抗性淀粉的制备及应用探讨

作者：李翠莲　方北曙　黄中培

　　 论文 关键词：抗性淀粉；分类；制备；生理功能；应用

　　论文摘要：抗性淀粉是近年 发展 起来的新概念，其功能特性引发了人们的研究兴趣，并成为国际上新兴的食品研究领域。论述了抗性淀粉的分类、制备、理化性质、生理功能及其在食品 工业 中的应用。
　　
　　abstract： resistant starch was a newly developed concept and had become the focus for study in the fields of food science and technology. the paper described the classification of resistant starch and its preparation， physical and chemical properties， as well as its possible physiological effects in human beings and the application in food industry.
　　key words： resistant starch； classification； preparation；physiological function； application
　　
　　抗性淀粉(resistant starch，rs)是近年来发展起来的新概念。1998年世界粮农组织(fao)和世界卫生组织联合出版的《人类营养中的碳水化合物》一书中指出：“抗性淀粉的发现和研究进展，是近年来碳水化合物与健康关系研究中的一项重要成果”。以前，由于在人体排泄物中未曾检测到淀粉成分的残留，人们一直认为淀粉可以被人体彻底消化吸收。1982年有报道说在进行膳食纤维定量分析时，发现有淀粉被包埋在不溶性膳食纤维中的现象。1983年，英国生 理学 家hans englyst等人首先将这部分淀粉定义为抗性淀粉[1]。由此，抗性淀粉的理化性质(如分子量、聚合度、空间结构等)、体内外消化情况、生理功能、制备和测定方法及其应用等，都成为人们研究的热点。
　　
　　1rs的分类与制备
　　
　　1.1rs的分类
　　抗性淀粉不能被小肠中的淀粉酶水解，本身或其降解产物能原封不动地到达结肠并被其中的微生物菌群发酵，继而发挥有益的生理作用，因此曾被看作是膳食纤维(dietary fiber，df)的组成成分之一[2]。目前被普遍接受的rs的定义是1992年fao根据englyst和“欧洲抗性淀粉研究协作网(eures-ta)”的研究得出的：即健康者小肠中不吸收的淀粉及其降解产物。其实影响淀粉在小肠内消化吸收的因素很多，如食物淀粉的结构、其他膳食成分、制备方式等。最近的研究发现，人的年龄、生理状况及生活环境，也会造成淀粉消化能力的差异。在某一个体身上作用类似于rs，而在其他人体内可能不被看作rs，所以对rs的定义还需进一步研究[3]。至今抗性淀粉尚无化学上的精确分类，目前，大多数研究人员根据淀粉的来源和人体实验结果(抗酶解性)的不同，将rs分为4类[4，5]。
　　rs1(物理包埋淀粉，physically trapped starch)为生理上不接受的淀粉，是由于机械加工使淀粉颗粒发生物理屏蔽作用，被封闭在植物细胞壁上，不能为淀粉酶作用的淀粉颗粒。主要存在于轻度碾磨的谷类、种子、豆类等食品中。rs2(抗性淀粉颗粒或生淀粉，resistant starch granules)是有一定粒度的淀粉。物理和化学分析认为，其结构的完整性和高密度性及特殊的构象或晶体结构，使其对淀粉酶具有高度的抗性。rs3(回生淀粉或老化淀粉，retrograded starch)为变性或老化的淀粉，主要由糊化淀粉经冷却后形成。它是抗性淀粉的主要成分。rs3溶解于koh溶液或dmso(二甲基亚砜)后，能被淀粉酶水解，是一种物理变性淀粉。rs3是最重要也是最主要的rs，具有很高的商业价值。rs3常存在于冷米饭、面包及一些油炸食品中[6]。rs4(化学改性淀粉chemically modified starch)主要指由植物基因改造或用化学方法改变淀粉分子结构所产生。如乙酰基淀粉、羟丙基淀粉、热变性淀粉以及淀粉磷酸酯、淀粉柠檬酸酯等。rs的分类仍在不断变化，但是rs1和rs2或rs1和rs3常共存于一种食物中，rs2～rs4均可由淀粉在食品生产或加工过程中转化形成，不同类别的rs可能对食品风味和特点有着重要的意义。
　　1.2rs的制备
　　近年来，国外对抗性淀粉的制备研究非常活跃，发展很快，并有许多制备抗性淀粉的专利。而我国对抗性淀粉的制备研究正处于起步阶段。目前，对于rs形成机理比较一致的认识是：直链淀粉双螺旋叠加(即直链淀粉重结晶)形成抗性淀粉。rs的制备是一定浓度的淀粉乳经糊化后再经老化等的处理过程。
　　1.2.1压热处理法(湿热处理)将淀粉和水混合，经高温高压处理制备rs。对压热处理温度、时间和水分含量进行研究，在水分含量70%、150℃、60 min条件下，可得到较高的抗性淀粉含量[7]。
　　1.2.2微波辐射法将淀粉和水混合后，进行微波辐射，处理一定时间后，冷却，烘干，粉碎。低水分淀粉样品接受微波辐射后，温度迅速升高，50 min内可达到170℃，其χ-射线衍射类型没有变化，溶解度没有变化，表明原淀粉中的结晶区未完全破坏。高水分淀粉样品，升温缓慢，χ—射线衍射类型发生变化，而且溶解度明显减小，证明淀粉己回生，形成新的晶体[8]。
　　1.2.3螺杆挤压法挤压过程中的高温、高压和高剪切力使淀粉发生物理化学变化，一些糖苷键断裂，分子大小和分子量分布发生变化。挤压可以促进抗性淀粉的形成，但是产品中的抗性淀粉含量较低，一般难以超过6%。在挤压时添加柠檬酸，可以促进抗性淀粉的形成。
　　1.2.4脱支法在压热处理前，用酶进行脱支处理，可以得到更高的抗性淀粉含量。据报道，用酸(盐酸、硫酸等)处理淀粉，也有一定的脱支效果，但抗性淀粉产率不及酶法脱支高。
　　
　　2rs的理化性质及生理功能
　　
　　2.1rs的理化性质
　　抗性淀粉是具有较小的分子结构，以氢键连接的回生状的分散的线性多糖类物质。其基本性质与淀粉相似，为白色无异味的多孔性粉末。抗性淀粉rs3不溶于水，能溶于2 mol·l-1 koh溶液和二甲亚砜(dmso)；平均聚合度dpn在30～200之间；在100～165℃之间直链淀粉晶体熔融，产生吸热反应；χ-射线衍射类型为b型；耐热性高，在高温蒸煮后，几乎没有损失；持水性低，1 g淀粉中仅为1.4～2.8 g水，是所有膳食纤维中最低的；含热量低，热值一般不超过2.4～2.8千卡·g-1[9]。

