抗性淀粉可食性吸管的加工工藝及開(kāi)發(fā)利用趨勢(shì)

張 軍，馬子丹，朱永寶，呂春喜，高 琪，范榮波，2

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院食品系，山東萊陽(yáng) 265200；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東青島 266000；3.山東國(guó)鑒認(rèn)證有限公司，山東濟(jì)南 250002）

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的迅速發(fā)展，白色污染問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。使用方便、價(jià)格低廉的塑料制品給人們的生活帶來(lái)了諸多便利，但這些塑料制品在使用后造成了極大的環(huán)境污染問(wèn)題。研究表明，吸管在廉價(jià)塑料制品中重復(fù)利用率最低。為了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，在解決白色污染的同時(shí)保障國(guó)民的食品安全和飲食健康化、功能化的需求，抗性淀粉可食性吸管應(yīng)運(yùn)而生?？剐缘矸蹖?duì)于可食性吸管的制作優(yōu)勢(shì)突出、加工性好，具有良好的擠出和膜成型，相較于當(dāng)前市面上的同類(lèi)產(chǎn)品，增加了保健效果。

通過(guò)對(duì)抗性淀粉的種類(lèi)特性分析，得出適于制作這種新型吸管的抗性淀粉類(lèi)型，并詳述了制作工藝，為抗性淀粉材料的開(kāi)發(fā)利用提供了借鑒和依據(jù)。

1 抗性淀粉的種類(lèi)特性與生理功效

1.1 抗性淀粉的種類(lèi)特性

抗性淀粉（resistant starch，RS），其定義為“在小腸中不能被吸收降解淀粉類(lèi)的總和”[1]，在通過(guò)胃腸道時(shí)具有抵抗消化的能力，并可在結(jié)腸中被微生物發(fā)酵而產(chǎn)生短鏈脂肪酸等。通過(guò)不同的物理、酶和化學(xué)修飾方法，可以將抗性淀粉分為5 類(lèi)。

1.1.1 物理包埋淀粉（RS1）和直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物 （RS5）[2]

這兩類(lèi)淀粉均為物理包埋淀粉，由于其結(jié)構(gòu)特性的限制造成了酶分子較難接近淀粉顆粒，所以進(jìn)入胃液后就會(huì)產(chǎn)生酶抗性，導(dǎo)致無(wú)法釋放芯材；而且在粉碎、研磨或加熱處理時(shí)，這2 種抗性淀粉的性質(zhì)不穩(wěn)定，含量會(huì)受到顯著影響[3]，所以物理包埋淀粉和直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物并不適合吸管的制作。

1.1.2 抗性淀粉顆粒（RS2）

一些天然作物中含有這種具有優(yōu)良特性的淀粉，為獲取吸管制作的原料提供了方便。這種淀粉特性?xún)?yōu)良，如高密度性、特殊的構(gòu)象或晶體結(jié)構(gòu)，雖然對(duì)酶具有高抗性，但經(jīng)過(guò)蒸煮后，大部分RS2 會(huì)因糊化作用失去B 型或C 型結(jié)晶結(jié)構(gòu)而成為快消化淀粉，進(jìn)而被人體吸收利用[4]?；谶@一特性，抗性淀粉顆粒（RS2）無(wú)疑成為了抗性淀粉可食性吸管制作的理想材料。

1.1.3 回生淀粉（RS3）

回生淀粉可以減少咀嚼，增加飽腹感，又不影響食品本身的口感，所以被應(yīng)用于減肥食品的開(kāi)發(fā)中[5]。而且其熱穩(wěn)定性良好，應(yīng)用于食品加工時(shí)不用擔(dān)心其本身的功能特性被破壞，是抗性淀粉中最為重要的一種，也是目前的研究熱點(diǎn)?；诨厣矸郏≧S3）優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、增加飽腹感的特性[6]，這一類(lèi)型的抗性淀粉也是新型吸管制作原料的不二選擇。

1.1.4 化學(xué)改性淀粉（RS4）

在蒸煮過(guò)程中仍可保持顆粒狀態(tài)，不易被微生物發(fā)酵和淀粉酶水解，不會(huì)對(duì)食品產(chǎn)生任何異味，可保持良好口感，在一些焙烤食品中可用作質(zhì)構(gòu)改良劑[7]。

1.2 抗性淀粉的生理功效

1.2.1 調(diào)節(jié)血糖與血脂

姜余梅等人[8]采用注射鏈脲佐菌素誘導(dǎo)法建立Ⅱ型糖尿病試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，研究表明抗性淀粉靈芝孢子協(xié)同作用可進(jìn)一步改善脂代謝水平，具有良好的減肥、降脂功效[9]，還可有效降低總脂質(zhì)和總膽固醇的水平[10]。添加玉米抗性淀粉或綠豆抗性淀粉的飼料對(duì)維持Ⅱ型糖尿病大鼠的體重和血糖水平呈現(xiàn)一定的周期性，通過(guò)定期更換2 種含抗性淀粉飼料，對(duì)糖尿病大鼠的控制效果更佳[11]。

