抗性淀粉制備論文

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論文關(guān)鍵詞：抗性淀粉；分類；制備；生理功能；應(yīng)用

論文摘要：抗性淀粉是近年發(fā)展起來(lái)的新概念，其功能特性引發(fā)了人們的研究興趣，并成為國(guó)際上新興的食品研究領(lǐng)域。論述了抗性淀粉的分類、制備、理化性質(zhì)、生理功能及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。

Abstract：Resistantstarchwasanewlydevelopedconceptandhadbecomethefocusforstudyinthefieldsoffoodscienceandtechnology.Thepaperdescribedtheclassificationofresistantstarchanditspreparation，physicalandchemicalproperties，aswellasitspossiblephysiologicaleffectsinhumanbeingsandtheapplicationinfoodindustry.

Keywords：resistantstarch；classification；preparation；physiologicalfunction；application

抗性淀粉(ResistantStarch，RS)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新概念。1998年世界糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織聯(lián)合出版的《人類營(yíng)養(yǎng)中的碳水化合物》一書(shū)中指出：“抗性淀粉的發(fā)現(xiàn)和研究進(jìn)展，是近年來(lái)碳水化合物與健康關(guān)系研究中的一項(xiàng)重要成果”。以前，由于在人體排泄物中未曾檢測(cè)到淀粉成分的殘留，人們一直認(rèn)為淀粉可以被人體徹底消化吸收。1982年有報(bào)道說(shuō)在進(jìn)行膳食纖維定量分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)有淀粉被包埋在不溶性膳食纖維中的現(xiàn)象。1983年，英國(guó)生理學(xué)家HansEnglyst等人首先將這部分淀粉定義為抗性淀粉[1]。由此，抗性淀粉的理化性質(zhì)(如分子量、聚合度、空間結(jié)構(gòu)等)、體內(nèi)外消化情況、生理功能、制備和測(cè)定方法及其應(yīng)用等，都成為人們研究的熱點(diǎn)。

1RS的分類與制備

1.1RS的分類

抗性淀粉不能被小腸中的淀粉酶水解，本身或其降解產(chǎn)物能原封不動(dòng)地到達(dá)結(jié)腸并被其中的微生物菌群發(fā)酵，繼而發(fā)揮有益的生理作用，因此曾被看作是膳食纖維(DietaryFiber，DF)的組成成分之一[2]。目前被普遍接受的RS的定義是1992年FAO根據(jù)Englyst和“歐洲抗性淀粉研究協(xié)作網(wǎng)(EURES-TA)”的研究得出的：即健康者小腸中不吸收的淀粉及其降解產(chǎn)物。其實(shí)影響淀粉在小腸內(nèi)消化吸收的因素很多，如食物淀粉的結(jié)構(gòu)、其他膳食成分、制備方式等。最近的研究發(fā)現(xiàn)，人的年齡、生理狀況及生活環(huán)境，也會(huì)造成淀粉消化能力的差異。在某一個(gè)體身上作用類似于RS，而在其他人體內(nèi)可能不被看作RS，所以對(duì)RS的定義還需進(jìn)一步研究[3]。至今抗性淀粉尚無(wú)化學(xué)上的精確分類，目前，大多數(shù)研究人員根據(jù)淀粉的來(lái)源和人體實(shí)驗(yàn)結(jié)果(抗酶解性)的不同，將RS分為4類[4，5]。