　　 2.2rs的生理功能
　　rs在小肠中抗消化，但可在结肠中被细菌发酵，产生的短链脂肪酸(short-chain fatty acids， scfa)经过结肠壁吸收进入血液后，可提供能量。be-hall等[10，11]研究认为，rs提供的能量平均为8.4 kj·g-1。rs含量高的食物，大约能量的12%是由结肠发酵产生的scfa提供的。heijnen等[12]研究发现，rs还可降低食物的热效应。所以认为rs是一种很有前途的减肥食品原料。
　　2.2.1对肠道的调节、保护作用研究表明[13]，rs在结肠内发酵产生气体(h2、co2、ch4)和scfa(乙酸、丙酸、丁酸、异戊酸等)，主要为丁酸和co2。另有研究表明[14]，rs可作为微生物的碳源，有利于合成微生物蛋白，从而减少了不消化蛋白质腐败产生的酚类、胺类和吲哚等物质。未降解的rs可增加粪便通量，将肠道中的有毒物质稀释，减少排空时间，对于便秘、肛门和直肠疾病有良好的预防作用。同时，scfa能有效降低肠道ph值，发挥酸化消毒作
　　用[15，16]。rs发酵产生的scfa中丁酸含量很高，丁酸通过抑制肿瘤细胞分化并诱导其凋亡，抑制癌变的结肠黏膜细胞增殖，提高免疫监督调节作用，抑制诱变物(如亚硝胺、氢-过氧化物等)的潜在毒性而发挥抗癌作用[17，18]。
　　2.2.2控制餐后血糖升高和胰岛素分泌，防止糖尿病和脂肪堆积血糖生成指数(gi)反映了食物最初消化和葡萄糖吸收的应答关系。据最新研究表明，rs有较低的血糖生成指数，可降低人体饭后的血糖值，有利于糖尿病患者的病情控制[19]。fao最新报告中认为rs是膳食纤维的一部分，能降低进食后血糖指数和胰岛素的分泌，可部分阻止高蔗糖饮食诱发的大鼠葡萄糖耐量异常的发生，对糖尿病具有预防作用[20]。用rs替代膳食中总碳水化合物的5.4%，可以显著提高餐后脂类的氧化，这说明rs可以降低脂肪的堆积[21]。
　　2.2.3促进锌、钙、镁离子的吸收动物实验证实，rs在结肠中的发酵产物scfa，能降低肠道ph值，促进上皮细胞增殖，促使镁、钙变成可溶性的mg2+、ca2+，易通过上皮细胞而被吸收；王竹等[22]研究发现，rs不影响大鼠锌表观吸收率，却可通过调节血糖维持高糖饮食大鼠的锌营养状况。
　　2.2.4作为df成分并提高其作用rs具有与水溶性膳食纤维类似的生理功能，但其降低肠道ph值、诱导肿瘤细胞凋亡、预防结(直)肠癌的作用大于df[23]。如与小麦麸混合后，其对肠道的调节作用远远大于单一的麦麸[24]。此外，rs在控制体重，改善脂质构成，降低血浆胆固醇、甘油三酯，预防脂肪肝等方面也有显著作用。
　　
　　3rs在食品工业中的应用
　　
　　3.1rs可作为优良的膳食纤维营养强化剂
　　目前，国外已将rs作为食品配料或膳食纤维的强化剂，应用到面类食品中，最引人注目的是抗性淀粉在面包中的应用。添加抗性淀粉的面包，不仅膳食纤维含量提高了，而且在气孔结构、体积和颜色等感官品质方面均好于添加其他传统膳食纤维的面包[25]。在面包中添加抗性淀粉将有益于人们的健康。抗性淀粉不仅可作为膳食纤维营养强化剂，也是一种良好的结构改良剂。rs应用于华夫饼干和烘烤糕点，可产生理想的脆性质构和很好的口感。饼干和糕点的糖油含量较高，水分含量相对较低，更显得添加rs的重要性。加之饼干加工对面粉筋力要求较低，也便于较大比例地添加rs，因此有利于制作以rs为主的多种保健饼干。如开发低脂低糖和低热量的饼干可改善脆性[26]。
　　3.2rs可提高食品的膨化系数
　　rs可提高挤压谷物和小吃食品的膨化系数，提高谷物的耐泡性。如添加燕麦纤维的产品硬度大，脆性小，总体品质较差。而含rs的燕麦食品膨化体积增大，而且rs比例越高膨化系数越高。这表明添加rs可改善挤压食品的膨化情况，减少其他纤维对食品膨化的负面影响。同时添加rs的膨化食品浸泡到牛奶等饮料中食用时，其质地虽变软但不会因吸水而崩溃，使谷物在浸泡中保持松脆。
　　3.3rs作为食品增稠剂，具有较好的黏度
　　抗性淀粉因具有良好的流变特性、稳定性及低持水性，可以作为食品增稠剂使用。将rs、天然糯性谷物淀粉及变性淀粉分别添加到调味汁中，于90℃蒸煮15min，结果显示添加rs的制品稠度较好。又因rs为不溶于水的物质。在黏稠不透明的饮料中可用rs来增加饮料的不透明度及悬浮度，它不会产生砂砾感，也不会掩盖饮料的风味[27]。此外，rs还可用于汤料、乳制品中，rs不仅是双歧杆菌、乳酸杆菌等益生菌繁殖的良好基质，还可以用为菌体保存剂。如添加rs的酸奶，乳酸杆菌的数量明显高于对照，饮用后菌体的存活率大为提高[28]。

