抗性淀粉與腸道微生物的研究進(jìn)展

張語涵 徐同成 劉麗娜 邱斌 宗愛珍 賈敏 劉瑋

摘?要：抗性淀粉作是一種能夠產(chǎn)生多種功效的膳食纖維，其無法在小腸中直接消化吸收，需要經(jīng)腸道微生物發(fā)酵，可通過與腸道微生物組的相互作用調(diào)節(jié)微生物組構(gòu)成，是一類極具發(fā)展?jié)摿Φ囊嫔??？剐缘矸鄣囊嫔πЭ捎绊懩c道微生物，可以應(yīng)用于腸道微生物失調(diào)導(dǎo)致的疾病的預(yù)防與治療。

關(guān)鍵詞：抗性淀粉;健康功效;腸道菌群

淀粉是多個葡萄糖聚合而成的高分子碳水化合物，是人體最重要的膳食能量來源之一[1]。根據(jù)其在人體中的消化吸收方式不同，淀粉可分為可消化淀粉、慢消化淀粉和抗消化淀粉。其中，抗消化淀粉又稱為抗性淀粉，是一種新型的膳食纖維，它在小腸中不能被酶解，只能由大腸中的微生物降解[2]。近年來研究表明，抗性淀粉具有益生元功能，可有效調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)，降低肥胖、糖尿病、心血管疾病等的發(fā)病風(fēng)險[3-5]。

1?抗性淀粉簡介

1.1?抗性淀粉的種類

抗性淀粉至今尚無化學(xué)上的精確分類，依據(jù)來源、結(jié)構(gòu)、消化性能、應(yīng)用不同及其抗酶解性質(zhì)的不同，抗性淀粉可以被分為5類[6]，包括物理包埋淀粉（physically trapped starch，RSl）、抗酶解的天然淀粉顆粒（resistant starch granules，RS2）、老化回生淀粉（retrograded starch，RS3）、化學(xué)改性淀粉（chemically modified starch，RS4）和化學(xué)改性淀粉（chemically modified starch，RS5）。

1.2?抗性淀粉的制備方法

目前對于抗性淀粉的制備方法可分為物理改性方法、化學(xué)改性方法、生物酶法及上述方法的結(jié)合[7-9]。

（1）物理改性方法主要包括壓熱法、擠壓處理法、超聲法等。韓曉芳等[10]以蕎麥淀粉為原料，應(yīng)用壓熱法制備了蕎麥抗性淀粉，抗性淀粉產(chǎn)率可達(dá)16.605 3%。李新華等[11]采用壓熱法制備了燕麥抗性淀粉，得率為17.26%。李俊偉等[12]以大米粉為原料，采用螺桿擠壓法改性，抗性淀粉得率為8.77%[12]。余世鋒等應(yīng)用超聲法制備大米RS3型抗性淀粉，最大產(chǎn)率可達(dá)12.87%。

（2）化學(xué)改性方法是通過化學(xué)反應(yīng)改變聚合物的物理、化學(xué)性質(zhì)的方法。Shin等[13]選用檸檬酸對大米淀粉進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)將檸檬酸與淀粉在128.4℃下反應(yīng)13.8h后抗性淀粉的總量最大，相比原淀粉增加了28.1%。劉亞偉等[14]采用酸變性和沸水浴的方法對甘薯淀粉進(jìn)行處理，得出甘薯抗性淀粉得率為13.91%[14]。

（3）生物酶法是通過水解、轉(zhuǎn)糖苷作用對淀粉分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾得到慢消化淀粉及抗性淀粉。Kim等[15]使用淀粉蔗糖酶改性完全糊化的蠟質(zhì)玉米淀粉，改性后含量增加至38.7%。耿敬章[16]以銀杏為原料，研究α-淀粉酶水解制備銀杏抗性淀粉工藝，在該工藝條件下銀杏抗性淀粉得率可達(dá)24.12%。歐陽夢云等[17]以微波預(yù)糊化秈米淀粉為原料，自制RS3型馬鈴薯抗性淀粉為晶種，研究RS3型秈米抗性淀粉的晶種誘導(dǎo)-雙酶復(fù)合法制備工藝，抗性淀粉產(chǎn)率為27.42%。

