馬鈴薯淀粉消化性能研究進(jìn)展

王　潔，徐同成，劉麗娜，杜方嶺，董海洲，代養(yǎng)勇

(1 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品研究所，濟(jì)南　250100；2 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安　271000)

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馬鈴薯淀粉消化性能研究進(jìn)展

王潔1，2，徐同成1，劉麗娜1，杜方嶺1，董海洲2，代養(yǎng)勇2

(1山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品研究所，濟(jì)南250100；2山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東泰安271000)

對影響馬鈴薯淀粉消化率的因素、馬鈴薯慢消化淀粉和抗性淀粉的制備和檢測方法，以及在食品中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，并對馬鈴薯慢消化淀粉和抗性淀粉的前景進(jìn)行了展望。

馬鈴薯；淀粉消化性；抗性淀粉；慢消化淀粉

碳水化合物主要以淀粉的形式廣泛儲(chǔ)藏于植物中，尤其是在稻米、小麥、玉米、谷類的種子和薯類的貯藏組織。Englyst[1]等人依據(jù)淀粉在人體中消化速率把淀粉分為：快消化淀粉(ready digestible starch，RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch，SDS)、抗性淀粉(resistant starch，RS)。研究表明，RDS會(huì)導(dǎo)致血糖波動(dòng)較大從而引起許多慢性疾病的發(fā)生；SDS則可以控制血糖波動(dòng)幅度，具有持續(xù)緩慢釋放能量、穩(wěn)定血糖、提高機(jī)體對胰島素的敏感性的特殊生理功能；RS不能被健康人體小腸利用進(jìn)而提供葡萄糖，但其能在大腸中被腸道內(nèi)的微生物發(fā)酵產(chǎn)生丁酸等短鏈脂肪酸，有利于有益菌群生長，具有促進(jìn)腸道蠕動(dòng)的作用[2]。

2015年初國家提出馬鈴薯主糧化發(fā)展戰(zhàn)略，使馬鈴薯成為繼小麥、水稻、玉米之后第四大主糧作物。馬鈴薯的種植在中國已有400年之久，但至今仍處于加工利用初級階段。在馬鈴薯深加工中，加工的比例最高的是淀粉，約60%～70%。馬鈴薯淀粉具有其他淀粉所不能替代的特性，其RS含量較高，同時(shí)，還含有部分SDS，因此對馬鈴薯淀粉的消化性能和抗酶解性能研究具有重要意義。本文對影響馬鈴薯淀粉消化性的因素，國內(nèi)外關(guān)于馬鈴薯SDS、RS的制備及測定方法，馬鈴薯SDS、RS在食品中的應(yīng)用等研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1　影響馬鈴薯淀粉消化性的因素

馬鈴薯淀粉性質(zhì)和結(jié)構(gòu)對淀粉消化速率的影響至關(guān)重要，比如淀粉品種、淀粉粒度、晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶類型、直鏈淀粉含量與分子聚合度、直鏈淀粉與脂質(zhì)形成的包被復(fù)合物等。

1.1馬鈴薯淀粉品種

張攀峰等[3]對國內(nèi)不同品種馬鈴薯淀粉中RS2含量的研究表明，RS2含量與馬鈴薯淀粉品種有直接的聯(lián)系，進(jìn)而與馬鈴薯淀粉結(jié)構(gòu)的致密性、完整性、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、半結(jié)晶層結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。

1.2淀粉顆粒大小

Snow P等[4]指出，淀粉顆粒大小對消化速率影響較大，顆粒大則消化速率高。薯類淀粉顆粒普遍大于谷類淀粉顆粒，馬鈴薯淀粉在薯類淀粉中粒徑最大的，平均粒徑約33μm。

1.3淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)

