本网讯（通讯员 杨航）近日，我校农学院熊淑萍教授团队在Food Chemistry（中国科学院一区）上在线发表了题为“Elevated CO2 promotes faster wheat starch digestion through coordinated changes in starch and protein”的研究论文。该研究基于大田OTC模拟试验，发现未来大气CO2浓度升高或将加快小麦淀粉的体外消化速率并显著降低抗性淀粉含量，并进一步从不同小麦品种的淀粉多尺度结构和蛋白质特性变化的视角，解析了高 CO2环境调控小麦淀粉消化特性的内在结构-功能机制，研究结果为未来气候变化情景下低GI小麦种质选育和品质调控提供了理论支撑。
▲ 摘要图
大气CO2浓度持续升高是全球气候变化的重要特征，预计至本世纪中叶将达到约600ppm。已有研究表明，CO2浓度升高在提高小麦产量的同时，往往伴随籽粒蛋白质、矿质元素下降等品质劣变问题。近年来，随着膳食结构升级与代谢性疾病高发，主食的血糖生成效应与消化营养品质日益受到重视。未来高 CO2环境下生产的小麦其消化特性与营养健康价值如何变化、是否仍能满足健康膳食需求，已成为亟待阐明的科学问题。
研究结果表明，当大气 CO2浓度从当前约415ppm升高至600ppm 时，三个不同品质类型冬小麦品种的面粉体外淀粉消化速率均显著加快，快速消化淀粉（RDS）比例上升，而抗性淀粉（RS）含量显著下降。抗性淀粉是一类难以被人体消化吸收的淀粉组分，有助于延缓餐后血糖上升，其含量降低意味着未来高 CO2环境下生产的小麦可能具有更高的血糖生成潜力。
▲ 小麦粉淀粉体外消化动力学
同时，该研究从小麦淀粉多尺度结构、籽粒蛋白质组分与功能特性等方面揭示了高CO2环境下小麦面粉淀粉消化速率升高、抗性淀粉（RS）含量下降的原因。其中，高CO2环境下小麦淀粉呈现出多尺度的协同变化：B型小颗粒淀粉（粒径＜10μm）比例显著增加，其较大的比表面积为淀粉酶提供了更多结合位点；尽管淀粉相对结晶度有所上升，但晶格间距增大、短程分子有序度（R1047/1022）下降，表明淀粉内部双螺旋结构趋于松散；同时支链淀粉中等长度链（DP13–24）比例略有降低。上述结构变化可能共同削弱了淀粉本身的抗水解能力，使淀粉颗粒更易受到消化酶的作用，从而促进淀粉水解。
▲ 小麦淀粉多尺度结构
另一方面，高 CO2环境下小麦籽粒蛋白质基质弱化，包裹淀粉的“物理屏障”受损。表现为谷蛋白含量下降，谷蛋白/醇溶蛋白比值降低，面筋指数随之下降，面筋网络强度减弱。面筋网络弱化后，作为“物理屏障”包裹淀粉颗粒的屏障作用减弱，淀粉酶对淀粉颗粒的可及性提高，从而进一步加速淀粉水解。
因此，高CO2环境下小麦淀粉消化速率加快并非单一因素所致，而是淀粉多尺度结构松散化与蛋白质基质屏障弱化协同作用的结果，这也解释了“直链淀粉含量升高而抗性淀粉反而降低”这一看似矛盾的现象。
▲ 小麦淀粉链长分布
该研究表明，面对未来大气CO₂浓度升高的气候变化趋势，小麦育种与栽培在追求产量与蛋白质品质的同时，应将抗性淀粉含量与淀粉消化特性纳入重要考量。其中，小麦淀粉的多尺度结构特征、蛋白质特征及其二者间的相互作用是调控这一目标的关键。
我校农学院2024级博士研究生郑亮为论文第一作者，熊淑萍教授为通讯作者，王道文研究员、马新明教授、王小纯教授等对该工作给予指导。该研究依托小麦玉米两熟高效生产全国重点实验室、河南粮食作物协同创新中心开展，河南农业大学为论文第一署名单位。研究得到国家自然科学基金（32372239）、河南省重点研发计划（241111111500）和国家重点研发计划（2023YFD2301503）等项目资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2026.150800
编辑/黄璞 李培亚 审核/王金铎 签发/陈玺
