難消化糊精的研究進(jìn)展

蘇會波， 林海龍

（中糧營養(yǎng)健康研究院/國家能源生物液體燃料研發(fā)中心，北京100020）

難消化糊精又稱抗性糊精，是由淀粉加工而成的一種低熱量葡聚糖，屬于膳食纖維的一種[1-8]。膳食纖維是人類飲食中重要的營養(yǎng)成分，被認(rèn)為是糖、蛋白質(zhì)、脂肪、維他命、礦物質(zhì)之外的“第六營養(yǎng)成分”[9]，具有改善人體腸胃功能、調(diào)節(jié)血糖和脂肪代謝、降低血清膽固醇、促進(jìn)礦物質(zhì)吸收等生理功能。根據(jù)溶解性差異，市場上的膳食纖維分為不溶性和可溶性兩種，而水溶性膳食纖維根據(jù)聚合度不同，又分為高分子膳食纖維和小分子膳食纖維。不溶性膳食纖維口感粗糙澀口，難以加工成口感鮮美的食品。高分子水溶性膳食纖維的黏度大，容易形成凝膠，也不適宜于食品加工。難消化糊精屬于小分子的水溶性膳食纖維，具有黏度低、易吸收的特點(diǎn)，近年來成為食品加工行業(yè)的重點(diǎn)研究對象。

根據(jù)膳食纖維含量不同，難消化糊精分為I型和II型兩種。難消化糊精含有抗人體消化酶（淀粉酶和糖化酶等）作用的成分，在消化道中不會被吸收利用，屬于低熱量的食品原料。中國衛(wèi)生部發(fā)布的2012年第16號公告，根據(jù)《中華人民共和國食品安全法》和《新資源食品管理辦法》有關(guān)規(guī)定，將抗性淀粉列為普通食品，并公布了抗性淀粉的基本信息和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，要求企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營時(shí)應(yīng)當(dāng)符合有關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，具體指標(biāo)見表1。

表1 衛(wèi)生部公布的難消化糊精指標(biāo)Table 1 Quality index of indigestible dextrin published by Ministry of Health of PRC

1 難消化糊精及其特性

1.1 理化特性

難消化糊精一般以粉末狀存在，呈白色或淡黃色，略有甜味，易溶于水，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%水溶液pH為4.0～6.0，呈酸性，不溶于乙醇。難消化糊精的水溶液黏度低（質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%水溶液約0.01 Pa·s），黏度值隨剪切速率和溫度變化小。難消化糊精耐熱、耐酸、耐冷凍性好，發(fā)熱量低。

1.2 結(jié)構(gòu)特性

難消化糊精一般的生產(chǎn)工藝過程如下：將淀粉加入一定濃度酸溶液中，進(jìn)行浸泡攪拌；混合均勻后加熱一段時(shí)間，使淀粉在酸熱條件下分解成焦糊精。將溶液過濾后進(jìn)行預(yù)干燥、粉碎，之后在高溫下進(jìn)行焙烤。焙烤結(jié)束后用清水調(diào)成乳狀，然后加入一定量的液化酶和糖化酶進(jìn)行水解，水解液滅酶后進(jìn)行脫色和離子交換進(jìn)行除雜，之后再離心收集上清液，進(jìn)行濃縮和噴霧干燥，最后得到難消化糊精產(chǎn)品[10-11]，基本生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

淀粉在酸溶液中經(jīng)過加熱處理后，會降解成小分子的單糖、雙糖、低聚糖以及糊精，這些小分子物質(zhì)在高溫條件下重新聚合，生成難消化糊精。聚合后的葡萄糖分子間通過 α-1，4糖苷鍵、α （β）-1，6糖苷鍵、α （β）-1，3 糖苷鍵和 α-1，2 糖苷鍵等化學(xué)鍵連接，其中 α（β）-1，6 糖苷鍵、α（β）-1，3 糖苷鍵和α-1，2糖苷鍵不能或很難被α-淀粉酶和糖化酶降解，故稱為難消化糊精。部分還原末端上的葡萄糖會發(fā)生分子內(nèi)脫水，生成縮葡聚糖等不規(guī)則結(jié)構(gòu)[12-13]。黃東東等運(yùn)用熱重分析（TG）和差示掃描量熱分析技術(shù) （DSC），對日本松谷的難消化糊精產(chǎn)品Fibersol-2進(jìn)行熱性能分析，發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品含有多種晶體結(jié)構(gòu)，以支鏈淀粉晶體為主[5]。這些支鏈晶體結(jié)構(gòu)可能是在加熱分解過程中，由淀粉所含的還原性葡萄糖端基發(fā)生分子內(nèi)脫水或被解離的葡萄糖殘基轉(zhuǎn)移到任意羥基上形成的，難消化糊精的分子結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 難消化糊精生產(chǎn)流程Fig.1 Production process of indigestible dextrin

