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(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650212）

伴隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)營(yíng)養(yǎng)和健康的認(rèn)識(shí)正在發(fā)生深刻變化。尤其是隨著現(xiàn)代生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，與免疫、優(yōu)生、抗衰老、疾病治療等關(guān)系密切的一些特殊營(yíng)養(yǎng)素受到了營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的高度重視。數(shù)據(jù)表明，我國(guó)糖尿病發(fā)病率呈快速上升趨勢(shì)，1980年我國(guó)糖尿病患病率不到1%，2000年達(dá)到5.5%，到2010年已超過(guò)美國(guó)，達(dá)到11.6%[1]。目前，我國(guó)糖尿病總?cè)藬?shù)已超過(guò)1億，糖尿病成為我國(guó)最嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題之一[2]。淀粉作為人類膳食結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的物質(zhì)和最重要的碳水化合物來(lái)源，在保障人類正常生命活動(dòng)中具有不可替代的作用。研究表明，淀粉的種類、結(jié)構(gòu)以及加工方式不同，在小腸內(nèi)的消化速度不同，血糖生成指數(shù)存在較大差異，從而對(duì)血糖穩(wěn)定和脂肪代謝影響較大[3]。因此，合理的飲食調(diào)控是糖尿病較為有效的輔助治療手段[4]?？剐缘矸郾举|(zhì)上屬于難消化淀粉，熱穩(wěn)定性好，對(duì)人體的營(yíng)養(yǎng)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(qū)別。隨著研究工作的不斷深入，抗性淀粉對(duì)人類健康的重要作用和功能不斷被挖掘，抗性淀粉相關(guān)研究已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外食物與健康領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。以我國(guó)為例，根據(jù)CNKI文獻(xiàn)庫(kù)統(tǒng)計(jì)，近10年來(lái)我國(guó)有關(guān)抗性淀粉研究的文獻(xiàn)每年都在80篇以上。本文就抗性淀粉相關(guān)特點(diǎn)以及與人類的健康關(guān)系作一綜述。

1 抗性淀粉的定義、種類及特點(diǎn)

1.1 抗性淀粉的定義

在過(guò)去較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，人們認(rèn)為淀粉總是能被人體完全消化吸收。但英國(guó)生理學(xué)家Englyst（1985）在膳食纖維的定量分析中發(fā)現(xiàn)，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(fā)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(zhì)上仍屬淀粉，但其在小腸中不能被消化吸收，對(duì)血糖水平的調(diào)節(jié)和脂質(zhì)代謝具有促進(jìn)作用。另外，抗性淀粉進(jìn)入大腸后有利于維持腸道有益微生物菌群結(jié)構(gòu)，并促進(jìn)腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)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(duì)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(fù)雜，淀粉來(lái)源及自身結(jié)構(gòu)、水解條件、酶來(lái)源等均可能導(dǎo)致淀粉在小腸內(nèi)不被酶解或酶解產(chǎn)物不能被小腸吸收，因此抗性淀粉目前尚不能做到化學(xué)上的精確分類[8]。不同學(xué)者根據(jù)淀粉來(lái)源、結(jié)構(gòu)、消化性能及應(yīng)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(xì)胞壁屏蔽或蛋白質(zhì)的隔離作用，導(dǎo)致淀粉酶與淀粉難以接觸，從而達(dá)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(shuō)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(xiàn)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(gòu)象、結(jié)晶結(jié)構(gòu)或密度等特性，對(duì)淀粉消化酶表現(xiàn)出高度抗性的抗消化性淀粉，通常為B型、少量為C型的結(jié)晶包埋結(jié)構(gòu)。國(guó)外學(xué)者認(rèn)為，該類淀粉由于其晶體結(jié)構(gòu)在未糊化時(shí)較為致密，淀粉酶難以接近并對(duì)其發(fā)生作用，從而表現(xiàn)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]?？剐缘矸垲w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(jié)構(gòu)易破壞而消失，采用適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚砗笸ǔＤ鼙恍∧c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(guò)程中，首先在一定的溫度和濕度條件下發(fā)生糊化作用，直鏈淀粉分子從淀粉顆粒中溶出，發(fā)生無(wú)規(guī)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(chǎn)生的短直鏈淀粉分子與長(zhǎng)直鏈淀粉分子重組，形成通過(guò)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(jié)構(gòu)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(tài)，淀粉中蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、可溶性糖等基本成分含量，加工條件和工藝等對(duì)老化淀粉的形成均有重要影響[13]。老化淀粉熱穩(wěn)定性好，持水性低，口感優(yōu)于傳統(tǒng)的膳食纖維。作為輔助性原料對(duì)食品的顏色和風(fēng)味影響極小，同時(shí)在烹飪受熱過(guò)程中對(duì)原有營(yíng)養(yǎng)元素破壞性也極小，因此老化淀粉作為一種極有開(kāi)發(fā)應(yīng)用前途的新型食品成分，目前是國(guó)內(nèi)外抗性淀粉研究的熱點(diǎn)和加工利用的重點(diǎn)。

