黃峻榕 任瑞珍 蒲華寅 嚴(yán) 青 李宏梁 劉樹興

（陜西科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，西安 710021）

慢消化淀粉的消化特性、測定及制備

黃峻榕 任瑞珍 蒲華寅 嚴(yán) 青 李宏梁 劉樹興

（陜西科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，西安 710021）

慢消化淀粉是指在小腸中能被完全消化吸收但速度較慢的淀粉，因其對糖尿病等具有的預(yù)防和控制功能，是一種具有應(yīng)用前景的變性淀粉。本文綜述了淀粉的消化特性，慢消化淀粉含量的測定方法以及慢消化淀粉的制備方法。淀粉的消化特性主要用淀粉的消化速率和吸收速率2大類指標(biāo)進(jìn)行評定。慢消化淀粉含量測定的方法有體內(nèi)法和體外法。慢消化淀粉的制備方法包括化學(xué)變性法、物理變性法、酶變性法和復(fù)合變性法，其中復(fù)合變性法是發(fā)展趨勢。

淀粉 消化特性 測定 制備

淀粉是人類飲食中最常見的糖類物質(zhì)，食物中淀粉的消化從口腔開始，主要在小腸內(nèi)進(jìn)行，參與消化的酶有唾液和胰腺中的α－淀粉酶以及小腸刷狀緣細(xì)胞上的麥芽糖酶－糖化酶和蔗糖酶－異麥芽糖酶（合稱刷緣酶）。淀粉經(jīng)唾液α－淀粉酶初步水解，然后在小腸內(nèi)被胰腺α－淀粉酶水解成麥芽糖和分支短鏈，最后被刷緣酶進(jìn)一步水解為葡萄糖［1－2］。

Englyst［3］根據(jù)淀粉在人體內(nèi)的消化特點將淀粉分為：快速消化淀粉（Rapidly Digestible Starch，RDS）、慢消化淀粉（Slowly Digestible Starch，SDS）和抗性淀粉（Resistant Starch，RS）。RDS是指在小腸內(nèi)被迅速消化吸收的淀粉，定量測定時為20 min內(nèi)酶解淀粉產(chǎn)生的葡萄糖換算量；SDS指小腸內(nèi)被完全消化吸收，但吸收速度較慢的淀粉，定量測定時為20～120 min內(nèi)酶解淀粉產(chǎn)生的葡萄糖換算量；RS指不能被小腸消化吸收的淀粉，定量測定時為120 min仍不能被消化的淀粉［3］。慢消化淀粉和抗性淀粉均對糖尿病和肥胖癥等慢性疾病有一定的預(yù)防和控制作用，但抗性淀粉在小腸中幾乎不能被消化，不能產(chǎn)生葡萄糖，主要被大腸中的微生物利用，而慢消化淀粉可被人體完全消化吸收，為人體提供能量，兼營養(yǎng)與功能為一體，因此慢消化淀粉成為食品營養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點［4－5］。

1 淀粉消化特性的評價指標(biāo)

早期，Englyst［3］用淀粉消化指數(shù)（快速消化淀粉量與總淀粉量的比值）來評價淀粉的消化特性。后有研究指出，淀粉的消化特性主要取決于其消化速率和吸收速率，所以將淀粉消化速率和吸收速率作為評價淀粉消化特性的指標(biāo)［6］。

1.1 淀粉消化速率

淀粉消化速率的指標(biāo)有平均消化速率（Rate of Starch Digestion，RSD）、水解率（Hydrolysis Rate，HR）和水解指數(shù)（Hydrolysis Index，HI）。RSD是在體外消化模型中，整個體系每小時由淀粉酶水解產(chǎn)生的還原糖量與淀粉樣品總量的比值。HR是取樣時間點已水解的淀粉量占總淀粉量的百分比。HI是在一定時間內(nèi)，樣品的淀粉水解率曲線下面積和參比樣品的淀粉水解率曲線面積的比值。RSD和HR的測定方法為在體外模擬人體腸道環(huán)境，37℃條件下，用α－淀粉酶和糖化酶或者使用單一的α－淀粉酶對淀粉樣品水解處理后，測定不同時間水解產(chǎn)物中還原糖的濃度，根據(jù)式（1）和（2）分別計算得到［7－8］。HI則根據(jù)式（3）由HR計算得到［8］。

