抗性淀粉的制備及應用研究

摘要：抗性淀粉是近年發展起來的新概念，其功能特性引發了人們的研究興趣，并成為國際上新興的食品研究領域。論述了抗性淀粉的分類、制備、理化性質、生理功能及其在食品工業中的應用。

關鍵詞：抗性淀粉；分類；制備；生理功能；應用

中圖分類號：TS234；TS236.9文獻標識碼：A文章編號：0439-8114(2008)07-0843-03

Preparation of Resistant Starch and Its Application in Food Industry

LI Cui-lian，FANG Bei-shu，HUANG Zhong-pei

(Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic，Changsha 410127，China)

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)是近年來發展起來的新概念。1998年世界糧農組織(FAO)和世界衛生組織聯合出版的《人類營養中的碳水化合物》一書中指出：“抗性淀粉的發現和研究進展，是近年來碳水化合物與健康關系研究中的一項重要成果”。以前，由于在人體排泄物中未曾檢測到淀粉成分的殘留，人們一直認為淀粉可以被人體徹底消化吸收。1982年有報道說在進行膳食纖維定量分析時，發現有淀粉被包埋在不溶性膳食纖維中的現象。1983年，英國生理學家Hans Englyst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(如分子量、聚合度、空間結構等)、體內外消化情況、生理功能、制備和測定方法及其應用等，都成為人們研究的熱點。

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，本身或其降解產物能原封不動地到達結腸并被其中的微生物菌群發酵，繼而發揮有益的生理作用，因此曾被看作是膳食纖維(Dietary F_iber，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Englyst和“歐洲抗性淀粉研究協作網(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物。其實影響淀粉在小腸內消化吸收的因素很多，如食物淀粉的結構、其他膳食成分、制備方式等。最近的研究發現，人的年齡、生理狀況及生活環境，也會造成淀粉消化能力的差異。在某一個體身上作用類似于RS，而在其他人體內可能不被看作RS，所以對RS的定義還需進一步研究[3]。至今抗性淀粉尚無化學上的精確分類，目前，大多數研究人員根據淀粉的來源和人體實驗結果(抗酶解性)的不同，將RS分為4類[4，5]。

RS1(物理包埋淀粉，Physically Trapped Starch)為生理上不接受的淀粉，是由于機械加工使淀粉顆粒發生物理屏蔽作用，被封閉在植物細胞壁上，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，Resistant Starch Granules)是有一定粒度的淀粉。物理和化學分析認為，其結構的完整性和高密度性及特殊的構象或晶體結構，使其對淀粉酶具有高度的抗性。RS3(回生淀粉或老化淀粉，Retrograded Starch)為變性或老化的淀粉，主要由糊化淀粉經冷卻后形成。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，具有很高的商業價值。RS3常存在于冷米飯、面包及一些油炸食品中[6]。RS4(化學改性淀粉Chemically Modified Starch)主要指由植物基因改造或用化學方法改變淀粉分子結構所產生。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或加工過程中轉化形成，不同類別的RS可能對食品風味和特點有著重要的意義。

1.2RS的制備

近年來，國外對抗性淀粉的制備研究非常活躍，發展很快，并有許多制備抗性淀粉的專利。而我國對抗性淀粉的制備研究正處于起步階段。目前，對于RS形成機理比較一致的認識是：直鏈淀粉雙螺旋疊加(即直鏈淀粉重結晶)形成抗性淀粉。RS的制備是一定濃度的淀粉乳經糊化后再經老化等的處理過程。

1.2.1壓熱處理法(濕熱處理)將淀粉和水混合，經高溫高壓處理制備RS。對壓熱處理溫度、時間和水分含量進行研究，在水分含量70%、150℃、60 min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，進行微波輻射，處理一定時間后，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，50 min內可達到170℃，其χ-射線衍射類型沒有變化，溶解度沒有變化，表明原淀粉中的結晶區未完全破壞。高水分淀粉樣品，升溫緩慢，χ—射線衍射類型發生變化，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螺桿擠壓法擠壓過程中的高溫、高壓和高剪切力使淀粉發生物理化學變化，一些糖苷鍵斷裂，分子大小和分子量分布發生變化。擠壓可以促進抗性淀粉的形成，但是產品中的抗性淀粉含量較低，一般難以超過6%。在擠壓時添加檸檬酸，可以促進抗性淀粉的形成。

