抗性糊精的生產方法及應用概述

李澤潤，朱坤福，田延軍，聶玉朋，孫萍，王珊珊，祝蕾，徐慧*

(1.齊魯工業大學(山東省科學院) 山東省食品發酵工業研究設計院，濟南 250013；2.山東朱氏藥業集團有限公司，山東 菏澤 274300)

作為七大營養素之一的膳食纖維在清除食物中有害成分和致癌物質等方面起著重要作用，對于腸道類疾病的預防和治療以及健康減脂具有重要意義。世界衛生組織建議成人每天平均攝入37 g膳食纖維，在追求健康飲食的今天，膳食纖維生產穩步提高，應用日益廣泛。抗性糊精作為膳食纖維的一部分，在含有α-1,2-糖苷鍵、β-1,6-糖苷鍵和葡聚糖等基礎上，還含有許多特殊結構，賦予了抗性糊精特殊功能。由于抗性糊精淀粉原料、生產方法等的不同會得到不同純度和性質的抗性糊精，優化抗性糊精工藝及不同原料生產抗性糊精是目前的研究熱點。因抗性糊精具有微甜、耐酸、耐壓、耐熱、耐冷凍、低褐變、耐儲藏等性質，添加到食品中不會大幅改變食品的品質，作為調味品其市場潛力廣闊。因此近幾年抗性糊精在食品中的應用呈現多領域、穩增長的趨勢。文章概述了抗性糊精的生產方法、現行主要應用及未來應用發展趨勢。

1 抗性糊精生產方法

1.1 酸熱法制備抗性糊精

抗性糊精起源于日本，20世紀80年代由日本松谷化學工業株式會社開發出抗性糊精生產方法。酸熱法產生焙燒糊精并溶解于水中，用α-淀粉酶水解，經過后續精分、脫色、干燥等工序制得難消化的糊精。以傳統玉米淀粉為原料，采用化學改性的方法制備抗性糊精會產生一定污染，同時也存在反應不均勻的現象。呂行等[1]的研究以小麥淀粉為主要原料,采用“干熱三步法”制備抗性糊精, 最終確定最優條件為：預加熱185 ℃維持40 min,加熱225 ℃維持75 min，得出抗性糊精含量為84.22%。此法無化學試劑添加和廢水產生, 提高了抗性糊精的產量和轉化率,而且減少了傳統制備方法對環境帶來的污染和原材料的浪費。

1.2 原料改性法輔助制備抗性糊精

部分酶已被用于增加碳水化合物線性鏈的數量，線性鏈很容易形成緊密堆積的晶體，增加了酶水解的抗性。抗性糊精原料處理過程中Xie等[2]采取異淀粉酶和淀粉糖苷酶用于脫支支鏈淀粉，支鏈淀粉在蠟質淀粉中釋放的相對短而線性的鏈容易形成晶體，制備的抗性糊精晶體具有較高的熱穩定性和有限的消化率。

1.3 其他因素輔助制備抗性糊精

1.3.1 微波輔助制備抗性糊精

微波輔助生產制備逐步應用于目標物的制備、提取等各環節，苦蕎中多糖的提取[3]證明微波輔助提取優于傳統的熱水、超聲、堿水提取。與傳統的加熱方法相比，微波加熱優勢在于低成本、高效率、無污染，在探索抗性糊精制備方法中被廣泛應用。吳勝旭等[4]采用微波-乙醇沉淀法生產抗性糊精，確定生產最佳條件為：加熱時間10 min，乙醇體積分數75%，微波功率520 W，所得抗性糊精含量為84.5%。抗性糊精得率較以往顯著提升，并且生產過程中污染少。通過微波預處理-酶解的方式制備山藥抗性糊精研究中發現，生產得到的山藥抗性糊精分子量約為4000 Da，具有較好的溶解性和熱穩定性，對人造胃液和小腸液具有很強的抗消化性能。與傳統的高溫加熱相比，微波輔助的缺點是不利于保留產物本身的氣味和色澤，故微波加熱輔助制備還有待突破。

