慢消化淀粉的制備與檢測及其在食品中的應用進展

孟麗維，朱慧靜，王 賀

（浙江農林大學暨陽學院，浙江紹興 311800）

0 引言

淀粉可以在各種淀粉酶的作用下酶解成葡萄糖等多種單糖，在日常活動中為人體供應能量。因淀粉有廣泛的用途和低廉的價格，而且它在食品加工中具有增稠、保水和質地調節等優點，使得淀粉成為日常最普遍的食品原料。英國學者Englyst H N等人[1]在基于淀粉消化速度并且分解成葡萄糖時間的長短上，將淀粉劃分為快速消化淀粉（RDS）、緩慢消化淀粉（SDS） 和抗性淀粉（RS） 3種類型。而SDS則是指實驗室模擬體外消化條件（pH值5.2，溫度37℃）下，在豬胰α-淀粉酶、糖化酶和轉化酶等多種酶酶解20～120 min時樣品水解得到的淀粉營養片段。SDS可以保持人體攝食后血糖的遲緩增加，血糖水平不會有較大的變化，并有利于糖尿病和心血管疾病等的醫治[2]。

1 SDS的制備

淀粉顆粒形態有圓形、卵形和多邊形，不一樣品種來源的淀粉顆粒也會截然不同。經過物理、化學藥品處理或酶法處理后，通過凝膠化和老化的過程可以破壞淀粉顆粒結構，從而獲得一定量的緩慢消化淀粉。

1.1 物理法

物理法主要是通過高溫高壓處理來提高SDS含量的一種改性方法，主要的有熱液處理、退火處理、輻射處理和擠壓。該方法無化學試劑的殘留、不使用酶制劑，是一種安全簡便的改性方法。熱液處理可分為韌化處理和濕熱處理（HMT） 2種處理方法。HMT大多數是在較低水分條件下（≤35%） 和較高的溫度（≥100℃）下的熱處理過程，而韌化的條件是水分≥40%和溫度小于糊化溫度，二者的反應溫度都高于淀粉轉化成玻璃態的溫度并低于淀粉糊化溫度[3-4]。淀粉的濕熱處理方法操作容易，在處理過程要求的只有水分含量和溫度要求，濕熱處理過程中影響淀粉性質顯著的因素主要是水分含量、處理溫度和處理時間。韌化處理的關鍵在于淀粉的高水分含量（60%或40%～55%） 和淀粉溫度保持，這和HMT一樣會導致淀粉糊化特性、顆粒結構和結晶性等的變化[5]。劉暢等人[6]用韌化的方法發現板栗淀粉的組織結構發生明顯變化，SDS所含百分比隨著韌化溫度的上升而增加。

輻照處理是通過Ⅹ射線、γ射線等電離輻射的方式使得樣品改性或加工的手段，輻射可以誘導樣品發生相應的物理化學變化，從而使得樣品的物理分子改變。Polesi L F等人[7]發現不論是生大米還是烹飪后的大米中SDS的含量都會隨著輻照量的增加而增加。最新研究表明，螺桿擠壓也被用來提高SDS含量，處理的原料有多種谷物及其混合物[8]。

1.2 化學法

化學修飾法是通過對淀粉進行酯化、交聯、氧化、取代和接枝淀粉分子來實現，通過引入功能基團改變淀粉的糊化、凝膠和回生等功能特性。化學修飾法是研究生產中廣泛使用的一種淀粉改性手段。大量研究表明，酸（如檸檬酸、鹽酸、硫酸）通過與淀粉分子上的羥基發生酯化反應，可使淀粉分子量下降，進而提高SDS含量；酸處理的同時也會使聚合物鏈的柔性增大，促使其結構更加穩固，進一步提高其抵抗酶解的能力，即慢消化特性[9]。肖湘[10]用不同種類的酸依次處理綠豆淀粉，研究表明酸性熱處理可以提高SDS的含量。此外，還有學者利用2-辛烯基琥珀酸酐制備SDS[11]。化學修飾法由于使用大量化學試劑，從消費者健康安全角度出發，對富含SDS的原料或加工制品的衛生安全性與營養效價更需要進行毒理學和臨床試驗。