式中：RSD為平均消化速率／mg／（g.h）－1；C為從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出標(biāo)準(zhǔn)麥芽糖量／mg；D為滲析液稀釋倍數(shù)；V為體外消化模型整個體系的溶液體積／mL；m為樣品質(zhì)量／g，db；t為反應(yīng)時間／h。

淀粉水解率＝取樣時間點已水解淀粉量／總淀粉量×100 %（2）

淀粉水解指數(shù)＝樣品的淀粉水解率曲線下面積／參比樣品的淀粉水解率曲線下面積×100%（3）

琚長霄［9］對比研究了木薯淀粉、高蛋白木薯淀粉、小麥淀粉的消化速率，發(fā)現(xiàn)消化速率大小為：高蛋白木薯淀粉＜木薯淀粉＜小麥淀粉；陳玲等［8］探究了羧甲基化處理前后玉米淀粉顆粒及玉米淀粉糊的消化情況，發(fā)現(xiàn)羧甲基化處理能降低淀粉的消化速率。淀粉顆粒的消化速率低于淀粉糊的。

Zhang等［10］發(fā)現(xiàn)小麥淀粉的水解率隨著水解時間的延長而增加且變化率基本保持不變，水解180 min時幾乎達(dá)到100%，說明了小麥淀粉消化慢但可被完全水解的特點。Brien等［11］分別用α－淀粉酶和糖化酶水解韌化變性的蠟質(zhì)玉米淀粉，36 h后水解率分別為30.6%和67.6%，有顯著差異。

熊建［8］檢測發(fā)現(xiàn)小麥淀粉中的A淀粉（小麥面漿經(jīng)三相臥螺離心后，重相液中的淀粉）、B淀粉（小麥面漿經(jīng)三相臥螺離心后，中相液中的淀粉）以及輕相淀粉（小麥面漿經(jīng)三相臥螺離心后，輕相液中的淀粉）的水解指數(shù)分別為91.6%，105.2%和115.5%，即淀粉水解程度：A淀粉＜B淀粉＜輕相淀粉。

以上3個指標(biāo)都可用于不同淀粉消化特性研究，也可用于探究不同變性條件以及不同酶處理對淀粉消化特性的影響。然而，水解指數(shù)只表示水解終止后淀粉的水解程度，平均消化速率和水解率還可描述淀粉水解的整個過程。

1.2 淀粉吸收速率的評價指標(biāo)

淀粉吸收速率的指標(biāo)有血糖生成指數(shù)（Glycemic Index，GI）、預(yù)測血糖生成指數(shù)（Estimated Glycemic Index，eGI）和胰島素指數(shù)（Insulin Index，II）。GI和II表示進(jìn)食后一定時間內(nèi)體內(nèi)血糖水平或胰島素水平曲線下面積與食用當(dāng)量的葡萄糖或面包相比引起的血糖或胰島素曲線下面積的比值，計算公式為（4）和（5）［12－13］。其中血糖水平的測定采用葡萄糖氧化酶法，胰島素水平的測定使用免疫放射法。eGI則是根據(jù)HI計算得到，相關(guān)報道驗證了用eGI評價豆類和谷類淀粉吸收速率的可行性［14－15］，計算公式分別為（6）和（7）［15－16］。

血糖生成指數(shù)＝試驗食物餐后血糖水平曲線下面積／參照物餐后血糖水平曲線下面積×100% （4）

胰島素指數(shù)＝試驗食物餐后胰島素水平曲線下面積／參照物餐后胰島素水平曲線下面積×100%

式中：eGI為預(yù)測血糖生成指數(shù)；HI為水解指數(shù)。

范志紅等［17］研究發(fā)現(xiàn)豆類淀粉的血糖指數(shù)低于谷類淀粉的，如紅豆的血糖生成指數(shù)為30，而粳米的卻高達(dá)119（白面包的為100），這是由于豆類在體內(nèi)的消化緩慢，使得吸收速率較低。

