抗性淀粉制備及降糖作用研究進(jìn)展

龍金利，張愛霞，生慶海*

（1.河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050061；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所/國家谷子改良中心/河北省雜糧研究實驗室，河北 石家莊 050000）

抗性淀粉是淀粉的一個分支，指不能被小腸消化吸收的淀粉，因此其進(jìn)入大腸后作為發(fā)酵底物[1，2]，定量表示是測定120 min仍未被酶水解的淀粉。1985年英國科學(xué)家Englyst首次發(fā)現(xiàn)并提出抗性淀粉的概念[3]，1992年世界糧農(nóng)組織（FAO）將抗性淀粉定義為“健康者小腸中不吸收的淀粉及其降解產(chǎn)物”[4]。抗性淀粉為一種新型的膳食纖維，其因具有獨特的生理功能而受到越來越多人的關(guān)注[5]。研究表明，抗性淀粉對減輕體重，降低血糖和膽固醇，預(yù)防胃腸道疾病以及促進(jìn)礦物質(zhì)吸收等生理功能有顯著影響[6]。淀粉經(jīng)過干熱處理、濕熱處理和酶改性等不同的加工處理后，可以制備成抗性淀粉。目前從豆類、谷物和塊莖等各種來源獲得的抗性淀粉被廣泛應(yīng)用于功能性食品的生產(chǎn)[7～9]。隨著抗性淀粉在食品和非食品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，抗性淀粉的實用性不斷增強(qiáng)，各種食品來源的抗性淀粉開發(fā)成為研究重點。

1 抗性淀粉的性質(zhì)

根據(jù)植物來源、品種、生長階段、部位以及處理方式的不同，可將抗性淀粉分為物理包埋淀粉（physically trapped starch，RS1）、天然抗性淀粉（resistant starch granules，RS2）、回生淀粉（retrograded starch，RS3）、化學(xué)改性淀粉（chemically modified starch，RS4）和直鏈淀粉-脂肪復(fù)合淀粉（amylose-lipid complexed starch，RS5）。不同類型的抗性淀粉，其性質(zhì)不同（表1）。Sievert等[10]研究發(fā)現(xiàn)，同一類別的淀粉，直鏈淀粉比例越大，抗性淀粉比例也越大。直鏈淀粉的含量影響淀粉消化速率，直鏈淀粉含量高的淀粉消化率較低，不同直鏈淀粉含量的玉米原淀粉消化速率順序為蠟質(zhì)玉米淀粉＞普通玉米淀粉＞高直鏈玉米淀粉。大量試驗表明，抗性淀粉不能在小腸中吸收，但可以在大腸中發(fā)酵產(chǎn)生各種短鏈脂肪酸（SCFA），包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽，它們在促進(jìn)腸道健康方面發(fā)揮著積極作用，可以增強(qiáng)胰島素的敏感性，擴(kuò)大與大腸的發(fā)酵面積，減少脂肪積累，改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)和脂質(zhì)代謝[11]。

表1 抗性淀粉的性質(zhì)Table 1 Properties of resistant starch

2 加工處理對抗性淀粉含量的影響

人們研究發(fā)現(xiàn)，抗性淀粉的產(chǎn)率與原料中的直鏈淀粉含量呈正比[12]，隨著直鏈淀粉與支鏈淀粉比例的增大，抗性淀粉的產(chǎn)率由7.61%提高至36.45%，增加了近4倍[13]。由于馬鈴薯、小麥、玉米和高梁等自身含有較高的抗性淀粉，因此，有關(guān)抗性淀粉的研究大多集中在這些作物上?？剐缘矸鄣暮砍茉系闹苯佑绊懲?，還受加工處理技術(shù)的影響較大。

2.1 濕熱處理

在濕熱處理過程中，控制水分含量有助于提高抗性淀粉的含量[14]。Masatcioglu等[15]在螺桿轉(zhuǎn)速（100轉(zhuǎn)/min）和料筒溫度（140℃）不變的條件下，分別對含水量為50%、60%、70%的2種天然淀粉進(jìn)行擠壓，研究了擠壓蒸煮對不同類型的高直鏈玉米淀粉中抗性淀粉形成的影響，結(jié)果表明，原料含水量為60%時抗性淀粉含量最高，其中第2次擠出后抗性淀粉含量均顯著增加，第3次擠出后抗性淀粉含量分別達(dá)到40.0%和45.1%。不同品種的珍珠小米，經(jīng)濕熱處理后抗性淀粉含量均增加[16]。在含水量25%、溫度100℃條件下，對糯玉米淀粉濕熱處理6 h后，抗性淀粉的含量從27.0%增加到40.3%[17]。玉米淀粉和高粱淀粉經(jīng)過濕熱處理后抗性淀粉含量顯著增加，在濕熱條件下用酸處理后，玉米的升糖指數(shù)從74.0降到49.7，高粱的升糖指數(shù)從從60.0降到48.5[18]。增加蒸壓—冷卻循環(huán)次數(shù)能夠提高抗性淀粉的含量[19]。