1.2.2 改善機(jī)體的腸道菌群

抗性淀粉可以防止胃腸疾病，同時(shí)促進(jìn)腸道益生元增殖、促進(jìn)無(wú)機(jī)鹽等的吸收，所以最適合于關(guān)注胃腸健康或者患有胃腸疾病的人群。抗性淀粉可改善飲食誘導(dǎo)肥胖大鼠排便狀況和高脂飼糧造成腸道菌群紊亂的現(xiàn)象[12]，并進(jìn)一步改善高脂膳食小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)，有效緩解由肥胖小鼠引起的菌群多樣性[13]。

1.2.3 促進(jìn)礦物元素的吸收

RS3 玉米抗性淀粉對(duì)大鼠Mn 的吸收可能有促進(jìn)作用[14]。甘薯抗性淀粉可增加大鼠對(duì)鈣、鎂、鐵、鋅的表觀吸收率，血清鎂及鋅的水平也顯著高于對(duì)照組，大鼠糞鉛的排除率高達(dá)90%以上。

2 抗性淀粉可食性吸管的加工工藝

2.1 抗性淀粉的分離提純

2.1.1 抗性淀粉的分離提純中最佳pH 值的選擇

稱(chēng)取抗性淀粉，加入蒸餾水溶解。用檸檬酸-磷酸氫二鈉溶液調(diào)節(jié)pH 值至6.0～7.0。

2.1.2 淀粉酶的最佳使用溫度和時(shí)間的選擇

加入過(guò)量的耐高溫α-淀粉酶，于90 ℃條件下水浴鍋內(nèi)振蕩2 h，沸水浴內(nèi)加熱10 min，加4 倍體積的95%乙醇溶解4 h 后，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min 離心15 min，棄去上清液；再用95%乙醇溶液洗滌沉淀2～3 次，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min 離心15 min，棄去上清液，低溫干燥（50 ℃）；粉碎后過(guò)100 目篩，即為純化的抗性淀粉樣品。

2.2 抗性淀粉/明膠混合料液的制備

明膠的浸潤(rùn)處理可以降低明膠顆粒的融化溫度，進(jìn)而使淀粉與明膠的相容性提高，適宜的加水量還有助于淀粉的糊化，這樣淀粉分子與明膠之間將形成十分牢固的氫鍵，其分子間作用力提高，外在的表現(xiàn)形式就是抗性淀粉膜的致密性提高。加入適當(dāng)?shù)乃軌虼龠M(jìn)淀粉分子的重結(jié)晶，復(fù)合膜中的結(jié)合水主要由明膠保持，自由水則由明膠淀粉共同束縛。

2.2.1 潤(rùn)脹處理

將明膠顆粒過(guò)篩，然后進(jìn)行加水潤(rùn)脹預(yù)處理，放置數(shù)小時(shí)，設(shè)置不同加水量（20%，25%，30%）以尋求最佳加水量使明膠充分潤(rùn)脹，將潤(rùn)脹好的明膠分別與抗性淀粉顆粒（RS2）和回生淀粉（RS3）按照一定的質(zhì)量比混合，在高速混合機(jī)中，選擇低速 （5 Hz）攪拌不同時(shí)間 （5，10，15 min），以達(dá)到復(fù)合膜制備的最佳效果。

2.2.2 混合料液的制備

起酥油在燒杯中融化后，將甘油、吐溫80 按一定比例加入，設(shè)置高速分散機(jī)轉(zhuǎn)速（10 000，20 000，30 000 r/min），選擇最優(yōu)轉(zhuǎn)速使混合料液充分混勻，并選擇分散不同時(shí)間（5，10，15 min），使之形成穩(wěn)定均一的液體。將混合好的料液緩慢加入混料機(jī)中高速攪拌，將所混合的料液密封放置。

2.3 抗性淀粉/明膠復(fù)合膜的制備

利用擠壓吹塑技術(shù)，將物料通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠壓造粒，造粒機(jī)的各溫區(qū)溫度分別設(shè)定為80，90，105，105，95，85 ℃，并選擇最合適的螺桿轉(zhuǎn)速（110，115，120 r/min）使制得的物料最均一穩(wěn)定。制得的物料通過(guò)切粒機(jī)粉碎后，利用單螺桿擠出吹塑機(jī)進(jìn)行擠出吹膜，吹膜機(jī)的各區(qū)溫度設(shè)定為90，100，105，115，105，95 ℃，設(shè)置不同吹脹比為 （2.5，5.0，7.5），不同拉伸比為 （3，5，7）以達(dá)到復(fù)合膜各項(xiàng)指標(biāo)（抗拉強(qiáng)度和復(fù)合膜的斷裂伸長(zhǎng)率等）。

