抗性淀粉的研究現(xiàn)狀

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抗性淀粉的研究現(xiàn)狀

農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊

抗性淀粉的研究現(xiàn)狀

第２期（總第１６３期）２００９年２月

農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊

ＡｃａｄｅｍｉｃＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｏｆＦａｒｍＰｒｏｄｕｃｔｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

２００９年第２期

Ｎｏ．２Ｆｅｂ．

文章編號：１６７１－９６４６（２００９）０２－００２２－０４

抗性淀粉的研究現(xiàn)狀

翟愛華，呂博華，張洪微

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶１６３３１９）

摘要：抗性淀粉是不被健康人體小腸所吸收的淀粉及其降解物，它具有良好的營養(yǎng)特性和生理功能。介紹我國生產(chǎn)

抗性淀粉的方法、研究現(xiàn)狀和意義，并對影響其產(chǎn)率的因素進(jìn)行了歸納。關(guān)鍵詞：抗性淀粉；制備；影響因素中圖分類號：ＴＳ２３１文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ

ＳｉｔｕａｔｉｏｎｏｆＳｔｕｄｙｏｎＦａｓｔｎｅｓｓＳｔａｒｃｈ

ＺｈａｉＡｉｈｕａ，ＬｖＢｏｈｕａ，ＺｈａｎｇＨｏｎｇｗｅｉ

（ＦｏｏｄＣｏｌｌｅｇｅ，ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＡｕｇｕｓｔ－ｆｉｒｓｔＬａｎｄＲｅｃｌａｍａｔｉｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｑｉｎｇ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１６３３１９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆａｓｔｎｅｓｓｓｔａｒｃｈｉｓｄｅｆｉｎｅｄａｓｔｈｅｓｕｍｏｆｓｔａｒｃｈａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｓｏｆｓｔａｒｃｈｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｎｏｔａｂｓｏｒｂｅｄｉｎｔｈｅｓｍａｌｌｉｎｔｅｓｔｉｎｅｏｆｈｅａｌｔｈｙｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｓ．Ｉｔｈａｓｇｏｏｄｎｕｔｒｉｔｉｏｎａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｔｓｔａｒｃｈｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓａｎｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｆａｓｔｎｅｓｓｓｔａｒｃｈｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｓｔｎｅｓｓｓｔａｒｃｈ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ；ａｆｆｅｃｔｆａｃｔｏｒｓ

０引言

隨著人們生活水平的提高及其越來越關(guān)注食品的功能化，功能食品成為２１世紀(jì)食品工業(yè)發(fā)展的方向之一。而抗性淀粉作為一種新的膳食纖維已經(jīng)引起了越來越多人的關(guān)注和研究。１９８２年，Ｅｎｇｌｙｓｔ等人在進(jìn)行膳食纖維定量分析時，發(fā)現(xiàn)在不溶性膳食纖維中包埋有淀粉成分，將其稱為抗性淀粉（ｒｅｓｉｓｔａｎｔｓｔａｒｃｈ，ＲＳ），至此，才引起學(xué)者們對抗性淀粉營養(yǎng)特性的研究興趣。１９９２年ＦＡＯ（世界糧農(nóng)組織）將抗性淀粉定義為“健康者小腸中不吸收的淀粉及抗性淀粉降解產(chǎn)物”［１］。近年的研究已經(jīng)初步證明，抗性淀粉具有治療便秘，控制糖尿病，促進(jìn)脂類、膽固醇代謝，促進(jìn)礦物質(zhì)吸收，增強(qiáng)疾病抵抗力等與膳食纖維相似的生理功能。相對于膳食纖維，抗性淀粉甚至比一般淀粉具有更好的口感。在食品中添加適量抗性淀粉，可制成不同特色的功能食品和風(fēng)味食品，不但不影響食品風(fēng)味，還能改善食品質(zhì)地與口感，以及食品的膨脹性和脆性。隨著人們保健意識的提高，飲食結(jié)構(gòu)的改善，發(fā)展抗性淀粉對人類健康和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大意義，也具有巨大的商業(yè)前景。１抗性淀粉的分類及制備特點(diǎn)