Simsek等［18］用乙?；?、氧化和韌化處理（50℃，20 h）3種方法處理黑豆淀粉，發(fā)現(xiàn)其預(yù)測血糖生成指數(shù)大小依次為：乙?；紵崽幚恚佳趸?，由此可看出變性條件對淀粉的吸收速率有很大影響。與血糖生成指數(shù)相比，預(yù)測血糖生成指數(shù)的測定方法更簡單，試驗成本更低［18］。

Sands等［19］以白面包為參照物，在0～240 min內(nèi)，每隔30 min測定由蠟質(zhì)玉米淀粉引起的胰島素水平，結(jié)果表明蠟質(zhì)玉米淀粉的胰島素指數(shù)明顯低于參照物的，且在測定時間內(nèi)波動小，具有顯著的慢消化特性。王竹等［13］指出，胰島素除受糖類刺激外，還可能受其他食物組分（如蛋白質(zhì)、脂肪）的調(diào)節(jié)，導(dǎo)致胰島素指數(shù)與血糖生成指數(shù)的變化不同步，而預(yù)測血糖生成指數(shù)比血糖生成指數(shù)的測定方法更簡單，所以預(yù)測血糖生成指數(shù)和胰島素指數(shù)在淀粉消化吸收速率的評價中都必不可少。

2 慢消化淀粉的含量測定

SDS含量測定的方法主要有體內(nèi)和體外模擬法2種。

2.1 體內(nèi)法

以人為試驗對象，試驗前10 h禁止進(jìn)食，于次日清晨，空腹抽取靜脈血2 mL，口服淀粉5 g。在食用淀粉后20、120 min，分別抽取靜脈血2 mL，3 h內(nèi)分離血漿，用葡萄糖氧化酶法測定血漿中血糖的含量，以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)對照，根據(jù)式（8）計算出SDS的含量［20－21］。

式中：G120為淀粉消化120 min后產(chǎn)生的血糖量／%；G20為淀粉消化20 min后產(chǎn)生的血糖量／%。

2.2 體外法

體外測定法的原理是模擬體內(nèi)條件，用酶水解淀粉樣品，測定20～120 min內(nèi)產(chǎn)生糖的量［21］，根據(jù)式（8）計算得到SDS的含量。最常用的方法為Englyst法和Guraya法，其他方法均為二者的改進(jìn)法（表1）。Englyst改進(jìn)法有ChungⅠ法、ChungⅡ法、Zhang法等；Guraya改進(jìn)法有ShinⅡ法。其中SDS含量測定結(jié)果與Englyst法相接近的是ChungⅠ和Miao法。

表1 體外測定慢消化淀粉含量的方法

圖1 不同方法測定普通玉米、蠟質(zhì)玉米和馬鈴薯淀粉中慢消化淀粉含量［28］

圖2 不同方法測定大米、小麥和糯米淀粉中慢消化淀粉含量［21］

繆銘［28］用體內(nèi)法和體外法（Englyst法、Guraya法和Shin法）測定普通玉米、蠟質(zhì)玉米和馬鈴薯淀粉中SDS的含量。從圖1可以看出，Englyst法測定SDS含量與體內(nèi)測定法的結(jié)果最接近，但該法操作復(fù)雜，重復(fù)性差；Guraya法和Shin法因使用單一的胰淀粉酶進(jìn)行水解，水解后的產(chǎn)物對酶有抑制作用，且采用DNS（3，5－二硝基水楊酸）法只可測出還原糖的含量，導(dǎo)致最終的測定結(jié)果偏低。吳海燕［21］用體外法（Englyst法、Miao法和Shin法）測定大米、小麥和糯米淀粉中SDS的含量。圖2結(jié)果顯示Miao法測定結(jié)果與Englyst法相近，操作簡單、重復(fù)性好；Shin法測定結(jié)果偏低，與圖1的結(jié)果一致。