RS1(物理包埋淀粉，PhysicallyTrappedStarch)為生理上不接受的淀粉，是由于機(jī)械加工使淀粉顆粒發(fā)生物理屏蔽作用，被封閉在植物細(xì)胞壁上，不能為淀粉酶作用的淀粉顆粒。主要存在于輕度碾磨的谷類、種子、豆類等食品中。RS2(抗性淀粉顆粒或生淀粉，ResistantStarchGranules)是有一定粒度的淀粉。物理和化學(xué)分析認(rèn)為，其結(jié)構(gòu)的完整性和高密度性及特殊的構(gòu)象或晶體結(jié)構(gòu)，使其對(duì)淀粉酶具有高度的抗性。RS3(回生淀粉或老化淀粉，RetrogradedStarch)為變性或老化的淀粉，主要由糊化淀粉經(jīng)冷卻后形成。它是抗性淀粉的主要成分。RS3溶解于KOH溶液或DMSO(二甲基亞砜)后，能被淀粉酶水解，是一種物理變性淀粉。RS3是最重要也是最主要的RS，具有很高的商業(yè)價(jià)值。RS3常存在于冷米飯、面包及一些油炸食品中[6]。RS4(化學(xué)改性淀粉ChemicallyModifiedStarch)主要指由植物基因改造或用化學(xué)方法改變淀粉分子結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生。如乙酰基淀粉、羥丙基淀粉、熱變性淀粉以及淀粉磷酸酯、淀粉檸檬酸酯等。RS的分類仍在不斷變化，但是RS1和RS2或RS1和RS3常共存于一種食物中，RS2～RS4均可由淀粉在食品生產(chǎn)或加工過(guò)程中轉(zhuǎn)化形成，不同類別的RS可能對(duì)食品風(fēng)味和特點(diǎn)有著重要的意義。

1.2RS的制備

近年來(lái)，國(guó)外對(duì)抗性淀粉的制備研究非常活躍，發(fā)展很快，并有許多制備抗性淀粉的專利。而我國(guó)對(duì)抗性淀粉的制備研究正處于起步階段。目前，對(duì)于RS形成機(jī)理比較一致的認(rèn)識(shí)是：直鏈淀粉雙螺旋疊加(即直鏈淀粉重結(jié)晶)形成抗性淀粉。RS的制備是一定濃度的淀粉乳經(jīng)糊化后再經(jīng)老化等的處理過(guò)程。

1.2.1壓熱處理法(濕熱處理)將淀粉和水混合，經(jīng)高溫高壓處理制備RS。對(duì)壓熱處理溫度、時(shí)間和水分含量進(jìn)行研究，在水分含量70%、150℃、60min條件下，可得到較高的抗性淀粉含量[7]。

1.2.2微波輻射法將淀粉和水混合后，進(jìn)行微波輻射，處理一定時(shí)間后，冷卻，烘干，粉碎。低水分淀粉樣品接受微波輻射后，溫度迅速升高，50min內(nèi)可達(dá)到170℃，其χ-射線衍射類型沒(méi)有變化，溶解度沒(méi)有變化，表明原淀粉中的結(jié)晶區(qū)未完全破壞。高水分淀粉樣品，升溫緩慢，χ—射線衍射類型發(fā)生變化，而且溶解度明顯減小，證明淀粉己回生，形成新的晶體[8]。

1.2.3螺桿擠壓法擠壓過(guò)程中的高溫、高壓和高剪切力使淀粉發(fā)生物理化學(xué)變化，一些糖苷鍵斷裂，分子大小和分子量分布發(fā)生變化。擠壓可以促進(jìn)抗性淀粉的形成，但是產(chǎn)品中的抗性淀粉含量較低，一般難以超過(guò)6%。在擠壓時(shí)添加檸檬酸，可以促進(jìn)抗性淀粉的形成。

1.2.4脫支法在壓熱處理前，用酶進(jìn)行脫支處理，可以得到更高的抗性淀粉含量。據(jù)報(bào)道，用酸(鹽酸、硫酸等)處理淀粉，也有一定的脫支效果，但抗性淀粉產(chǎn)率不及酶法脫支高。

2RS的理化性質(zhì)及生理功能

2.1RS的理化性質(zhì)

抗性淀粉是具有較小的分子結(jié)構(gòu)，以氫鍵連接的回生狀的分散的線性多糖類物質(zhì)。其基本性質(zhì)與淀粉相似，為白色無(wú)異味的多孔性粉末。抗性淀粉RS3不溶于水，能溶于2mol·L-1KOH溶液和二甲亞砜(DMSO)；平均聚合度DPn在30～200之間；在100～165℃之間直鏈淀粉晶體熔融，產(chǎn)生吸熱反應(yīng)；χ-射線衍射類型為B型；耐熱性高，在高溫蒸煮后，幾乎沒(méi)有損失；持水性低，1g淀粉中僅為1.4～2.8g水，是所有膳食纖維中最低的；含熱量低，熱值一般不超過(guò)2.4～2.8千卡·g-1[9]。