1.3.2 高溫、微波、超聲聯合處理輔助制備抗性糊精

高溫、微波、超聲等物理手段輔助生產抗性糊精會有增產的效果，但是其中兩者聯用或者單用一種都會對產物產生一定的影響，比如傳統高溫可能會導致受熱不均勻，微波輔助加熱的感官指標下降等問題。顧品品等[5]對比了超聲、微波、高溫3種處理方式制備紅香母芋抗性糊精的得率、白度及理化性質。結果表明，抗性糊精含量均有所提高且白度降低，確定以紅香母芋為原料的抗性糊精最佳制備工藝參數為：1%鹽酸添加量15%，超聲(200 W)處理 30 min后再微波(600 W)處理10 min，此時樣品中抗性糊精含量(干基)可達27.87%，白度為85.22。

1.3.3 酶法輔助制備抗性糊精

抗性糊精生產研究不再單獨局限于傳統生產上使用的淀粉酶，改變酶種類、作用條件、作用溫度及時間均是研究方向。徐慧等[6]采取響應面法優化抗性糊精生產工藝,建立抗性糊精二次多項擬合方程及三維響應面圖，得出影響抗性糊精產率因素次序為：α-淀粉酶作用溫度>α-淀粉酶添加量>轉苷酶作用溫度>轉苷酶添加量。該方法最佳酶解工藝為α-淀粉酶作用溫度94 ℃,α-淀粉酶添加量0.4%，轉苷酶作用溫度56 ℃,轉苷酶添加量0.3%。在此優化工藝條件下,抗性糊精產率為82.56%。

1.3.4 食用油輔助導熱制備抗性糊精

10月26日，中國飼料工業協會批準發布《仔豬、生長育肥豬配合飼料》、《蛋雞、肉雞配合飼料》兩項團體標準，下調了飼料中粗蛋白比例下限，同時增設了上限規定。

基于傳統干熱法、酶法、微波輔助法產生的受熱不均勻導致淀粉不能均勻反應甚至淀粉原料碳化的問題，馬夢垚等[7]加入食用油的輔助導熱工藝能夠有效提高熱利用率，低成本下顯著提高了抗性糊精含量和產率，得到的最佳工藝條件為：鹽酸加入量10%，反應溫度 180 ℃，反應時間30 min，食用油添加量130%。在該條件下，產品抗性糊精含量為81%，產率為74.1%。該條件下得到的抗性糊精理化、微生物等指標均符合國家標準，為工業化高效生產抗性糊精提供了新思路。

1.3.5 基因工程輔助制備抗性糊精

提升抗性糊精的抗性成分是提高抗性糊精產品質量的重要路徑之一，劉軍等[8]利用源于Thermusthermophilus的淀粉分支酶TtSBE，通過基因工程的方法構建重組大腸桿菌并使之高效表達。溫度為60 ℃，pH為6.5，加酶量為3000 U/g，以2%的焦糊精作為底物，該酶制備的抗性糊精較焦糊精原料中的抗性成分含量提高了7%，抗性糊精質量大幅提升。基因工程還可以輔助提升抗性糊精產品的抗消化率，將源于發酵乳桿菌的4,6-α-葡萄糖基轉移酶轉入到枯草芽孢桿菌[9]，重組后生產的4,6-α-葡萄糖基轉移酶酶活為2031 U/mL，加入生產過程中得到的抗性糊精平均分子量為1000～4000 Da，到達腸道系統前幾乎不消化，并且該方法轉化效率高，生產時間短，可用于工業化制備抗性糊精。

2 抗性糊精的應用

2.1 抗性糊精在食品中的應用

抗性糊精自20世紀80年代問世后在食品等領域均有應用，逐漸成為常用的食品添加劑及調味品，也為保健品、醫藥、新材料、特醫食品等領域提供了新思路、新啟發。

2.1.1 抗性糊精在乳制品中的應用

抗性糊精在乳制品應用中可以代替部分蔗糖生產低糖乳制品，在酸奶發酵中可以激發發酵菌種的生物活性，發酵效率明顯增高。Barczynska等[10]以馬鈴薯淀粉渣和濃縮紅葡萄為原料，研制了蔬菜類酸奶飲料。結果表明，馬鈴薯淀粉糊化后產生的抗性糊精被酒石酸修飾后，乳酸含量及植物乳桿菌活力明顯優于對照組，該環境下植物乳桿菌發酵保留了78%以上的初始多酚，營養更全面。