3 慢消化淀粉的制備方法

慢消化淀粉的制備方法主要有物理變性、酶法變性、化學(xué)變性和復(fù)合變性法。物理變性法中，常用韌化和濕熱處理法［29－36］；酶法主要是用α－淀粉酶、普魯蘭酶等來制備SDS［37－39］；化學(xué)變性法主要利用辛烯基琥珀酸酐（OSA）、環(huán)糊精、酸等與淀粉反應(yīng)［40－44］；復(fù)合變性法主要為物理法與酶法相結(jié)合（如超聲波－普魯蘭酶法），化學(xué)法之間結(jié)合（如交聯(lián)－醚化法），以及化學(xué)法和物理法結(jié)合（如酯化－濕熱處理法）（表2）［45－51］。

物理變性法無需使用化學(xué)試劑，保證了食品安全，避免了環(huán)境污染，但是存在以下問題，如產(chǎn)量低，部分物理變性法制備得到的SDS結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性差，設(shè)備昂貴且處理量小，達(dá)不到連續(xù)化大批量生產(chǎn)要求［38，52］。酶法變性可獲得大量的慢消化淀粉，但因酶價格高使得制備成本高，不利于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)［53］?；瘜W(xué)變性法應(yīng)用廣泛，生產(chǎn)工藝簡單，但處理過程中用到很多化學(xué)試劑，如辛烯基琥珀酸酐、硫酸、鹽酸等，制得的SDS有一定的毒性，因此在食品領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制，同時也會引起很多環(huán)境問題［53］。與物理變性法、酶變性法、化學(xué)變性法相比，復(fù)合變性法不僅產(chǎn)量最高且得到的SDS兼具2種變性淀粉的優(yōu)點，如采用濕熱法與微波法復(fù)合［51］，不僅得到的SDS含量高，而且經(jīng)微波法處理后，SDS的結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性較好［54］。

表2 制備慢消化淀粉的各類方法

4 展望

目前已有多種淀粉消化特性的測定方法，慢消化淀粉（SDS）含量測定的方法也趨向簡單，且測定結(jié)果更加準(zhǔn)確，這為SDS的制備和相關(guān)慢消化產(chǎn)品的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。復(fù)合變性技術(shù)是SDS制備方法的發(fā)展趨勢。未來的研究將主要集中在SDS制備新技術(shù)的研發(fā)、不同SDS產(chǎn)品品質(zhì)的評價方面。另外，可以根據(jù)SDS本身的性質(zhì)和對人體特殊的生理功能開發(fā)不同特色的保健食品。開發(fā)與慢消化淀粉相關(guān)的保健食品兼具社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，這將拓寬淀粉的研究方向，擴(kuò)大淀粉在食品中的應(yīng)用領(lǐng)域。

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Digestibility，Determination and
Preparation of Slowly Digestible Starch

Huang Junrong Ren Ruizhen Pu Huayin Yan Qing Li Hongliang Liu Shuxing
（College of Food and Biological Engineering，Shaanxi University of Science＆Technology，Xi′an 710021）

Slowly digestible starch（SDS）is a characteristic of complete absorption with slow digestion in small intestine.It is a kind ofmodified starch with potential application for prevention and control function against diabetes.The digestibility，determination and preparationmethods of SDShave been summarized in the paper.The digestibility of starch has been evaluated according to the rate of digestion and absorption.Determination of SDS includesin vivoandin vitromethods.SDS can be prepared by chemical degeneration method，physical degeneration methods，enzymatic degenerationmethods and recombination degenerationmethods.Among them，the recombination degeneration method is themost promising preparation method.

starch，digestibility，determination，preparation

TS23

A

1003－0174（2015）

國家自然科學(xué)基金（31371786），陜西省科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計劃（2011KW－26），陜西省科學(xué)技術(shù)廳農(nóng)業(yè)攻關(guān)項目（2011K01－17），陜西農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究院農(nóng)產(chǎn)品深加工產(chǎn)業(yè)化項目（NYY－090101）

2013－11－21

黃峻榕，女，1971年出生，教授，淀粉資源的開發(fā)與利用03－0134－06