淀粉的結(jié)晶構(gòu)型對淀粉的消化性有著重要影響，依據(jù)X射線衍射圖譜，玉米淀粉等具有A型結(jié)晶結(jié)構(gòu)的谷類淀粉，消化速率較高[5]。多數(shù)塊莖類淀粉消化速率較低，其具有B型結(jié)晶結(jié)構(gòu)，如馬鈴薯淀粉。Gallant等[6]提出亞顆粒“blocklet”結(jié)構(gòu)，這種淀粉結(jié)構(gòu)模型由雙螺旋支鏈淀粉側(cè)鏈組成結(jié)晶區(qū)，這些側(cè)鏈與無定形區(qū)相互纏繞，亞顆粒“blocklet”結(jié)構(gòu)有組織的膨大后形成球形，因此，淀粉對α-淀粉酶的敏感性隨著“blocklet”結(jié)構(gòu)的增大而減弱。Fannon等[7]研究證明了大多數(shù)淀粉中微孔和空腔的存在，這種結(jié)構(gòu)可以使酶快速通過空腔滲透到淀粉內(nèi)部，加速了酶對淀粉顆粒水解作用，而馬鈴薯淀粉顆粒就不存在微孔和空腔結(jié)構(gòu)。

1.4直/支淀粉比例

直鏈淀粉含量、鏈長、分子聚合度及支鏈淀粉的線形化對RS的形成有著重要的影響，通過提高淀粉中直鏈淀粉與支鏈淀粉比率可提高RS含量。脫支法制備RS的原理就是通過增加淀粉中直鏈淀粉的含量，用酶或者酸水解淀粉分子中的α-1，6 糖苷鍵，生成游離的聚合度小的直鏈淀粉，在淀粉老化過程中，由支鏈淀粉生成的短直鏈和原有直鏈淀粉在氫鍵和范德華力的作用下，共同形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，最終形成RS。

1.5其他影響因素

淀粉中其他成分如直脂復(fù)合物、蛋白質(zhì)、金屬離子對RS含量的也會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響，大多起降低作用。內(nèi)源脂以游離脂肪酸和結(jié)合脂兩種形式存在于淀粉中，并能與直鏈淀粉相結(jié)合。Eliasson等[8]發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉和單甘酯構(gòu)成的直脂復(fù)合物抑制了直鏈淀粉分子之間相互結(jié)合而導(dǎo)致的淀粉回生；楊光等[9]研究指出，內(nèi)源脂質(zhì)可一定程度影響RS的形成，高脂含量具有到降低RS的作用，通過對淀粉適當(dāng)脫脂處理，可提高RS的產(chǎn)量；Mercier認(rèn)為，大多數(shù)脂質(zhì)如單甘酯、油酸、磷脂和大豆油都會(huì)使RS產(chǎn)量下降，他們還發(fā)現(xiàn)一種由馬鈴薯直鏈淀粉與油酸構(gòu)成的直脂復(fù)合物可提高RS含量，然而，將十二烷基磺酸鈉和油酸加入馬鈴薯直鏈淀粉中又會(huì)使RS的含量降低。蛋白質(zhì)存在于淀粉表面，具有保護(hù)淀粉的作用，可防止淀粉回生老化，從而減少RS含量。Escarpa等[10]發(fā)現(xiàn)，向糊化后的淀粉中添加Ca2+、K+等金屬離子可減少RS含量，金屬離子被直鏈淀粉分子吸附后，淀粉分子之間不易形成氫鍵，從而阻礙淀粉老化。

2　馬鈴薯RS的制備

近年來，國內(nèi)外對RS制備方法的研究較為豐富。關(guān)于RS的制備技術(shù)，主要集中在回生老化抗性淀粉的研究上，其形成機(jī)理為：淀粉糊化冷卻后，直鏈淀粉分子在末尾區(qū)域形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，雙螺旋結(jié)構(gòu)在氫鍵和范德華力的作用下相互接近構(gòu)成螺旋聚集體，從而形成穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。衣杰榮等[11]用分子排阻色譜的方法研究了大米淀粉和馬鈴薯淀粉形成回生抗性淀粉的能力，研究表明馬鈴薯淀粉比大米淀粉更適合用來生產(chǎn)RS。

