抗性淀粉的制備、功能和應(yīng)用研究進(jìn)展

胡愛軍，李 靖，王夢婷，劉廣鑫，鄭 捷

(1.天津科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457；2.天津潮白谷物食品有限公司，天津 301800；3.天津市寬達(dá)水產(chǎn)食品有限公司，天津 300162)

抗性淀粉(resistant starch，RS)最早是英國科學(xué)家Englyst對膳食纖維進(jìn)行定量分析時發(fā)現(xiàn)的，指在健康人體內(nèi)不被小腸消化分解的淀粉及其分解物的總稱[1].根據(jù)其結(jié)構(gòu)、來源、抗酶解性、物理化學(xué)性質(zhì)等的不同可以分為五大類：物理包埋淀粉(RS1)、抗性淀粉顆粒(RS2)、回生淀粉(RS3)、化學(xué)改性淀粉(RS4)和直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物(RS5).RS在改善腸道環(huán)境、治療腹瀉和降低結(jié)腸癌發(fā)病率[2]，以及預(yù)防肥胖和Ⅱ型糖尿病[3,4]等方面具有重要作用.因此，為了全面了解RS，就需要從制備方法、功能和應(yīng)用等方面進(jìn)行綜合分析，并對RS未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望.

1 RS的制備

RS1和RS2是植物中天然存在的兩種RS，含量較低，穩(wěn)定性較差，所以并不常用.制備RS3常用熱處理法、脫支法、微波法和超聲波法，而RS4有酯化、醚化和交聯(lián)等制備方法.

1.1 RS3型RS的制備

1.1.1 熱處理法

熱處理法主要有壓熱處理法和濕熱處理法.壓熱處理法指通過高溫高壓處理，使淀粉乳充分糊化，破壞其內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)冷卻回生，形成新的晶體結(jié)構(gòu)，從而獲得抗酶解性.Song等[5]采用壓熱法制備淮山藥RS3，研究淀粉乳濃度、pH值和壓熱時間與RS3得率的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)3種影響因素的主次順序為淀粉乳濃度>pH值>壓熱時間.采用壓熱處理法也能夠提高RS3的得率，使RS3含量增加至(8.57±0.10)%[6].

濕熱處理法是在水分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))較低的條件下制備RS3，主要通過改變水分含量、熱處理溫度及時間等條件來調(diào)控RS3的含量.李琳何等[7]確定了濕熱法制備馬鈴薯RS3的最佳工藝參數(shù)，得到馬鈴薯RS3的得率為26.63%.因此，濕熱處理法成本較低、無化學(xué)殘留物、安全性較高，應(yīng)用非常廣泛.

1.1.2 脫支法

脫支法主要包括酶法脫支法和酸法脫支法.酶法脫支含有α-淀粉酶和普魯蘭酶.α-淀粉酶，能夠分解淀粉中的α-1，4糖苷鍵，增加游離直鏈淀粉分子的含量.同時普魯蘭酶能夠切開支鏈淀粉分支處的α-1，6糖苷鍵，使其脫支形成直鏈淀粉分子，經(jīng)糊化和老化處理后，直鏈淀粉分子之間會相互靠攏纏繞形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)分子間作用力，提高穩(wěn)定性，從而生成具有抵抗酶解能力的RS.采用普魯蘭酶處理蠟質(zhì)玉米淀粉，發(fā)現(xiàn)經(jīng)脫支處理后RS3含量從13%增加到19%[8].而將普魯蘭酶脫支-濕熱處理聯(lián)用，小麥RS3的得率最高[9].因此，采用酶法制備RS3時，應(yīng)研究酶添加量和酶解處理時間的最優(yōu)組合，以提高得率.

酸法脫支是利用酸的降解作用使α-1，6糖苷鍵分解，提高直鏈淀粉的含量.Mun等[10]采用酸法脫支從天然豌豆和普通玉米淀粉中開發(fā)RS3，最終得率分別為68.1%和59.6%，比天然淀粉的酶抗性更高.將檸檬酸、蘋果酸等有機(jī)酸用于制備RS將是未來發(fā)展的重點.

1.1.3 微波法

微波通過微波輻射處理，能夠?qū)Φ矸鄯肿觾?nèi)的氫鍵產(chǎn)生作用，使淀粉分子鏈斷裂，經(jīng)冷卻回生后，分子間重新排列，形成新的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，從而降低淀粉的消化性，生成RS3型.對馬鈴薯淀粉進(jìn)行微波增韌處理(MTT)后發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯淀粉的表面結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，結(jié)晶度、直鏈淀粉和RS3含量都有大幅度增加[11].

