抗性淀粉及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

李 辰 李堅斌 聶 卉

（廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，南寧 530004）

抗性淀粉及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

李 辰 李堅斌 聶 卉

（廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，南寧 530004）

大多淀粉食物中都含有抗性淀粉，作為人類的食物來源，有著悠久的歷史。抗性淀粉有著像可溶性纖維一樣的潛在健康益處和功能特性，引起了研究者的關(guān)注。結(jié)合抗性淀粉的國內(nèi)外研究狀況，綜述了抗性淀粉的分類，制備與檢測，及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用，結(jié)合目前存在的問題和潛在應(yīng)用，對抗性淀粉的進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)行了展望。

抗性淀粉 制備與檢測 食品工業(yè)

日常飲食中的活性物質(zhì)在人體的作用是營養(yǎng)科學(xué)領(lǐng)域一個值得關(guān)注和研究的主題，引起了消費(fèi)者、衛(wèi)生保健業(yè)、營養(yǎng)教育學(xué)家、食品生產(chǎn)者、加工者、經(jīng)銷商等的關(guān)注［1］。食物的營養(yǎng)與人們健康密切相關(guān)。近來，由于人們?nèi)粘ｏ嬍持袪I養(yǎng)物質(zhì)過剩，造成了越來越多的人患上了肥胖、糖尿病等所謂的“文明病”，這些疾病的發(fā)生是由于人們攝入過量高糖類、高脂肪和高蛋白類物質(zhì)，而膳食纖維類物質(zhì)攝入不足造成的。因此，膳食纖維對人們健康的作用也越來越受到人們的關(guān)注，也由此成為影響人體健康的“第七大營養(yǎng)因素”［2］。所以，提高飲食健康是食品工業(yè)和醫(yī)療健康領(lǐng)域最重要的任務(wù)。

研究發(fā)現(xiàn)，在食物中加入膳食纖維，能夠改善食物的營養(yǎng)與功能，控制肥胖和糖尿病等的發(fā)病率，但膳食纖維不是一個單體，而是許多具有不同物理和化學(xué)特性物質(zhì)的復(fù)雜混合物，由于每種物質(zhì)發(fā)揮不同的生理效應(yīng)，所以某一種生理效果不是很明顯［3］。與膳食纖維相比，抗性淀粉是一種新興的膳食纖維，是食品領(lǐng)域的研究熱點。世界衛(wèi)生組織等機(jī)構(gòu)1998年聯(lián)合出版的《人類營養(yǎng)中的碳水化合物》一書中指出，抗性淀粉的發(fā)現(xiàn)和利用，是近年來研究碳水化合物與健康關(guān)系的一項重要成果［4］。

抗性淀粉是一種淀粉或淀粉的消化產(chǎn)物，在上消化道不被消化吸收，直接到達(dá)大腸或結(jié)腸，被分解為短鏈脂肪酸，降低大腸或結(jié)腸的pH，對大腸或結(jié)腸健康有益［5］?？剐缘矸圩鳛槟c道益生菌的能量來源，能夠降低肥胖風(fēng)險，解決結(jié)腸問題［6］。抗性淀粉的獨(dú)特特點，如來源天然、風(fēng)味清淡、色白、水溶性低等，使它成為功能食品中很有價值的補(bǔ)充物［7］。所以，抗性淀粉在食品工業(yè)中有重要應(yīng)用，對健康食品的發(fā)展意義重大。

根據(jù)抗性淀粉的國內(nèi)外研究狀況，對抗性淀粉的分類、制備與檢測方法進(jìn)行了總結(jié)與探討，并總結(jié)了抗性淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用，為抗性淀粉功能性食品的開發(fā)提供參考。

1 抗性淀粉的分類

依據(jù)來源、結(jié)構(gòu)、消化性能及應(yīng)用不同，抗性淀粉可以被分為5類（如表1）［8］。

RS1是一種不容易被消化吸收利用的淀粉，由于其物理約束［9］，主要存在于全部或部分碾磨的谷物、種子、根莖和豆類中［10］。在正常蒸煮條件下，RS1具有熱穩(wěn)定性，因此可以將其廣泛應(yīng)用到傳統(tǒng)食品中［11］。

