抗性淀粉的生理功能及其在食品中的應用

費洪立，李志江,4，阮長青,4, ，張東杰,4,

（1.黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江大慶 163000；2.黑龍江省農產品加工與質量安全重點實驗室，黑龍江大慶 163000；3.國家雜糧工程技術研究中心，黑龍江大慶 163000；4.黑龍江省雜糧加工及質量安全工程技術研究中心，黑龍江大慶 163000）

淀粉多存在于綠色植物的果實、種子、塊莖和塊根中，是自然界中含量很豐富的一類碳水化合物，也是膳食中不可或缺的原料。根據淀粉在體外消化速率的不同，將淀粉分為三類：快速消化淀粉（RDS）、緩慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）?？剐缘矸垡卜Q抗酶解淀粉，它雖不能在人體小腸中消化吸收，卻可在大腸中被發酵產生對人體有益的短鏈脂肪酸及其降解產物，起到預防腸道疾病、降低膽固醇、抑制脂肪堆積、促進礦物質、維生素的吸收利用以及降低大鼠胃損傷程度等作用?？剐缘矸劬哂休^低的血糖生成指數，可以有效地穩定餐后血糖、控制體重，比膳食纖維有更為廣泛的保健作用。此外，抗性淀粉具有不溶于水、熱穩定性高、持水性低以及熱量低等較好的理化性質，作為新型的、具有保健功能的“食品添加劑”加入到食品中，起到增加食品的脆性、減少食品的膨脹度、改善食品口感等作用。本文重點介紹抗性淀粉的生理功能及其在食品工業中的應用。

1 抗性淀粉的生理功能

1.1 預防腸道疾病

許多微生物在腸道中形成復雜的腸道微生物群落，在人體健康方面發揮著至關重要的作用，研究發現，RS 被腸道微生物發酵產生氣體和短鏈脂肪酸、乳酸、琥珀酸等代謝產物，氣體能使糞便變得疏松，有利于預防便秘、盲腸炎、痔瘡等腸道疾病。短鏈脂肪酸可促進結腸和盲腸細胞的生長繁殖，增加與腸道發育有關的基因的表達，創造酸性環境，抑制病原微生物的生長，并且酸性環境會降低與結腸內次級膽汁酸生成有關的酶的活性，從而預防結腸癌等腸道疾病。

抗性淀粉經腸道菌群發酵后形成的粗糙結構可保護腸道有益菌免受酸性環境的影響，可以作為益生菌生長和生存的基質，選擇性地促進有益微生物的生長。分別使用含有快速消化淀粉和抗性淀粉的飼料喂養小鼠，考察其對腸道菌群的影響，結果表明，含有抗性淀粉的飼料組能夠顯著地升高放線菌門、擬桿菌門的含量，降低變形菌門、厚壁菌門的含量。Zhou 等研究發現，蓮子抗性淀粉能夠促進雙歧桿菌增殖，是因為抗性淀粉表面的粗糙結構有利于菌的黏附，并且抗性淀粉降解產生的短鏈脂肪酸能夠刺激雙歧桿菌使其增值。另外，由于抗生素的安全問題，在飼料中添加抗生素被一些國家禁止。使用抗性淀粉作為抗生素的替代品，可以通過修飾和穩定腸道微生物群落、改善宿主的免疫狀態來改善腸道健康和功能。在各項研究中發現，在抗性淀粉攝入量較低或平均水平的人群中，將抗性淀粉攝入量增加一倍，可將結腸癌的風險降低40%。

因此，抗性淀粉能夠促進腸道有益菌的生長、抑制有害物質的產生、穩定腸道微生物群落，進而發揮益生作用，以改善腸道環境、預防腸道疾病。

1.2 穩定餐后血糖

近年來，血糖生成指數（GI）概念在糖尿病和體重管理方面引起了公眾和商業的極大興趣，GI 是指一種食品提高餐后血糖水平的能力，高GI 食物會迅速地將葡萄糖釋放到血液中，而低GI 食物會緩慢地將葡萄糖釋放到血液中，可以改善血糖和胰島素反應。在健康受試者中，與富含抗性淀粉的面包相比，白小麥面包的血糖生成指數更高，因此，富含抗性淀粉的食物可有效降低血糖指數，在控制糖尿病的代謝方面發揮重要作用。