2.1壓熱法

壓熱處理是常用的制備RS方法之一，高溫高壓下淀粉乳完全糊化，經(jīng)老化回生后進(jìn)而得到RS。Phillips[12]等將淀粉乳在170℃和5MPa下，水浴0.5～6h后，4℃冷藏12h，干燥粉碎后制備RS。聶凌鴻[13]等對馬鈴薯RS壓熱制備條件進(jìn)行研究：淀粉乳濃度30%、pH值6、120℃熱處理40min條件下，可獲得9.77%的RS得率，若增加加熱-冷卻處理次數(shù)則會(huì)增加RS產(chǎn)量。

2.2酶解壓熱法

在壓熱處理基礎(chǔ)上可增加酶法處理可以進(jìn)一步提高RS產(chǎn)量。當(dāng)支鏈淀粉側(cè)鏈上至少存在2個(gè)葡萄糖殘基時(shí)，脫支酶如普魯蘭酶可水解a-1，6糖苷鍵。另外，α-淀粉酶可切斷α-1，4 葡萄糖苷鍵，從而迅速切斷淀粉分子鏈，生成短鏈更有利于晶體結(jié)構(gòu)生成。張靈超[14]等以馬鈴薯淀粉為原料采用壓熱法與酶解相結(jié)合制備RS，經(jīng)壓熱處理后加入耐高溫α-淀粉酶、普魯蘭酶，使RS產(chǎn)率顯著上升。結(jié)果表明：淀粉乳濃度10%、120℃處理60min、a-淀粉酶用量1U/g、普魯蘭脫支酶用量2U/g，RS得率上升到19.46%。

2.3韌化處理

韌化處理是指配成水分含量40%以上的淀粉乳，在玻璃化轉(zhuǎn)化溫度與糊化溫度之間(馬鈴薯淀粉約50℃)處理淀粉的一種方法。韌化處理過程促進(jìn)RS的形成主要是實(shí)現(xiàn)淀粉晶體內(nèi)部重新排列，使得結(jié)晶度提高，結(jié)晶構(gòu)型更為緊密，從而增強(qiáng)抵抗酶的作用。劉滕[15]等對玉米淀粉、木薯淀粉及馬鈴薯淀粉進(jìn)行韌化處理，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：馬鈴薯淀粉晶型由B型轉(zhuǎn)變?yōu)锳+B型，亞微晶區(qū)的累積衍射強(qiáng)度增加，相比與其他兩種淀粉，韌化處理對馬鈴薯淀粉影響最大，制備的RS含量最高。

2.4酸水解法

原淀粉在低溫下配成一定濃度的淀粉乳，用無機(jī)酸處理適度時(shí)間，可形成RS，其原理是淀粉顆粒采用稀鹽酸等水解，無定型區(qū)可完全反應(yīng)，而結(jié)晶區(qū)則以反應(yīng)殘余物的形式保留下來。聶凌鴻[16]等采用酸水解的方法處理馬鈴薯淀粉，試驗(yàn)表明：淀粉乳濃度10%、酸解1.5 h、鹽酸添加量2%、50℃水浴處理2.5 h、冷藏時(shí)間36h，RS得率13.87%。與原淀粉相比，制備的馬鈴薯RS耐酶解性顯著增強(qiáng)，同時(shí)吸濕性也有所增強(qiáng)。

2.5微波法

微波處理可增加直鏈淀粉的含量，原因是微波處理降解部分支鏈淀粉，產(chǎn)生新的分子量小的直鏈淀粉，微波輻射處理使溫度上升迅速，淀粉糊化冷卻后有利于淀粉晶核形成。李周勇等[17]用微波-酶解復(fù)合法在熔融溫度下制備馬鈴薯RS，確定最佳的微波-酶解工藝，結(jié)果表明：淀粉乳濃度為15%、微波處理時(shí)間90s、微波功率800W、普魯蘭脫支酶添加量0.10PUN(G)/g、55℃下處理解6h、耐高溫a-淀粉酶添加量10CU/g、酶解30min、4℃冷卻處理24h條件下，RS得率為17.2%。