RS2由天然植物的原淀粉顆粒組成，如馬鈴薯、綠香蕉、高直鏈玉米淀粉和一些豆科植物。在這些淀粉中，支鏈淀粉顆粒在長鏈分支中占比例很大，導(dǎo)致了其剛性結(jié)構(gòu)，對消化酶具有高抗性，使消化酶很難接近淀粉［12］。經(jīng)過蒸煮，大部分淀粉經(jīng)糊化作用會失去B型和C型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，成為快消化淀粉，如烤馬鈴薯和熟香蕉。但高直鏈淀粉能夠產(chǎn)生大量的直鏈淀粉和支鏈淀粉的長鏈，即使經(jīng)過高溫蒸煮其結(jié)晶結(jié)構(gòu)也不易被破壞，這種淀粉的糊化溫度高于水的沸點，因此在蒸煮的過程中，淀粉的晶體結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變，依然保持抗消化酶水解的特性。

表1 抗性淀粉的分類

RS3是由食品加工過程中發(fā)生回生作用而形成的抗性淀粉［13］，如冷卻的馬鈴薯和回生的高直鏈玉米淀粉。淀粉類食物在冷凍條件下，淀粉會發(fā)生回生作用，在回生過程中直鏈淀粉分子和支鏈淀粉的長鏈纏繞在一起形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，不易與淀粉酶結(jié)合，因此使淀粉具有抗消化特性［14］。通常食品加工過程（如擠壓、蒸煮等）都會破壞RS1和RS2的結(jié)構(gòu)，但水分含量高時，直鏈淀粉分子內(nèi)部氫鍵作用加強(qiáng)，更容易回生形成RS3［15］。RS3是一種可溶的膳食纖維，不僅具有熱穩(wěn)定性，還具有較高的持水能力［16］，使其在傳統(tǒng)食品的加工中具有廣泛的應(yīng)用價值。

RS4是一種化學(xué)修飾的淀粉，通過交聯(lián)［17］或合成化學(xué)衍生物［18］得到，淀粉交聯(lián)后失去了膨脹能力，煮后，維持一個顆粒形狀，不能被淀粉酶水解也不能被微生物發(fā)酵；合成化學(xué)衍生物后，改變了淀粉的結(jié)構(gòu)，限制了部分淀粉分子的水解，使其具有高抗性。

RS5是當(dāng)?shù)矸叟c脂質(zhì)之間發(fā)生相互作用時，直鏈淀粉和支鏈淀粉的長鏈部分與脂肪醇或脂肪酸結(jié)合形成的復(fù)合物［19］?？剐缘矸鄣牡统炙芰透呓Y(jié)合水能力能夠降低食品的水活度從而延長貨架期［20］，與傳統(tǒng)富含不溶的膳食纖維食品相比，抗性淀粉改善了某些產(chǎn)品的脆性、延展性和口感，這種特性使得產(chǎn)品更容易被消費(fèi)者接受和食用，從而增加了膳食纖維的攝入。

2 抗性淀粉的制備與檢測

2.1 抗性淀粉的制備

有關(guān)抗性淀粉的制備，其基本原理基于改變淀粉的分子結(jié)構(gòu)，降低部分淀粉鏈長，使其結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而達(dá)到抗消化的作用。制備方法主要有以下幾種：壓熱處理法、酶解或酸解脫支法、擠壓處理法、微波輻射法、超聲波法等［2］。壓熱法是傳統(tǒng)的制備方法，張麗娜等［21］研究了壓熱法制備甘薯抗性淀粉，在淀粉糊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%，pH 4.5，糊化溫度115℃，糊化時間70 min，老化時間72 h的條件下，制得甘薯抗性淀粉得率16.26%。宋洪波等［22］用壓熱法制備淮山藥抗性淀粉，并研究了其消化性。朱木林等［23］用酶法制備甘薯抗性淀粉并進(jìn)行了工藝優(yōu)化研究，普魯蘭酶用量240 ASPU／g、淀粉乳含量10 g／100 g、脫支時間72 h、反應(yīng)溫度55℃、-20℃下凝沉48 h，制得甘薯抗性淀粉的含量為35.23%。

近幾年，微波法和微波酶法聯(lián)用來制備抗性淀粉得到廣泛應(yīng)用。郝征紅等［24］用超微粉碎-微波聯(lián)用技術(shù)制備綠豆抗性淀粉，抗性淀粉得率32.80%。朱木林等［25］用微波-酶法制備甘薯抗性淀粉，淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)11%，微波時間300 s，微波功率800 W，普魯蘭酶添加量為78 ASPU／g（淀粉干基），脫支處理時間24 h。在該試驗條件下，抗性淀粉得率最高值31.25%，Aparicio-Saguilán等［26］通過高壓滅菌從香蕉淀粉中制得抗性淀粉。微波法制備抗性淀粉是常用的方法，大大提高了抗性淀粉的得率，值得推廣應(yīng)用。隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，抗性淀粉的制備方法將朝著方便、高效和低能耗的方向發(fā)展。

