發布時間：2022-03-03所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 抗性淀粉是一種具有多種生物學功效的新型膳食纖維，且兼具類似于淀粉的優良加工特征，適合于開發品種多樣的高膳食纖維功能性食品。抗性淀粉的研究與應用目前已成為國內外食品行業的熱點，介紹了抗性淀粉的分類，及其在糖代謝、脂代謝、體重控制，作為益生元和防
摘 要: 抗性淀粉是一種具有多種生物學功效的新型膳食纖維，且兼具類似于淀粉的優良加工特征，適合于開發品種多樣的高膳食纖維功能性食品�？剐缘矸鄣难芯颗c應用目前已成為國內外食品行業的熱點，介紹了抗性淀粉的分類，及其在糖代謝、脂代謝、體重控制，作為益生元和防治直腸癌方面的生物學功效; 分析了抗性淀粉在面包糕點、油炸食品、面條、益生菌類食品加工領域中的應用。
關鍵詞: 抗性淀粉; 膳食纖維; 短鏈脂肪酸; 食品加工; 應用
隨著人們生活水平的提高，飲食結構的改變，飲食中高熱量、高鹽、高脂肪的“三高”食品逐漸增多。膳食纖維攝入的缺乏導致了目前常見的各類“富貴病”，如高血糖、高血脂、高血壓和肥胖等。根據國際糖尿病聯盟的最新統計，2014 年，在 20 ～ 79 歲成年人中，全球糖尿病患病率為 8. 3% ，患者人數已達到 3. 87 億，用于糖尿病的醫療開支達 6 120 億美元，中國糖尿病患病率 9. 32% ，患病人數居全球首位[1]。解決這一問題的關鍵是改善膳食結構，增加膳食纖維的攝入量，將消費趨勢逐漸轉向具有合理營養和保健功能的食品。近年來，國內外出現了越來越多的膳食纖維強化食品，如面包、面條、餅干、膨化食品等，為人們的飲食提供了一種新的選擇。但是，添加普通膳食纖維對產品的口感、外觀、組織質地有不良的影響�？剐缘矸�( resistant starch，RS) 的出現有可能使這一問題得到很好的解決�？剐缘矸塾址Q抗酶解淀粉或難消化淀粉[2]，聯合國糧農組織 ( FAO) 1992 年對抗性淀粉的定義為，“不被健康人體小腸所吸收的淀粉及其降解物的總稱”�？剐缘矸凼巧攀忱w維中的一種，不能在小腸消化吸收和提供葡萄糖，但它在結腸可被生理性細胞發酵，產生短鏈脂肪酸( short chain fatty acids，SCFAs) 和氣體�？剐缘矸劬哂辛己玫纳砉δ�，且兼具類似于淀粉的優良加工特征，可用于開發品種多樣的高膳食纖維功能性食品�？剐缘矸凼菄鴥韧獾臓I養專家和功能食品專家的研究熱點，對于食品產業有重要的應用前景和價值。
1 抗性淀粉的分類
影響抗性淀粉抗消化的因素有很多，目前的研究大多根據其淀粉來源和抗酶解性的不同將抗性淀粉分為 5 種類型[3 - 4]1.