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

2RS的理化性質及生理功能

2.1RS的理化性質

抗性淀粉是具有較小的分子結構，以氫鍵連接的回生狀的分散的線性多糖類物質。其基本性質與淀粉相似，為白色無異味的多孔性粉末。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，產生吸熱反應；χ-射線衍射類型為B型；耐熱性高，在高溫蒸煮后，幾乎沒有損失；持水性低，1 g淀粉中僅為1.4～2.8 g水，是所有膳食纖維中最低的；含熱量低，熱值一般不超過2.4～2.8千卡·g^-1[9]。

2.2RS的生理功能

RS在小腸中抗消化，但可在結腸中被細菌發酵，產生的短鏈脂肪酸(Short-Chain Fatty Acids， SCFA)經過結腸壁吸收進入血液后，可提供能量。Be-hall等[10，11]研究認為，RS提供的能量平均為8.4 kJ·g^-1。RS含量高的食物，大約能量的12%是由結腸發酵產生的SCFA提供的。Heijnen等[12]研究發現，RS還可降低食物的熱效應。所以認為RS是一種很有前途的減肥食品原料。

2.2.1對腸道的調節、保護作用研究表明[13]，RS在結腸內發酵產生氣體(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腐敗產生的酚類、胺類和吲哚等物質。未降解的RS可增加糞便通量，將腸道中的有毒物質稀釋，減少排空時間，對于便秘、肛門和直腸疾病有良好的預防作用。同時，SCFA能有效降低腸道pH值，發揮酸化消毒作

用[15，16]。RS發酵產生的SCFA中丁酸含量很高，丁酸通過抑制腫瘤細胞分化并誘導其凋亡，抑制癌變的結腸黏膜細胞增殖，提高免疫監督調節作用，抑制誘變物(如亞硝胺、氫-過氧化物等)的潛在毒性而發揮抗癌作用[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(GI)反映了食物最初消化和葡萄糖吸收的應答關系。據最新研究表明，RS有較低的血糖生成指數，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最新報告中認為RS是膳食纖維的一部分，能降低進食后血糖指數和胰島素的分泌，可部分阻止高蔗糖飲食誘發的大鼠葡萄糖耐量異常的發生，對糖尿病具有預防作用[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，這說明RS可以降低脂肪的堆積[21]。

2.2.3促進鋅、鈣、鎂離子的吸收動物實驗證實，RS在結腸中的發酵產物SCFA，能降低腸道pH值，促進上皮細胞增殖，促使鎂、鈣變成可溶性的Mg2+、Ca2+，易通過上皮細胞而被吸收；王竹等[22]研究發現，RS不影響大鼠鋅表觀吸收率，卻可通過調節血糖維持高糖飲食大鼠的鋅營養狀況。

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、誘導腫瘤細胞凋亡、預防結(直)腸癌的作用大于DF[23]。如與小麥麩混合后，其對腸道的調節作用遠遠大于單一的麥麩[24]。此外，RS在控制體重，改善脂質構成，降低血漿膽固醇、甘油三酯，預防脂肪肝等方面也有顯著作用。

3RS在食品工業中的應用

3.1RS可作為優良的膳食纖維營養強化劑

目前，國外已將RS作為食品配料或膳食纖維的強化劑，應用到面類食品中，最引人注目的是抗性淀粉在面包中的應用。添加抗性淀粉的面包，不僅膳食纖維含量提高了，而且在氣孔結構、體積和顏色等感官品質方面均好于添加其他傳統膳食纖維的面包[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養強化劑，也是一種良好的結構改良劑。RS應用于華夫餅干和烘烤糕點，可產生理想的脆性質構和很好的口感。餅干和糕點的糖油含量較高，水分含量相對較低，更顯得添加RS的重要性。加之餅干加工對面粉筋力要求較低，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。如開發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

RS可提高擠壓谷物和小吃食品的膨化系數，提高谷物的耐泡性。如添加燕麥纖維的產品硬度大，脆性小，總體品質較差。而含RS的燕麥食品膨化體積增大，而且RS比例越高膨化系數越高。這表明添加RS可改善擠壓食品的膨化情況，減少其他纖維對食品膨化的負面影響。同時添加RS的膨化食品浸泡到牛奶等飲料中食用時，其質地雖變軟但不會因吸水而崩潰，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味汁中，于90℃蒸煮15min，結果顯示添加RS的制品稠度較好。又因RS為不溶于水的物質。在黏稠不透明的飲料中可用RS來增加飲料的不透明度及懸浮度，它不會產生砂礫感，也不會掩蓋飲料的風味[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，還可以用為菌體保存劑。如添加RS的酸奶，乳酸桿菌的數量明顯高于對照，飲用后菌體的存活率大為提高[28]。

4結束語

抗性淀粉具有良好的物理特性和很多獨特的功能，是一種值得開發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，人們對具有保健功能的營養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品。而且抗性淀粉的大規模生產對推動農副產品深加工和綜合利用，促進農副產品增值，提高農民收入水平具有重要意義。

參考文獻：

[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]石勱，徐貴發.抗性淀粉：一種潛在的功能食物成分[J].預防醫學論壇， 2005，11(1)：70-72.