抗性淀粉根據(jù)其形態(tài)及物理化學(xué)性質(zhì)，可分為四

大種類：①ＲＳ１，物理包埋淀粉（ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙｔｒａｐｐｅｄｓｔａｒｃｈ）；②ＲＳ２，生淀粉顆粒（ｒｅｓｉｓｔａｎｔｓｔａｒｃｈｇｒａｎｕｌｅｓ）；③ＲＳ３，回生淀粉（ｒｅｔｒｏｇｒａｄｅｄｓｔａｒｃｈ）；

ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙｍｏｄｉｆｉｅｄｓｔａｒｃｈ）。④ＲＳ４，化學(xué)改性淀粉（

天然食物和成品中抗性淀粉的含量隨不同植物來源、特性及其加工方法的不同而有所不同。

抗性淀粉的分類見表１［２］。２抗性淀粉的形成機(jī)理

抗性淀粉的形成機(jī)理尚未完全明確。目前對抗性淀粉的結(jié)構(gòu)模型有２種假設(shè)：①由直鏈淀粉折疊形成層狀晶體結(jié)構(gòu)；②由直鏈淀粉鏈上特殊區(qū)域相互靠攏而形成束狀晶體結(jié)構(gòu)。

抗性淀粉層狀模型見圖１，抗性淀粉束狀模型見圖２。

抗性淀粉之所以能抵抗酶水解，是由于其結(jié)晶結(jié)構(gòu)，阻止了淀粉酶靠近結(jié)晶區(qū)域葡萄糖苷鍵，并阻止了淀粉酶活性基團(tuán)中結(jié)合部位與淀粉分子的結(jié)合，從而產(chǎn)生抗酶解性［３］。

對ＲＳ３形成機(jī)理比較統(tǒng)一的認(rèn)識是，由于淀粉分子在凝沉過程中分子重新聚集成有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的緣故。即淀粉糊經(jīng)冷卻后，淀粉分子在靠近分子鏈的末端區(qū)域相互纏繞發(fā)生雙螺旋結(jié)構(gòu)，并使得原來雜亂無章的淀粉分子鏈進(jìn)一步延伸，延伸的分子鏈再發(fā)生折

收稿日期：２００８－１２－１１

基金項(xiàng)目：大慶市科技攻關(guān)課題（ＳＧＧ２００６－０１５）。作者簡介：翟愛華（１９７０－），女，山東人，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程。

２００９年第２期翟愛華，等：抗性淀粉的研究現(xiàn)狀

表１抗性淀粉的分類

·２３·

類型ＲＳ１ＲＳ２ＲＳ３ＲＳ４

豆類

來源

部分粉碎的谷粒、種子及青香蕉、生馬鈴薯、生豌豆等

面包、煮熟冷卻的馬鈴薯、即食早餐谷物

黏大米等轉(zhuǎn)基因作物

抗酶作用機(jī)制封閉于植物細(xì)胞內(nèi)，酶分子很難與淀粉顆粒接近

直鏈淀粉形成Ｂ型晶體，有極強(qiáng)的抗酶解性

老化的直鏈淀粉抗酶性強(qiáng)，老化的支鏈淀粉抗酶性弱

由于酶抑制劑、淀粉—營養(yǎng)復(fù)合物的存在，基因改型

加工對其的影響未見提高其含量的報道，可減小顆粒尺寸，使其含量降低

增加直鏈淀粉比率和熱液處理，可提高其含量

糊化處理、天然淀粉顆粒的分散作用可提高其含量

通過改性可控制其含量為４０％￣９０％

小腸中的消化消化速度較慢，部分被消化吸收

消化速度很慢，幾乎不被消化

不消化不消化

間短、可控制的新制備技術(shù)提供理論依據(jù)和技術(shù)基

礎(chǔ)。

３抗性淀粉的制備

國外近幾十年來，有關(guān)抗性淀粉的研究發(fā)展很快，相關(guān)的研究也很活躍，已經(jīng)有少數(shù)產(chǎn)品進(jìn)入市場。我國對抗性淀粉的研究仍屬于剛剛起步階段，相關(guān)研究還比較少，產(chǎn)率也較低。目前我國生產(chǎn)的抗性淀粉以ＲＳ３為主，主要的制備方法如下。３．１壓熱法

