抗性淀粉與人類健康

◎ 楊子姍，鄭錦玲，徐 率，王孟宇，張艷青

（云南農業職業技術學院，云南 昆明 650212）

伴隨著科技的進步，人們對營養和健康的認識正在發生深刻變化。尤其是隨著現代生物學和醫學領域的不斷發展，與免疫、優生、抗衰老、疾病治療等關系密切的一些特殊營養素受到了營養學研究的高度重視。數據表明，我國糖尿病發病率呈快速上升趨勢，1980年我國糖尿病患病率不到1%，2000年達到5.5%，到2010年已超過美國，達到11.6%[1]。目前，我國糖尿病總人數已超過1億，糖尿病成為我國最嚴重的公共衛生問題之一[2]。淀粉作為人類膳食結構中最常見的物質和最重要的碳水化合物來源，在保障人類正常生命活動中具有不可替代的作用。研究表明，淀粉的種類、結構以及加工方式不同，在小腸內的消化速度不同，血糖生成指數存在較大差異，從而對血糖穩定和脂肪代謝影響較大[3]。因此，合理的飲食調控是糖尿病較為有效的輔助治療手段[4]。抗性淀粉本質上屬于難消化淀粉，熱穩定性好，對人體的營養健康作用與膳食纖維相似，但在生理功能和食品加工特性等方面存在一定區別。隨著研究工作的不斷深入，抗性淀粉對人類健康的重要作用和功能不斷被挖掘，抗性淀粉相關研究已成為近年來國內外食物與健康領域研究的熱點。以我國為例，根據CNKI文獻庫統計，近10年來我國有關抗性淀粉研究的文獻每年都在80篇以上。本文就抗性淀粉相關特點以及與人類的健康關系作一綜述。

1 抗性淀粉的定義、種類及特點

1.1 抗性淀粉的定義

在過去較長一段時間內，人們認為淀粉總是能被人體完全消化吸收。但英國生理學家Englyst（1985）在膳食纖維的定量分析中發現，部分淀粉受不溶性膳食纖維包埋的影響，在小腸中不被消化吸收，這類淀粉最初被命名為“酶抗性淀粉”[5]。隨著研究的不斷深入，抗性淀粉的定義也發生了較大變化。目前普遍接受、較為完整、全面的定義是：“抗性淀粉指不被健康人體小腸所吸收但能被大腸菌群利用的淀粉及其降解物的總稱”[6]。抗性淀粉雖然本質上仍屬淀粉，但其在小腸中不能被消化吸收，對血糖水平的調節和脂質代謝具有促進作用。另外，抗性淀粉進入大腸后有利于維持腸道有益微生物菌群結構，并促進腸道微生物發酵產生有益于人體健康的次生代謝物，從功能上又與膳食纖維相似，對維系胃腸道健康具有重要作用[7]。

1.2 抗性淀粉的主要種類

抗性淀粉在小腸不被消化吸收的原因較為復雜，淀粉來源及自身結構、水解條件、酶來源等均可能導致淀粉在小腸內不被酶解或酶解產物不能被小腸吸收，因此抗性淀粉目前尚不能做到化學上的精確分類[8]。不同學者根據淀粉來源、結構、消化性能及應用的不同，粗略分為5類[9-10]。

1.2.1 物理包埋淀粉（RS1）

物理包埋淀粉主要指由于植物細胞壁屏蔽或蛋白質的隔離作用，導致淀粉酶與淀粉難以接觸，從而達到難以被小腸消化吸收的效果。這類淀粉主要存在于碾磨不充分、顆粒較粗的谷類、豆類等食品中。需要說明的是這類淀粉主要由于酶分子難以與淀粉顆粒接觸因而表現出一定的酶抗性，并不是淀粉本身具有酶抗性能，此類淀粉改變加工方式后，抗消化特性消失，能被小腸正常消化吸收。

1.2.2 抗性淀粉顆粒（RS2）

抗性淀粉顆粒主要指由于自身特殊的構象、結晶結構或密度等特性，對淀粉消化酶表現出高度抗性的抗消化性淀粉，通常為B型、少量為C型的結晶包埋結構。國外學者認為，該類淀粉由于其晶體結構在未糊化時較為致密，淀粉酶難以接近并對其發生作用，從而表現出不被小腸消化吸收的特性，因此又稱未糊化的天然淀粉顆粒[11]。抗性淀粉顆粒通常存在于香蕉、生米、生面和生的薯類中，通常情況下在小腸中幾乎不被消化。但該類淀粉抗消化結構易破壞而消失，采用適當的加工處理后通常能被小腸消化吸收。

