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 青 李宏梁 劉樹興

（陜西科技大學食品與生物工程學院，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 青 李宏梁 劉樹興

（陜西科技大學食品與生物工程學院，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防和控制功能，是一種具有應用前景的變性淀粉。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大類指標進行評定。慢消化淀粉含量測定的方法有體內法和體外法。慢消化淀粉的制備方法包括化學變性法、物理變性法、酶變性法和復合變性法，其中復合變性法是發展趨勢。

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，食物中淀粉的消化從口腔開始，主要在小腸內進行，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）。淀粉經唾液α－淀粉酶初步水解，然后在小腸內被胰腺α－淀粉酶水解成麥芽糖和分支短鏈，最后被刷緣酶進一步水解為葡萄糖［1－2］。

Englyst［3］根據淀粉在人體內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是指在小腸內被迅速消化吸收的淀粉，定量測定時為20 min內酶解淀粉產生的葡萄糖換算量；SDS指小腸內被完全消化吸收，但吸收速度較慢的淀粉，定量測定時為20～120 min內酶解淀粉產生的葡萄糖換算量；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，兼營養與功能為一體，因此慢消化淀粉成為食品營養學領域的研究熱點［4－5］。

1 淀粉消化特性的評價指標

早期，Englyst［3］用淀粉消化指數（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［6］。

1.1 淀粉消化速率

淀粉消化速率的指標有平均消化速率（Rate of Starch Digestion，RSD）、水解率（Hydrolysis Rate，HR）和水解指數（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，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物中還原糖的濃度，根據式（1）和（2）分別計算得到［7－8］。HI則根據式（3）由HR計算得到［8］。

式中：RSD為平均消化速率／mg／（g.h）－1；C為從標準曲線上查出標準麥芽糖量／mg；D為滲析液稀釋倍數；V為體外消化模型整個體系的溶液體積／mL；m為樣品質量／g，db；t為反應時間／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＝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，發現消化速率大小為：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，發現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］發現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］檢測發現小麥淀粉中的A淀粉（小麥面漿經三相臥螺離心后，重相液中的淀粉）、B淀粉（小麥面漿經三相臥螺離心后，中相液中的淀粉）以及輕相淀粉（小麥面漿經三相臥螺離心后，輕相液中的淀粉）的水解指數分別為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

淀粉吸收速率的指標有血糖生成指數（Glycemic Index，GI）、預測血糖生成指數（Estimated Glycemic Index，eGI）和胰島素指數（Insulin Index，II）。GI和II表示進食后一定時間內體內血糖水平或胰島素水平曲線下面積與食用當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HI計算得到，相關報道驗證了用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＝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＝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為預測血糖生成指數；HI為水解指數。

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

Simsek等［18］用乙酰化、氧化和韌化處理（50℃，20 h）3種方法處理黑豆淀粉，發現其預測血糖生成指數大小依次為：乙酰化＜熱處理＜氧化，由此可看出變性條件對淀粉的吸收速率有很大影響。與血糖生成指數相比，預測血糖生成指數的測定方法更簡單，試驗成本更低［18］。

Sands等［19］以白面包為參照物，在0～240 min內，每隔30 min測定由蠟質玉米淀粉引起的胰島素水平，結果表明蠟質玉米淀粉的胰島素指數明顯低于參照物的，且在測定時間內波動小，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、脂肪）的調節，導致胰島素指數與血糖生成指數的變化不同步，而預測血糖生成指數比血糖生成指數的測定方法更簡單，所以預測血糖生成指數和胰島素指數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和體外模擬法2種。

2.1 體內法

以人為試驗對象，試驗前10 h禁止進食，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，以葡萄糖為標準對照，根據式（8）計算出SDS的含量［20－21］。