2 研究進(jìn)展

圖2 難消化糊精的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of indigestible dextrin

日本科學(xué)家在20世紀(jì)80年代首先對難消化糊精進(jìn)行研究。日本松谷化學(xué)工業(yè)株式會社的Ohkuma等人用質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%的鹽酸溶液（HCl）在120～200℃時(shí)處理淀粉，采用酸熱法制取難消化糊精，得到的產(chǎn)物純度在60%以上，并以此申請了日本、韓國、美國和歐洲的專利[11，14-17]，所得產(chǎn)品被日本政府認(rèn)定為特定保健用食品原料。2007年，日本松谷化學(xué)工業(yè)株式會社申請了含有異構(gòu)化糖的抗性麥芽糊精的制造方法的專利（CN 101052657），通過添加葡萄糖異構(gòu)化酶，將難消化糊精中的消化成分轉(zhuǎn)化成果糖糖漿，制取含有還原性葡萄糖果糖糖漿或還原果糖葡萄糖糖漿的還原難消化性糊精[16]。Wang等[18]在2011年研究了高直鏈淀粉玉米中直鏈淀粉的含量和化學(xué)改性對制取難消化糊精含量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于改性劑在轉(zhuǎn)糖苷反應(yīng)中產(chǎn)生的位阻效應(yīng)，以及糊化時(shí)存在的重聚合反應(yīng)，會降低化學(xué)改性高直鏈淀粉玉米制得的難消化糊精含量。

20世紀(jì)90年代后期，國內(nèi)才開始對難消化糊精的生產(chǎn)方法、酶制劑使用等開展研究。顧正彪等[12]研究了鹽酸催化條件下，淀粉在焙烤過程中不同酸熱條件對淀粉分子降解和糖基轉(zhuǎn)移的影響，并用α-淀粉酶水解和糖化酶進(jìn)行水解。分析糊精量的變化發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)化溫度低于200℃時(shí)，增加鹽酸用量、升高焙烤溫度和延長焙烤時(shí)間均有利于淀粉降解反應(yīng)。華南理工大學(xué)的林勤保等[19]以玉米淀粉為原料、鹽酸作催化劑進(jìn)行酸熱處理得到焦糊精，再用耐高溫淀粉酶和真菌α-淀粉酶處理，然后經(jīng)活性炭脫色、離子交換樹脂精制、噴霧干燥制得難消化糊精產(chǎn)品，并申請了國內(nèi)專利[20]?；旧a(chǎn)工序?yàn)椋阂缘矸蹫樵希瑖婌F加入淀粉質(zhì)量的3%～10%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～3%的鹽酸作催化劑；攪拌均勻后，在100～120℃條件下預(yù)熱1～4 h，使淀粉含水量降至5%以下，然后升溫值140～200℃，焙烤0.5～4.0 h生成焦糊精。然后進(jìn)行酶水解，將焦糊精加水制成30%～50%的乳液，pH調(diào)為 6.0～6.5，加入淀粉質(zhì)量0.05%～0.60%的耐高溫淀粉酶在100～105℃糊化，在90～95℃液化。然后升溫至110～120℃滅酶活，冷卻至50～55℃，pH調(diào)至5.0～5.5，加入淀粉質(zhì)量0.05%～0.30%的真菌α-淀粉酶，在50～55℃保溫18～48 h，然后升溫至80℃滅酶活。所得溶液經(jīng)活性碳脫色、過濾、離子交換樹脂精制，噴霧干燥后得到難消化糊精產(chǎn)品。廣東省食品工業(yè)研究所的寇秀穎等[21]用玉米淀粉作原料，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%鹽酸作催化劑進(jìn)行酸熱處理，用α-淀粉酶和糖化酶進(jìn)行酶解，可以制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于60%的難消化糊精產(chǎn)品。研究發(fā)現(xiàn)，提高加熱溫度、增加加熱時(shí)間、提高鹽酸、α-淀粉酶和糖化酶的添加量均可以提高產(chǎn)品中的難消化糊精成分含量。但考慮到產(chǎn)品的顏色、氣味和生產(chǎn)成本，研究建議加熱溫度不超過180℃，鹽酸用量不超過質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%，α-淀粉酶和糖化酶的添加量分別不超過質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%和0.3%。2007年，該研究所申請了一種抗性麥芽糊精的制備方法的專利（CN1908017）[19]，在酶水解時(shí)用普魯蘭酶代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法中的糖化酶，制得的難消化糊精產(chǎn)品膳食纖維含量高，色澤淺，應(yīng)用范圍寬廣。2010年，山東保齡寶生物股份有限公司申請了一種新型抗消化糊精的制備方法（CN 101870991）[22]，該專利采用高溫淀粉酶、真菌酶、轉(zhuǎn)苷酶和復(fù)合糖化酶等酶制劑進(jìn)行直接轉(zhuǎn)化生產(chǎn)，制取含功能性低聚糖的難消化糊精，產(chǎn)品中有效成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于90%，葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1%。

