抗性糊精的生產(chǎn)方法及應(yīng)用概述

李澤潤(rùn)，朱坤福，田延軍，聶玉朋，孫萍，王珊珊，祝蕾，徐慧*

(1.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院) 山東省食品發(fā)酵工業(yè)研究設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250013；2.山東朱氏藥業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 菏澤 274300)

作為七大營(yíng)養(yǎng)素之一的膳食纖維在清除食物中有害成分和致癌物質(zhì)等方面起著重要作用，對(duì)于腸道類疾病的預(yù)防和治療以及健康減脂具有重要意義。世界衛(wèi)生組織建議成人每天平均攝入37 g膳食纖維，在追求健康飲食的今天，膳食纖維生產(chǎn)穩(wěn)步提高，應(yīng)用日益廣泛?？剐院鳛樯攀忱w維的一部分，在含有α-1,2-糖苷鍵、β-1,6-糖苷鍵和葡聚糖等基礎(chǔ)上，還含有許多特殊結(jié)構(gòu)，賦予了抗性糊精特殊功能。由于抗性糊精淀粉原料、生產(chǎn)方法等的不同會(huì)得到不同純度和性質(zhì)的抗性糊精，優(yōu)化抗性糊精工藝及不同原料生產(chǎn)抗性糊精是目前的研究熱點(diǎn)。因抗性糊精具有微甜、耐酸、耐壓、耐熱、耐冷凍、低褐變、耐儲(chǔ)藏等性質(zhì)，添加到食品中不會(huì)大幅改變食品的品質(zhì)，作為調(diào)味品其市場(chǎng)潛力廣闊。因此近幾年抗性糊精在食品中的應(yīng)用呈現(xiàn)多領(lǐng)域、穩(wěn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。文章概述了抗性糊精的生產(chǎn)方法、現(xiàn)行主要應(yīng)用及未來(lái)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)。

1 抗性糊精生產(chǎn)方法

1.1 酸熱法制備抗性糊精

抗性糊精起源于日本，20世紀(jì)80年代由日本松谷化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社開發(fā)出抗性糊精生產(chǎn)方法。酸熱法產(chǎn)生焙燒糊精并溶解于水中，用α-淀粉酶水解，經(jīng)過(guò)后續(xù)精分、脫色、干燥等工序制得難消化的糊精。以傳統(tǒng)玉米淀粉為原料，采用化學(xué)改性的方法制備抗性糊精會(huì)產(chǎn)生一定污染，同時(shí)也存在反應(yīng)不均勻的現(xiàn)象。呂行等[1]的研究以小麥淀粉為主要原料,采用“干熱三步法”制備抗性糊精, 最終確定最優(yōu)條件為：預(yù)加熱185 ℃維持40 min,加熱225 ℃維持75 min，得出抗性糊精含量為84.22%。此法無(wú)化學(xué)試劑添加和廢水產(chǎn)生, 提高了抗性糊精的產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化率,而且減少了傳統(tǒng)制備方法對(duì)環(huán)境帶來(lái)的污染和原材料的浪費(fèi)。

1.2 原料改性法輔助制備抗性糊精

部分酶已被用于增加碳水化合物線性鏈的數(shù)量，線性鏈很容易形成緊密堆積的晶體，增加了酶水解的抗性?？剐院咸幚磉^(guò)程中Xie等[2]采取異淀粉酶和淀粉糖苷酶用于脫支支鏈淀粉，支鏈淀粉在蠟質(zhì)淀粉中釋放的相對(duì)短而線性的鏈容易形成晶體，制備的抗性糊精晶體具有較高的熱穩(wěn)定性和有限的消化率。