將淀粉和水混合，通過高溫、高壓和冷卻等方法將一定濃度的淀粉懸浮液充分糊化后，再進(jìn)行老化處理，制得抗性淀粉。糊化的目的是破壞淀粉顆粒的分子序列，使直鏈淀粉從顆粒中溶出；老化的目的是使自由卷曲的直鏈淀粉分子相互靠近，通過分子間氫鍵形成雙螺旋，許多雙螺旋相互疊加形成許多微小的晶核，晶核不斷生長、成熟，成為更大的直鏈淀粉結(jié)晶。直鏈淀粉結(jié)晶區(qū)的出現(xiàn)會阻止淀粉酶靠近淀粉結(jié)晶區(qū)域的α－１，４葡萄糖苷鍵，并阻止淀粉酶活性中心的結(jié)合部位與淀粉分子結(jié)合，從而產(chǎn)生抗性。

朱旻鵬等人對水分含量、壓熱溫度和壓熱時間進(jìn)行了研究，在水分含量為７５％，溫度１２０℃下處理３０ｍｉｎ，ＲＳ產(chǎn)率可達(dá)１０．４７％［５］。３．２脫支法

對淀粉懸浮液進(jìn)行脫支處理，可增加抗性淀粉產(chǎn)率。

劉亞偉等人采用酸變性—沸水浴法制備甘薯抗性淀粉。利用酸快速水解無定型區(qū)支鏈淀粉，產(chǎn)生更多的直鏈淀粉，有利于淀粉的老化，形成ＲＳ。脫支法的ＲＳ產(chǎn)率可達(dá)１３．９１％［６］。

朱旻鵬等人研究了壓熱—酶解處理對抗性淀粉形成的影響，發(fā)現(xiàn)普魯蘭酶的脫支作用有利于抗性淀粉的形成，它能切開支鏈淀粉分支點(diǎn)的α－ｌ，６糖苷鍵，從而使淀粉水解產(chǎn)物中含有更多的游離直鏈淀粉分子。在老化過程中更多的直鏈淀粉有利于高抗性結(jié)晶結(jié)構(gòu)的形成，最終通過此法制備的ＲＳ產(chǎn)率

ＡＣＡ

Ａ－無定形區(qū)；Ｃ－結(jié)晶區(qū)

圖１抗性淀粉層狀模型

Ｃ

Ｃ－結(jié)晶區(qū)

圖２抗性淀粉束狀模型

疊卷曲，更有利于分子上的羥基相互作用而形成螺旋之間的氫鍵，從而形成緊密的螺旋與螺旋間聚合體，導(dǎo)致結(jié)晶區(qū)的形成［４］。結(jié)晶區(qū)使得ＲＳ３的分子結(jié)構(gòu)非常牢固，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，因而在人體的胃腸道內(nèi)不能被消化吸收。

只有在明確了抗性淀粉形成機(jī)理的基礎(chǔ)上，如ＲＳ形成過程與淀粉顆粒的變化、淀粉的無定型結(jié)構(gòu)變化、結(jié)晶結(jié)構(gòu)變化和雙螺旋結(jié)構(gòu)變化的規(guī)律性等，才能對ＲＳ制備方法進(jìn)行高效的改進(jìn)，從而為其工業(yè)化生產(chǎn)提供一種ＲＳ制得率高、質(zhì)量好，而且處理時

·２４·農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊２００９年第２期

可達(dá)１８％。

此外，將α－淀粉酶和普魯蘭酶結(jié)合使用也有利于提高抗性淀粉的產(chǎn)率。α－淀粉酶屬于內(nèi)切酶，切割淀粉分子間的α－１，４糖苷鍵，由此既可產(chǎn)生鏈長度均勻且長度適中的淀粉分子，又由于水解后的淀粉分子含有許多支鏈結(jié)構(gòu)，所以要通過普魯蘭酶的脫支處理來產(chǎn)生長度均一的脫支分子片斷，這有利于分子相互締合成高含量的抗酶解淀粉分子。