最近關(guān)于難消化糊精的研究主要集中在物理改性、化學(xué)改性、酶改性和復(fù)合改性方法在生產(chǎn)原料上的應(yīng)用，利用微波膨化處理淀粉、利用超聲波加速酶水解等新技術(shù)也逐漸應(yīng)用于難消化糊精的制備和抗酶解性能的研究[23-28]。

3 生理功效

難消化糊精具有抗消化酶的特性，被人體攝入后不會被消化道吸收，屬于低熱量的膳食纖維食品。進(jìn)入消化道后，在上消化道中可減緩對糖類吸收和飯后血糖的上升，并可阻止膽汁酸進(jìn)入腸肝循環(huán)，從而降低血清膽固醇濃度。在下消化道中，通過機(jī)械式刺激，促進(jìn)腸道蠕動，并可改善腸內(nèi)菌群的狀態(tài)，有利于形成短鏈脂肪酸等發(fā)酵產(chǎn)物，從而起到調(diào)理腸道的作用[29-32]。

調(diào)節(jié)血糖、血脂和血壓：難消化糊精進(jìn)入人體腸道后，可以通過形成凝膠阻止糖類擴(kuò)散、減少胰汁等消化道激素的分泌、抑制淀粉酶作用等途徑，延緩和抑制糖類的吸收，從而阻止血糖和胰島素升高。有研究曾對成年健康男子進(jìn)行試驗(yàn)，對照組給予飴糖75 g，試驗(yàn)組另加難消化性糊精30 g，實(shí)驗(yàn)組的血糖、胰島素、腸道和胰臟的血糖激素水平明顯降低。難消化糊精是膳食纖維食品，人體攝入后，可以降低人體內(nèi)血清膽同醇、中性脂肪濃度和體內(nèi)脂肪量，起到降血脂和改善體內(nèi)脂類代謝的效果。有研究曾對正常健康人和非胰島素依賴型糖尿病患者進(jìn)行試驗(yàn)，健康者每天3次，每次給予難消化性糊精10 g，共8周；患病人群每天3次，每次給予20 g，共12周。發(fā)現(xiàn)空腹血糖、總膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇和中性脂肪的指標(biāo)均下降。有實(shí)驗(yàn)證明難消化糊精還具有降低血壓的作用，但作用機(jī)理不明。有研究曾用添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%難消化性糊精的飼料喂養(yǎng)自然性高血壓大鼠，10 d后血壓比對照組有明顯下降。

調(diào)節(jié)腸胃功能：難消化糊精可以被人體消化道中的有益微生物利用，促進(jìn)益生菌生長繁殖，改善人體的免疫機(jī)能和腸道功能。難消化糊精進(jìn)入大腸被腸道菌利用后，會產(chǎn)生短鏈脂肪酸，阻止癌細(xì)胞的生長繁殖，預(yù)防直腸癌。同時(shí)吸水膨脹后能促進(jìn)腸道蠕動，可以有效預(yù)防結(jié)腸癌、便秘和痔瘡等疾病。