1.3 其他因素輔助制備抗性糊精

1.3.1 微波輔助制備抗性糊精

微波輔助生產(chǎn)制備逐步應(yīng)用于目標(biāo)物的制備、提取等各環(huán)節(jié)，苦蕎中多糖的提取[3]證明微波輔助提取優(yōu)于傳統(tǒng)的熱水、超聲、堿水提取。與傳統(tǒng)的加熱方法相比，微波加熱優(yōu)勢(shì)在于低成本、高效率、無(wú)污染，在探索抗性糊精制備方法中被廣泛應(yīng)用。吳勝旭等[4]采用微波-乙醇沉淀法生產(chǎn)抗性糊精，確定生產(chǎn)最佳條件為：加熱時(shí)間10 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)75%，微波功率520 W，所得抗性糊精含量為84.5%?？剐院寐瘦^以往顯著提升，并且生產(chǎn)過(guò)程中污染少。通過(guò)微波預(yù)處理-酶解的方式制備山藥抗性糊精研究中發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)得到的山藥抗性糊精分子量約為4000 Da，具有較好的溶解性和熱穩(wěn)定性，對(duì)人造胃液和小腸液具有很強(qiáng)的抗消化性能。與傳統(tǒng)的高溫加熱相比，微波輔助的缺點(diǎn)是不利于保留產(chǎn)物本身的氣味和色澤，故微波加熱輔助制備還有待突破。

1.3.2 高溫、微波、超聲聯(lián)合處理輔助制備抗性糊精

高溫、微波、超聲等物理手段輔助生產(chǎn)抗性糊精會(huì)有增產(chǎn)的效果，但是其中兩者聯(lián)用或者單用一種都會(huì)對(duì)產(chǎn)物產(chǎn)生一定的影響，比如傳統(tǒng)高溫可能會(huì)導(dǎo)致受熱不均勻，微波輔助加熱的感官指標(biāo)下降等問(wèn)題。顧品品等[5]對(duì)比了超聲、微波、高溫3種處理方式制備紅香母芋抗性糊精的得率、白度及理化性質(zhì)。結(jié)果表明，抗性糊精含量均有所提高且白度降低，確定以紅香母芋為原料的抗性糊精最佳制備工藝參數(shù)為：1%鹽酸添加量15%，超聲(200 W)處理 30 min后再微波(600 W)處理10 min，此時(shí)樣品中抗性糊精含量(干基)可達(dá)27.87%，白度為85.22。

1.3.3 酶法輔助制備抗性糊精

抗性糊精生產(chǎn)研究不再單獨(dú)局限于傳統(tǒng)生產(chǎn)上使用的淀粉酶，改變酶種類、作用條件、作用溫度及時(shí)間均是研究方向。徐慧等[6]采取響應(yīng)面法優(yōu)化抗性糊精生產(chǎn)工藝,建立抗性糊精二次多項(xiàng)擬合方程及三維響應(yīng)面圖，得出影響抗性糊精產(chǎn)率因素次序?yàn)椋害?淀粉酶作用溫度>α-淀粉酶添加量>轉(zhuǎn)苷酶作用溫度>轉(zhuǎn)苷酶添加量。該方法最佳酶解工藝為α-淀粉酶作用溫度94 ℃,α-淀粉酶添加量0.4%，轉(zhuǎn)苷酶作用溫度56 ℃,轉(zhuǎn)苷酶添加量0.3%。在此優(yōu)化工藝條件下,抗性糊精產(chǎn)率為82.56%。

1.3.4 食用油輔助導(dǎo)熱制備抗性糊精

10月26日，中國(guó)飼料工業(yè)協(xié)會(huì)批準(zhǔn)發(fā)布《仔豬、生長(zhǎng)育肥豬配合飼料》、《蛋雞、肉雞配合飼料》兩項(xiàng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，下調(diào)了飼料中粗蛋白比例下限，同時(shí)增設(shè)了上限規(guī)定。

基于傳統(tǒng)干熱法、酶法、微波輔助法產(chǎn)生的受熱不均勻?qū)е碌矸鄄荒芫鶆蚍磻?yīng)甚至淀粉原料碳化的問(wèn)題，馬夢(mèng)垚等[7]加入食用油的輔助導(dǎo)熱工藝能夠有效提高熱利用率，低成本下顯著提高了抗性糊精含量和產(chǎn)率，得到的最佳工藝條件為：鹽酸加入量10%，反應(yīng)溫度 180 ℃，反應(yīng)時(shí)間30 min，食用油添加量130%。在該條件下，產(chǎn)品抗性糊精含量為81%，產(chǎn)率為74.1%。該條件下得到的抗性糊精理化、微生物等指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，為工業(yè)化高效生產(chǎn)抗性糊精提供了新思路。