蹇華麗等人采用酶法制備ＲＳ，在糊化時加入耐熱α－淀粉酶，然后加入普魯蘭酶進(jìn)行脫支處理，通過工藝參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果得出，在ｐＨ值為５．５，普魯蘭酶相對加入量為１．５％￣２．５％，６０℃下反應(yīng)１２ｈ，ＲＳ得率為１９．０２％［３］。３．３其他方法

其他一些處理也可以增加抗性淀粉的產(chǎn)率。擠壓處理過程產(chǎn)生的高溫高壓和高剪切力可使淀粉發(fā)生物理化學(xué)變化，一些糖苷鍵斷裂，淀粉分子發(fā)生解聚作用，線性片斷更容易形成抗酶解的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了抗性淀粉的形成，但所得的抗性淀粉含量較低，一般難以超過６％。

微波膨化技術(shù)可應(yīng)用于抗性淀粉制備的預(yù)處理中，使淀粉糊化的同時產(chǎn)生膨化效應(yīng)，有利于淀粉酶或普魯蘭酶的酶解作用，再通過控制酶解條件，提高抗性淀粉的得率。

超聲波可引發(fā)聚合物的降解，一方面是由于超聲波加速了溶劑分子與聚合物分子之間的摩擦，從而引起Ｃ－Ｃ鍵裂解；另一方面是由于超聲波的空化效應(yīng)所產(chǎn)生的高溫高壓環(huán)境導(dǎo)致了鏈的斷裂。與其他降解法相比，超聲降解所得的降解物的分子量分布窄小、純度高。

目前抗性淀粉的制備方法主要是壓熱法、脫支法，以及各種方法的結(jié)合（如熱壓—酶解法、酸解—壓熱法）等。但這些方法都有處理時間長、方法繁瑣、產(chǎn)率不高等問題。因此將高新技術(shù)應(yīng)用于抗性淀粉的制備方法上，縮短其處理時間，提高其提取率，對抗性淀粉工業(yè)化之路有著重要意義。４影響抗性淀粉的因素

４．１直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例對抗性淀粉含量的影響

抗性淀粉ＲＳ３是經(jīng)過淀粉糊凝沉而來的。直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例大小對抗性淀粉的形成有顯著影響。一般來說，比值越大，抗性淀粉含量越高，這是因?yàn)橹辨湹矸郾戎ф湹矸鄹啄痢?/p>

Ｗｅｎ等人［４］發(fā)現(xiàn)經(jīng)加熱再冷卻處理的淀粉所產(chǎn)生的抗性淀粉會隨著淀粉分子中的直鏈淀粉含量的增加而增加。但Ｓｚｃｚｏｄｒａｋ等人［７］通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大麥含４３．５％直鏈淀粉的白色淀粉層，ＲＳ生成量（７．５％）

卻比直鏈淀粉含量為４９．３％的褐色淀粉層中的ＲＳ生

成量（４．０％）要高，因此他認(rèn)為各種淀粉形成ＲＳ的能力有很大的差異，并不一定與直鏈淀粉的含量有關(guān)。出現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)可能是由于褐色層含有較多的脂肪及礦物質(zhì)的原因。

大多數(shù)研究者認(rèn)為ＲＳ３主要是由凝沉的直鏈淀粉形成的，凝沉的支鏈淀粉在２４ｈ內(nèi)幾乎完全被水解。

４．２蛋白質(zhì)對抗性淀粉含量的影響

Ｃｈａｎｄｒｓｈｅｋａｒ和Ｋｉｒｌｉｅｓ［８］研究了原料中蛋白質(zhì)對高粱淀粉凝沉的影響，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)對淀粉粒有嚴(yán)格的保護(hù)，只有將這些蛋白質(zhì)去除后，淀粉粒才能發(fā)生凝沉。

