淀粉消化性影響因素及表征方法

李學(xué)紅，陳智靜，陸 勇，聶鈺洪

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南鄭州450002）

淀粉消化性影響因素及表征方法

李學(xué)紅，陳智靜，陸 勇，聶鈺洪

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南鄭州450002）

介紹了淀粉來源、淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉比例、回生、酶處理、加工處理方式、環(huán)糊精、直鏈淀粉脂質(zhì)復(fù)合物、膳食纖維、蛋白、海藻酸鈉等對(duì)淀粉消化性的影響及淀粉消化性表征方法。

淀粉，消化性，表征

淀粉的消化性與多種因素相關(guān)。同時(shí)，淀粉消化性的快慢也與人類許多慢性疾病密切相關(guān)。研究淀粉的消化性不僅可以揭示一些與人體代謝相關(guān)的疾病，而且可以為人類的膳食營(yíng)養(yǎng)提供指南，具有重要意義。

1 淀粉分類

Englyst[1]根據(jù)淀粉在人腸道內(nèi)消化吸收的快慢把淀粉分為快消化淀粉（RDS）和慢消化淀粉（SDS），前者主要指在20 min內(nèi)可在小腸被快速水解的淀粉；后者指的是在20～120 min內(nèi)在小腸內(nèi)被水解的淀粉和抗性淀粉（RS）。在小腸內(nèi)不被消化吸收的淀粉，但是在大腸內(nèi)可被微生物利用，抗性淀粉又可以分為四類，分別是：物理包埋淀粉、未糊化的生淀粉、老化淀粉和化學(xué)改性淀粉。根據(jù)淀粉的結(jié)晶類型[2]，還可以將淀粉分為A型淀粉，主要是谷物類淀粉；B型淀粉，主要是一些塊根類植物淀粉；C型淀粉，是A型和B型的混合物，V型淀粉，主要是直鏈淀粉和脂質(zhì)所形成的復(fù)合物。A型淀粉的支鏈淀粉具有相當(dāng)短的平均鏈長(zhǎng)，主要存在于蠟質(zhì)玉米，大米和小麥中。相反，B型淀粉是指長(zhǎng)支鏈的淀粉顆粒，主要存在于馬鈴薯、木薯和高直鏈玉米中，淀粉支鏈分子的長(zhǎng)度介于A型和B型中間的是C型。

2 影響淀粉消化性的因素

不同來源的淀粉的消化性存在顯著差別。一般豆類淀粉比谷物淀粉的消化性要低。淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例及其加工處理方式也是影響淀粉的消化性和水解率的重要因素。也有研究報(bào)道[3-5]環(huán)糊精、膳食纖維、酶處理等也會(huì)影響淀粉的消化性。

2.1 淀粉來源對(duì)消化性的影響

Sebnem Simsek和Sedef Nehir El[2]測(cè)定了芋頭塊莖中淀粉和馬鈴薯淀粉的消化性，數(shù)據(jù)顯示芋頭淀粉與馬鈴薯淀粉相比含有更高的抗消化淀粉。這顯示了兩種不同來源淀粉的消化性之間的差異。Phatcharee Kittisuban等[5]也得出了相似的結(jié)果，他們用脫支酶和β-淀粉酶處理蠟質(zhì)玉米和普通玉米，蠟質(zhì)大米和普通大米，蠟質(zhì)馬鈴薯和普通馬鈴薯淀粉以及木薯淀粉，所有未經(jīng)酶處理過的淀粉樣品都具有相對(duì)高的消化率，酶處理過的淀粉消化性都低于未處理過的淀粉，雙酶處理過的淀粉的消化性低于單酶。兩種酶處理的蠟質(zhì)淀粉的消化性降低為13.2%～22.6%，兩種酶處理的普通淀粉消化性降低約為4.7%～16.2%。兩種酶處理的木薯淀粉的消化性降低為22.1%。