1.3.5 基因工程輔助制備抗性糊精

提升抗性糊精的抗性成分是提高抗性糊精產(chǎn)品質(zhì)量的重要路徑之一，劉軍等[8]利用源于Thermusthermophilus的淀粉分支酶TtSBE，通過(guò)基因工程的方法構(gòu)建重組大腸桿菌并使之高效表達(dá)。溫度為60 ℃，pH為6.5，加酶量為3000 U/g，以2%的焦糊精作為底物，該酶制備的抗性糊精較焦糊精原料中的抗性成分含量提高了7%，抗性糊精質(zhì)量大幅提升?；蚬こ踢€可以輔助提升抗性糊精產(chǎn)品的抗消化率，將源于發(fā)酵乳桿菌的4,6-α-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)入到枯草芽孢桿菌[9]，重組后生產(chǎn)的4,6-α-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶酶活為2031 U/mL，加入生產(chǎn)過(guò)程中得到的抗性糊精平均分子量為1000～4000 Da，到達(dá)腸道系統(tǒng)前幾乎不消化，并且該方法轉(zhuǎn)化效率高，生產(chǎn)時(shí)間短，可用于工業(yè)化制備抗性糊精。

2 抗性糊精的應(yīng)用

2.1 抗性糊精在食品中的應(yīng)用

抗性糊精自20世紀(jì)80年代問(wèn)世后在食品等領(lǐng)域均有應(yīng)用，逐漸成為常用的食品添加劑及調(diào)味品，也為保健品、醫(yī)藥、新材料、特醫(yī)食品等領(lǐng)域提供了新思路、新啟發(fā)。

2.1.1 抗性糊精在乳制品中的應(yīng)用

抗性糊精在乳制品應(yīng)用中可以代替部分蔗糖生產(chǎn)低糖乳制品，在酸奶發(fā)酵中可以激發(fā)發(fā)酵菌種的生物活性，發(fā)酵效率明顯增高。Barczynska等[10]以馬鈴薯淀粉渣和濃縮紅葡萄為原料，研制了蔬菜類酸奶飲料。結(jié)果表明，馬鈴薯淀粉糊化后產(chǎn)生的抗性糊精被酒石酸修飾后，乳酸含量及植物乳桿菌活力明顯優(yōu)于對(duì)照組，該環(huán)境下植物乳桿菌發(fā)酵保留了78%以上的初始多酚，營(yíng)養(yǎng)更全面。

2.1.2 抗性糊精在面制品中的應(yīng)用

2.1.3 抗性糊精在酒類及飲料制品中的應(yīng)用

基于抗性糊精溶解后能顯著降低其表面張力這一獨(dú)特性質(zhì)，可以改變米酒、紅酒酒類感官性能，提升酒類口感，提高酒溶液穩(wěn)定性。Mateo-Gallego等[12]研發(fā)的異麥芽糖和抗性糊精的無(wú)酒精啤酒可有效降低受試者血糖，添加抗性糊精后受試者血漿中血糖可降低18%，顯著高于對(duì)照組，兩者還具有協(xié)同作用，對(duì)包括葡萄糖在內(nèi)的整體代謝有影響。這種含有改良碳水化合物的無(wú)酒精啤酒可以通過(guò)改善血糖管理成為健康飲食的一部分，同時(shí)也增加了高血壓、糖尿病等疾病營(yíng)養(yǎng)療法的適口性?？剐院哂形⑻?、熱量低的性質(zhì)，故也被應(yīng)用在生產(chǎn)無(wú)糖功能飲料中，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)投入生產(chǎn)。