2.1.2 抗性糊精在面制品中的應用

2.1.3 抗性糊精在酒類及飲料制品中的應用

基于抗性糊精溶解后能顯著降低其表面張力這一獨特性質，可以改變米酒、紅酒酒類感官性能，提升酒類口感，提高酒溶液穩定性。Mateo-Gallego等[12]研發的異麥芽糖和抗性糊精的無酒精啤酒可有效降低受試者血糖，添加抗性糊精后受試者血漿中血糖可降低18%，顯著高于對照組，兩者還具有協同作用，對包括葡萄糖在內的整體代謝有影響。這種含有改良碳水化合物的無酒精啤酒可以通過改善血糖管理成為健康飲食的一部分，同時也增加了高血壓、糖尿病等疾病營養療法的適口性。抗性糊精具有微甜、熱量低的性質，故也被應用在生產無糖功能飲料中，多數企業已經投入生產。

2.1.4 抗性糊精在添加劑中的應用

抗性糊精具有廣闊的食品應用前景，但目前針對抗性糊精在食品中的應用研究主要集中在乳制品、面制品、酒類等方面，對食品添加劑方面的應用及在肉制品中的應用研究空間廣闊。在傳統肉制品中加入抗性糊精可以使其持水性更強，抗性糊精作為調味品在增進口感的同時也能帶來一定的商業價值。在低脂纖維熏煮香腸的研究中[13]，用抗性糊精及親水性膠體代替傳統熏煮香腸中熱量較高的肥膘肉、雞皮等材料，使產品更健康的同時帶來更溫和的口感。抗性糊精與肉制品常用添加劑κ-卡拉膠凝膠之間存在交互作用，詹偉等[14]在κ-卡拉膠凝膠中加入抗性糊精，研究發現抗性糊精對κ-卡拉膠凝膠在凍融循環系統中析出水分明顯減少，且呈正相關；另外，抗性糊精添加量為4%時κ-卡拉膠凝膠壓縮模量達到最大值43.83 kPa。其他結果表明，抗性糊精的加入使κ-卡拉膠凝膠的蜂窩狀結構變得更加光滑致密并且可以改善κ-卡拉膠凝膠的凝膠特性。抗性糊精給予κ-卡拉膠凝膠許多優良性質，在肉制品冷凍存儲、火腿腸加工、牛排拼接等方面的應用中前景廣闊。目前還沒有文獻證明抗性糊精對肉制品中常用的大豆蛋白、鹽類等添加劑及調味品是否有影響，這些方面均是可研究方向。

2.2 抗性糊精在醫藥中的應用

當下由于飲食條件快速發展，糖尿病已成為世界十大慢性疾病之首。我國已成為世界上糖尿病患者人數最多的國家，預計2028年我國糖尿病患者總數將超1.49億人，飲食控制糖尿病已刻不容緩。抗性糊精在臨床研究中被證明可以改善2型糖尿病，減輕HFD喂養小鼠的肥胖和脂肪組織炎癥。基于抗性糊精能抑制人體小腸對各種糖類的消化吸收，能明顯抑制血糖和胰島素上升。大量研究表明，與空腹血糖相比，餐后血糖水平與罹患心血管疾病風險和全因死亡率風險之間存在更強的相關性[15]，這可能是急性高血糖發作引起的氧化應激和內皮細胞損傷所致，增加猝死率。包括抗性糊精在內的益生元則可以有效控制血糖水平，關于益生元的研究已成為熱點，更多添加益生元的食品也會相繼研發，未來益生元飲品或片劑中也一定會有抗性糊精的加入。Mahdieh Abbasalizad Farhangi等[16]研究發現抗性糊精在沒有任何副作用下可以改善2型糖尿病婦女的晚期糖基化終末產物以及血糖狀態、血脂、收縮壓、動脈粥樣硬化指數、代謝性內毒素血癥、炎癥和氧化劑、抗氧化劑生物標志物等，可以作為治療2型糖尿病及其并發癥的關鍵成分。