[4]ENGLYST H N，HUDSON G J.The 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]楊光，丁霄霖. 壓熱處理對抗性淀粉形成的影響[J].中國糧油學報，2001(3)：45-47.

[8]BERRY C S. Resistant starch： formation and measurement of starch that. survives exhaustived ingestion with a mylolitic enzymes during the determination of dietary fibre[J].J Cereal Sci. 1986，4： 301-314.

[9]KITTY KEVIN.Starch de resistance： the first.generation of commercially available resistant. starches boosts fiber without sacrificing texture[J]. Food Processing 1995，1：65-67.

[10]BEHALL K M，HOWE J C. Resistantstarch as energy[J].Am J Clin Nutr， 1996，15： 248-254.

[11]BEHALL K M， HOWE J C. Contribution of fiber and resistant starch to metabolizable energy[J].Am J Clin Nutr，1995，62：1158S-1160S.

[12]HEIJNENMA， DEURENBERG P .Replacement of digestible by resistant starch lowers diet induced thermogenesis in healthy men [J].Bri J Nutr，1995，73：423-432.

[13]ANNISON G， ILLMAN R J，TOPPINGDL. Acetylated， propionylatedor butyrylated starches raise large bowel shortchain fattyacids preferentially when fed to rats[J]. J Nutr，2003，133：3523-3528.

[14]BIRKETT A， MUIR J， PHILLIPS J，et al .Resistant starch lowers fecal concentrations of ammonia and phenols in humans [J].Am J ClinNutr，1996，63： 766-772.

[15]COUDRAY C， DEMIGNE C， RAYSSIGUIER Y. Effects of dietary fibers on magnesium absorption in animals and humans[J].J Nutr， 2003，133： 1-4.

[16]WONG J M W， SOUZA R，KENDALLC W C. Colonic health： fermentation and short chain fatty acids[J]. J Clin Gastroenterol，2006，40：235-243.

[17]ZENG H W， BRISKE-ANDERSONM. Prolonged butyrate treatment inhibits the migration and invasion potential of HT1080tumor cells[J].J Nutr， 2005，135： 291-295.

[18]WILLIAMS E A，Coxhead J M，Mathers J C.Anti-cancer effects of butyrate： use of microarray technology to investigatemecha-nisms[J]. Proceedings of the Nutrition Society，2003，6：107-115.

[19]王竹，楊月欣，周瑞華，等.抗性淀粉的代謝及對血糖的調節作用[J].營養學報， 2003，25(2)：190-195.

[20]王竹，楊月欣，韓軍花，等.抗性淀粉對飲食誘發葡萄糖耐量異常的預防[J].營養學報， 2002，1：48-52.

[21]LOPEZ H W， LEVRAT-VERNY M A， COUDRAY C，et al. Class 2 resistant starches lower plasma and liver lipids and improve mineral retention in rats[J].J Nutr，2001，131：1283-1289.

[22]王竹，門建華，楊月欣.抗性淀粉對大鼠鋅營養狀況的影響[J].營養學報， 2002，24(2)： 166-170.

[23]TOPPING D L， FUKUSHIMA M， BIRD A R. Resistant starch as a prebiotic and symbiotic： state of the art[J].Proc Nutr Society，2003，62： 171-176.

[24]MUIR J G，ELAINE G W Y，KEOGH J，et al. Combining wheat bran with resistant starch has more beneficial effects on fecal indexes than does wheat bran alone[J].Am J Clin Nutr， 2004，79：1020-1028.

[25]SAJILATA M G， SINGHAL R S. Specialty starches for snack foods[J].Carbohyd Polym，2005，59：131-151.

[26]GALLAGHER E，BRIEN C M O， SCANNELL A G M，et al. Use of response surface methodology to produce functional shortdoughbiscuits[J].J Food Engi，2003，56： 269-271.

[27]張志英，沈建福.抗性淀粉最新研究進展[J]， 糧油食品科技， 2005，13(4)：29-31.

[28]陳光，高俊鵬，王剛，等.抗性淀粉的功能特性及應用研究現狀[J].吉林農業大學學報，2005，27(5)：578-581.