1.2.4 改性淀粉（RS4）

改性淀粉又稱化學(xué)修飾淀粉，指天然淀粉經(jīng)過(guò)酯化、磷酸化、乙酯化，或應(yīng)用γ射線照射，引入新的化學(xué)基團(tuán)使淀粉分子結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)等發(fā)生變化，形成復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)基團(tuán)，阻止淀粉酶的有效吸附或交聯(lián)的形成，從而產(chǎn)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(lián)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(zhì)構(gòu)特性。例如，乙?；矸墼诘蜏叵鲁赡z狀，非常適合在肉汁、餡餅餡料和沙拉醬中添加應(yīng)用；磷酸化淀粉具有良好的凍融穩(wěn)定性，常用于冷凍食品中；交聯(lián)淀粉常在罐裝食品中用作增稠劑。

1.2.5 直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物（RS5）

直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物主要由直鏈淀粉與脂肪酸或脂肪醇等通過(guò)加工形成外部具有親水性而內(nèi)部含有脂質(zhì)物質(zhì)的淀粉脂質(zhì)復(fù)合物，大多呈V型結(jié)晶結(jié)構(gòu)[15]。其獨(dú)特的結(jié)晶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)減少了淀粉顆粒與消化酶的接觸面積，降低了對(duì)消化酶的敏感性，從而表現(xiàn)出難消化的特點(diǎn)。這類復(fù)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(shí)驗(yàn)室可控條件下可通過(guò)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)

抗性淀粉晶體結(jié)構(gòu)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(gè)葡萄糖基，對(duì)分子量的影響不大，在形成過(guò)程中分子結(jié)構(gòu)特征沒(méi)有變化[16]?？剐缘矸鄣木酆隙纫话阈∮谥辨湹矸鄣木酆隙?，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(qiáng)，常形成B型晶體結(jié)構(gòu)，因而持水能力弱，抗酶水解能力強(qiáng)。

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(guò)10.5 kJ·g-1。不消化的抗性淀粉在結(jié)腸中通常能夠全部發(fā)酵，并產(chǎn)生乙酸、丁酸等短鏈脂肪酸，為機(jī)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(nèi)為低能量甚至不產(chǎn)生能量，因此是一種很有前途的減肥食品原料[18]。

1.3.3 發(fā)酵特點(diǎn)

抗性淀粉與膳食纖維一樣，在結(jié)腸的發(fā)酵產(chǎn)物主要為CO2、CH4等氣體、各種短鏈脂肪酸和水。通常認(rèn)為抗性淀粉在結(jié)腸全部發(fā)酵物總能中所占比例為5%～35%?？剐缘矸墼诮Y(jié)腸中的發(fā)酵率可達(dá)100%，遠(yuǎn)高于膳食纖維發(fā)酵率[19]。同時(shí)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(fā)酵能產(chǎn)生更多的丁酸和丙酸，從而降低盲腸內(nèi)容物和糞便pH值[20]。

2 抗性淀粉對(duì)人類健康的意義

抗性淀粉對(duì)人類的健康貢獻(xiàn)與膳食纖維相似，因此聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)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(jié)腸內(nèi)可完全發(fā)酵，發(fā)酵產(chǎn)物及對(duì)腸道有益微生物群落穩(wěn)定性調(diào)節(jié)作用也與膳食纖維存在較大差異，對(duì)維系人體健康具有更廣泛的意義。