2.3 抗性糊精在保健品中的應用

功能性低聚糖[17-18]作為綠色食品輔料或食品調味品、添加劑被廣泛運用于功能性食品中，其調節腸道、降糖降脂、免疫調控、促進吸收等作用逐步得到市場的認可。功能性低聚糖的各類保健品中降糖類保健品在市場中不單單得到糖尿病人的認可，在追求健康飲食的今天，少糖或無糖食品未來會有巨大市場潛力，添加抗性糊精的降糖食品也會占有可觀的市場份額。鄧宇薇等[19]以抗性糊精復合乳清蛋白粉、大豆蛋白粉、啤酒酵母粉和魔芋粉為主要原料開發低血糖指數的膳食纖維維生素營養強化粉，最終經臨床驗證，該膳食纖維維生素營養強化粉的血糖指數僅為31.3，屬于低血糖指數食品，各項指標均符合國家標準。傳統降糖成分受限于作用劑量或不良風味，可開發利用的保健品或藥品品種單一，抗性糊精復配傳統降糖成分可保證相關效果的前提下帶來更優良的性質。喬峰等[20]將抗性糊精及可以促進胰島素分泌并保護胰島細胞的青錢柳提取物進行復配，研究發現對正常大鼠血糖沒有顯著影響。但是對于胰島素抵抗糖及脂代謝紊亂大鼠，合用高劑量組的空腹血糖、餐后0.5 h血糖、餐后2 h血糖、血糖AUC、甘油三酯和膽固醇指標與模型組相比均有明顯下降，由此可見青錢柳提取物與抗性糊精合用后具有顯著的降血糖和降血脂作用，但兩者最優配比還需進一步研究。

抗性糊精經人體攝取后大部分會進入腸道，與雙歧桿菌等益生菌作用后產生大量短鏈脂肪酸，如乙酸、丁酸和丙酸等可以降低血壓，其中丁酸已被證實可抑制上皮細胞惡化，誘導腫瘤細胞向正常細胞轉化，抑制結腸癌等。目前針對抗性糊精與癌癥之間直接聯系的研究還沒有文獻支撐，但抗性糊精基于自身優良性質在開發抑癌保健品應用中要優于部分膳食纖維。

2.4 抗性糊精的其他應用

在多藥耐藥(MDR)對傳染病管理構成嚴重威脅的背景下，抗生素的緩慢發展和耐藥機制的獲得使得研究人員將重點放在開發具有多位點廣譜活性的新型化療藥物上。Hasan Imran等[21]以糊精為原料，對聚甲基丙烯酸甲酯接枝納米銀進行環保型綠色合成，被測試的病原體的生物膜都減少了約70%以上，對抑制多藥耐藥(MDR)有重要意義，也為抗性糊精應用于新領域提供了新啟發。抗性糊精相比于益生元纖維、低聚果糖等是最佳的助干劑，作為噴霧干燥濃縮石榴汁的干燥助劑效果更佳[22]，還可以用于各種果汁中替代麥芽糊精，所制得的益生元粉可用于研制新型功能性食品。抗性糊精還具有獨特的分子結構空間，在參靈斛保健含片的制備中可以作為非常理想的全粉末壓片的填充輔料，這為藥品及保健品等的片劑結構創新提供了新材料。

3 展望

抗性糊精目前全球的市場份額中北美最多，其次是歐洲和中國，隨著研究深入、全球產能轉移及東方國家飲食習慣改變，未來抗性糊精在亞洲市場份額會逐步提升，抗性糊精生產工藝會繼續完善。源頭方面，抗性糊精生產原料來源廣泛，帶動小麥、玉米、高粱等農產品種植量提升甚至推動改變原料植株基因，研發利于糊精生產的淀粉。應用方面，基于抗性糊精有著諸多優良性質，其在改善腸道功能的食品藥品及糖尿病人食用的特殊食品中的應用會穩步增長，未來抗性糊精在乳制品、面制品、飲品等食品工業中的應用會越發廣泛。作為調味品，抗性糊精在促進人體健康的同時還摒棄了傳統膳食纖維在口感、成形性、質地、加工性等方面的不足，提高了最終產品的食用質量。抗性糊精的研究在繼續滿足現代飲食需要的同時，也將帶來更高的生產效益、市場份額及商業價值。