2.2 抗性淀粉的檢測

抗性淀粉測定方法可分為體內(nèi)測定方法和體外測定方法。抗性淀粉體外測定方法的原理是基于抗性淀粉的理化性質(zhì)：1）抗酶解性；2）抗性淀粉溶解于KOH或二甲基亞砜（DMSO）溶液后，可重新被淀粉酶作用水解［27］。Berry等［28］則采用直接測定的方法測定抗性淀粉含量，將可消化淀粉用α-淀粉酶酶解，將抗酶解淀粉經(jīng)KOH處理后又經(jīng)酶解作用，通過測還原糖的含量來衡量抗性淀粉含量。Goni等［29］模擬了胃腸的生理條件，對抗性淀粉含量進(jìn)行檢測，將樣品用胃蛋白酶處理，去除蛋白質(zhì)，用α-淀粉酶酶解，離心后用2 mol／L的KOH處理，經(jīng)淀粉葡萄糖苷酶60℃條件下酶解45 min，用GOD／POD法測定抗性淀粉葡萄糖含量，得到抗性淀粉含量。

隨著抗性淀粉檢測技術(shù)的改善，楊光等［30］在Berry法的基礎(chǔ)上采用耐高溫型α-淀粉酶在100℃酶解可消淀粉，再測定沉淀中的抗性淀粉。此方法為TSA法，此外還有：PPA法，用α-胰腺淀粉酶來測定抗性淀粉含量；AOAC法，該法是用α-胰淀粉酶和淀粉葡糖苷酶（AMG）于37℃下酶解16 h，將非抗性淀粉水解為D-葡萄糖，加入乙醇終止反應(yīng)，未水解的抗性淀粉部分經(jīng)2 mol／L的KOH溶解，用淀粉葡糖苷酶（AMG）定量水解為葡萄糖，D-葡萄糖用葡萄氧化酶／過氧化物酶（GOPOD）測定，即得抗性淀粉的含量［31］。體內(nèi)測定方法比較復(fù)雜，范媛媛等［32］優(yōu)化了McCleary［33］法來測定抗性淀粉的含量，并通過動物實驗探索了淀粉在小鼠體內(nèi)消化的規(guī)律。

目前，國內(nèi)外常用的檢測方法是AOAC法，該法是先用α-胰淀粉酶和淀粉葡糖苷酶（AMG）于37℃下酶解16 h，將非抗性淀粉水解為D-葡萄糖，加入乙醇終止反應(yīng)，未水解的抗性淀粉部分經(jīng)2 mol／L的KOH溶解后，用淀粉葡糖苷酶（AMG）定量水解為葡萄糖，D-葡萄糖用葡萄氧化酶／過氧化物酶試劑（GOPOD）測定，即可得出抗性淀粉的含量。

3 抗性淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用

抗性淀粉在食品中的應(yīng)用主要基于它的兩點性質(zhì)：一是其特殊的物理性質(zhì)，抗性淀粉具有持水性低、不溶于水、粒徑小、賦形性能強(qiáng)、口感舒適和顏色淺等性質(zhì)；二是其具有改善人體腸道功能、調(diào)節(jié)血糖和預(yù)防結(jié)腸癌等生理功能。這些性質(zhì)賦予了抗性淀粉廣泛的食品應(yīng)用價值［2］。此外，抗性淀粉具有低持水能力等加工特性，可以用于改善食品的加工工藝，增加食品的脆度、膨脹性及提高最終產(chǎn)品的質(zhì)地。可將其作為食品膳食纖維的功能成分，適量添加在食品中，制成不同特色的風(fēng)味食品和功能食品［27］。

3.1 奶酪

在20世紀(jì)90年代，奶酪業(yè)引進(jìn)了新的低脂肪產(chǎn)品。馬蘇里拉奶酪一般包括20%～27%的脂肪，在披薩餅中廣泛應(yīng)用，所以，抗性淀粉是替代脂肪最好的選擇［34］。研究顯示，在酸奶中添加RS2或RS3能夠減少50%的脂肪，而且抗性淀粉的加入使奶酪光滑且質(zhì)構(gòu)均勻又不影響含水量。所以，奶酪中添加抗性淀粉符合健康要求，值得推廣。