3 抗性淀粉可食性吸管的研究進(jìn)展

3.1 NaCl 對(duì)抗性淀粉可食性吸管透明度的影響

加入NaCl 雖然可以改善口感，但是該物質(zhì)的加入不利于吸管透明度的提高，而且從食品營(yíng)養(yǎng)衛(wèi)生角度來(lái)看，即使食鹽的加入有利于透明度的提高，該方案也不可行，人類(lèi)每日的食鹽攝入量需小于或等于6 g，該可食性吸管若含有食鹽則會(huì)增加食鹽攝入量。從而不利于人體健康，所以加入NaCl不可行。

3.2 蔗糖對(duì)抗性淀粉可食性吸管透明度的影響

加入蔗糖在改善口感的同時(shí)可以提高吸管透明度，當(dāng)蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)20%時(shí)，玉米抗性淀粉的透明度已經(jīng)顯著提高到52%左右，添加蔗糖使淀粉透明度提高的原因可能為蔗糖溶液的折光指數(shù)使透明度提高，蔗糖分子與水分子均形成氫鍵，所以減弱了淀粉的分子間作用力，抗性淀粉糊的透明度也因此升高。

3.3 檸檬酸對(duì)抗性淀粉可食性吸管透明度的影響

檸檬酸可以改善口感且具有一定的防腐作用，檸檬酸對(duì)馬鈴薯抗性淀粉透明度影響較小。檸檬酸主要是通過(guò)影響淀粉分子的同種電荷，使同種電荷相互排斥，促進(jìn)淀粉分子在水中的分散，最終使透明度提高。

4 抗性淀粉可食性吸管的發(fā)展前景

4.1 抗性淀粉產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段人們已逐步接受形形色色的可食性材料，但很多消費(fèi)者并不了解抗性淀粉的優(yōu)良特性及其特殊的保健功能。所以這就需要生產(chǎn)企業(yè)加強(qiáng)技術(shù)研究及市場(chǎng)宣傳，讓更多的人了解抗性淀粉的功能與保健價(jià)值，為拓展市場(chǎng)奠定基礎(chǔ)。

4.2 當(dāng)前市場(chǎng)中可食性吸管產(chǎn)品比較

4.2.1 PLA 吸管與抗性淀粉吸管

在澳洲全面禁塑之后，2005 年“雙童”就著力研發(fā)出了綠色環(huán)保的PLA 生物質(zhì)可降解可彎吸管，該吸管是一種由生物降解材料——聚乳酸制成的新型可降解環(huán)保吸管，低碳節(jié)能、綠色環(huán)保。這種吸管使用丟棄后，在堆肥條件下45 d 就可以分解為水和二氧化碳，不污染環(huán)境。但是這種PLA 吸管因?yàn)椴牧媳旧淼奶兼溳^短，易遭受酸堿侵蝕而分解，所以給該材料的儲(chǔ)存帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。此外，PLA材料易脆，這無(wú)疑為吸管的運(yùn)輸造成了困難。相比之下，抗性淀粉吸管不易脆，而且這種材料對(duì)最終產(chǎn)品感官品質(zhì)影響較小，加之具有一定的保健功能，使之更易被推廣和接受。

4.2.2 海藻吸管與抗性淀粉吸管

自美國(guó)紐約的設(shè)計(jì)師Chelsea Briganti 和Leigh Ann Tucker 繼2 年前設(shè)計(jì)出可食用的水杯后，又轉(zhuǎn)向可食用吸管Lolistraw。Lolistraw 以海藻為原料，可以被泡在飲料中超過(guò)24 h，無(wú)毒、無(wú)轉(zhuǎn)基因、可食用，還可在土壤和海洋湖泊中快速完全降解。

雖然這種吸管可以食用，又對(duì)環(huán)境無(wú)害，但是海藻吸管的主要原料是海藻中的瓊脂，瓊脂是從海藻中提取的多糖體，過(guò)量食用往往會(huì)影響人類(lèi)消化系統(tǒng)的功能，起不到保健作用。而抗性淀粉吸管基于其原料的特殊功能，這種淀粉較其他淀粉難降解，在體內(nèi)消化緩慢，這就導(dǎo)致其吸收和進(jìn)入血液的速度都較緩慢。其性質(zhì)類(lèi)似溶解性纖維，具有一定的瘦身效果，近年來(lái)已受到愛(ài)美人士的青睞。此外，由于抗性淀粉的消化速度慢，大部分并不會(huì)在小腸內(nèi)消化掉，而是進(jìn)入大腸，所以大部分抗性淀粉不會(huì)變成葡萄糖，還能起到降低血糖的作用。這些特殊的保健功能使這種吸管的性質(zhì)明顯優(yōu)于美國(guó)的海藻吸管。