1 物理包埋淀粉
物理 性 包 埋 淀 粉 ( physically trapped starch，RS1) ，主要存在不完整或部分研磨的谷粒、豆粒之中。淀粉顆粒本身仍保持天然淀粉的結構，因細胞壁的屏障作用或蛋白質的隔離作用而難以與酶接觸，因此不易被消化。但是，在加工或咀嚼后，往往由于屏障或隔離作用消失而變成可消化淀粉。加工時的粉碎、碾磨及飲食時的咀嚼等物理處理可降低其含量。
1. 2 抗性淀粉顆粒
抗性淀粉顆粒( resistant starch granules，RS2) 指那些具有天然致密的結構和部分結晶結構的淀粉，因而具有抗消化性，主要存在于生的馬鈴薯、香蕉和高直鏈玉米淀粉中，然而 RS2 的抗性往往隨著加工作用糊化完成而消失。
1. 3 回生淀粉
回生淀粉( retrograded starch，RS3) 指變性淀粉或老化淀粉，是糊化后的淀粉在冷卻或儲存過程中部分重結晶產生的凝沉聚合物，常存在于冷米飯、冷面包、炸土豆片和玉米片等產品中。RS3 主要成分是回生的直鏈淀粉、支鏈淀粉和少量脂類，這類淀粉即使經加熱、油炸等方法處理，也能保持其抗消化性。由于良好的穩定性和安全性，RS3 被廣泛地應用為食品添加劑，具有良好的商業價值。
1. 4 化學改性淀粉
化 學 改 性 淀 粉 ( chemically modified starch，RS4) 是由基因改造或化學方法引起的淀粉分子結構變化，以及一些化學官能團的引入而產生的抗酶解淀粉部分，如羧甲基淀粉、交聯淀粉等。此類抗性淀粉也具有較好的穩定性。
1. 5 直鏈淀粉-脂肪復合淀粉
直鏈淀粉-脂肪復合淀粉( amylose - lipid complexed starch，RS5) 指一種以高直鏈淀粉為原料制備的淀粉，其需要更高的糊化溫度，且更易于回生。淀粉-脂肪復合物的結構與數量取決于它的植物來源，淀粉-脂肪顆粒在烹調過程中耐膨脹，缺少膨脹能減少淀粉酶進入的能力，減少淀粉水解。Frohberg 和 Quanz 將 RS5 定義為一種含有水溶性的、線型的聚 α-1，4-D-葡聚糖的多糖，而且聚 α-1，4-D-葡聚糖被發現能促進 SCFAs，特別是丁酸鹽的形成[5]。
在 5 類抗性淀粉中，RS3 由于熱穩定性好及安全簡便的物理制備方法受到廣泛關注和應用。同時，從高直鏈玉米淀粉中得到的 RS2，為天然來源且成本低，也是一類適合商業化應用的抗性淀粉。
2 抗性淀粉的生物學功效
抗性淀粉對人體直接產生作用的生理功能較少，其生理功能主要通過影響其他物質的吸收代謝，以及在結腸內發酵產生的次生產物得到發揮。抗性淀粉具有一系列潛在的生理功能，對人體健康有益。
2. 1 對糖代謝的影響
糖尿病是一組以高血糖為特征的代謝性疾病，長期存在的高血糖，導致各種組織的慢性損害、功能障礙。國內外的研究表明，抗性淀粉具有吸收慢的代謝特點，可明顯降低空腹和餐后血糖、胰島素反應，增加胰島素敏感性，減少肥胖，可以起到干預控制糖尿病病情的作用，胰高血糖素樣肽-1 ( GLP-1) 和多肽 YY( PYY) 是腸道在餐后分泌的激素，具有葡萄糖濃度依賴性降糖作用。但是 GLP-1 和 PYY 在分泌后或注射后都會在短時間內降解[6 - 8]。而RS 對糖代謝的影響就是通過維持體內高濃度的 GLP-1 和 PYY 的分泌從而達到治療糖尿病和肥胖的效果。