2.2RS的生理功能

RS在小腸中抗消化，但可在結(jié)腸中被細(xì)菌發(fā)酵，產(chǎn)生的短鏈脂肪酸(Short-ChainFattyAcids，SCFA)經(jīng)過(guò)結(jié)腸壁吸收進(jìn)入血液后，可提供能量。Be-hall等[10，11]研究認(rèn)為，RS提供的能量平均為8.4kJ·g-1。RS含量高的食物，大約能量的12%是由結(jié)腸發(fā)酵產(chǎn)生的SCFA提供的。Heijnen等[12]研究發(fā)現(xiàn)，RS還可降低食物的熱效應(yīng)。所以認(rèn)為RS是一種很有前途的減肥食品原料。

2.2.1對(duì)腸道的調(diào)節(jié)、保護(hù)作用研究表明[13]，RS在結(jié)腸內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生氣體(H2、CO2、CH4)和SCFA(乙酸、丙酸、丁酸、異戊酸等)，主要為丁酸和CO2。另有研究表明[14]，RS可作為微生物的碳源，有利于合成微生物蛋白，從而減少了不消化蛋白質(zhì)腐敗產(chǎn)生的酚類、胺類和吲哚等物質(zhì)。未降解的RS可增加糞便通量，將腸道中的有毒物質(zhì)稀釋，減少排空時(shí)間，對(duì)于便秘、肛門和直腸疾病有良好的預(yù)防作用。同時(shí)，SCFA能有效降低腸道pH值，發(fā)揮酸化消毒作

用[15，16]。RS發(fā)酵產(chǎn)生的SCFA中丁酸含量很高，丁酸通過(guò)抑制腫瘤細(xì)胞分化并誘導(dǎo)其凋亡，抑制癌變的結(jié)腸黏膜細(xì)胞增殖，提高免疫監(jiān)督調(diào)節(jié)作用，抑制誘變物(如亞硝胺、氫-過(guò)氧化物等)的潛在毒性而發(fā)揮抗癌作用[17，18]。

2.2.2控制餐后血糖升高和胰島素分泌，防止糖尿病和脂肪堆積血糖生成指數(shù)(GI)反映了食物最初消化和葡萄糖吸收的應(yīng)答關(guān)系。據(jù)最新研究表明，RS有較低的血糖生成指數(shù)，可降低人體飯后的血糖值，有利于糖尿病患者的病情控制[19]。FAO最新報(bào)告中認(rèn)為RS是膳食纖維的一部分，能降低進(jìn)食后血糖指數(shù)和胰島素的分泌，可部分阻止高蔗糖飲食誘發(fā)的大鼠葡萄糖耐量異常的發(fā)生，對(duì)糖尿病具有預(yù)防作用[20]。用RS替代膳食中總碳水化合物的5.4%，可以顯著提高餐后脂類的氧化，這說(shuō)明RS可以降低脂肪的堆積[21]。

2.2.3促進(jìn)鋅、鈣、鎂離子的吸收動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，RS在結(jié)腸中的發(fā)酵產(chǎn)物SCFA，能降低腸道pH值，促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖，促使鎂、鈣變成可溶性的Mg2+、Ca2+，易通過(guò)上皮細(xì)胞而被吸收；王竹等[22]研究發(fā)現(xiàn)，RS不影響大鼠鋅表觀吸收率，卻可通過(guò)調(diào)節(jié)血糖維持高糖飲食大鼠的鋅營(yíng)養(yǎng)狀況。