2.2 干熱處理

Agama等[20]研究發(fā)現(xiàn)干燥方式對抗性淀粉含量有重要影響，隨著烘干時間的延長和冷凍干燥時間的縮短，抗性淀粉含量增加。高溫時間與烘干淀粉的抗性淀粉含量呈正相關(guān)，與冷凍干燥淀粉的抗性淀粉含量呈負(fù)相關(guān)。馬鈴薯淀粉經(jīng)微波300 W加熱100 s、55℃韌化16 h、4℃低溫老化18 h后，抗性淀粉含量由11.54%增加到27.09%[21]。Selime等[22]采用微波儲存循環(huán)和干燥工藝，研究了微波輻射對高直鏈淀粉HylonVII抗性淀粉形成和功能特性的影響，結(jié)果表明，樣品的抗性淀粉含量隨微波保存周期的增加而增加，烘箱干燥條件為微波處理3次、功率20%、時間2 min時得到的抗性淀粉含量最高（43.4%）。

2.3 酶處理

在50℃、pH值5.2條件下，用40 npun/g的普魯蘭酶處理5%的淀粉漿10 min，100%振幅下超聲6 h（超聲1 min，關(guān)閉9 min），可獲得的抗性淀粉和慢消化淀粉產(chǎn)量均達(dá)到最高，分別為26%和18%[23]。用β-淀粉酶處理擠壓膨化的大米后，大米的抗性淀粉含量增加，體外消化率降低[24]。

采用干熱、濕熱和酶處理工藝可以提高谷物和食品中的抗性淀粉含量。Kumar等[25]研究表明，水稻品種的抗性淀粉含量與gbssl表達(dá)量呈正相關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)啟示我們，有必要鑒定培育適合糖尿病、肥胖癥患者食用的高抗性淀粉、高直鏈淀粉、低升糖指數(shù)的水稻基因型。

3 抗性淀粉的降糖作用

隨著社會的發(fā)展和人們生活方式的改變，Ⅱ型糖尿病（T2DM）的發(fā)病率迅速增加。預(yù)計到2035年，全球患糖尿病的人數(shù)將增加到5.92億人。大多數(shù)糖尿病患者生活在低收入和中等收入國家，在發(fā)展中國家，成人糖尿病將會成為國家的巨大負(fù)擔(dān)[26]。糖尿病是危害人類健康的主要疾病之一[27]，除了受遺傳因素的影響外，人們的飲食習(xí)慣也起著關(guān)鍵作用，因此，攝入一些健康的碳水化合物，保持全面、均衡的營養(yǎng)，對維持身體健康至關(guān)重要。

3.1 抗性淀粉對糖尿病動物的降糖作用

Zhou等[28]研究了結(jié)合物理修飾和酶修飾制備的水稻抗性淀粉對糖尿病小鼠的降糖作用，結(jié)果表明，高劑量組（每天用8 g/kg的雙變性秈稻抗性淀粉水溶液灌胃1次，連續(xù)4周）的空腹血糖水平低于糖尿病小鼠，說明抗性淀粉可以調(diào)節(jié)糖尿病小鼠的血糖代謝，同時具有控制糖尿病小鼠肝、腎和脾肥大的效果。Li等[21]研究發(fā)現(xiàn)，由于結(jié)晶性能和熱穩(wěn)定性的改善，馬鈴薯淀粉具有較低的血糖指數(shù)，有利于控制空腹血糖、體重、器官指數(shù)和脂肪肝，對小鼠的長期飲食進(jìn)行干預(yù)后可提高小鼠對胰島素的敏感性。Reddy等[2]研究表明，在糖尿病和高脂飲食（HFD）條件下，飲食中的回生淀粉可以有效調(diào)節(jié)血清中的葡萄糖和脂質(zhì)，并抑制大鼠的氧化應(yīng)激。Zhu等[29]研究表明，在高脂飲食中添加燕麥抗性淀粉，可以使2型糖尿病大鼠減少飲水量，降低空腹血糖、OTGG和OTGG的AUC，有顯著的抗糖尿病作用。Si等[30]研究了不同飲食干預(yù)對控制體重和脂肪組織質(zhì)量，改善血脂組成以及體內(nèi)抗氧化狀態(tài)等方面的影響，發(fā)現(xiàn)以抗性淀粉與殼聚糖的組合為基礎(chǔ)的飲食干預(yù)能有效減輕肥胖誘導(dǎo)大鼠的代謝功能障礙，是一種輔助預(yù)防肥胖或糖尿病的可行方法。

