一发现具有重大意义。这是一个科学突破，因为几十年来对该酶的研究未能找到PHS1在植物中的明确作用，这表明小麦的a型和b型颗粒是通过不同的生化机制形成的。我们现在可以利用这些知识为不同的食品和工业应用创造不同的淀粉。”

约翰英纳斯中心(John Innes Centre)的小组负责人戴维·胜(David Seung)博士补充说:“行业通常不喜欢异质性;它想要一些好吃的，均匀的加工过程，在小麦中加入这些不同类型的淀粉颗粒一直是一个挑战。

“因此，对于我们来说，发现负责制造较小颗粒种群的酶，并能够使用我们的育种平台来减少b型颗粒的数量，希望能够引起许多行业用户的极大兴趣。”

“结合我们之前的工作，我们现在有了一组不同的新型小麦淀粉，它们的颗粒形态各不相同，并且具有不同的物理和化学性质。我们现在邀请企业与我们合作，研究这些淀粉的潜在好处，比如在碾磨、面食和面包制作中。”

淀粉在饮食和工业中的作用

淀粉是全球食物中主要的膳食碳水化合物，由单糖链形成的微小半结晶颗粒组成。谷物中的淀粉颗粒是在种子的胚乳部分形成的。

作为原料，淀粉用于墙纸、纺织品、建筑材料、药品、胶水和增稠剂。

小麦及其近亲为欧洲工业提供了超过三分之一的淀粉。马铃薯和玉米淀粉的组成和颗粒形态与小麦不同。

多年来，为了解决大a型和小b型颗粒混合的问题，工业已经花费了大量的回收方法，包括使用多次过滤来捕获在加工过程中丢失的颗粒。取消对这些加工步骤的要求将降低成本并提高产品性能。

未来的研究方向将是颗粒大小如何影响淀粉的消化率、烹饪质量、营养价值以及膳食淀粉对人体健康的影响。

工业中使用的淀粉通常通过物理和化学方法进行改性，以达到每种最终用途所需的特定性能。有办法修饰植物中的淀粉可以避免这些昂贵且往往对环境不友好的修饰过程。

除了工业效益外，淀粉颗粒如何被不同地启动的清晰性为更好地理解淀粉在人类饮食和健康中的作用打开了大门。

参考文献:Nitin Uttam Kamble, Farrukh Makhamadjonov, Brendan Fahy, Carlo Martins, Gerhard Saalbach和David Seung, 2023年8月18日，《植物细胞》，“小麦胚乳中b型淀粉颗粒的形成需要α-葡聚糖磷酸化酶PHS1”。DOI: 10.1093 / plcell / koad217

该研究由BBSRC/UKRI资助。