1.2.3 老化淀粉（RS3）

老化淀粉又稱回生淀粉或逆變性淀粉，是抗性淀粉中最主要的類型。這類淀粉通常是食品加工過程中，首先在一定的溫度和濕度條件下發生糊化作用，直鏈淀粉分子從淀粉顆粒中溶出，發生無規則斷裂和卷曲，并與水分子作用形成淀粉凝膠，然后隨著溫度降低，斷裂產生的短直鏈淀粉分子與長直鏈淀粉分子重組，形成通過氫鍵連接的雙螺旋聚合物，并最終形成短直鏈晶體。這種分子結構非常牢固，在胃腸道中極難被淀粉酶降解[12]。由于這類淀粉主要由直鏈淀粉老化回生重組形成，其形成受直鏈淀粉的含量影響非常大。此外淀粉顆粒的大小和形態，淀粉中蛋白質、脂質、可溶性糖等基本成分含量，加工條件和工藝等對老化淀粉的形成均有重要影響[13]。老化淀粉熱穩定性好，持水性低，口感優于傳統的膳食纖維。作為輔助性原料對食品的顏色和風味影響極小，同時在烹飪受熱過程中對原有營養元素破壞性也極小，因此老化淀粉作為一種極有開發應用前途的新型食品成分，目前是國內外抗性淀粉研究的熱點和加工利用的重點。

1.2.4 改性淀粉（RS4）

改性淀粉又稱化學修飾淀粉，指天然淀粉經過酯化、磷酸化、乙酯化，或應用γ射線照射，引入新的化學基團使淀粉分子結構及理化性質等發生變化，形成復雜的空間結構基團，阻止淀粉酶的有效吸附或交聯的形成，從而產生抗淀粉酶解性的一類淀粉或淀粉的衍生物，如熱變性淀粉、交聯淀粉、乙酰基淀粉、磷酸化淀粉等[14]。改性淀粉具有適合多種食品加工的質構特性。例如，乙酰化淀粉在低溫下成膠狀，非常適合在肉汁、餡餅餡料和沙拉醬中添加應用；磷酸化淀粉具有良好的凍融穩定性，常用于冷凍食品中；交聯淀粉常在罐裝食品中用作增稠劑。

1.2.5 直鏈淀粉-脂質復合物（RS5）

直鏈淀粉-脂質復合物主要由直鏈淀粉與脂肪酸或脂肪醇等通過加工形成外部具有親水性而內部含有脂質物質的淀粉脂質復合物，大多呈V型結晶結構[15]。其獨特的結晶結構特點減少了淀粉顆粒與消化酶的接觸面積，降低了對消化酶的敏感性，從而表現出難消化的特點。這類復合物通常存在于谷物、大豆、玉米等原淀粉中，高溫處理可提高含量。實驗室可控條件下可通過淀粉添加脂類制備。

1.3 抗性淀粉的主要理化特性

1.3.1 分子結構特點

抗性淀粉晶體結構主要有A、B、C等類型。抗性淀粉的分子量受淀粉種類的影響極小，一般含20～25個葡萄糖基，對分子量的影響不大，在形成過程中分子結構特征沒有變化[16]。抗性淀粉的聚合度一般小于直鏈淀粉的聚合度，分子量分布比較集中，葡萄糖殘基鏈之間的氫鍵作用力較強，常形成B型晶體結構，因而持水能力弱，抗酶水解能力強。

1.3.2 能量值

抗性淀粉由于在小腸中不被消化吸收，故能量的利用率較低，其熱值一般不超過10.5 kJ·g-1。不消化的抗性淀粉在結腸中通常能夠全部發酵，并產生乙酸、丁酸等短鏈脂肪酸，為機體提供能量，這部分能量約占總能量的12%[17]。與易消化淀粉相比，抗性淀粉在體內為低能量甚至不產生能量，因此是一種很有前途的減肥食品原料[18]。

1.3.3 發酵特點

抗性淀粉與膳食纖維一樣，在結腸的發酵產物主要為CO2、CH4等氣體、各種短鏈脂肪酸和水。通常認為抗性淀粉在結腸全部發酵物總能中所占比例為5%～35%。抗性淀粉在結腸中的發酵率可達100%，遠高于膳食纖維發酵率[19]。同時抗性淀粉也是激短鏈脂肪酸生成的最好底物。研究表明抗性淀粉發酵能產生更多的丁酸和丙酸，從而降低盲腸內容物和糞便pH值[20]。

2 抗性淀粉對人類健康的意義

抗性淀粉對人類的健康貢獻與膳食纖維相似，因此聯合國糧農組織將抗性淀粉列為新型的膳食纖維。不同之處在于抗性淀粉在結腸內可完全發酵，發酵產物及對腸道有益微生物群落穩定性調節作用也與膳食纖維存在較大差異，對維系人體健康具有更廣泛的意義。