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

2.2 體外法

體外測定法的原理是模擬體內條件，用酶水解淀粉樣品，測定20～120 min內產生糖的量［21］，根據式（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法（表1）。Englyst改進法有ChungⅠ法、ChungⅡ法、Zhang法等；Guraya改進法有ShinⅡ法。其中SDS含量測定結果與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］用體內法和體外法（Englyst法、Guraya法和Shin法）測定普通玉米、蠟質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含量與體內測定法的結果最接近，但該法操作復雜，重復性差；Guraya法和Shin法因使用單一的胰淀粉酶進行水解，水解后的產物對酶有抑制作用，且采用DNS（3，5－二硝基水楊酸）法只可測出還原糖的含量，導致最終的測定結果偏低。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結果顯示Miao法測定結果與Englyst法相近，操作簡單、重復性好；Shin法測定結果偏低，與圖1的結果一致。

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、化學變性和復合變性法。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］；化學變性法主要利用辛烯基琥珀酸酐（OSA）、環糊精、酸等與淀粉反應［40－44］；復合變性法主要為物理法與酶法相結合（如超聲波－普魯蘭酶法），化學法之間結合（如交聯－醚化法），以及化學法和物理法結合（如酯化－濕熱處理法）（表2）［45－51］。

物理變性法無需使用化學試劑，保證了食品安全，避免了環境污染，但是存在以下問題，如產量低，部分物理變性法制備得到的SDS結構熱穩定性差，設備昂貴且處理量小，達不到連續化大批量生產要求［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，不利于工業大規模生產［53］。化學變性法應用廣泛，生產工藝簡單，但處理過程中用到很多化學試劑，如辛烯基琥珀酸酐、硫酸、鹽酸等，制得的SDS有一定的毒性，因此在食品領域的應用受到限制，同時也會引起很多環境問題［53］。與物理變性法、酶變性法、化學變性法相比，復合變性法不僅產量最高且得到的SDS兼具2種變性淀粉的優點，如采用濕熱法與微波法復合［51］，不僅得到的SDS含量高，而且經微波法處理后，SDS的結構熱穩定性較好［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，且測定結果更加準確，這為SDS的制備和相關慢消化產品的開發奠定了基礎。復合變性技術是SDS制備方法的發展趨勢。未來的研究將主要集中在SDS制備新技術的研發、不同SDS產品品質的評價方面。另外，可以根據SDS本身的性質和對人體特殊的生理功能開發不同特色的保健食品。開發與慢消化淀粉相關的保健食品兼具社會效益和經濟效益，這將拓寬淀粉的研究方向，擴大淀粉在食品中的應用領域。

［1］Lehmann U，Robin F.Slowly digestible starch its structure and health implications：a review［J］.Trends in Food Science＆Technology，2007，18（7）：346－355

［2］繆銘，張濤，沐萬孟，等.淀粉的支鏈精細結構與消化性能［J］.食品科學，2010，31（9）：12－15

［3］Englyst H N，Kingman SM，Cummings JH.Classification and measurement of nutritionally important starch fractions［J］.European Journal of Clinical Nutrition，1992，46（Sup-pl2）：33－50

［4］繆銘，江波，張濤，等.慢消化淀粉的研究與分析［J］.食品與發酵工業，2007，33（3）：85－90

［5］郭秀蘭，唐仁勇，劉達玉，等.抗性淀粉營養特性及生物學作用的研究進展［J］.食品研究與開發，2011，32（10）：165－168

［6］歐陽海峰，阮榕生，林向陽，等.食物中血糖生成指數、RAG及其人體健康［J］.現代食品科技，2006，22（2）：237－239

［7］陳玲，盧聲宇，溫其標.羧甲基化對淀粉消化性能和抗酶解性能的影響［J］.華南理工大學學報：自然科學版，1999，27（6）：79－83

［8］熊建.三相臥螺法生產小麥淀粉的輕相液中主要成分理化及營養特性研究［D］.無錫：江南大學，2011

［9］琚長霄.膠原蛋白與淀粉作用產物及其消化特性的研究［D］.廣州：華南理工大學，2011

［10］Zhang G，Ao Z，Hamaker B R.Slow digestion property of native cereal starches［J］.Biomacromolecules，2006，7（11）：3252－3258

［11］Brien SO，Wang Y J.Susceptibility of annealed starches to hydrolysis byα－amylase and glucoamylase［J］.Carbohydrate Polymers，2008，72（4）：597－607