3.2 油炸食品

RS3的熱穩(wěn)定性高于任何類型的RS，用20% RS3（Novelose330）替代小麥粉可以使油炸食品中總膳食纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高5.0%～13.2%。顏色是油炸食品主要性質(zhì)變化，油炸食品的最佳顏色是淡黃色，代表了油炸的最佳時間。隨著RS3含量的增加，油炸食品的顏色也逐漸變深，硬度和脆性也隨之增加。盡管在油炸食品中添加RS2更容易被消費(fèi)者接受，但添加RS3比添加RS2更能改善食品的顏色和營養(yǎng)價值［35］。

3.3 面包

面包中加入傳統(tǒng)的膳食纖維（小麥麩皮和大麥粉）來改善面包功能性，但這會導(dǎo)致面包體積減小，顏色變暗，香味被掩蓋，使得消費(fèi)者的滿意度下降。在面包中單獨(dú)加入含RS2的淀粉，不會改變面團(tuán)的醒發(fā)時間、體積以及面包皮的顏色參數(shù)。而將RS2和RS3分別以10%、20%或30%的質(zhì)量比添加到面包中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)面包能夠吸收更多水，更加松軟。在RS3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%以及RS2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于20%時，面包的體積減小，硬度增大，當(dāng)添加30%的RS2和RS3時，面包的顏色值降低［7］。所以，合理調(diào)配RS2和RS3的加入量，能夠使面包性能風(fēng)味更佳，更能滿足消費(fèi)者的需要。

3.4 面條

面食是日常飲食中的基本食品，具有很高的營養(yǎng)價值。與其他淀粉類的食物相比，意大利面的生糖指數(shù)較低，這可能是因為在擠壓過程導(dǎo)致蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被壓縮，限制了α-淀粉酶的接近，從而降低了淀粉的消化性［36］。高品質(zhì)的面條不僅對營養(yǎng)價值有較高的要求，對最佳蒸煮時間、適宜的質(zhì)構(gòu)、低吸水能力等特性也有較高的要求。市售富含小麥麩皮的面條因其質(zhì)構(gòu)和感官特性（如顏色、硬度、蒸煮損失）不佳而不受消費(fèi)者青睞［37］，其含有的小麥麩皮減弱了面條中蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而使得蒸煮損失增加［38］。某些膳食纖維，如菊粉，也對面條的性質(zhì)產(chǎn)生了不利影響［39］。因此，在小麥粉中添加RS2可以明顯改善面條的質(zhì)量。添加50%RS2的面條亮度最大，添加20%RS2的面團(tuán)變得更軟，同時面條消化性降低，這可能與抗性淀粉具有高的持水能力有關(guān)，但沒有改變硬度、韌度、咀嚼性、順滑度和口感等感官特性［40］。功能性面條的出現(xiàn)將有廣闊的市場。

3.5 微型膠囊

微膠囊技術(shù)是一種將細(xì)小顆粒（固體、液體或氣體）封存在半透膜內(nèi)來保存封閉生物結(jié)構(gòu)的技術(shù)［41］。在食品工業(yè)中，微膠囊技術(shù)用來保護(hù)敏感物質(zhì)，如顏色和生物大分子（包括抗氧化劑、礦物質(zhì)、維生素），對提高益生菌活性的作用尤為明顯［42］。微膠囊技術(shù)在食品科學(xué)中3個主要的目標(biāo)是延緩活性劑在人體內(nèi)的釋放、提高益生菌的活性和延長乳制品的貨架期?？剐缘矸凼潜姸辔⒛z囊材料中的一種，抗性淀粉的B型結(jié)晶結(jié)構(gòu)存在大量水通道，能夠包埋這些敏感的化學(xué)物質(zhì)，降低其消化率，作為一種穩(wěn)定的運(yùn)輸工具幫助解決了食品工業(yè)中控制生物活性分子的釋放，延長敏感化合物的貨架期等技術(shù)難題［43］。微膠囊在食品運(yùn)輸以及貯存過程中為益生菌創(chuàng)造一個抵抗惡劣條件的微環(huán)境，從而提高益生菌的存活率，使其在消化道內(nèi)合適的位點釋放發(fā)揮有益的生理作用。一般將高直鏈玉米淀粉與益生菌相結(jié)合封存到微膠囊材料里實現(xiàn)益生元-益生菌的共生，在微膠囊化之前將1%～2%可溶性淀粉顆粒加入到益生菌-膠體的前體里，可以更好地維持益生菌的活性［1］。將干燥的益生菌微膠囊添到干燥食品中，如谷物制品、飲料粉，對食品的貯存也有著重要的作用。將抗性淀粉用于微膠囊技術(shù)，具有巨大應(yīng)用價值。

