抗性淀粉的制備研究進(jìn)展

劉佳 曾英男 李瑞 周家旭 劉奕含

摘要：抗性淀粉是一種不被小腸消化吸收，在食用120min后可到達(dá)結(jié)腸被結(jié)腸中的微生物菌群分解發(fā)酵，繼而發(fā)揮有益的生理作用的淀粉。由于抗性淀粉在人體內(nèi)的消化速度較慢，食用后能夠減緩血糖的升高，因此抗性淀粉具有預(yù)防腸道疾病、控制體重、降低血糖等方面的生理功能。本文主要介紹了抗性淀粉的分類及制備方法，又對(duì)抗性淀粉的功能、在食品中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)抗性淀粉的未來發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行展望，為抗性淀粉相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)提供建議。

關(guān)鍵詞：抗性淀粉 制備方法 生理功能 應(yīng)用

近年以來，隨著人們生活水平的提高以及膳食結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致“三高”、糖尿病等與飲食相關(guān)疾病的發(fā)生率逐漸增加。因此，如何在飲食中做到抗糖和降糖，已經(jīng)成為了越來越多的研究者所關(guān)注的熱點(diǎn)問題。淀粉作為食品工業(yè)中的重要基礎(chǔ)原料，它屬于高GI型（Glycemic Index，GI）食品，在體內(nèi)消化速率較快并會(huì)導(dǎo)致餐后血糖快速升高，導(dǎo)致肥胖、高血糖等一系列慢性疾病。淀粉具有提高食品加工性能，對(duì)食品口感和質(zhì)構(gòu)的調(diào)整效果往往是其他食品原料所不能替代的。因此，需要通過對(duì)其進(jìn)行改性處理來改善其消化吸收速度，抗性淀粉屬于低GI的改性淀粉，可降低人體胰島素分泌，減少熱量產(chǎn)生及脂肪的形成。

根據(jù)淀粉能否在小腸內(nèi)被完全消化分解生成葡萄糖，以及在小腸內(nèi)吸收的速率將淀粉分成三種類型，一是快消化淀粉，指在小腸中20min內(nèi)能夠被消化吸收的淀粉;二是慢消化淀粉，指在小腸中20-120min才能夠被完全消化吸收的淀粉;三是抗性淀粉，指不能在小腸中被消化吸收，但120min后可到達(dá)結(jié)腸被結(jié)腸中的微生物菌群分解發(fā)酵，繼而發(fā)揮有益的生理作用的淀粉。根據(jù)淀粉抗酶降解的機(jī)制，Dupuis等人[1]又將抗性淀粉（Resistant Starch，RS）分為5類：物理包埋淀粉、天然抗性淀粉顆粒、回生淀粉、化學(xué)改性淀粉以及直鏈淀粉——脂質(zhì)復(fù)合物。

一、抗性淀粉的制備方法

（一）熱處理法

根據(jù)淀粉乳水分含量、熱處理溫度的不同，又可細(xì)化為壓熱法、濕熱法及韌化處理法，不同的熱處理?xiàng)l件對(duì)抗性淀粉的分子結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生具有顯著的差異。在改變溫度、壓力及過量水分含量的條件下，使淀粉顆粒充分糊化，不同淀粉分子之間的直鏈淀粉通過氫鍵結(jié)合，從而能夠顯著增加抗性淀粉的得率。濕熱處理作為物理制備抗性淀粉的一種方法，由于在操作過程中只需改變水和熱的因素，食品的安全性較高。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)濕熱處理對(duì)于淀粉結(jié)構(gòu)的變化與淀粉來源相關(guān)，例如塊莖淀粉已被證明比豆類或谷類淀粉對(duì)濕熱處理更敏感。韓麗瑤等人[2]研究的對(duì)黑青稞進(jìn)行壓熱處理，在125℃下壓熱處理50min，淀粉乳濃度為30%，之后冷藏時(shí)間24h，RS得率最高為10.596%?？红`濤等人[3]對(duì)甘薯抗性淀粉進(jìn)行壓熱處理，通過和響應(yīng)面優(yōu)化分析，發(fā)現(xiàn)在壓熱溫度120℃、壓熱時(shí)間31.2min、全粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.5%、pH7.3、冷藏時(shí)間24h的條件下，甘薯抗性淀粉的得率最高為9.41%。周小理等人[4]在壓熱基礎(chǔ)上對(duì)蕎麥抗性淀粉進(jìn)行酶解，通過正交試驗(yàn)和響應(yīng)面分析得出淀粉乳的濃度為20%（pH6.0），在120℃下壓熱處理30min，之后添加4.1U/g的干淀粉酶，再55.8℃酶解8.11h，然后再4℃冷藏24h，RS得率最高為28.0%。