一方面，抗性淀粉在小腸中不被消化吸收，可以作為緩慢釋放葡萄糖的載體，控制體內葡萄糖釋放、穩定餐后血糖。王蕾蕾等在研究中發現，食用高抗性淀粉大米的糖尿病患者與食用普通大米的糖尿病患者相比，體脂、空腹血糖及餐后兩小時血糖顯著降低，說明含高抗性淀粉的大米消化吸收較慢，可有效降低血糖生成指數和糖尿病患者血糖濃度。同時，Hughes 等連續一周給參與者提供富含抗性淀粉的小麥卷，發現參與者體內的血糖和胰島素反應顯著低于傳統小麥卷。另一方面，抗性淀粉發酵產生的短鏈脂肪酸可增加胰島素敏感性，改善糖耐量，減少細胞凋亡。王竹等分別讓受試者食用抗性淀粉、可消化淀粉、葡萄糖，測定餐后胰島素，結果表明抗性淀粉的ins/glu（胰島素/血糖，表示機體對胰島素的敏感性）明顯低于可消化淀粉與葡萄糖。抗性淀粉還可降低脂肪組織中的CD11c（補體受體4）的表達，誘導巨噬細胞滲入脂肪組織，促進致炎因子IL-1、IL-6、TNF-的釋放，導致機體發生胰島素抵抗從而影響餐后血糖水平和胰島素分泌。另外，有其他研究發現，抗性淀粉的降糖作用是通過下調關鍵酶磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（PEPCK）和葡萄糖-6-磷酸酯酶（G6Pase）的表達水平來調節葡萄糖代謝與糖異生，促進葡萄糖代謝與肝糖原合成，降低血糖值。

綜上所述，長期攝入含有抗性淀粉的食物有助于糖尿病患者穩定餐后血糖、改善其過氧化應激狀態，防止并發癥的發生和發展。

1.3 降低膽固醇、減少膽結石形成

膽固醇又稱膽甾醇，是動物組織細胞不可缺少的重要物質，不僅是細胞生物膜的成分，也是類固醇激素、膽汁酸及維生素D 的前體物質，盡管膽固醇在人體內具有重要的生理作用，但是對于大多數組織來說，保證膽固醇的供給，維持其代謝平衡是十分重要的，高脂肪、高熱量食物的過度攝入改變了血漿中總膽固醇和甘油三酯的水平，成為了高脂血癥的重要影響因素。在大鼠實驗中，抗性淀粉飼料（25%生土豆）增加了短鏈脂肪酸的攝取，并顯著降低血漿總膽固醇（TC）和甘油三酯（TG）水平，因此，抗性淀粉對降低膽固醇有積極的作用。

一方面，抗性淀粉發酵產生的丁酸通過增強膽汁酸鹽水解酶的活性進而增加糞便中游離脂肪酸的排泄，使膽汁醇酸類化合物發生排泄亢進，導致生物合成基質供給速度不平衡，從而影響機體對脂質吸收，減少血液中膽固醇含量。Decker 等給大鼠喂食不同劑量的抗性淀粉，研究結果顯示，抗性淀粉組的大鼠糞便中的膽汁酸增加，血液膽固醇和甘油三酯水平顯著降低。另一方面，血清中的丙酸含量與抗性淀粉的攝入量成正相關，研究發現，丙酸具有較好的調節脂質代謝作用。丙酸對大鼠血清和肝臟脂質濃度影響的結果表明，丙酸是一種纖維發酵的代謝產物，可以介導某些可溶性植物纖維的一些低膽固醇的作用，降低大鼠低密度脂蛋白膽固醇、肝臟膽固醇、TC 和TG 含量。

因此，抗性淀粉發酵產生的大量短鏈脂肪酸中，丙酸起到了降低膽固醇的主要作用，并且影響脂質吸收與脂肪酸合成。然而，有其他研究報道了抗性淀粉的攝入對人類總膽固醇水平的影響非常小，因此，還需要更多的研究來更好地理解抗性淀粉對人體脂質代謝的影響。

除此之外，抗性淀粉還可通過減少膽固醇合成，從而降低膽結石發病率，如中國、印度、美國、澳大利亞這四個國家飲食不同，膳食纖維中抗性淀粉的攝入量有很大區別，導致膽結石的發病率有顯著差異[39]。

1.4 抑制脂肪堆積

肥胖是一個世界性的公共衛生問題，作為一種典型的代謝綜合征，會增加患有心血管疾病、肝病以及癌癥的風險。據報道，抗性淀粉可抑制脂肪堆積，預防肥胖。

一方面，抗性淀粉發酵產生的短鏈脂肪酸可抑制糖原分解，增加脂肪氧化。Higgins 等在研究RS 對餐后脂肪氧化的影響時發現，將膳食總碳水化合物的5.4%替換成抗性淀粉后，餐后脂肪氧化顯著增加，證明了抗性淀粉在減少脂肪積累中的積極作用。另一方面短鏈脂肪酸還會促進抗肥胖激素的產生，如肽YY（PYY）和胰高血糖素樣肽-1（GLP-1），抑制食欲相關基因的表達，在脂肪堆積中發揮積極作用。Li 等探討了紫山藥抗性淀粉對高脂血癥倉鼠脂質代謝的干預作用，高劑量抗性淀粉組比低劑量抗性淀粉組更有效的控制倉鼠體重和脂肪組織質量。邱敏懿等將抗性淀粉分為高、低劑量組喂食肥胖小鼠，8 周后，發現抗性淀粉高劑量能顯著降低小鼠體質量、脂肪質量及體脂率，因此認為抗性淀粉具有良好的抑制脂肪堆積作用，且以高劑量組為佳。