2.2.4作為DF成分并提高其作用RS具有與水溶性膳食纖維類似的生理功能，但其降低腸道pH值、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡、預(yù)防結(jié)(直)腸癌的作用大于DF[23]。如與小麥麩混合后，其對(duì)腸道的調(diào)節(jié)作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單一的麥麩[24]。此外，RS在控制體重，改善脂質(zhì)構(gòu)成，降低血漿膽固醇、甘油三酯，預(yù)防脂肪肝等方面也有顯著作用。

3RS在食品工業(yè)中的應(yīng)用

3.1RS可作為優(yōu)良的膳食纖維營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑

目前，國(guó)外已將RS作為食品配料或膳食纖維的強(qiáng)化劑，應(yīng)用到面類食品中，最引人注目的是抗性淀粉在面包中的應(yīng)用。添加抗性淀粉的面包，不僅膳食纖維含量提高了，而且在氣孔結(jié)構(gòu)、體積和顏色等感官品質(zhì)方面均好于添加其他傳統(tǒng)膳食纖維的面包[25]。在面包中添加抗性淀粉將有益于人們的健康。抗性淀粉不僅可作為膳食纖維營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑，也是一種良好的結(jié)構(gòu)改良劑。RS應(yīng)用于華夫餅干和烘烤糕點(diǎn)，可產(chǎn)生理想的脆性質(zhì)構(gòu)和很好的口感。餅干和糕點(diǎn)的糖油含量較高，水分含量相對(duì)較低，更顯得添加RS的重要性。加之餅干加工對(duì)面粉筋力要求較低，也便于較大比例地添加RS，因此有利于制作以RS為主的多種保健餅干。如開(kāi)發(fā)低脂低糖和低熱量的餅干可改善脆性[26]。

3.2RS可提高食品的膨化系數(shù)

RS可提高擠壓谷物和小吃食品的膨化系數(shù)，提高谷物的耐泡性。如添加燕麥纖維的產(chǎn)品硬度大，脆性小，總體品質(zhì)較差。而含RS的燕麥?zhǔn)称放蚧w積增大，而且RS比例越高膨化系數(shù)越高。這表明添加RS可改善擠壓食品的膨化情況，減少其他纖維對(duì)食品膨化的負(fù)面影響。同時(shí)添加RS的膨化食品浸泡到牛奶等飲料中食用時(shí)，其質(zhì)地雖變軟但不會(huì)因吸水而崩潰，使谷物在浸泡中保持松脆。

3.3RS作為食品增稠劑，具有較好的黏度

抗性淀粉因具有良好的流變特性、穩(wěn)定性及低持水性，可以作為食品增稠劑使用。將RS、天然糯性谷物淀粉及變性淀粉分別添加到調(diào)味汁中，于90℃蒸煮15min，結(jié)果顯示添加RS的制品稠度較好。又因RS為不溶于水的物質(zhì)。在黏稠不透明的飲料中可用RS來(lái)增加飲料的不透明度及懸浮度，它不會(huì)產(chǎn)生砂礫感，也不會(huì)掩蓋飲料的風(fēng)味[27]。此外，RS還可用于湯料、乳制品中，RS不僅是雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌繁殖的良好基質(zhì)，還可以用為菌體保存劑。如添加RS的酸奶，乳酸桿菌的數(shù)量明顯高于對(duì)照，飲用后菌體的存活率大為提高[28]。

4結(jié)束語(yǔ)

抗性淀粉具有良好的物理特性和很多獨(dú)特的功能，是一種值得開(kāi)發(fā)的新型保健食品添加劑，可作為食品的膳食功能成分，廣泛應(yīng)用于碳水化合物和脂肪食品中。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)具有保健功能的營(yíng)養(yǎng)因子或食品更加青睞，抗性淀粉作為低熱、高膳食纖維含量的功能食品成分可為人們提供嶄新的功能性產(chǎn)品。而且抗性淀粉的大規(guī)模生產(chǎn)對(duì)推動(dòng)農(nóng)副產(chǎn)品深加工和綜合利用，促進(jìn)農(nóng)副產(chǎn)品增值，提高農(nóng)民收入水平具有重要意義。

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