1.1.4 超聲波法

超聲波在液體物料中傳播時超過一定的強(qiáng)度會產(chǎn)生空化效應(yīng)，而空化效應(yīng)中形成的空泡在破裂時會產(chǎn)生局部高溫高壓的環(huán)境，導(dǎo)致淀粉分子與溶劑分子之間強(qiáng)烈摩擦，使淀粉分子間氫鍵斷裂，加速支鏈淀粉的分解速率，增加直鏈淀粉含量，進(jìn)而提高RS得率.超聲波法一般不單獨使用，而是與其他方法聯(lián)用.Chang等以蠟質(zhì)玉米淀粉中分離出的脫支淀粉(DBS)為原料，使用超聲輔助退火處理，會引起淀粉結(jié)構(gòu)的重排，顯著增加RS3含量；這說明超聲和退火處理對DBS的雙重修飾可以調(diào)節(jié)RS3的消化特性，可用于開發(fā)RS新產(chǎn)品[12].

1.1.5 其他方法

輻照法就是使用一定劑量的60Co射線對食品進(jìn)行輻照，與常規(guī)化學(xué)改性方法相比，更加安全快速.鄭妍等[13]利用壓熱、輻照和微波3種方法制備馬鈴薯RS3，結(jié)果表明，經(jīng)輻照處理后得到的RS3含量最高.

擠壓法是一種新興的RS3制備方法，具有成本低、效率高等優(yōu)點.擠壓法在國外的應(yīng)用較多，但在國內(nèi)仍處于研究階段，還無法進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn).

另外，多種方法聯(lián)用比使用單一方法制備RS3的效果更好.將酸解和濕熱處理相結(jié)合用于指標(biāo)RS3，結(jié)果顯示經(jīng)酸解和濕熱處理的大米淀粉其RS3含量顯著高于天然大米淀粉(6.3%～10.2%)和單獨濕熱處理大米淀粉，這可能是因為兩種方法相結(jié)合對淀粉分子結(jié)構(gòu)的破壞更大，使其在重結(jié)晶的過程中能夠形成更穩(wěn)固、更致密的結(jié)晶結(jié)構(gòu)[14].

1.2 RS4型RS的制備

RS4型是一類經(jīng)化學(xué)修飾作用改變淀粉分子結(jié)構(gòu)，通過引入新的化學(xué)官能團(tuán)，產(chǎn)生抗酶解性的功能性RS.常用的制備方法有酯化、醚化和交聯(lián).

1.2.1 酯化反應(yīng)

酯化反應(yīng)是醇與羧酸或含氧無機(jī)酸生成酯和水的反應(yīng).酯化改性淀粉可由無機(jī)酸或有機(jī)酸酯化淀粉分子中的羥基后制得.陳文潔等[15]利用辛烯基琥珀酸對淀粉進(jìn)行酯化，RS4的得率為21.51%，原因是經(jīng)酯化反應(yīng)后，淀粉結(jié)構(gòu)中的一些小顆粒會通過酯鍵連接在大顆粒上，從而使結(jié)構(gòu)更加緊密，不易被消化酶分解.

1.2.2 醚化反應(yīng)

醚化淀粉通常是淀粉葡萄糖單元上最常見的羥基被替換為羥丙基、羧甲基或其他基團(tuán)后在鏈中形成醚鍵而制得.通過醚化反應(yīng)制備木薯RS4，淀粉具有較好的疏水特性[16].

1.2.3 交聯(lián)反應(yīng)

交聯(lián)淀粉是由含有二元或多元官能團(tuán)的交聯(lián)劑與淀粉分子發(fā)生羥基反應(yīng)(生成二醚鍵、二酯基等基團(tuán))，從而將兩個或多個淀粉分子交叉連接起來形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高聚物.交聯(lián)主要發(fā)生在支鏈淀粉區(qū)域，可增強(qiáng)淀粉分子內(nèi)和分子間的作用力，提高熱穩(wěn)定性.采用酸水解的糯米淀粉與三偏磷酸鈉交聯(lián)來制備RS4，經(jīng)過經(jīng)交聯(lián)處理后RS含量會增加[17].

2 RS的功能

2.1 改善腸道環(huán)境，調(diào)節(jié)腸道菌群

RS在大腸中能被發(fā)酵生成丙酸、丁酸等一系列短鏈脂肪酸和氣體.其中丁酸是腸道上皮細(xì)胞能量的主要來源，能夠預(yù)防結(jié)直腸癌[18].另外，RS分解產(chǎn)生的氣體有助于增加糞便體積和質(zhì)量，更好地清除腸道內(nèi)的有害物質(zhì)，加速腸道運(yùn)轉(zhuǎn)，可有效預(yù)防便秘和胃腸道疾病[19].

RS能夠促進(jìn)腸道有益微生物的生長和繁殖，降低促炎微生物大腸桿菌的數(shù)量，從而調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)，維持腸胃健康[20].以可食美人蕉的天然淀粉為原料制備RS3，發(fā)現(xiàn)可食美人蕉RS3可以調(diào)節(jié)腸道微生物菌群失調(diào)并增加生態(tài)系統(tǒng)多樣性[21].