［12］繆銘，江波，張濤.低血糖生成指數淀粉類衍生物的研究進展［J］.食品科學，2008，29（4）：452－456

［13］王竹，楊月欣，王國棟，等.淀粉的消化特性與血糖生成指數［J］.衛生研究，2003，32（6）：622－624

［14］Chung H J，Liu Q，Hoover R.Impactof annealing and heat－moisture treatment on rapidly digestible，slowly digestible and resistant starch levels in native and gelatinized corn，pea and lentil starches［J］.Carbohydrate Polymers，2009，75（3）：436－447

［15］Ambigaipalan P，Hoover R，Donner E，et al.Structure of faba bean，black bean and pinto bean starches at different levels of granule organization and their physicochemical properties［J］.Food Research International，2011，44（9）：2962－2974

［16］Zhang L，HuX，XuX，et al.Slowly digestible starch prepared from rice starches by temperature cycled retrogradation［J］.Carbohydrate Polymers，2011，84（3）：970－974

［17］范志紅，劉芳，周威.淀粉類干豆的血糖反應與消化速度［J］.中國糧油學報，2007，22（2）：22－26

［18］Simsek S，Martínez M O，Whitney K，et al.Effect of acetylation，oxidation and annealing on physicochemical properties of bean starch［J］.Food Chemistry，2012，134（4）：1796－1803

［19］Sands A L，Leidy H J，Hamaker B R，et al.Consumption of slow digesting waxymaize starch leads to blunted plasma glucose and insulin response butdoesn’t influence energy or appetite in humans［J］.Nutrition Research，2009，29（6）：383－390

［20］繆銘，張濤，江波.慢消化淀粉體外測定方法的探討［J］.食品與發酵工業，2008，34（12）：143－146

［21］吳海燕.慢消化淀粉定量測定方法的比較研究［J］.食品工業科技，2009，30（12）：401－402

［22］Chung H J，Lim H S，Lim ST.Effect of partial gelatinization and retrogradation on the enzymatic digestion of waxy rice starch［J］.Journal of Cereal Science，2006，43（3）：353－359

［23］Ao Z H，Simsek S，Zhang G，et al.Starch with a slow digestion property produced by altering its chain length，branch density，and crystalline structure［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2007，55（11）：4540－4547

［24］吳海燕.慢消化淀粉測定方法的研究進展［J］.食品科技，2010，35（8）：332－335

［25］Koo SH，Lee K Y，Lee H G.Effect of cross－linking on the physicochemical and physiological properties of corn starch［J］.Food Hydrocolloids，2010，24（6）：619－625

［26］Guraya H S，James C，Champagne E T，etal.Effectof enzyme concentration and storage temperature on the formation of slowly digestible starch from cooked debranched rice starch［J］.Starch，2001，53（3）：131－139

［27］Shin S I，Choi H J，Chung K M，et al.Slowly digestible starch from debranched waxy sorghum starch：preparation and properties［J］.Cereal Chemistry，2004，81（3）：404－408

［28］繆銘.慢消化淀粉的特性及形成機理研究［D］.無錫：江南大學，2009

［29］Lee C J，Kim Y，Choi S J，et al.Slowly digestible starch from heat－moisture treated waxy potato starch：preparation，structural characteristics，and glucose response in mice［J］.Food Chemistry，2012，133（4）：1222－1229

［30］Chung H J，Liu Q，Hoover R.Effectof single and dual hydrothermal treatments on the crystalline structure，thermal properties，and nutritional fractions of pea，lentil，and navy bean starches［J］.Food Research International，2010，43（2）：501－508

［31］Lee C J，Shin S I，Kim Y，et al.Structural characteristics and glucose response in mice of potato starch modified by hydrothermal treatments［J］.Carbohydrate Polymers，2011，83（4）：1879－1886

［32］張二娟，何小維.濕熱處理法制備慢消化淀粉及其性質研究［J］.食品工業科技，2010，31（5）：121－123

［33］Chung H J，Cho DW，Park JD，et al.In vitro starch digestibility and pasting properties of germinated brown rice after hydrothermal treatments［J］.Journal of Cereal Science，2012，56（2）：451－456