Zhou 等[9]研究了 RS 對小鼠體內 GLP-1 和 PYY 分泌的影響，結果表明 RS 的攝入能在一天的時間內持續刺激 GLP-1 和 PYY 的分泌; RS 在腸道后段被微生物發酵并釋放出 SCFAs，這與 GLP-1 和 PYY 的基因表達正相關; 用 RS 喂食的糖尿病小鼠的葡萄糖耐受性得到了提高。Bodinham 等[10]研究了增加 RS 的攝入對 17 位病情穩定的 2 型糖尿病患者的降血糖作用，結果表明，增加 RS 的攝入能顯著降低餐后血糖濃度，促進上臂肌肉對血糖的吸收; 攝入RS 雖然不能改良糖尿病患者的胰島素敏感性，但是能引起更多的餐后 GLP-1 的分泌，從而起到控制血糖的功效。
2. 2 對脂代謝的影響
膳食纖維能夠降解膽固醇的功效已被人們證實。研究認為，膳食纖維降解膽固醇的能力與膳食纖維能阻礙消化道內脂肪微粒體的形成，膽固醇循環受阻以及在大腸內產生的 SCFAs 有關。RS 作為一種新型的膳食纖維，也被證實了具有降膽固醇的保健功效。
Liu 等[11]給小鼠喂食不同膳食纖維含量( 主要為 RS) 的玉米淀粉，經過 21 d 后，結果發現，隨著膳食纖維含量的增加，小鼠血漿總膽固醇濃度降低，而盲腸中的 SCFAs、小腸中的膽汁酸、糞便中的中性固醇呈對數性增長。另一方面，隨著膳食纖維含量的增加，小鼠的體重下降，而排糞量和糞便膽汁酸的排泄呈線性增長。Nichenametla 等[12]以代謝綜合征患者為對象，將其日常飲食中的普通淀粉替換為 RS 含量為 30% 的淀粉，研究 RS 對其降膽固醇的作用。結果發現，RS 的攝入能降低 7. 2% 的總膽固醇， 5. 5% 的非高密度脂蛋白膽固醇和 12. 8% 的高密度脂蛋白膽固醇，因此在日常飲食中添加 RS 是降低膽固醇和預防心血管疾病的有效途徑。
2. 3 對體重控制的影響
攝入過多的熱量是引起肥胖的主要原因，因此降低熱量的攝取能有效地控制體重�？剐缘矸蹖w重的控制來自兩方面，一方面 RS 本身幾乎不含熱量，可以降低食物的能量密度; 另一方面 RS 能增加飽腹感，減少熱量攝取。越來越多的動物試驗結果表明，將快速消化淀粉替換成抗性淀粉能減少體重。 Aziz 等[13]發現，給肥胖小鼠喂食高 RS 含量的飼料最多可減重 40% ，雖然人類日常的飲食中很難實現高達 23. 4% 的 RS 含量，但是其結果還是有效地證明了 RS 對體重控制的作用。另外一項研究發現，給小鼠分別喂食 RS 含量為 4% ，8% 或 16% 的飼料，結果表明，當 RS 含量超過 8% ，小鼠的體重相對于對照組減輕，每增加 4% 的 RS 含量每天可減少 9. 8kJ 的熱量攝入[14]。
RS 本身幾乎不含熱量，所以替換快速消化淀粉后可降低膳食的能量密度。研究表明，降低膳食的能 量 密 度 能 達 到 增 加 飽 腹 感 和 控 制 體 重 的 效果[15 - 17]。Willis 等[18]為志愿者分別提供低纖維的松餅或高 RS 含量的松餅作為早餐，發現高 RS 的松餅可激 發 飽 腹 感 并 延 長 其 消 化 時 間。Bodinham 等[19]通過兩餐給成年男性攝入 48 g RS，發現 RS 的攝入對其食欲無影響，但是接下來的 24 h 中食物攝入可減少約 1 300 kJ。
2. 4 作為益生元的功效