2.2 調(diào)節(jié)血糖，預(yù)防Ⅱ型糖尿病

與普通淀粉相比，RS的GI值較低，人體攝入后能夠顯著降低餐后血糖水平，提高機(jī)體對胰島素的敏感性，改善胰島素的分泌，從而維持血糖穩(wěn)態(tài)，可用于控制Ⅱ型糖尿病病情[22].鄭潔等[23]將高RS大米用于Ⅱ型糖尿病病人的血糖研究，發(fā)現(xiàn)高含量RS大米能夠有效降低Ⅱ型糖尿病病人的血糖.

2.3 控制體重，預(yù)防肥胖

RS的熱量和消化率都比較低.高RS食物代替普通淀粉后，脂肪成為人體獲取能量的主要來源，可增加脂肪消耗、緩解肥胖[24].厚壁菌與擬桿菌的比值與人體肥胖有一定關(guān)系.肥胖人群的厚壁菌與擬桿菌的比值高于瘦弱人群[25].RS能夠顯著降低人體內(nèi)厚壁菌數(shù)量、增加擬桿菌數(shù)量，通過調(diào)節(jié)人體腸道菌群的數(shù)量和比例可以降低肥胖癥發(fā)生的幾率[26].

3 RS的應(yīng)用

3.1 在食品添加劑中的應(yīng)用

3.1.1 結(jié)構(gòu)改良劑

RS由于持水力低、結(jié)合水能力高、口感細(xì)膩等特點，可以作為膨化食品和烘焙食品的結(jié)構(gòu)改良劑.它能夠改善食品的脆度、膨脹性和柔軟性，提高產(chǎn)品的感官評分，還能增加食品的營養(yǎng)價值.使用菊粉和RS4復(fù)配來改善功能性蛋糕的品質(zhì)，結(jié)果表明，加入RS使蛋糕樣品表現(xiàn)出良好的硬度特性，且色澤光亮[27].

3.1.2 增稠劑

RS具有良好的黏度穩(wěn)定性、流變特性和低持水性，在飲料及酸奶的加工中應(yīng)用廣泛.將馬鈴薯RS應(yīng)用在發(fā)酵乳中可以起到增稠作用，減少乳清析出，從而增強(qiáng)發(fā)酵乳的穩(wěn)定性；同時RS還能夠保護(hù)發(fā)酵乳中的益生菌，提高發(fā)酵乳的益生功能性[28].

3.1.3 膳食纖維增強(qiáng)劑

RS可以作為一種膳食纖維被添加到食物中，擁有一些特殊功能.一定量RS會改善食品的品質(zhì)，如面包的脆性和柔軟性等[29].Kahraman等[30]研究了實驗室生產(chǎn)的交聯(lián)淀粉對餅干膳食纖維含量的影響，發(fā)現(xiàn)交聯(lián)淀粉對餅干的質(zhì)量有改善作用，能夠顯著增加餅干的總膳食纖維含量；與麥麩相比，交聯(lián)淀粉對餅干的硬度和顏色等感官特性的影響較小.因此，交聯(lián)淀粉可以作為生產(chǎn)高纖維餅干的替代成分，并且不會產(chǎn)生由麥麩引起的任何品質(zhì)改變.

3.2 在功能性食品中的應(yīng)用

RS在功能性食品的開發(fā)中也有較多應(yīng)用.浙江大學(xué)研發(fā)的功能性水稻“宜糖米”[31]和商金穎等[32]開發(fā)的RS含量為55%的營養(yǎng)強(qiáng)化米.但是，這些產(chǎn)品并沒有真正走進(jìn)千家萬戶，未來應(yīng)加強(qiáng)宣傳力度.

3.3 在藥物載體中的應(yīng)用

目前常用的藥物載體及微膠囊壁材大多是一些化學(xué)物質(zhì)，安全性不能得到保證.RS是一種食品級材料，可以在大腸中定點釋放，不會對人體健康造成危害；同時RS還可以作為乳酸桿菌、雙歧桿菌等益生菌的碳源，促進(jìn)其生長繁殖；另外用作微膠囊壁材來包埋益生菌，提高益生菌的存活率.Hassan等[33]以海藻酸鈉和RS作為微膠囊壁材對嗜酸乳桿菌La5進(jìn)行包埋，研究了其對嗜酸乳桿菌La5存活率以及伊朗白色鹽水奶酪感官特性的影響.研究結(jié)果表明，海藻酸鈉-RS混合凝膠微膠囊能夠顯著提高干酪中嗜酸乳桿菌La5的存活率；而且游離的和微囊化的益生菌對干酪的感官品質(zhì)均沒有顯著影響，含有微囊化La5的干酪樣品的總體可接受性優(yōu)于含有游離La5的干酪樣品.

4 結(jié)語

RS在工業(yè)發(fā)展中的地位越來越重要.通過對不同種類RS的制備、功效以及應(yīng)用進(jìn)行介紹，有助于推動RS的綜合利用和開發(fā)，更好滿足人們的需要.但是RS的研究還需進(jìn)一步改進(jìn).首先，應(yīng)加大研究開發(fā)新的制備方法，以提高RS得率；其次，在研究RS的功能時多以動物為實驗對象，在人體中是否有同樣的效果還有待進(jìn)一步討論.