1.3 酶法處理

酶法的作用原理是通過淀粉酶的酰胺化或水解作用來改變淀粉的分子結構[12]。該方法不僅具有產物消化性慢和血糖生成指數低的特點，還表現出安全性高、環境友好、特異性強、副產物少等優點。常用的酶制劑有普魯蘭酶、轉糖苷酶、異淀粉酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、麥芽糖α-淀粉酶。既有使用單一酶修飾的，也有用2種及以上酶協同處理的[13]，利用不同酶修飾制得的SDS含量也不同，不過復合酶修飾在制得的SDS含量和延緩消化特性方面表現更佳[14-15]。趙凱等人[16]將玉米淀粉酶脫支后發現淀粉各個時間段的溫度都有不同程度的上升，相轉變溫度（PIT）的范圍變窄，淀粉糊化后的焓沒有較大的變化，淀粉的組織結構變得更加緊湊，從而產生了淀粉慢消化的特性。

1.4 復合處理

復合處理是指通過2種及以上方法協同處理，從而提高SDS含量的一種方法，如超聲-酶法、微波處理-HMT、交聯-酯化法。畢禮政[17]通過額外加入超聲波處理來增加酶水解效率，這一方法不僅提高了SDS含量，也拓展了高含量SDS制備方法的范圍。

2 SDS的測定

2.1 體外測定方法

2.1.1 Englyst法

Englyst法[1，18]的原理是基于SDS的定義需要在模擬體內環境的條件下，在20～120 min測定混酶消化淀粉的糖含量。其基本過程為：將0.8～4.0 g淀粉、50 mg瓜爾豆膠放入錐形瓶中，緊接著添加20 mL pH值5.2醋酸鈉緩沖液，樣品混勻后加入5 mL混合酶液（胰淀粉酶3 800 U/mL，糖化酶13 U/mL，轉化酶190 U/mL），于37℃下水浴恒溫振蕩（160 r/min）反應20 min和120 min時立刻取0.5 mL上清液，用體積分數為66%乙醇20 mL進行滅酶處理，最后利用葡萄糖氧化酶-過氧化物酶來測定樣品中葡萄糖的含量，樣液需要檢測3次后取平均值[1]。計算公式如下：

式中：

G20——樣品水浴振蕩反應20 min時所分解所得的葡萄糖總量，mg；

G120——樣品水浴振蕩反應20 min時所分解所得的葡萄糖總量，mg；

W——總淀粉量，mg。

2.1.2 Guraya法

Guraya法[19]的原理是在37℃條件下樣品經過豬胰淀粉酶處理60 min，在相應時間水解后再將所產生的麥芽糖再用3,5-二硝基水楊酸（DNS） 處理，最后所得樣液在波長540 nm處測定其吸光度，根據還原糖的含量計算出SDS含量。

取0.2 g樣置于錐形瓶中，加入15 mL磷酸緩沖液（pH值6.89），混勻后加入1%29 U/mg豬胰α-淀粉酶，在37℃條件下水浴恒溫振蕩（160 r/min）反應一定時間后沸水浴2 min左右滅酶，之后經DNS法處理后用分光光度計在波長540 nm處測定還原糖含量，樣液需要檢測3次后取平均值[19]，從而推算出慢消化淀粉含量。計算公式如下：

SDS=（G120-G20）×0.9×100%.

式中：G20——樣品水浴振蕩反應20 min時所分解所得的葡萄糖總量，mg；G120——樣品水浴振蕩反應20 min時所分解所得的葡萄糖總量，mg。

2.1.3 Miao法

Miao法[20]是在Englyst法的基礎上做出改進，用葡萄糖試劑盒來代替葡萄糖氧化酶法，更加簡化了試驗操作。其基本步驟如下：稱量200 mg樣品置于反應容器中，添加15 mL pH值5.2醋酸鈉緩沖液（0.2 mol/L），混勻后添加豬胰α-淀粉酶（29 U/mg）和糖化酶（15 U/mL）的混酶溶液10 mL，于37℃水浴恒溫振蕩器（150 r/min） 中反應20 min和120 min，取適量的上清液經過葡萄糖試劑盒處理后于波長510 nm處測吸光度，根據還原糖含量計算出SDS含量。計算公式如下：

式中：G20——樣品水浴振蕩反應20 min時所分解所得的葡萄糖總量，mg；

G120——樣品水浴振蕩反應20 min時所分解所得的葡萄糖總量，mg；

W——總淀粉量，mg。

2.2 體內測定方法

Jenkins D J等人[21]于1981年第一次提出了血糖指數（Glycemic index，GI）：攝入富有價值的碳水化合物50.0 g的食品后，在人體消化一段時間后（通常為2 h）人體內與攝取等量的白面包或葡萄糖在同樣條件下，二者消化所表現出的血糖應答的百分含量，通常體內法和體外法都是測定慢消化淀粉含量的常用方法，但至今依然沒有統一的、標準精確的定量測量慢消化淀粉方法，在大量慢消化淀粉體內試驗后，發現慢消化淀粉的含量大小可以用增多血糖生成指數（Extended GI，EGI）來代替[2，22]。體內測定法是根據GI值來推算SDS含量，體外法是在實驗室內模擬淀粉在人體內的情況，根據淀粉在酶的作用下20～120 min內水解所釋放的葡萄糖量計算慢消化淀粉的含量。