（二）酶法改性

酶法改性是指根據(jù)不同的淀粉來源及特點(diǎn)，需使用不同的酶（如α-淀粉酶、脫支酶、淀粉葡糖苷轉(zhuǎn)移酶等）來改變淀粉分子的結(jié)構(gòu)，從而改變淀粉的性質(zhì)，以此達(dá)到降低其消化性能的效果。Liu等人[5]利用普魯蘭酶脫支處理蠟質(zhì)玉米淀粉，使其SDS和RS含量變化有明顯的提高。張倩等人[6]研究表明利用α-淀粉酶和糖化酶混合酶法對(duì)大米進(jìn)行處理，其抗性淀粉得率為16.23%，若再對(duì)其進(jìn)行壓熱處理大米的抗性淀粉得率能達(dá)到18.16%

（三）化學(xué)改性

化學(xué)改性法是指通過改變官能團(tuán)結(jié)構(gòu)或使其發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)（如取代、加成、酯化等），來改變淀粉分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而提高抗性淀粉得率的方法。李蒙娜[7]在對(duì)小麥淀粉進(jìn)行酯化-濕熱處理時(shí)，在檸檬酸添加量為40%，濕熱處理次數(shù)為1次時(shí)，小麥淀粉、A-型小麥淀粉和B-型小麥淀粉中RS得率分別為 85.54%、78.89%和 86.46%。Shin等人[8]研究表明，在20g淀粉中添加2.26mmol的檸檬酸，然后128.4℃條件下反應(yīng) 13.8h，大米淀粉中RS含量為54.1%，比未經(jīng)改性處理的原淀粉組高出28.1%。

（四）擠壓處理法

擠壓處理法是食品加工廠使用較為廣泛的一種方法，它是指在擠壓過程中運(yùn)用高溫、高壓和高剪切力使淀粉分子發(fā)生一系列變化，使淀粉由粉狀變成糊狀，從而發(fā)生糊化、裂解，導(dǎo)致一些糖苷鍵斷裂，分子發(fā)生解聚作用，分子大小和分子量的分布也隨之發(fā)生變化。Ye等人[9]利用單螺旋桿擠壓機(jī)在37.50r/min的螺桿轉(zhuǎn)速和30kg/h的喂料速度條件下對(duì)濕度分別為30%、40%、50%的大米淀粉進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)隨著物料含水量的增加，淀粉凝膠化程度也相應(yīng)增加。結(jié)果表明，大米淀粉的水分含量，與抗性淀粉的得率正向相關(guān)且影響較大。李俊偉[10]采用擠壓法處理大米淀粉后，抗性淀粉的得率為8.87%。另外研究也發(fā)現(xiàn)弱酸水解淀粉、擠壓和水熱處理的多種方法的結(jié)合，可以增加抗性淀粉的含量[11]。

（五）微波處理法

微波處理法指的是淀粉與水混合后對(duì)其進(jìn)行微波處理，使淀粉的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)均有所改變。有研究表明微波處理在酶的敏感性、硬度及支鏈淀粉重結(jié)晶等方面遠(yuǎn)優(yōu)于其他熱處理方式[12]。微波效應(yīng)作用于淀粉乳糊化階段的前期，對(duì)淀粉顆粒內(nèi)部水分分布影響較大，同時(shí)能促進(jìn)氫鍵斷裂，雙螺旋鏈減少，淀粉糊化效果顯著提高。張守花[13]在微波糊化的基礎(chǔ)上對(duì)玉米淀粉進(jìn)行酶解，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化分析，得出淀粉乳濃度30%、微波功率800W、微波時(shí)間110s，微波糊化酶解制備玉米抗性淀粉得率可達(dá)到13.17%。

（六）其他方法

其他的處理方法（如超聲波法、反復(fù)脫水、蒸汽加熱法、壓熱-冷卻循環(huán)處理法等）同樣可以顯著正向影響抗性淀粉的得率，相較于前文敘述的幾種方法，這些方法都是比較新的工藝，還未廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中。謝巖黎等人[14]采用微波濕熱-循環(huán)冷凍的方法，以小麥淀粉為原料，制備抗性淀粉，抗性淀粉得率為15.85%。池明亮[15]采用壓熱與α-淀粉酶、普魯蘭酶聯(lián)合使用法制備青芒果淀粉，可得到產(chǎn)率為7.368%的抗性淀粉。姚慧等人[16]采用壓熱—普魯蘭酶法以板栗淀粉為原料，制備抗性淀粉，得出在淀粉懸浮液質(zhì)量分?jǐn)?shù)11.00%，酶添加量9PUN/g、酶解時(shí)間10h、冷凝時(shí)間15h的條件下，抗性淀粉得率為64.90%。