抗性淀粉除了在食品工業(yè)中的應(yīng)用外，還有其他應(yīng)用，如在醫(yī)藥學(xué)中，調(diào)節(jié)血糖水平、預(yù)防結(jié)腸癌、降低膽固醇含量、控制體重、作為益生元降低膽結(jié)石的形成、增加礦物質(zhì)的吸收等作用，為醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供基礎(chǔ)和參考。

4 總結(jié)與展望

隨著人們生活水平的提高，人們生活方式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，飲食中“三高”食品（高熱量、高鹽、高脂肪）逐漸增多，糖尿病、肥胖癥、高血壓、心臟病等富貴病的發(fā)生率也逐年提高，給人們的健康帶來潛在的威脅。若開發(fā)出一種可以預(yù)防和治療糖尿病、高血脂等慢性疾病的功能性食品，不僅市場前景廣闊，對廣大患者也是一種福音。解決這一問題的關(guān)鍵是提高保健意識，改善膳食結(jié)構(gòu)，大力推廣食用具有低熱量、高膳食纖維含量的功能食品。在強(qiáng)化纖維食品盛行的今天，抗性淀粉以其色白、顆粒細(xì)、風(fēng)味淡、持水力溫和等特性，成為傳統(tǒng)膳食纖維的最佳替代物，可以增加食品的脆性、改善口感、減少食品的膨脹度等，不僅具有獨(dú)特的食品加工性能，而且還具有優(yōu)良的生理功能，作為天然、安全且“藥食兩用”的食品資源，抗性淀粉有著重要的工業(yè)應(yīng)用價值和廣闊的市場開發(fā)前景。

抗性淀粉作為一種新興的膳食纖維資源，對于其研究仍存在一些問題，需要從以下幾點進(jìn)行改善和解決。進(jìn)一步完善其理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)組成，并對其抗酶解特性及穩(wěn)定性作進(jìn)一步的探討；抗性淀粉作為一種食品，存在營養(yǎng)缺乏的問題，隨著RS5（淀粉-脂類復(fù)合物）的發(fā)現(xiàn)，可深入研究淀粉與其他營養(yǎng)物的復(fù)合物，如：淀粉-果膠、淀粉-蛋白復(fù)合物等；改善制備提純工藝，應(yīng)用效果次重有別的思路去改進(jìn)實驗條件，完善工藝路線，縮短制備周期；強(qiáng)化其藥理性研究，并進(jìn)行系統(tǒng)的功能評價，提出抗性淀粉對各種疾病的預(yù)防和治療方案，但目前的研究對象都是大鼠等嚙齒動物，抗性淀粉對人體的生理影響還存在爭議。因此，在今后應(yīng)開展抗性淀粉對人類健康方面的研究；目前，抗性淀粉主要應(yīng)用于食品行業(yè)，可進(jìn)一步開發(fā)其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，如醫(yī)藥衛(wèi)生、牧畜養(yǎng)殖等，實現(xiàn)多領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

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Resistant Starch and Its Application in Food Industry

Li Chen Li Jianbin Nie Hui

（Light Industry and Food Engineering Institute，Guangxi University，Nanning 530004）

Most starch foods contain resistant starch，which has a long history as a food source of human.Like soluble fiber，the resistant starch has the same potential health benefits and features as the soluble fiber，which causes a great concern to researchers.This paper introduced the classification，the preparation and testing，and its application in the food industry considering the research status of resistant starch.Combined with the current problems and potential applications，the paper also looked forward to the further development of resistant starch.

resistant starch，preparation and testing，food industry

TS232

A

1003-0174（2017）01-0141-06

2015-05-22

李辰，1991年出生，女，碩士，糖類物質(zhì)生物利用及其污染控制

李堅斌，1970年出生，女，教授，糖類物質(zhì)生物利用及其污染控制