3.2 抗性淀粉對人體的降糖作用

高抗性淀粉、低蛋白含量的面粉能夠滿足人體對抗性淀粉的需求且血糖指數(shù)低，能夠改善早期糖尿病腎病患者的血糖和血脂水平，降低血尿酸（UA）水平，減少尿b2-MG排泄，增強(qiáng)早期糖尿病腎病患者抗氧化應(yīng)激的預(yù)防能力[31]。食用高抗性淀粉的大米可以提高對胰島素的敏感性和增加飽腹感，對T2DM患者能夠起到延緩餐后血糖上升、控制糖尿病病情的效果[32]。同時每日補充天然抗性淀粉（高直鏈淀粉玉米）12周，不會顯著影響糖尿病前期成年人的食欲感知以及與食欲相關(guān)的胃腸激素含量和食物攝入量[33]。

張虹等[34]以61例T2DM住院病人為樣本，在治療條件不變的情況下，研究了高抗性淀粉大米對2型糖尿病病人餐后血糖波動的影響，結(jié)果表明，高抗性淀粉適糖米較普通大米能顯著降低T2DM病人餐后2 h血糖的波動幅度。一項人群試驗表明，與食用未添加抗性淀粉大米的對照組相比，食用添加抗性淀粉的大米可降低T2DM前期和新診斷為糖尿病患者的餐后血糖水平及其氧化應(yīng)激程度[35]。采用抗性淀粉藥膳方主食可以降低餐后血糖水平，提高胰島素敏感性，改善血脂和體成分情況，緩解T2DM患者的高氧化應(yīng)激狀態(tài)，有助于改善病情和防治并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展[36]。Zhang等[37]研究了回生淀粉對T2DM患者代謝的影響，結(jié)果表明，回生淀粉具有降低血糖、改善血脂異常、降低胰島素抵抗、提高胰島素敏感性的作用。

3.3 抗性淀粉降糖機(jī)理的研究

不僅在動物試驗上證實了抗性淀粉對糖尿病鼠具有降低血糖的作用，而且在人體臨床試驗上也進(jìn)一步明確了抗性淀粉對糖尿病患者血糖調(diào)節(jié)的效果。大量學(xué)者對抗性淀粉調(diào)節(jié)血糖的機(jī)制進(jìn)行了探討。

Polakof等[38]研究發(fā)現(xiàn)，抗性淀粉改善高脂飲食喂養(yǎng)引起的血脂紊亂和相關(guān)胰島素的抵抗能力，是通過調(diào)節(jié)參與脂肪生成（SREBP-1c，LXRs）、膽固醇代謝（SREBP-2，LXRs）和脂肪酸氧化（PPARα）的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)水平來實現(xiàn)的。Zhu等[29]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過處理的燕麥制品可降低促炎細(xì)胞因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）的mRNA表達(dá)和胰島素抵抗。Sun等[39]研究表明，不同劑量的天然抗性淀粉是通過下調(diào)PEPCK和G6Pase等關(guān)鍵酶的表達(dá)水平，從而調(diào)節(jié)肝臟糖代謝和糖異生來實現(xiàn)血糖的降低。天然抗性淀粉還可以修復(fù)受損的胰腺β細(xì)胞，上調(diào)胰腺中IRS1、IRS2、PDX-1、GK和GLUT2的表達(dá)水平。Tomomi等[40]發(fā)現(xiàn)，用抗性淀粉飲食喂養(yǎng)OLETF大鼠可以降低腸系膜脂肪組織的重量和大小，并減少腸系膜脂肪組織中整聯(lián)蛋白基因特別是CD11c的表達(dá)，也就是說，攝入抗性淀粉可以減少脂肪在脂肪組織中的積聚和與活化的巨噬細(xì)胞有關(guān)的炎癥。Wang等[41]研究表明，不同劑量的蓮子抗性淀粉（LSRS）（飼料中LSRS含量分別為5%、10%、15%）可能是通過調(diào)節(jié)胰島素分泌、胰島素信號傳導(dǎo)、細(xì)胞凋亡、抗氧化活性和p53信號通路等關(guān)鍵因子的表達(dá)水平來實現(xiàn)對T2DM小鼠的降糖作用。Matsumoto等[42]研究表明攝入富含抗性淀粉的wx/ae糙米烤制食品可預(yù)防Ⅱ型糖尿病NSY小鼠出現(xiàn)胰島素抵抗和高甘油三酯血癥，其作用機(jī)制可能與腸道SCFAs增加、脂質(zhì)吸收抑制、糞便膽汁酸排泄增加和肝臟膽汁酸生物合成有關(guān)。