2.2 淀粉顆粒中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例對(duì)消化性的影響

不同來源的淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉的組成比例不同其消化性不同。Ma?gorzata Piecyk等[6]研究傳統(tǒng)的浸泡和蒸煮及蒸煮后放在-18℃下21 d和高壓蒸汽處理的紅豆淀粉消化性的差異，得出紅豆淀粉中直鏈淀粉的含量和RDS含量成負(fù)相關(guān)性。

2.3 回生對(duì)淀粉消化性的影響

淀粉糊化后回生是淀粉類食品常見的現(xiàn)象。淀粉回生后其消化吸收發(fā)生改變[7]。Yao Yu Xie等[7]研究反復(fù)循環(huán)回生對(duì)淀粉消化性的影響，把蠟質(zhì)馬鈴薯淀粉糊化30 min后放入4℃冰箱回生6、24、48、72 h記為一個(gè)循環(huán)，然后再次糊化后放入4℃冰箱，依次做多個(gè)循環(huán)回生研究發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)循環(huán)回生48 h處理所產(chǎn)生的RDS含量最多，達(dá)到了40.41%?；厣岣吡说矸壑新矸鄣暮俊；厣彩浅Ｓ玫闹苽渎矸鄣囊环N重要方法。

2.4 酶處理對(duì)淀粉消化性的影響

Huan Jiang等[8]用4-ɑ-糖基轉(zhuǎn)移酶對(duì)糊化后8%的玉米淀粉在75℃處理4 h后發(fā)現(xiàn)，玉米淀粉中慢消化淀粉的含量從原來的9.4%增加到了20.92%。這表明4-ɑ-糖基轉(zhuǎn)移酶處理可以提高玉米淀粉中慢消化淀粉的含量。同時(shí)，結(jié)果表明4-ɑ-糖基轉(zhuǎn)移酶處理過的玉米淀粉與未處理過的相比RS的含量也增加了。Ming Miao等[9]用β-淀粉酶和轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶處理玉米淀粉，研究酶處理增加玉米淀粉中慢消化淀粉的含量及雙酶處理后淀粉的結(jié)構(gòu)變化，10%（W/V）pH5.0的醋酸鈉玉米淀粉溶液，在95℃糊化60 min后溫度調(diào)到55℃加入0.5%的β-淀粉酶和8 TGU/g的轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶（占淀粉干重比例），酶分別處理不同時(shí)間，然后滅酶，樣品凍干后研磨過篩測(cè)淀粉的水解率。測(cè)得雙酶處理的玉米淀粉的SDS含量顯著高于未處理的玉米淀粉，并且雙酶處理6 h得到的玉米淀粉中SDS含量最高，達(dá)到了33.5%。

2.5 加工處理方式對(duì)淀粉消化性的影響

R G Utrilla-Coel等[10]研究了墨西哥四個(gè)不同品種的香蕉淀粉發(fā)現(xiàn)，香蕉中的RS在烹飪過程中有90%左右會(huì)轉(zhuǎn)變成RDS和SDS。因此，他建議，為避免香蕉的高血糖指數(shù)和利用香蕉的益生元作用，香蕉應(yīng)該生吃。Jinglin Yu等[11]研究了在實(shí)驗(yàn)室用Buhler磨和布拉班德精細(xì)研磨處理軟硬兩種小麥淀粉的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示研磨破壞的淀粉分子結(jié)構(gòu)越多，淀粉中RDS的含量就越高。說明研磨后破損的淀粉顆粒更容易被酶水解掉。Fabiola Cornejo等[12]研究發(fā)芽對(duì)糙米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和生物活性組成的影響，發(fā)芽48 h以及以上的粽米淀粉的水解率降低了。熱處理之后，紅豆種子中RDS的含量顯著增加，RS和SDS的含量減少。蒸煮處理的紅豆面粉的RDS含量要高于高壓蒸汽處理的面粉。儲(chǔ)藏在-18℃的淀粉糊中的RS含量顯著增加[13]。Jiangtao Li等[14]比較了微波加熱糊化和傳導(dǎo)加熱糊化大米淀粉的體外消化性和兩種加熱方式大米淀粉的微觀結(jié)構(gòu)，不論是放置在-18℃還是4℃下的糊化大米淀粉，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，淀粉的消化性均下降。相同儲(chǔ)藏條件下微波加熱糊化的大米淀粉消化性低于傳導(dǎo)加熱糊化的大米淀粉。