2.1 對(duì)糖尿病的預(yù)防和輔助治療作用

糖尿病是我國(guó)最常見(jiàn)的糖脂代謝疾病，致病機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜?？剐缘矸墼谛∧c中不被消化的特性使得其攝入體內(nèi)后血糖生成指數(shù)低，餐后血糖的波動(dòng)小，可有效改善糖尿病患者的糖耐量水平[21]。同時(shí)，抗性淀粉在結(jié)腸中發(fā)酵產(chǎn)生的丁酸能促進(jìn)腸道酪酪肽、胰高血糖素樣肽等激素的釋放，從而促進(jìn)胰島素合成釋放，達(dá)到調(diào)節(jié)血糖的作用[22]。此外，研究還表明抗性淀粉還可通過(guò)抑制肝臟甘油三酯的合成，改善脂肪代謝異常來(lái)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(zhǎng)期保持合理比例的抗性淀粉攝入對(duì)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(duì)Ⅱ型糖尿病具有較好的輔助治療作用[24]。

2.2 預(yù)防便秘和結(jié)腸癌的發(fā)生

抗性淀粉可以促進(jìn)胃腸道運(yùn)動(dòng)，縮短腸道內(nèi)容物通過(guò)時(shí)間，增加排便量，稀釋腸道中的有毒物質(zhì)，降低ORS滲透壓，從而有利于預(yù)防便秘的發(fā)生[25]?？剐缘矸墼诮Y(jié)腸內(nèi)能完全發(fā)酵，其發(fā)酵產(chǎn)物主要為短鏈脂肪酸，不僅可以降低結(jié)腸pH值和腸內(nèi)蛋白質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)物氨的吸收，而且對(duì)于維持腸道菌群平衡、促進(jìn)益生菌群生長(zhǎng)具有重要作用。另外，短鏈脂肪酸作為結(jié)腸黏膜的主要供能物質(zhì)，對(duì)結(jié)腸黏膜具有重要的營(yíng)養(yǎng)作用。因此，抗性淀粉對(duì)于維持腸道健康具有重要作用。與傳統(tǒng)膳食纖維相比，抗性淀粉發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸中，丁酸含量更高。丁酸不僅是結(jié)腸黏膜的主要供能物質(zhì)，而且能通過(guò)調(diào)控腫瘤壞死因子抑制結(jié)腸黏膜細(xì)胞癌變分化，并誘導(dǎo)癌變細(xì)胞凋亡，從而有利于降低結(jié)腸癌的發(fā)生率[26]。此外，我國(guó)學(xué)者研究還發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽對(duì)于防止癌細(xì)胞的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)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(fā)的另一類常見(jiàn)慢性疾病為高脂血癥，在我國(guó)中老年人中十分普遍。調(diào)整高脂血癥患者飲食結(jié)構(gòu)，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(diào)節(jié)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(guān)系和作用機(jī)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(duì)血清膽固醇的降低范圍為8%～23%，對(duì)甘油三酯的降低范圍為0%～42%。

2.4 控制體重

膳食對(duì)人的胞腹感對(duì)于人控制體重作用巨大?？剐缘矸墼谠黾语柛垢蟹矫娴淖饔门c膳食纖維相似，可以有效降低食物攝入量。研究發(fā)現(xiàn)，在使人體產(chǎn)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(jié)腸中被微生物發(fā)酵利用，產(chǎn)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(nèi)所產(chǎn)生的熱量?jī)H相當(dāng)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(duì)于控制體重具有重要作用。

2.5 促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收

膳食纖維中所含植酸對(duì)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(jié)腸中發(fā)酵產(chǎn)生大量的丁酸、丙酸、乙酸等短鏈脂肪酸，使結(jié)腸pH值降低，促使食物中的鎂、鈣等礦物質(zhì)元素轉(zhuǎn)變成易于吸收的可溶性離子。因此，相對(duì)于膳食纖維來(lái)說(shuō)，抗性淀粉更有利于鈣、鎂等礦物元素的消化和吸收。

3 結(jié)語(yǔ)

抗性淀粉在健康者小腸中不被降解吸收、但在結(jié)腸內(nèi)可完全被發(fā)酵和重吸收。作為一種新型膳食纖維，在控制體重、預(yù)防和控制糖尿病發(fā)生、降低直結(jié)腸癌發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)、降低血脂和促進(jìn)礦元素吸收方面具有重要作用?？剐缘矸鄣陌l(fā)現(xiàn)和應(yīng)用是近年來(lái)碳水化合物營(yíng)養(yǎng)與健康研究領(lǐng)域取得的重要成果。相對(duì)于傳統(tǒng)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。