2.6超聲法

超聲波由于具有空化作用、熱作用，可產(chǎn)生機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)，其產(chǎn)生高溫高壓斷裂分子鏈，利用超聲波可降解淀粉，使結(jié)晶型態(tài)改變，同時(shí)超聲作用可改變淀粉分子量，使分子量分布范圍更窄。超聲處理往往與酶處理相結(jié)合，從而提高酶解速率，縮短了RS制備的時(shí)間。

3　馬鈴薯RS、SDS的測定

目前，測定RS、SDS含量的方法仍無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，普遍分為體外測定法與體內(nèi)測定法，由于體內(nèi)測定法成本較高，對人體造成一定程度的影響，不適合作為常規(guī)檢測方法。而且，人體自身情況不同，腸道內(nèi)消化酶的種類、含量對淀粉酶解影響較大，測試結(jié)果重復(fù)性差。國內(nèi)外研究人員更加側(cè)重于體外測定方法的研究。

根據(jù)淀粉的酶解處理方式，可分為Goni 法、AOAC法、Champ法等。目前，國內(nèi)外通常采用AOAC法和Goni法測定RS的含量，兩種方法在測定RS含量時(shí)，相同點(diǎn)都是先除去可溶性淀粉，再將RS溶解于KOH或DMSO中，然后酶解RS，再測定生成葡萄糖的含量，最后換算成淀粉。但Goni需先將蛋白質(zhì)去除，增加了加入胃蛋白酶這一環(huán)節(jié)，另外兩種方法處理所使用的酶液也不同，在酶解處理可溶性淀粉時(shí)，AOAC法用胰α-淀粉酶與葡萄糖淀粉酶混酶進(jìn)行處理，而Goni法利用單一胰α-淀粉酶，薛慧[18]等通過試驗(yàn)得出，Goni法比AOAC法測定結(jié)果偏高，這是因?yàn)镚oni法沒有使用葡萄糖淀粉酶在酶解可溶性淀粉時(shí)，從而導(dǎo)致可溶性淀粉水解不完全，測定結(jié)果偏高，AOAC法通過兩種酶的聯(lián)合作用會(huì)水解更加徹底，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高、重復(fù)性更好。

SDS測定其基本原理是使用α淀粉酶水解淀粉，測定20min內(nèi)快消化淀粉與120min內(nèi)可消化淀粉的量，二者作差求得SDS含量。國內(nèi)外常用的方法有Guraya法、Englyst法等。測定SDS含量國內(nèi)常使用Englyst法，但由于這種方法步驟復(fù)雜，采用混合酶進(jìn)行消化，重復(fù)性較差，研究者往往對Englyst法中的混合酶進(jìn)行改進(jìn)后進(jìn)行測定。而Guraya法采用單一豬胰α-淀粉酶水解淀粉，操作簡單、經(jīng)濟(jì)，但它測量值偏低。這是因?yàn)镚uraya法沒有加入淀粉葡糖苷酶，直接測定的是麥芽糖生成量，而α-淀粉酶受生成的麥芽糖影響，抑制其酶解活性[20]。

4　馬鈴薯RS、SDS在食品中應(yīng)用

由于RS、SDS對人體具有特殊的生理功能，將RS、SDS適量添加到食品中，對食品的感官、質(zhì)地可產(chǎn)生一定程度的影響，而且可以制成不同特色的功能食品。當(dāng)前RS、SDS在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越受到國內(nèi)外的關(guān)注，它作為食品添加劑和功能性食品基料，具有很大的潛力。