RS 具有多種健康功效，除了能防治糖尿病和減肥，還可以作為益生元。目前已知的益生元主要有多糖、低聚果糖，以及其他抗性低聚糖，如菊糖類型的果聚糖�？剐缘矸凼且环N膳食碳水化合物，能毫無變化的通過小腸進入大腸，并在大腸中發酵產生對寄主健康有益的 SCFAs 和其他產物[20]。大量研究證實，抗性淀粉具有促進雙歧桿菌、乳桿菌明顯增殖的作用[21 - 22]。
曾紹校等[23]研究發現，蓮子淀粉對雙歧桿菌增殖效應顯著，增殖效果接近于異麥芽低聚糖，推測蓮子淀粉對雙歧桿菌的增殖效應與其能形成高含量的RS 有關。Zhang 等[24 - 25]的進一步研究發現，蓮子RS3 的粗糙表面結構及其發酵產生的 SCFAs 是促進雙歧桿菌增殖的原因。谷豪等[26]將正常大鼠隨機分為正常對照組、桃膠多糖組、抗性淀粉組和低聚果糖組，除正常對照組外，其余大鼠分別用桃膠多糖、抗性淀粉、低聚果糖每日 5 g /kg 連續灌胃，20 d 后檢測大鼠體質量和腸道益生菌的生長變化。研究證實，抗性淀粉同桃膠多糖和低聚果糖一樣，具有益生菌樣作用，可通過改善腸道內菌群狀況，促進人體健康。Chang 等[27]的研究也表明，經化學修飾的高直鏈玉米淀粉吸附雙歧桿菌的能力增強，可對益生菌起到保護作用，且高直鏈玉米淀粉可降低腸道 pH 值，促進腸道雙歧桿菌增殖。
2. 5 防治直腸癌
富含纖維素的健康飲食能有效地預防直腸癌的發生。最近，越來越多的研究發現，RS 在預防直腸癌和腸道炎癥疾病上具有潛在的功效。Le Leu 等[28 - 30]以氧化偶氮甲烷( azoxymethane) 誘導結腸癌或通過喂食高蛋白食物誘發的直腸上皮細胞損傷的大鼠為研究對象，開展了系列的 RS 對直腸癌的功效的研究。結果表明，喂食 RS 對于直腸癌有明顯的防治作用，RS 在腸道中的發酵產物主要是 SCFAs( 丁酸、丙酸、乙酸等) 及氣體，能增加糞便體積，降低糞便 pH 值，減少有害的蛋白質發酵產物，促進上皮細胞凋亡和毒素的分解和排出，從而預防結腸癌的發生[28 - 30]。
3 抗性淀粉在食品工業中的應用
抗性淀粉以 RS1 和 RS2 的形態廣泛存在于各種天然淀粉類作物中，特別是谷類和豆類作物，其來源廣泛但含量較低; 同時由于現代食品加工業對食品原料的精細加工，使淀粉作物中天然 RS 的含量進一步降低。因此，為滿足人們對高纖維、低熱量的健康食品的需求，將人工制備的 RS 添加到食品中成為目前現代食品工業的研究和應用的熱點[31]。食品中可消化淀粉的熱量值為 15 kJ/g，而同樣是食品組分的抗性淀粉的熱量值僅為 8 kJ/g。因此，在食品工業中可以將抗性淀粉替換食品中的可消化淀粉，從而降低食品的熱量值; 同時，RS 還具有膳食纖維的功能，可以作為高膳食纖維食品的重要原料。RS 有普通淀粉粒細、色白、風味淡、口感好的特點，是一種優良的新型膳食纖維食品添加劑。與普通膳食纖維相比，抗性淀粉有對產品結構影響小、顏色白、質地更好的特點。
3. 1 在面包類食品中的應用
長期以來，為改善飲食中膳食纖維攝入量偏低的狀況，麥麩和大麥粉等傳統膳食纖維被添加到面包或糕點中，以生產膳食纖維強化食品。然而膳食纖維的含量過高會造成面包和糕點顏色較深、體積小、口感差等缺點，從而降低了消費者的接受度�？剐缘矸塾捎谄淞己玫募庸ぬ匦裕型鉀Q這一問題。