（4）多種方法結(jié)合制備改性淀粉。楊小玲等[18]探討超聲酶解聯(lián)合處理及添加劑對抗性淀粉（RS3）得率、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的影響，RS3得率為11.92%。任海斌[19]以玉米淀粉為原料，采用雙螺桿擠壓機(jī)擠壓預(yù)處理與普魯蘭酶酶解技術(shù)聯(lián)用的方法得到抗性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)，達(dá)24.72%±0.87%[19]。葉文峰等[20]以新鮮腳板薯為主要原料，采用超聲波及酸處理粗淀粉制備抗性淀粉，制備的抗性淀粉得率為25.3%。

2?抗性淀粉的健康功效

近年來，大量的動物及人體實驗證據(jù)表明，抗性淀粉的攝入可有效改善人體及動物的代謝紊亂，從而實現(xiàn)預(yù)防或者輔助治療包括糖尿病、肥胖、心血管疾病、癌癥等多種慢性代謝疾病的目的?？剐缘矸劭稍鰪?qiáng)飽腹、降低血脂，能有效防止肥胖癥。Karmi等[21]開展的人體實驗證明，飲食中補(bǔ)充抗性淀粉（RS2型）可有效降低2型糖尿病患者的血糖值，改善其內(nèi)毒素血癥等并發(fā)癥狀[21];除此之外，抗性淀粉的攝入還可以緩解糖尿病患者的腎臟損傷，從一定程度上預(yù)防糖尿病腎病的發(fā)生[22]。動物實驗結(jié)果顯示，鷹嘴豆抗性淀粉具有輔助降血脂的效果，且存在劑量依賴關(guān)系，從而有助于預(yù)防高血脂相關(guān)的心血管疾病。另外，已有多項動物實驗證實，抗性淀粉的攝入能有效減少結(jié)腸腫瘤的發(fā)生[23]。

3?抗性淀粉與腸道微生物

3.1?腸道微生物簡介

人及其他哺乳動物腸道內(nèi)存在數(shù)量龐大的微生物，作為目前所知細(xì)胞數(shù)量最多的“器官”，腸道微生物組參與宿主各項生理活動，對維持宿主健康起著至關(guān)重要的作用。例如，腸道微生物的代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸，不僅為腸道粘膜上皮細(xì)胞生長提供能量，還起到調(diào)節(jié)腸道pH、促進(jìn)腸道蠕動、緩解腸道炎癥等多種作用;同時腸道微生物還是人體重要的免疫器官，通過形成“菌膜屏障”而為人體提供保護(hù)功能，腸道微生物與宿主腸道粘膜免疫系統(tǒng)的相互作用促進(jìn)了免疫系統(tǒng)的建立;除此之外，腸道微生物還參與了維生素合成及各類營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，是聯(lián)系起飲食與宿主健康的重要橋梁。

腸道微生物中的“好細(xì)菌”與“壞細(xì)菌”保持的平衡狀態(tài)對宿主健康的維持至關(guān)重要，“壞”細(xì)菌的過度繁殖與疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。Qin等調(diào)查發(fā)現(xiàn)，與健康個體相比，2型糖尿病患者腸道內(nèi)大腸桿菌等條件致病菌的比例明顯升高，而包括Eubacterium rectale、Faecalibacterium prausnitzii在內(nèi)的丁酸產(chǎn)生菌的比例明顯下降;針對肥胖與正常體重個體的調(diào)查表明，肥胖個體腸道中厚壁菌門比例明顯高于正常體重個體，且當(dāng)肥胖個體體重恢復(fù)正常時，其腸道微生物中厚壁菌門比例則與正常個體變得較為相似。Rowan等研究發(fā)現(xiàn)，腸道中脫硫桿菌的過度增殖與炎性腸病的發(fā)生密切相關(guān);除此之外，包括心血管疾病、腸癌、乳腺癌等多種疾病的發(fā)生發(fā)展都與腸道微生物組結(jié)構(gòu)改變存在密不可分的關(guān)系。