4 應(yīng)用領(lǐng)域

由于難消化糊精具有抗消化、低熱量、易溶解、降血脂和血壓等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于乳制品、保健品、嬰兒食品、面制品、肉制品等飲料食品領(lǐng)域[13]。

難消化糊精的口感與糖類相似，但是熱量低，可以代替砂糖作為

低熱量冰淇淋、乳酸型飲料的原料，同時(shí)可以促進(jìn)乳酸菌和雙歧桿菌等益生菌生物機(jī)能的充分發(fā)揮；難消化糊精具有防止血糖升高的功能，加入糖尿病人食品中可以有效防止糖尿病人的各種不良癥狀；難消化糊精是水溶性膳食纖維，可以加入保健食品中用于調(diào)節(jié)體內(nèi)微生態(tài)平衡和腸道功能，潤腸通便；難消化糊精的熱量是4.2 kJ/g，遠(yuǎn)低于糖類物質(zhì)的16.8 kJ/g，可以作為低熱量添加劑應(yīng)用于減肥食品；難消化糊精加入嬰兒配方食品中，可以提高營養(yǎng)素的利用率，促進(jìn)對鈣、鐵、鋅等微量元素的吸收；難消化糊精加入餅干、饅頭、糕點(diǎn)等面制品中，可以提高食品的口感、韌性和滋潤性；難消化糊精代替脂肪加入肉制品中，可以與蛋白形成熱穩(wěn)定性凝膠，增強(qiáng)產(chǎn)品口感，生產(chǎn)出高蛋白、高膳食纖維、低脂肪、低鹽和低熱量的保健肉制品[13，29，30，34]。

5 產(chǎn)品和市場概況

難消化糊精具有良好的功能特性和應(yīng)用價(jià)值，已經(jīng)逐漸引起各國食品和保健品企業(yè)的重視。目前市場上的主要難消化糊精產(chǎn)品是日本松谷化學(xué)共業(yè)株式會社生產(chǎn)的“Fibersol-2”和““Fibersol-2B”，經(jīng)過該公司推廣，日本市場近30%的保健品均用該產(chǎn)品作為功能成分。日本的難消化糊精產(chǎn)量在膳食纖維中僅次于聚合葡萄糖，已廣泛用于清涼飲料、果汁飲料、調(diào)味料和果子醬等產(chǎn)品的生產(chǎn)[13]。美國泰萊公司（Tate&lyle）推出了Promitor可溶性玉米纖維產(chǎn)品，逐步開拓難消化糊精的保健品市場。法國羅蓋特公司（Roquette）也推出有膳食纖維“Nutriose”系列和“Lycasin”系列，“Nutriose○RFB”是一種可溶性膳食纖維，與“fibersol-2”功能類似，兩種產(chǎn)品均耐高溫、高壓和冷凍，其他基本特性如表2所示[35]。

目前，國內(nèi)的難消化糊精主要作為原料用于高膳食纖維健康食品的生產(chǎn)[36-37]。該類食品種類繁多，均被各公司冠以特定商品名稱，導(dǎo)致國內(nèi)難消化糊精市場的具體需求和市場供應(yīng)量難以統(tǒng)計(jì)。盡管如此，國內(nèi)各大知名食品企業(yè)均推出富含難消化糊精的健康食品，必然會推動國內(nèi)難消化糊精市場的蓬勃發(fā)展。

6 結(jié)語

隨著人們越來越重視生活品質(zhì)和食品的營養(yǎng)保健功能，我國民眾的飲食結(jié)構(gòu)會發(fā)生根本性變化，由原來的細(xì)糧精食逐步過渡到攝取更多的膳食纖維。難消化糊精產(chǎn)品具有諸多有益的生理功效，可以有效調(diào)理人體的血糖、血脂、血壓和顯著改善腸胃功能，并且已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外的飲料、普通食品和保健品中，具有相當(dāng)可持續(xù)的商業(yè)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

表 2 Fibersol-2 和 Nutriose○R FB的基本性質(zhì)Table 2 Basic property of Fibersol-2 and Nutriose○RFB

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