已有大量研究表明抗性淀粉具有益生菌功能，能夠抑制脂肪堆積、預防肥胖，但仍需對其抗肥胖相關代謝參數、菌群及相關代謝產物進行系統研究。

1.5 促進礦物質、維生素的吸收利用

抗性淀粉的攝入能夠促進礦物質、維生素等營養物質的吸收利用，特別是鈣、鎂、鐵、鋅。一方面，抗性淀粉發酵產生的短鏈脂肪酸降低了腸道內的pH，促使礦物質變成可溶性物質，從而增加了礦物質的吸收率。將抗性淀粉以不同比例加入到基礎飼料中喂養大鼠，隨著飼料中抗性淀粉添加量的增大，盲腸內容物中鐵的溶解度逐漸增加，從而增加了鐵的吸收率，說明抗性淀粉可促進人體對鐵的吸收，對改善鐵缺乏具有積極作用。另一方面，短鏈脂肪酸可加快腸道上皮細胞的增殖速度，使腸壁增大、吸收無機鹽的表面積增大，從而促進礦物質的吸收利用。Morais 等發現抗性淀粉能明顯促進腸道對鈣離子和鐵離子的吸收。在另一項研究中，研究人員比較了抗性淀粉和可消化淀粉對鈣、磷、鐵和鋅等礦物質的吸收情況，結果表明，與完全可消化淀粉相比，富含抗性淀粉的飼料顯著提高了鈣和鐵的表觀吸收。

此外，抗性淀粉還能促進鉛從體內排出，因為體內鈣、鐵、鋅的增加，從而能競爭性抑制鉛的吸收。并且抗性淀粉對鉛有較好的吸附能力，可使鉛在盲腸與其中的微生物結合而隨糞便排出體外。楊參在研究中發現，甘薯抗性淀粉對鉛的吸附率為62.4%，而糊化淀粉為25.8%，生淀粉為38.9%，說明抗性淀粉對鉛有較強的吸附能力，對于鉛中毒大鼠具有明顯的促排鉛作用。

1.6 降低胃損傷程度

胃損傷是一種常見的消化系統疾病，世界人口中有5%～10%受到此疾病或其并發癥的影響。一次過量攝入高濃度的酒精會引起許多代謝障礙和功能變化，引起急性胃黏膜發炎，使胃黏膜失去彈性，出現片狀出血和嚴重的糜爛，造成嚴重的胃損傷。

一方面，不被消化的抗性淀粉進入排泄物，稀釋無法代謝的有害物質，減少腸胃的運轉時間，加速胃排空，胃排空運動可以減少乙醇在胃黏膜上的作用，有助于降低胃部所受的損害。另一方面，抗性淀粉發酵產生丁酸通過結腸壁被吸收后進入血液循環，可以為肌肉和上皮提供能量，增強免疫調節功能并且降低誘變物的潛在毒性，從而產生胃保護作用。騫宇等發現抗性淀粉能夠顯著提高HCl-乙醇誘導SD 大鼠胃損傷的抑制率，減少胃液的分泌量，降低SD 大鼠胃損傷程度，表現出一定的胃損傷預防效果。除此之外，曹承嘉研究發現，抗性淀粉對乙醇誘導的急性酒精性胃損傷有一定的預防作用，與調節氧化應激、炎癥因子和改善中性粒細胞浸潤有關，抗性淀粉預處理能顯著降低胃損傷程度，改善胃黏膜出現的出血及糜爛狀態，抗性淀粉高劑量組最高可達到50.77%的胃保護率（表1）。

表1 抗性淀粉的生理功能Table 1 Physiological functions of resistant starch

2 抗性淀粉在食品中的應用

2.1 在酸奶制品中的應用

酸奶是我國乳制品中產量增長最快的品種，有促進胃液分泌、提高食欲、加強消化等功效。抗性淀粉應用于酸奶制品中可進一步提高酸奶的營養價值、增強酸奶保健功能。一方面，抗性淀粉是雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌繁殖的合適底物，含抗性淀粉的酸奶中乳酸桿菌的數量明顯高于對照組，并且進入人體后菌體的存活率顯著提高，增強了酸奶的保健功能。

另一方面，抗性淀粉的加入可以提高酸奶的粘度、改善酸奶的感官品質，將抗性淀粉作為增稠劑添加到攪拌型酸奶中，可增加酸奶的不透明度和懸浮度，影響酸奶的乳清析出量，比普通酸奶的口感更加順滑，酸甜適口，感官品質達到最佳。因此，將抗性淀粉添加到酸奶中，既提高酸奶中菌種存活率、又可很好的提高酸奶的品質，具有更強的益生菌作用。