RS應(yīng)用到食品中主要基于兩點(diǎn)原因，一是其生理功能與膳食纖維的相似，在小腸中不能被消化吸收。國外在生產(chǎn)的面包中常添加膳食纖維，但膳食纖維過高會(huì)使面包體積小，口感差且顏色暗淡，國外有一種商標(biāo)叫Novelose240 的RS添加到白面包中，延續(xù)了膳食纖維的生理功能，同時(shí)使面包的氣孔結(jié)構(gòu)，感官品質(zhì)方面均得到加強(qiáng)[19]。二是不溶于水，具有很低的持水量，適于添加到以谷物為基料的低水分含量的食品中，增加了食品的膨脹性、脆性及提高產(chǎn)品的質(zhì)地，已實(shí)際應(yīng)用到干脆餅干和法國烤面包片中。RS具有較好的黏度穩(wěn)定性，尤其是馬鈴薯淀粉黏度比谷類淀粉都要高，可作為食品增稠劑，可用于湯料及乳制品中，在飲料中添加RS可增加不透明度及粘稠性，避免砂礫感的產(chǎn)生，且對飲料風(fēng)味基本無影響[20]。李周勇等[21]將制備的馬鈴薯RS添加到酸奶中，研究表明，添加馬鈴薯RS的酸奶黏度上升，酸奶中乳清析出減少，馬鈴薯RS比羧甲基纖維素鈉更適合做酸奶中的添加劑。

在SDS的應(yīng)用方面，國外已取得了顯著研究成果，如Danone Vitapole的R&D已研發(fā)出高SDS和低升糖指數(shù)系列的餅干[22]；Vincent等[23]報(bào)道稱添加量約20 %的SDS餅干對兒童和青少年的認(rèn)知功能有所改善。另外，還有報(bào)道稱SDS可用來開發(fā)持續(xù)能量緩釋的運(yùn)動(dòng)員專用食品。

5　展望

隨著人們飲食習(xí)慣及食物構(gòu)成的改變，糖尿病、心血管疾病等慢性病的發(fā)病率逐年增高，更多的人傾向于攝入低熱量、高膳食纖維的食物以達(dá)到健康的目的。馬鈴薯中含有豐富的RS和部分SDS，這將作為一個(gè)很好的功能性食品原料，具有廣泛的應(yīng)用前景。如今，馬鈴薯被列為國家四大主糧之一，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，可根據(jù)馬鈴薯RS、SDS本身的性質(zhì)和生理功能開發(fā)具有不同特色的功能性食品，對開展馬鈴薯RS、SDS方面的研究與推動(dòng)馬鈴薯主糧化進(jìn)程有著重要意義。◇

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(責(zé)任編輯李燕妮)

Research Advancement of Digestibility for Potato Starch

WANG Jie1，2，XU Tong-cheng1，LIU Li-na1，DU Fang-ling1，DONG Hai-zhou2，DAI Yang-yong2

(1Institute of Agro-Food Science and Technology，Shandong Academy of Agricultural Science，Jinan 250100，China；2College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Taian 271000，China)

Factors affecting the digestibility of potato starch，preparation and determination methods，application in food industry resistant starch and slowly digestible starch for potatoes were reviewed and the prospect was forecasted.

potato；starch digestibility；resistant starch；slowly digestible starch

山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：2014CXZ03)；山東省引進(jìn)泰山學(xué)者海外特聘專家項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：魯財(cái)教[2014]45號)；農(nóng)業(yè)生物資源創(chuàng)新利用研究(水稻產(chǎn)量與品質(zhì)特異性種質(zhì)材料的創(chuàng)新與利用)。

王潔(1992—)，女，在讀碩士研究生，研究方向：抗消化淀粉的制備及加工特性。

劉麗娜(1978—)，女，博士，副研究員，碩士生導(dǎo)師，研究方向：抗消化淀粉的制備及加工特性。