3.2?抗性淀粉與腸道微生物

研究表明，腸道微生物失調(diào)與多種疾病的發(fā)生發(fā)展存在關(guān)聯(lián)，腸道微生物可以作為疾病預(yù)防或者治療的潛在“靶點”。與膳食纖維類似，抗性淀粉無法在小腸中直接消化吸收，需要經(jīng)腸道微生物發(fā)酵，可通過與腸道微生物組的相互作用調(diào)節(jié)微生物組構(gòu)成，是一類極具發(fā)展?jié)摿Φ囊嫔Ｖx濤等體外厭氧發(fā)酵實驗證明，抗性淀粉可有效促進(jìn)腸道菌群中乳酸菌和雙歧桿菌等益生菌的增殖，抑制大腸桿菌、產(chǎn)氣莢膜菌等條件致病菌的增殖（4種抗性淀粉的益生作用及結(jié)構(gòu)變化）。Upadhyaya等[24]研究表明，RS4型抗性淀粉的攝入可以調(diào)節(jié)腸道微生物組的構(gòu)成，并顯著提高志愿者糞便中包括丙酸、丁酸、戊酸在內(nèi)多種短鏈脂肪酸的水平。Kelly等[25]研究證明，膳食中補(bǔ)充RS3型抗性淀粉，可有效增加志愿者腸道微生物組中丁酸產(chǎn)生菌的比例[25]。Zeng等[26]基于小鼠模型的研究也證明，天然蓮子抗性淀粉的攝入可以改善腸道微生物組構(gòu)成，提升小鼠糞便中短鏈脂肪酸水平，并有效增加維生素的吸收效率。

抗性淀粉的益生元功效是應(yīng)用于相關(guān)疾病預(yù)防與治療的重要前提。Hu等[27]研究表明，在大鼠模型中，抗性淀粉可顯著改善與腸炎相關(guān)的腸道微生物組失調(diào)，增加腸道菌群中Parabacteroides、Barnesiella、Ruminococcus等的比例，提高腸道中短鏈脂肪酸濃度以及短鏈脂肪酸受體蛋白的表達(dá)，降低炎癥因子COX-2、NF-kB、TNF-α、IL-1β的水平，從而有效預(yù)防腸炎相關(guān)性結(jié)腸腫瘤的發(fā)生。據(jù)Moraes等[28]報道，作為一種新型益生元，抗性淀粉有作為慢性腎病輔助治療手段的潛力。除此之外，抗性淀粉的攝入可改善2型糖尿病患者的胰島素抵抗[29]，在此過程中，抗性淀粉對雙歧桿菌等腸道益生菌的促生長作用功不可沒[30]。

4?研究展望

抗性淀粉是一種新型益生元，可應(yīng)用于改善人及動物腸道微生物組結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)疾病預(yù)防及輔助治療的目的。盡管應(yīng)用潛力巨大，但與膳食纖維、多聚寡糖等傳統(tǒng)益生元相比較，抗性淀粉的研究較少、受關(guān)注度較低。因此，進(jìn)一步加強(qiáng)抗性淀粉相關(guān)研究，尤其是研究不同抗性淀粉對于腸道菌群精準(zhǔn)調(diào)控功能，以及不同疾病預(yù)防及輔助治療中所起到的作用及具體的作用機(jī)理，對拓寬抗性淀粉的應(yīng)用范圍，提升抗性淀粉加工產(chǎn)業(yè)具有重要意義。

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（責(zé)任編輯?李婷婷）