2.6 環(huán)糊精添加對(duì)淀粉消化性的影響

Jinling Zhan等[3]研究環(huán)糊精改性法制備慢消化淀粉，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示β-CD、Mal-β-CD和HP-β-CD可以顯著增加大米淀粉中慢消化淀粉的含量。并測(cè)定了制備的環(huán)糊精改性大米淀粉的預(yù)測(cè)升血糖指數(shù)。

2.7 直鏈淀粉脂質(zhì)復(fù)合物的形成對(duì)淀粉消化性的影響

Kai Lin Ek等[15]研究7個(gè)品種的馬鈴薯淀粉，發(fā)現(xiàn)Virginia Rose品種具有最低的總淀粉含量，最高的直鏈淀粉含量，但是它的血糖指數(shù)卻是最低的，只有9.8 g/100 g，相反的是Russset Burbank品種的馬鈴薯淀粉含有最高的總淀粉量和最高的血糖指數(shù)。S Ahmadi-Abhari等[16]研究了小麥淀粉中直鏈淀粉-磷脂復(fù)合物的形成對(duì)小麥淀粉消化性的影響，加入溶血卵磷脂后小麥淀粉對(duì)酶的敏感性顯著下降，其中影響最顯著的是加入3%和5%的卵磷脂。

2.8 膳食纖維對(duì)淀粉消化性的影響

Martina Foschia等[4]研究五種膳食纖維對(duì)硬質(zhì)小麥面粉意大利面消化性的影響，向小麥粉中分別加入15%的兩種不同的菊粉、歐車前籽粉和燕麥粉等，測(cè)定所制的意大利面的消化性顯示，添加過膳食纖維的意大利面所釋放的葡萄糖顯著低于沒有添加膳食纖維的意大利面。并且，在20～60 min內(nèi)添加膳食纖維的意大利面釋放的總還原糖也顯著低于未添加的。

2.9 海藻酸鈉對(duì)淀粉消化性的影響

Cristian Ramírez等[17]研究海藻酸鈉對(duì)馬鈴薯淀粉血糖釋放和消化的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在3 g馬鈴薯淀粉中添加0.5 g海藻酸鈉，并加入100 mL水，80℃糊化30 min后測(cè)得馬鈴薯淀粉的水解率和沒有添加海藻酸鈉的馬鈴薯淀粉的水解率沒有顯著的差別，但是，當(dāng)海藻酸鈉的添加量在1.0～2.0 g時(shí)，馬鈴薯淀粉的水解率和沒有添加海藻酸鈉馬鈴薯淀粉的水解率相比顯著減小。說明海藻酸鈉的濃度與淀粉的水解率有關(guān)。

2.10 蛋白對(duì)淀粉消化性的影響

Natasha Yang等[18]研究了乳清蛋白對(duì)小麥淀粉水解率的影響，加入15%乳清蛋白的15%小麥淀粉凝膠水解產(chǎn)生的麥芽糖的量每克淀粉只有66.23 mg，而未加乳清蛋白的15%小麥淀粉凝膠水解產(chǎn)生的麥芽糖占每克淀粉的84 mg。說明乳清蛋白對(duì)淀粉的消化性有影響。

3 淀粉消化性的表征

3.1 血糖生成指數(shù)

Kai Lin Ek等[15]研究7個(gè)不同品種的馬鈴薯淀粉得出，這7種馬鈴薯淀粉烹飪之后，淀粉的水解率和這7個(gè)品種的馬鈴薯淀粉的升血糖指數(shù)有著顯著的正相關(guān)關(guān)系。

3.2 熱力學(xué)特性

Yao Yu Xie等[7]研究蠟質(zhì)馬鈴薯淀粉糊化后不同溫度循環(huán)回生糊化處理，用DSC測(cè)得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示隨著循環(huán)次數(shù)的增加，淀粉的糊化焓變也顯著增加，并且循環(huán)回生5次處理得到的馬鈴薯淀粉具有較高的RS含量和較高的焓變。