2.1 對糖尿病的預防和輔助治療作用

糖尿病是我國最常見的糖脂代謝疾病，致病機理相當復雜。抗性淀粉在小腸中不被消化的特性使得其攝入體內后血糖生成指數低，餐后血糖的波動小，可有效改善糖尿病患者的糖耐量水平[21]。同時，抗性淀粉在結腸中發酵產生的丁酸能促進腸道酪酪肽、胰高血糖素樣肽等激素的釋放，從而促進胰島素合成釋放，達到調節血糖的作用[22]。此外，研究還表明抗性淀粉還可通過抑制肝臟甘油三酯的合成，改善脂肪代謝異常來提高胰島素敏感性，從而降低血糖含量[23]。因此，人的飲食中長期保持合理比例的抗性淀粉攝入對于降低血糖和胰島素水平、改善餐后血糖狀況具有積極意義，尤其對Ⅱ型糖尿病具有較好的輔助治療作用[24]。

2.2 預防便秘和結腸癌的發生

抗性淀粉可以促進胃腸道運動，縮短腸道內容物通過時間，增加排便量，稀釋腸道中的有毒物質，降低ORS滲透壓，從而有利于預防便秘的發生[25]。抗性淀粉在結腸內能完全發酵，其發酵產物主要為短鏈脂肪酸，不僅可以降低結腸pH值和腸內蛋白質發酵產物氨的吸收，而且對于維持腸道菌群平衡、促進益生菌群生長具有重要作用。另外，短鏈脂肪酸作為結腸黏膜的主要供能物質，對結腸黏膜具有重要的營養作用。因此，抗性淀粉對于維持腸道健康具有重要作用。與傳統膳食纖維相比，抗性淀粉發酵產生的短鏈脂肪酸中，丁酸含量更高。丁酸不僅是結腸黏膜的主要供能物質，而且能通過調控腫瘤壞死因子抑制結腸黏膜細胞癌變分化，并誘導癌變細胞凋亡，從而有利于降低結腸癌的發生率[26]。此外，我國學者研究還發現，丁酸鹽對于防止癌細胞的擴散和轉移也具有重要作用。

2.3 降低血脂作用

由糖脂代謝紊亂引發的另一類常見慢性疾病為高脂血癥，在我國中老年人中十分普遍。調整高脂血癥患者飲食結構，適度增加抗性淀粉的比例，降低熱量和脂肪的攝入，可以有效調節高脂血癥患者的血脂水平。雖然抗性淀粉與膽固醇和甘油三酯的確切關系和作用機制目前尚不清楚。但已有大量研究證明抗性淀粉可以降低血清膽固醇和甘油三酯的含量。其中，對血清膽固醇的降低范圍為8%～23%，對甘油三酯的降低范圍為0%～42%。

2.4 控制體重

膳食對人的胞腹感對于人控制體重作用巨大。抗性淀粉在增加飽腹感方面的作用與膳食纖維相似，可以有效降低食物攝入量。研究發現，在使人體產生餐后飽腹感方面，含少量抗性淀粉的食物比含大量抗性淀粉的食物作用更明顯[27]。抗性淀粉在結腸中被微生物發酵利用，產生大量短鏈脂肪酸。短鏈脂肪酸在抑制肝臟膽固醇合成和降低膽固醇吸收等方面具有重要作用，因此抗性淀粉可以有效降低脂肪在組織中沉積。此外，抗性淀粉自身熱量低，在體內所產生的熱量僅相當于易消化淀粉的10%。因此，食物中適度比例的抗性淀粉含量對于控制體重具有重要作用。

2.5 促進礦物質的吸收

膳食纖維中所含植酸對鈣、鎂、鋅等礦物元素具有高度拮抗作用。抗性淀粉不含植酸，在結腸中發酵產生大量的丁酸、丙酸、乙酸等短鏈脂肪酸，使結腸pH值降低，促使食物中的鎂、鈣等礦物質元素轉變成易于吸收的可溶性離子。因此，相對于膳食纖維來說，抗性淀粉更有利于鈣、鎂等礦物元素的消化和吸收。

3 結語

抗性淀粉在健康者小腸中不被降解吸收、但在結腸內可完全被發酵和重吸收。作為一種新型膳食纖維，在控制體重、預防和控制糖尿病發生、降低直結腸癌發生風險、降低血脂和促進礦元素吸收方面具有重要作用。抗性淀粉的發現和應用是近年來碳水化合物營養與健康研究領域取得的重要成果。相對于傳統意義的膳食纖維，抗性淀粉在保障人體健康方面具有更廣泛的意義。