Maziarz 等[32]將 RS2 添加到松餅、面包和咖喱雞三種食品中，每 100 g 食品干重中分別含有 5. 50， 13. 10 g 和 8. 94 g 的 RS2，并評定添加 RS2 對食品品質的影響。添加 RS2 制得的松餅，不僅膳食纖維成分得到了強化，而且具有了更高的水分含量，其各個感官評價指標均高于對照，整體喜好度更高。RS2 強化的面包比對照面包顏色更深，密度更大，面包皮更熟。RS2 強化的咖喱雞的口感雖然較對照顯得粗糙，但是不影響整體的喜好度。因此，在多數食品中添加適量的 RS 都不會明顯影響消費者的接受度。
Ren 等[33]將 RS4 分別替代 10% 和 20% 的米粉添加到韓國的傳統米糕中，隨著 RS4 含量的增加，淀粉的膨脹度、溶解度、水結合力和黏度均下降。添加了 10% 的 RS4 米糕的黏性和彈性比對照更高，其綜合感官評價最高。
通過控制加工條件，包括濕度、溫度、加熱時間和冷熱循環等，改善加工工藝，可以提高淀粉食品中RS 的含量。例如，將循環蒸煮冷卻技術工藝應用于馬來西亞特色魚肉餅干的加工中，以提高其 RS 含量。以木薯淀粉為原料，通過 4 次的循環蒸煮冷卻，可將原來的 0. 71% 的 RS 含量提升到 1. 45% ，經過油炸后的魚餅成品硬度增加且顏色加深[34]。
提高食品中抗性淀粉的含量，還可以通過添加易生成抗性淀粉的淀粉原料，經過適當的加工工藝提升食品中的 RS 含量。球花豆是一種在東南亞較為普遍的食物，將球花豆淀粉分別按照 5% ～ 40% 的比例替換面粉來制備面包，抗性淀粉含量與球花豆淀粉的添加量成正比。在200 ℃烘烤45 min 的條件下，球花豆面包的 RS 含量為 18. 52% ～ 22. 28% 。在 130 ℃ 烘烤 90 min 的條件下，球花豆面包的 RS 含量為 31. 74% ～ 35. 05% 。面包的色澤受球花豆淀粉添加量的影響顯著，但 15% 以內的添加量對面包色澤的影響在可接受范圍內。感官評定結果也表明，15% 以內的球花豆淀粉添加量對于面包的總體接受度無明顯影響[35]。
3. 2 在油炸食品中的應用
RS3 具有比其他類型的 RS 更高的熱穩定性，因此適合用于提高油炸食品的膳食纖維含量。在 Sanz 等[36] 的研究中，分別用 10% 和 20% 的 RS3 ( Novelose 330) 替換油炸食品中的面粉，替換 20% 的 RS3 能將面糊中的總膳食纖維含量從 5. 0% 提高到 13. 2% ，并顯著加深油炸食品表面的金黃色以及表面的脆度和硬度。在消費者接受度試驗中，不含RS3 和分別含 10% 和 20% RS3 的油炸食品在外觀、香氣、油膩度、酥脆度和總接受度上得分均超過 5 分，表明在油炸食品中添加適量的 RS3 不影響消費者的接受度。
在另一項研究中，比較了在油炸糊化食品中分別添加 1 種 RS2 和 2 種 RS3 對面糊的流變學特性和消費者接受度的影響。不同的 RS 類型對面糊的流變學特性影響效果無一致的關聯性，但是相對于對照組和添加 RS2 組，添加 2 種 RS3 都能加深油炸食品的色澤。在消費者接受度測評中，添加 RS2 取得了最高的評分，但是所有的 RS 添加產品均能被消費者接受[37]。
3. 3 在面條中的應用
面條制品是一種重要的日常食品，生產和食用歷史悠久，因此，提升面條制品的營養保健功效則顯得更加重要和有意義。青香焦面粉的 RS 含量為 45. 70% ，是一個很有潛力的生產健康型方便面的原料。在方便面中添加 10% 的青香焦面粉，面團的流變學特性發生了改變，面筋的減少導致了結構穩定性下降，但是仍有足夠的延展性和彈性進行健康型方便面的制備。對健康型方便面的成品進行分析，其含 油 量 顯 著 降 低，產 品 色 澤 加 深，RS 含 量 為 3. 98% ，營養價值明顯提升[38]。