2.1.4 抗性糊精在添加劑中的應(yīng)用

抗性糊精具有廣闊的食品應(yīng)用前景，但目前針對(duì)抗性糊精在食品中的應(yīng)用研究主要集中在乳制品、面制品、酒類等方面，對(duì)食品添加劑方面的應(yīng)用及在肉制品中的應(yīng)用研究空間廣闊。在傳統(tǒng)肉制品中加入抗性糊精可以使其持水性更強(qiáng)，抗性糊精作為調(diào)味品在增進(jìn)口感的同時(shí)也能帶來(lái)一定的商業(yè)價(jià)值。在低脂纖維熏煮香腸的研究中[13]，用抗性糊精及親水性膠體代替?zhèn)鹘y(tǒng)熏煮香腸中熱量較高的肥膘肉、雞皮等材料，使產(chǎn)品更健康的同時(shí)帶來(lái)更溫和的口感?？剐院c肉制品常用添加劑κ-卡拉膠凝膠之間存在交互作用，詹偉等[14]在κ-卡拉膠凝膠中加入抗性糊精，研究發(fā)現(xiàn)抗性糊精對(duì)κ-卡拉膠凝膠在凍融循環(huán)系統(tǒng)中析出水分明顯減少，且呈正相關(guān)；另外，抗性糊精添加量為4%時(shí)κ-卡拉膠凝膠壓縮模量達(dá)到最大值43.83 kPa。其他結(jié)果表明，抗性糊精的加入使κ-卡拉膠凝膠的蜂窩狀結(jié)構(gòu)變得更加光滑致密并且可以改善κ-卡拉膠凝膠的凝膠特性?？剐院o予κ-卡拉膠凝膠許多優(yōu)良性質(zhì)，在肉制品冷凍存儲(chǔ)、火腿腸加工、牛排拼接等方面的應(yīng)用中前景廣闊。目前還沒(méi)有文獻(xiàn)證明抗性糊精對(duì)肉制品中常用的大豆蛋白、鹽類等添加劑及調(diào)味品是否有影響，這些方面均是可研究方向。

2.2 抗性糊精在醫(yī)藥中的應(yīng)用

當(dāng)下由于飲食條件快速發(fā)展，糖尿病已成為世界十大慢性疾病之首。我國(guó)已成為世界上糖尿病患者人數(shù)最多的國(guó)家，預(yù)計(jì)2028年我國(guó)糖尿病患者總數(shù)將超1.49億人，飲食控制糖尿病已刻不容緩?？剐院谂R床研究中被證明可以改善2型糖尿病，減輕HFD喂養(yǎng)小鼠的肥胖和脂肪組織炎癥?；诳剐院芤种迫梭w小腸對(duì)各種糖類的消化吸收，能明顯抑制血糖和胰島素上升。大量研究表明，與空腹血糖相比，餐后血糖水平與罹患心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)和全因死亡率風(fēng)險(xiǎn)之間存在更強(qiáng)的相關(guān)性[15]，這可能是急性高血糖發(fā)作引起的氧化應(yīng)激和內(nèi)皮細(xì)胞損傷所致，增加猝死率。包括抗性糊精在內(nèi)的益生元?jiǎng)t可以有效控制血糖水平，關(guān)于益生元的研究已成為熱點(diǎn)，更多添加益生元的食品也會(huì)相繼研發(fā)，未來(lái)益生元飲品或片劑中也一定會(huì)有抗性糊精的加入。Mahdieh Abbasalizad Farhangi等[16]研究發(fā)現(xiàn)抗性糊精在沒(méi)有任何副作用下可以改善2型糖尿病婦女的晚期糖基化終末產(chǎn)物以及血糖狀態(tài)、血脂、收縮壓、動(dòng)脈粥樣硬化指數(shù)、代謝性內(nèi)毒素血癥、炎癥和氧化劑、抗氧化劑生物標(biāo)志物等，可以作為治療2型糖尿病及其并發(fā)癥的關(guān)鍵成分。

2.3 抗性糊精在保健品中的應(yīng)用

功能性低聚糖[17-18]作為綠色食品輔料或食品調(diào)味品、添加劑被廣泛運(yùn)用于功能性食品中，其調(diào)節(jié)腸道、降糖降脂、免疫調(diào)控、促進(jìn)吸收等作用逐步得到市場(chǎng)的認(rèn)可。功能性低聚糖的各類保健品中降糖類保健品在市場(chǎng)中不單單得到糖尿病人的認(rèn)可，在追求健康飲食的今天，少糖或無(wú)糖食品未來(lái)會(huì)有巨大市場(chǎng)潛力，添加抗性糊精的降糖食品也會(huì)占有可觀的市場(chǎng)份額。鄧宇薇等[19]以抗性糊精復(fù)合乳清蛋白粉、大豆蛋白粉、啤酒酵母粉和魔芋粉為主要原料開發(fā)低血糖指數(shù)的膳食纖維維生素營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化粉，最終經(jīng)臨床驗(yàn)證，該膳食纖維維生素營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化粉的血糖指數(shù)僅為31.3，屬于低血糖指數(shù)食品，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)降糖成分受限于作用劑量或不良風(fēng)味，可開發(fā)利用的保健品或藥品品種單一，抗性糊精復(fù)配傳統(tǒng)降糖成分可保證相關(guān)效果的前提下帶來(lái)更優(yōu)良的性質(zhì)。喬峰等[20]將抗性糊精及可以促進(jìn)胰島素分泌并保護(hù)胰島細(xì)胞的青錢柳提取物進(jìn)行復(fù)配，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)正常大鼠血糖沒(méi)有顯著影響。但是對(duì)于胰島素抵抗糖及脂代謝紊亂大鼠，合用高劑量組的空腹血糖、餐后0.5 h血糖、餐后2 h血糖、血糖AUC、甘油三酯和膽固醇指標(biāo)與模型組相比均有明顯下降，由此可見青錢柳提取物與抗性糊精合用后具有顯著的降血糖和降血脂作用，但兩者最優(yōu)配比還需進(jìn)一步研究。