　　4结束语
　　
　　抗性淀粉具有良好的物理特性和很多独特的功能，是一种值得开发的新型保健食品添加剂，可作为食品的膳食功能成分，广泛应用于碳水化合物和脂肪食品中。随着人们生活水平的提高，人们对具有保健功能的营养因子或食品更加青睐，抗性淀粉作为低热、高膳食纤维含量的功能食品成分可为人们提供崭新的功能性产品。而且抗性淀粉的大规模生产对推动农副产品深加工和综合利用，促进农副产品增值，提高农民收入水平具有重要意义。
　　
　　 参考 文献 ：
　　[1]englyst h，wiggins h s，cummings j h. determination of the non-starch polysaccharides in plant foods by gas-liquid chro-matography of constituent sugars as alditol acetates [j].analyst，the1982，107：307-318.
　　[2]englyst h n， trowel h， southgate dat， et al. dietary fiber and resistant starch[j].am jclinnutr，1987，46：873-874.
　　[3]石劢，徐贵发.抗性淀粉：一种潜在的功能食物成分[j].预防医学 论坛 ， 2005，11(1)：70-72.
　　[4]englyst h n，hudson g classification and measurementof dietary carbohydrates[j].food chem，1996，57(1)： 15-21.
　　[5]haralampu s g. resistant starch a review of the physical properties and biological impact of rs3[j].carbohyd polym，2000，41： 285-292.
　　[6]baghurst p a， baghurst k j，record s j. dietary fibre， non-starch polysaccharides and resistant starch-a [j]. review food australia，1996，48(3)：1-35.
　　[7]杨光，丁霄霖. 压热处理对抗性淀粉形成的影响[j].