2.2 在油炸食品中的應用

油炸是一種常見的烹飪方法，油炸過程中會發生淀粉糊化、蛋白質變性和非酶褐變等營養品質下降的變化。在油炸食品中添加部分抗性淀粉，可避免油炸食品發生營養成分的不利變化。

為了達到改善產品質量并實現低脂化的效果，可將抗性淀粉添加到油炸食品中，抗性淀粉含量與直鏈淀粉含量呈正相關，而直鏈淀粉可以抑制淀粉顆粒結構的解體，提高油炸食品的酥脆度。同時，由于美拉德反應和焦糖反應，抗性淀粉的添加可以提高油炸后食品外殼的黃度值和脆性。此外，抗性淀粉具有較高的耐熱性，在高溫下幾乎沒有損失，符合油炸所需高溫。因此，將抗性淀粉加入到油炸食品中，使產品外觀顏色更加鮮亮，口感更加松脆，同時實現低脂、高纖維，避免油炸食品營養流失。

2.3 在面制品中的應用

將抗性淀粉添加到面包、饅頭、餅干、面條等面制品中，充分滿足了不同層次人群對健康飲食的需求。使用部分抗性淀粉替代精制面粉制作面包，可有效降低健康成年人餐后的葡萄糖和胰島素反應，提高食物中膳食纖維含量，并且對面包的感官品質無明顯影響。郝欣等依據感官評定標準進行評價，出于對肥胖者飲食、營養需求的考慮，以青香蕉粉為主要原料，制作出了一款健康營養的代餐餅干。另外，抗性淀粉會影響面團的流變學特性，面團的吸水率會隨著抗性淀粉的增加而提高。將5%的抗性淀粉加入到面條中，可降低面條的黏彈性，有利于減少咀嚼，增加飽腹感，降低人體內可消化碳水化合物的攝入量，并且對面條的烹煮特性影響不大。因此，在面制品中添加適量的抗性淀粉，能夠使面食制品的性能風味更佳，更能滿足消費者的需要。

2.4 在肉制品中的應用

肉制品是指用畜禽肉為主要原料，經調味制作的熟肉成品或半成品。將抗性淀粉代替部分淀粉加入到香腸中后，發現肉糜的保水性逐漸提高，當抗性淀粉的替代量為80%時，香腸的硬度和彈性都達到最佳，綜合品質達到最好?？剐缘矸奂尤氲较隳c中可以達到保水保汁、增加肉制品的彈性等效果，一方面，因為抗性淀粉顆粒的強滲透性，使得體系中的游離水滲入抗性淀粉顆粒中，并與抗性淀粉分子中游離的羥基形成氫鍵水合物，使體系中的游離水分會顯著減少、結合水增加，肉糜的保水性提高。

另一方面，因為抗性淀粉與肉中的肌球蛋白形成凝膠，抗性淀粉的親水性和凝膠內部水的流動性有助于保留肉制品的水分和汁液。例如將玉米抗性淀粉加入到雞肉中，發現抗性淀粉可以吸收凝膠混合體系中的水分從而降低內部凝膠的流動性，形成連續、致密、均勻的三維網絡結構，增強凝膠強度。通過以上研究可以發現，將抗性淀粉應用到肉制品中，可以提高產品的彈性、凝膠強度并且起到抑制脂質氧化的作用（表2）。

表2 抗性淀粉在食品中的應用Table 2 Application of resistant starch in food

3 結論與展望

抗性淀粉作為一種新型膳食纖維，既可以作為輔料用于食品，也可以作為原料加工利用，具有預防腸道疾病、穩定餐后血糖、降低膽固醇、抑制脂肪堆積、促進礦物質、維生素的吸收利用和降低胃損傷程度等生理功能，應用在食品工業中能夠增加食品的脆性、改善色澤和降低膨脹度等，并且抗性淀粉對食物感官特性的影響較小，對保障機體健康有著積極的影響。

抗性淀粉在結腸發酵、短鏈脂肪酸的產生以及某些基因表達水平的調控發揮作用，但在生化和分子機制的研究還不夠明確。不同食物來源的抗性淀粉生理功能是否存在差異，以及抗性淀粉與脂類、果膠及蛋白等形成復合物的加工特性有待進一步研究。此外，有研究表明抗性淀粉可能與減少組織學損傷和改善炎癥性腸病有關，因此，可將抗性淀粉加入到臨床治療中，使其作為一種聯合治療手段以放大治療效果，但仍需進行嚴格的臨床研究。未來，基于消費者對于抗性淀粉的特定需求，進一步開發功能性食品，以期發掘抗性淀粉在醫藥、飼料等其他行業的潛在應用價值。