挑選10名無病史的志愿者（男女各5人），先在10 h未進食的狀態下測定血糖含量，再食用50.0 g淀粉樣品（5 min內吃完）后，依次測定攝入淀粉后20 min時和120 min時的血糖含量，把葡萄糖作為標準對照組[23]來推算SDS的含量，公式如下：

SDS=（G120-G20）×0.9×100%.

式中：G20——樣品水浴振蕩反應20 min時所分解所得的葡萄糖總量，mg；

G120——樣品水浴振蕩反應20 min時所分解所得的葡萄糖總量，mg。

2.3 SDS的測定方法比較

體外測定慢消化淀粉含量的方法見表1。

表1 體外測定慢消化淀粉含量的方法

Englyst法是采用3種酶的混合酶液來模擬淀粉樣品進入到胃和腸道內被消化、酶水解成為葡萄糖的過程，同時又使用葡萄糖氧化酶法準確測定SDS含量，所以Englyst法測得的SDS的含量與體內法比較接近。其次，2種體外法所參與酶解的酶液相比Englyst法有所欠缺，水解后產生的物質不僅有葡萄糖，還有多種其他糖，如麥芽糖、糊精，而葡萄糖試劑盒法和DNS法都只能測出樣品中還原糖含量，不能檢測出全部的水解產物，但Miao法所用的酶更加接近Englyst法的酶，所以Guraya法測得的SDS含量與體內法相比較偏低。體內法是將人體作為研究對象，結果較為精準[24]，但由于人體健康造成損傷和體內法較高的測試費，體內法作為常用的測定方法并不適宜。因此，4種方法中最適合用于測定SDS含量的方法是Englyst法。

3 SDS在食品加工中的應用

當前，追求健康和營養的均衡飲食已成為食品消費的新潮流。SDS具有特別的營養及代謝特性，高含量的SDS使得碳水化合物在人體內有規律及持續地吸收和釋放，并最終獲得適當的血糖和胰島素應答，SDS還可維持飽腹感，降低饑餓感。因此，在食品中用適量的SDS取代面粉，這不會使食品的感官和品質有較大改變，還能賦予食品特定的功能特性。

SDS作為一種優質食品添加劑或功能配料可用于面包、餅干、披薩、薯條、發酵飲料、糖果、餡料、奶酪、冰激凌等食品的制作中。現今，商業開發成功的產品主要為餅干，如法國達能研發中心開發出了低GI和高SDS的EDP系列餅干、億滋國際開發的belViTa焙朗早餐餅。目前，關于SDS在食品中的應用更多的研究還停留在實驗室階段。國內很多學者將不同來源淀粉制備得到的SDS開發制作餅干，鮮見有將其開發出面包產品的報道。國外圍繞SDS在食品中的應用報道則較多。Agama-Acevedo E等人[25]發現曲奇餅干中添加了富含直鏈淀粉的香蕉淀粉后，其SDS含量增多。Román L等人[26]在研究制作面包時發現擠壓香蕉淀粉不僅不會影響面包的感官，還會因其促進SDS的形成而使其表現出緩慢消化的特性。Giuberti G等人[27]研究指出面包中SDS生成量與添加的玉米淀粉（直鏈淀粉含量高）的比例呈正比，且血糖生成指數也逐漸變小，他們認為該款面包具有潛在的功能特性。Lu Z H等人[28]發現以膠囊化的豌豆淀粉制作的豌豆面包可以顯著提高SDS含量（23.9%），遠高于白面包（0.2%），并顯示出良好感官品質和消費者可接受的風味。Martínez M M等人[29]報道了低水分面包更有利于SDS的生成，SDS含量的增加會提高面包的健康功能。

4 結語

近年來，國內外學者在SDS制備、檢測分析等方面的研究取得了一定進展。SDS作為一種新型的食品資源，市場應用潛力巨大。將來，對兼具營養與功能的SDS研究會日益增多。研究重心應聚焦在SDS制造技術、SDS結構與生理功能及SDS在食品等領域的應用等方面。