3. 4 在益生菌類食品中的應用
RS 作為一種益生元，添加到酸奶等益生菌類食品中可以作為益生菌生長所需的碳源，促進益生菌的生長和增殖。同時，由于 RS 不能被小腸內的淀粉酶所降解，因此還可以將它作為微膠囊的壁材用來包埋益生菌，使其安全到達大腸并發揮其功效。添加的 RS 顆粒小，無異味，可充分融合在液態食品中而不結塊，對產品的口感和風味影響小，國外已有抗性淀粉和益生菌組成的功能產品出售。
Ziar 等[39]研究了藻酸鈣 - 抗性淀粉混合凝膠微膠囊對人體新進分離出的益生菌鼠李糖乳酸菌的保護作用。在人工胃腸道的模擬環境下，微膠囊化的益生菌的存活率顯著高于對照。在 4 ℃冷藏條件下，微膠囊的保護作用能維持酸奶中的益生菌數量穩定在較高的水平，并促進了益生菌產生更多的胞外多糖。結果表明，藻酸鈣 - 抗性淀粉混合凝膠微膠囊能延長益生菌在胃腸道和酸奶中的存活期，可作為一個有效的益生菌載體。
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不同類型的膳食纖維由于發酵力不同，在結腸中的作用位點也不同。多種膳食纖維的協同作用，有利于在整條結腸發揮益生菌功效。RS 可以和其他類型的膳食纖維混合使用，以提高益生元功效。例如，將低聚果糖( FOS) 和 RS 進行組配，分別喂食健康小鼠和三硝基苯磺酸( TNBS) 誘導的結腸炎小鼠。在健康小鼠中，FOS 和 RS 組合可以誘發腸道微生物群的變化，增加了乳酸桿菌和雙歧桿菌在盲腸和結腸中的數量，并上調了三葉因子-3 和 MUC-2 的基因表達，從而提升腸道功能。在結腸炎小鼠模型中，FOS 和 RS 組合有抗炎癥的功效，同時增加益生菌數量并激發腸道防御機制，其協同作用得到了進一步驗證[40]。
4 抗性淀粉的發展前景
隨著市場對功能性食品的需求量逐年增加，食品加工業一直在尋找適合添加到食品中的物質，特別是膳食纖維，以提高其保健價值。RS 是一種新型膳食纖維，在改善血脂和血糖水平、控制體重、促進腸道健康等方面發揮了有益的作用，成為國內外的研究熱點。許多研究表明，RS 具有良好的加工特性，其顆粒形狀小、白色、無不良氣味、穩定性好、持水性低等，因此，RS 作為膳食纖維強化劑和益生元等被廣泛地應用在包括烘焙食品、油炸食品和乳制品等中。天然 RS 廣泛存在于淀粉作物中，但是含量低，且易在加工過程中被破壞，通過制備工藝的完善，可以顯著提升淀粉原料中 RS 的含量。制備 RS，一方面可以提升普通淀粉的經濟價值，另外一方面在食品當中添加適量的 RS，可以提升食品的保健價值和經濟效益。通過加工工藝的改良，例如循環蒸煮冷卻技術，也可提升淀粉食品中的 RS 含量，從而提升其保健價值。
我國具有豐富的淀粉類作物，可用于制備不同來源的 RS，相對應的理化特性和生理功效還有待進一步研究。淀粉食品是我國的主要食品，種類繁多，添加適當比例的 RS，在不影響其原有風味和品質的前提下，增加其膳食纖維含量，降低食品血糖生成指數，也將成為我國食品科學領域的一個研究熱點和食品加工業的新方向。——論文作者：鄭寶東1，2 ， 王 琦1，3 ， 鄭亞鳳1 ， 張 怡1，2 ， 郭澤鑌1，2
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