3.3 晶體結(jié)構(gòu)

Yao Yu Xie等[7]研究發(fā)現(xiàn)重復(fù)回生循環(huán)2次的馬鈴薯淀粉具有最高的SDS含量和最小的相對(duì)結(jié)晶度。然而，隨著重復(fù)循環(huán)回生次數(shù)的增加，馬鈴薯淀粉的相對(duì)結(jié)晶度也隨之增加。重復(fù)循環(huán)回生5次處理得到的馬鈴薯淀粉具有最高的RS含量，同時(shí)也具有最高的相對(duì)結(jié)晶度。Shin等[19]報(bào)道，淀粉中的SDS主要由淀粉中的無定型區(qū)和一小部分的沒有完美形成結(jié)晶的結(jié)構(gòu)組成，而淀粉中的RS則主要是由淀粉中的有序的雙螺旋結(jié)構(gòu)組成。

3.4 形態(tài)結(jié)構(gòu)

有報(bào)道，蠟質(zhì)大米淀粉具有高的水解率，這與蠟質(zhì)大米淀粉小的分子尺寸和相對(duì)大的分子表面相關(guān)，這些結(jié)構(gòu)導(dǎo)致蠟質(zhì)大米淀粉具有較高的酶水解率[20]。Yaoqi Tian等[21]將糊化后的大米淀粉放置在4℃進(jìn)行不同時(shí)間的回生，然后干燥制得SDS樣品，在單回生的基礎(chǔ)上將樣品再一次糊化后，再放入冰箱回生，然后將樣品干燥制備出雙回生慢消化大米淀粉樣品。測(cè)定的結(jié)果表明，單回生處理制備的慢消化大米淀粉樣品比雙回生樣品具有更多小的微觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。并且單回生慢消化大米淀粉所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與回生時(shí)間的長(zhǎng)短沒有關(guān)系。雙回生制備的慢消化大米淀粉所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空洞比單回生大一些。大的空洞可以減少淀粉分子和酶分子的接觸機(jī)會(huì)，因此，淀粉適度的回生會(huì)產(chǎn)生更多的慢消化淀粉。

4 展望

淀粉的消化性受到各種因素的影響，對(duì)于慢消化淀粉和抗性淀粉的理化性質(zhì)和制備方法以及添加其他物質(zhì)改善淀粉的消化性質(zhì)等方面的一系列的理論研究已經(jīng)有了相當(dāng)多的報(bào)道。但加入膳食纖維、環(huán)糊精、蛋白、加工處理等對(duì)不同來源淀粉消化性影響的機(jī)制及如何把這些理論研究的結(jié)果系統(tǒng)化的運(yùn)用到工業(yè)化生產(chǎn)中，制備出具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的產(chǎn)品還有很多問題未解決，還需要深入研究。通過深入研究闡釋加入到淀粉中的各種物質(zhì)及加工處理等因素對(duì)淀粉消化性影響的機(jī)理，才能為工業(yè)生產(chǎn)慢消化淀粉和抗性淀粉產(chǎn)品提供扎實(shí)的基礎(chǔ)。

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Research on the factors and characterization methods of starch digestibility

LI Xue-hong，CHEN Zhi-jing，LU Yong，NIE Yu-hong
（College of Food and Bioengineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，China）

Effect of starch sorts，amylose and amylopectin ratio，enzymes treatment，processing methods，cyclodextrin，amylose-lipid complexes，dietary fiber，protein，sodium alginate of starch digestibility and characterization methods will be reviewed.

starch；digestibility；characterization

TS201.1

A

1002-0306（2015）22-0376-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.22.069

2015-01-16

李學(xué)紅（1969-），女，博士，教授，研究方向：淀粉資源開發(fā)，E-mail：zhenghnxy@163.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31171757）；鄭州輕工業(yè)學(xué)院研究生科技創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目（2014028）；國(guó)家十二五科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD37B06-08）。