4 抗性淀粉在降糖食品上的應(yīng)用

為了應(yīng)對糖尿病發(fā)生率增加較快的現(xiàn)狀，當(dāng)前的降糖研究集中在開發(fā)用于治療和控制T2DM的藥物上，已經(jīng)開發(fā)出用于治療和控制T2DM的各種藥物。然而，長期服用抗糖尿病藥物會導(dǎo)致嚴(yán)重的副作用，出現(xiàn)低血糖癥狀以及腎肝功能不全。由于藥物無法完全治療好T2DM，因此重點應(yīng)放在通過研究引起糖尿病發(fā)生的功能性輔助因素來預(yù)防或延緩糖尿病的發(fā)生?？剐缘矸圩鳛橐环N具有低血糖指數(shù)的新型功能性成分，被廣泛應(yīng)用到具有降糖功能食品的研發(fā)中。長期食用低血糖指數(shù)的食品，會降低患T2DM和心血管疾病的風(fēng)險?？剐缘矸凵钍苁称菲髽I(yè)和營養(yǎng)學(xué)家的歡迎，一是由于抗性淀粉對人類健康具有巨大的潛在生理益處，二是由于抗性淀粉作為食品的高功能特性，這是傳統(tǒng)膳食纖維無法達(dá)到的。

4.1 在主食類食品中的應(yīng)用

Yadav等[43]在普通面粉中添加4%的回生淀粉板栗淀粉，研究了一款含有板栗抗性淀粉的低升糖指數(shù)面條，獲得了較好的感官評定和質(zhì)構(gòu)參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，在面條中添加普通玉米淀粉制備的回生淀粉并制成特殊功能食品，可以減少咀嚼和人體可消化碳水化合物的攝入量，增加飽腹感，且不影響面條的口感[44]。王旭等[45]研究了一款用抗性馬鈴薯纖維復(fù)合粉做成的饅頭，該饅頭升糖指數(shù)低，長期食用對糖尿病具有輔助治療和改善作用。

4.2 在零食類食品中的應(yīng)用

Delamare等[1]采用鷹嘴豆粉替代部分小麥粉，研發(fā)了一種富含物理包埋淀粉的餅干，可以有效降低餅干中的淀粉在體外的消化率，并降低升糖指數(shù)。Kahraman等[46]研究生產(chǎn)了一種實驗室規(guī)模的交聯(lián)小麥淀粉（XL-W），使添加XL-W的曲奇體外升糖指數(shù)最低。研究生產(chǎn)的XL-W可作為替代原料生產(chǎn)高纖維、低升糖指數(shù)餅干，且不影響餅干品質(zhì)。用抗性淀粉代替部分低筋面粉制作餅干，發(fā)現(xiàn)替換量為20%時，體外升糖指數(shù)由87.18下降到67.12，且保留了較好的質(zhì)構(gòu)特性，消費者的接受度也較高[47]。

5 展望

目前，尋找具有抗糖尿病特性的天然功能食品已成為研究的熱點?？剐缘矸鄣纳飳W(xué)和化學(xué)特性決定了其可以有效緩解饑餓感，但不能被胃腸道吸收或吸收率很低。從處理技術(shù)上講，可以通過處理工藝結(jié)合的方法制備抗性淀粉，并提高抗性淀粉的含量。提高抗性淀粉的產(chǎn)量，將為抗性淀粉在食品中的廣泛應(yīng)用提供可靠基礎(chǔ)。今后，可以從以下3個方面展開研究：（1）研究篩選抗性淀粉含量高的谷物品種；（2）深入研究抗性淀粉對糖尿病患者的降糖機(jī)理；（3）提高食品中的抗性淀粉含量，且不影響口感和品質(zhì)。隨著人們對淀粉需求的變化，高抗性淀粉含量的食物將具有廣闊的應(yīng)用前景。