抗性糊精經(jīng)人體攝取后大部分會(huì)進(jìn)入腸道，與雙歧桿菌等益生菌作用后產(chǎn)生大量短鏈脂肪酸，如乙酸、丁酸和丙酸等可以降低血壓，其中丁酸已被證實(shí)可抑制上皮細(xì)胞惡化，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞向正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化，抑制結(jié)腸癌等。目前針對(duì)抗性糊精與癌癥之間直接聯(lián)系的研究還沒(méi)有文獻(xiàn)支撐，但抗性糊精基于自身優(yōu)良性質(zhì)在開發(fā)抑癌保健品應(yīng)用中要優(yōu)于部分膳食纖維。

2.4 抗性糊精的其他應(yīng)用

在多藥耐藥(MDR)對(duì)傳染病管理構(gòu)成嚴(yán)重威脅的背景下，抗生素的緩慢發(fā)展和耐藥機(jī)制的獲得使得研究人員將重點(diǎn)放在開發(fā)具有多位點(diǎn)廣譜活性的新型化療藥物上。Hasan Imran等[21]以糊精為原料，對(duì)聚甲基丙烯酸甲酯接枝納米銀進(jìn)行環(huán)保型綠色合成，被測(cè)試的病原體的生物膜都減少了約70%以上，對(duì)抑制多藥耐藥(MDR)有重要意義，也為抗性糊精應(yīng)用于新領(lǐng)域提供了新啟發(fā)?？剐院啾扔谝嫔w維、低聚果糖等是最佳的助干劑，作為噴霧干燥濃縮石榴汁的干燥助劑效果更佳[22]，還可以用于各種果汁中替代麥芽糊精，所制得的益生元粉可用于研制新型功能性食品?？剐院€具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)空間，在參靈斛保健含片的制備中可以作為非常理想的全粉末壓片的填充輔料，這為藥品及保健品等的片劑結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提供了新材料。

3 展望

抗性糊精目前全球的市場(chǎng)份額中北美最多，其次是歐洲和中國(guó)，隨著研究深入、全球產(chǎn)能轉(zhuǎn)移及東方國(guó)家飲食習(xí)慣改變，未來(lái)抗性糊精在亞洲市場(chǎng)份額會(huì)逐步提升，抗性糊精生產(chǎn)工藝會(huì)繼續(xù)完善。源頭方面，抗性糊精生產(chǎn)原料來(lái)源廣泛，帶動(dòng)小麥、玉米、高粱等農(nóng)產(chǎn)品種植量提升甚至推動(dòng)改變?cè)现仓昊?，研發(fā)利于糊精生產(chǎn)的淀粉。應(yīng)用方面，基于抗性糊精有著諸多優(yōu)良性質(zhì)，其在改善腸道功能的食品藥品及糖尿病人食用的特殊食品中的應(yīng)用會(huì)穩(wěn)步增長(zhǎng)，未來(lái)抗性糊精在乳制品、面制品、飲品等食品工業(yè)中的應(yīng)用會(huì)越發(fā)廣泛。作為調(diào)味品，抗性糊精在促進(jìn)人體健康的同時(shí)還摒棄了傳統(tǒng)膳食纖維在口感、成形性、質(zhì)地、加工性等方面的不足，提高了最終產(chǎn)品的食用質(zhì)量?？剐院难芯吭诶^續(xù)滿足現(xiàn)代飲食需要的同時(shí)，也將帶來(lái)更高的生產(chǎn)效益、市場(chǎng)份額及商業(yè)價(jià)值。