二、抗性淀粉的生理功能

（一）預(yù)防腸道疾病

抗性淀粉在人體小腸內(nèi)不能被消化吸收，只在大腸中被腸道菌群發(fā)酵，生成短鏈脂肪酸，所以對(duì)于維持腸道健康是非常有益的，發(fā)酵后所產(chǎn)生的氣體可以增加糞便體積，可以緩解腸道疾病如結(jié)腸癌、痔瘡、便秘等且效果顯著[7]。

（二）控制體重

抗性淀粉可以增加人體飽腹感以及糞便量，不易消化幾乎不產(chǎn)生卡路里，與普通淀粉相比，抗性淀粉在人體內(nèi)產(chǎn)生的熱量是最小的，葡萄糖的利用效率也隨之降低，所以可用于減肥食品的基料應(yīng)用從而達(dá)到控制體重的目的。

（三）調(diào)節(jié)血糖水平

抗性淀粉屬于低GI食物能夠有效調(diào)節(jié)餐后血糖水平，這對(duì)于治療糖尿病患者效果明顯。對(duì)于患有非胰島素依賴性的人群，攝入抗性淀粉食物，能有效延緩血糖和胰島素水平。因此可應(yīng)用于糖尿病患者的保健食品開發(fā)，也可作為血脂調(diào)節(jié)旳食品、還可用于耐力食品的開發(fā)。

三、抗性淀粉的應(yīng)用

（一）在油炸食品制作中的應(yīng)用

油炸風(fēng)味食品中RS的高熱穩(wěn)定性和安全性備受信賴。Sanz[17]等人的研究表明，在油炸膨化食品中RS起到了提高膳食纖維含量和營養(yǎng)價(jià)值的作用?？剐缘矸郾蛔C實(shí)可以減少耗油、促進(jìn)膨化、增強(qiáng)脆度，使產(chǎn)品具有獨(dú)特的韌性及風(fēng)味等功能。

（二）在面包類食品中的應(yīng)用

為了減少人們的攝入量，但不減少膳食纖維在飲食中的缺失，食品企業(yè)在面包中加入了麥麩與大麥面粉，從而改善了面包的營養(yǎng)價(jià)值。不過膳食纖維會(huì)改變面包的顏色，影響面包的感官評(píng)分，減少了大量的消費(fèi)者。在餅干中加入適量的抗性淀粉來代替低筋面粉，不但可以保持較好的硬度和咀嚼性，還可以提高餅干的營養(yǎng)價(jià)值，卻不影響口感。高慧穎等人[18]在餅干中用抗性淀粉部分替代低筋面粉，當(dāng)替換量為20%的時(shí)候，餅干的硬度值為517.8g左右，消費(fèi)者的接受度較高，餅干保持了較好的質(zhì)構(gòu)特性，且體外GI值由87.18下降至67.12。

另外，RS可以有效地增強(qiáng)酸奶的風(fēng)味，為益生菌的生長和繁殖提供了碳源。因?yàn)樾∧c不能消化RS，所以可以用作微膠囊的材料嵌入到其他的益生菌中。還可以作為食品增稠劑應(yīng)用在調(diào)味汁、湯料、飲料等乳制品中，以增加飲料的不透明度和懸浮度，但不影響口感及風(fēng)味。

四、展望

隨著社會(huì)的日益進(jìn)步與發(fā)展，食品的生理功能性逐漸受到人們的重視?？剐缘矸圩鳛樾滦偷纳攀忱w維替代品，受到研究者、市場和消費(fèi)者的廣泛關(guān)注。國外對(duì)RS研究進(jìn)展速度較快，現(xiàn)已有多款抗性淀粉產(chǎn)品問世，如HimaizeTM240、HimaizeTM260、NOVELOSE？襆240等。而我國的抗性淀粉的研究正處于火熱階段。尤其是近幾年，人們?cè)絹碓疥P(guān)注口感與營養(yǎng)價(jià)值的性價(jià)比。因此，研究抗性淀粉的形成規(guī)律與影響因素，加強(qiáng)對(duì)抗性淀粉基礎(chǔ)理論研究，對(duì)于我國功能性食品開發(fā)有極其重要的意義。

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（作者單位：吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院食品工程學(xué)院）