［34］Tian Y Q，Zhang L L，XuXM，etal.Effect of temperature－cycled retrogradation on slowly digestibility of waxy rice starch［J］.International Journal of Biological Macromolecules，2012，51（5），1024－1027

［35］Tian Y Q，Zhan J L，Zhao JW.Preparation of products rich in slowly digestible starch（SDS）from rice starch by a dual－retrogradation treatment［J］.Food Hydrocolloids，2013，31（1）：1－4

［36］Niba L L.Processing effects on susceptibility of starch to digestion in some dietary starch sources［J］.International Journal of Food Sciences and Nutrition，2003，54（1）：97－109

［37］張二娟.慢消化淀粉的制備及性質研究［D］.廣州：華南理工大學，2010

［38］Shin H J，ChoiSJ，Park CS，etal.Preparation of starches with low glyceamic response using amylosucrase and their physicochemical properties［J］.Carbohydrate Polymers，2010，82（2）：489－497

［39］熊珊珊.酶法合成慢消化淀粉研究［D］.無錫：江南大學，2012

［40］Zhan JL，Tian Y Q，Tong Q Y.Preparation and slowly digestible properties ofβ－cyclodextrins（－CDs）－modified starches［J］.Carbohydrate Polymers，2013，91（2）：609－612

［41］Shin S I，Lee C J，Kim D I.Formation，characterization，and glucose response in mice to rice starch with low digestibility produced by citric acid treatment［J］.Journalof Cereal Science，2007，45（1）：24－33

［42］肖湘.酸熱處理綠豆的性質及消化特性研究［D］.廣州，華南理工大學，2012

［43］何金華，張根義.辛烯基琥珀酸淀粉酯的制備工藝優化及消化性研究［J］.中國糧油學報，2007，22（4）：71－74

［44］He J，Liu J，Zhang G.Slowly digestible waxy maize starch prepared by octenyl succinic anhydride esterification and heatmoisture treatment：glycemic response and mechanism［J］.Biomacromolecules，2008，9（1）：175－184

［45］Miao M，Zhang T，Jiang B.Preparation of slowly digestible／resistant starch in debranched，retrogaded waxy maize starch［J］.Journal of Biotechnology，2008，136（Suppl1）：740

［46］Han JA，Bemiller JN.Preparation and physical characteristics of slowly digestingmodified food starches［J］.Carbohydrate Polymers，2007，67（3）：366－374

［47］何金華.慢消化淀粉的制備及其性質研究［D］.無錫：江南大學，2007

［48］Zhang B，Huang Q，Luo FX，et al.Structural characterization and digestibility of debranched high－amylosemaize starch complexed with lauric acid［J］.Food Hydrocolloids，2012，28（1）：174－181

［49］沙晨希，田耀旗，金征宇.Ⅵ－型慢消化淀粉的制備與鑒定［J］.食品與機械，2013，29（3）：37－39

［50］王瑤.交聯酯化糯米淀粉的制備及性質研究［D］.雅安：四川農業大學，2008

［51］畢禮政.復合變性制備緩慢消化淀粉研究［D］.鄭州：河南工業大學，2012

［52］沈莎莎，田建珍.不同物理改性對淀粉特性影響的研究進展［J］.中國粉體工業，2013，5：13－17

［53］唐華麗，熊漢國，王兆丹，等.豌豆緩慢消化淀粉性質及其制備［J］.食品與機械，2012，28（5）：202－205

［54］Anderson A K，Guraya H S.Microwave heat application to produce slowly digestible starch［C］.Abstract Papers，227thACS National Meeting，Anaheim，CA，2004，03－28.

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）

國家自然科學基金（31371786），陜西省科學技術研究發展計劃（2011KW－26），陜西省科學技術廳農業攻關項目（2011K01－17），陜西農產品加工技術研究院農產品深加工產業化項目（NYY－090101）

2013－11－21

黃峻榕，女，1971年出生，教授，淀粉資源的開發與利用03－0134－06