Ｈｏｌｍ等人也發(fā)現(xiàn)小麥制品有相當(dāng)數(shù)量的淀粉被蛋白質(zhì)所包裹。有研究已證實(shí)不同來源的淀粉都有此現(xiàn)象，但上述研究都是對谷物中自身所含蛋白質(zhì)而言的。有關(guān)外源蛋白質(zhì)添加物對淀粉凝沉的影響，Ｅｓｃａｒｐａ等人［９］作了細(xì)致的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)淀粉凝沉?xí)r會在直鏈淀粉分子之間形成氫鍵一樣，外加蛋白質(zhì)也能與直鏈淀粉分子形成氫鍵而使淀粉分子被束縛，從而抑制了直鏈淀粉的凝沉，降低了食物中的抗性淀粉含量。因此，蛋白質(zhì)對抗性淀粉含量的影響包括了２個方面：①蛋白質(zhì)對淀粉有包埋、束縛作用，使淀粉酶難以接觸淀粉而形成抗性，即增加ＲＳ１抗性淀粉含量；②蛋白質(zhì)對淀粉形成保護(hù)，可以防止淀粉老化，即減少ＲＳ３抗性淀粉含量。從整體上看，后一種影響更為重要。

４．３脂質(zhì)對抗性淀粉形成的影響

Ｅｓｃａｒｐａ等人［１０］研究表明，在谷類食物中加入橄欖油，會使其中的抗性淀粉含量降低。

Ｅｌｉａｓｓｏｎ等人發(fā)現(xiàn)，單甘酯可與直鏈淀粉形成復(fù)合物，從而競爭性地抑制由于直鏈淀粉分子間相互復(fù)合而導(dǎo)致的淀粉凝沉，并通過ＤＳＣ研究了這些結(jié)構(gòu)。其他脂質(zhì)（如磷脂、油酸和大豆油）都會使抗性淀粉含量降低，但其降低幅度遠(yuǎn)不及單甘酯。

Ｓｉｅｖｅｒｔ等人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)抗性淀粉中脂類物質(zhì)不是以絡(luò)合物形式存在，只是附著于未降解的淀粉物質(zhì)上。谷物淀粉中含有少量脂肪，它可與淀粉分子發(fā)生絡(luò)合。脂類物質(zhì)與直鏈淀粉分子結(jié)合成絡(luò)合物后，對淀粉膨脹、糊化和溶解有著強(qiáng)抑制作用，因此會對淀粉的抗性產(chǎn)生影響。

４．４糖類對抗性淀粉形成的影響

可溶性糖是食品中常用的甜味劑，如葡萄糖、麥芽糖、蔗糖和核糖等。Ｋｏｈｙａｍａ等人研究了它們對抗性淀粉形成的影響，發(fā)現(xiàn)添加可溶性糖可降低糊化淀粉的重結(jié)晶程度，導(dǎo)致抗性淀粉含量降低。可溶性糖抑制糊化淀粉凝沉的機(jī)理，被認(rèn)為是可溶性糖分子與淀粉分子鏈間的作用改變了淀粉凝沉的基質(zhì)，即可溶

２００９年第２期翟愛華，等：抗性淀粉的研究現(xiàn)狀·２５·

性糖作為抗塑劑而使食品玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度升高。然而Ｌｉｊｅｂｅｒｇ等人研究了不同焙烤條件對抗性淀粉形成

Ｅｅｒｌｉｎｇｅｎ等人發(fā)現(xiàn)高蔗糖添加量雖然使小麥淀粉的的影響，發(fā)現(xiàn)低溫、長時間（１２０℃，１２ｈ）烘烤制得抗性淀粉含量顯著降低，但卻導(dǎo)致高直鏈玉米淀粉抗的面包中的抗性淀粉（５．０％），比一般烘烤方式

）面包中所得的抗性淀粉（３．０％）高。性淀粉含量增加。（２００℃，４０ｍｉｎ

４．５淀粉顆粒大小及聚合度和鏈長對抗性淀粉形成

５結(jié)束語

的影響

不同來源的淀粉粒，其大小亦有差異，其中馬鈴抗性淀粉是一種及其重要的功能因子，具有重要薯淀粉粒的平均直徑較大，約為１００μｍ，而豌豆、的生理功能和優(yōu)良的食品加工性能，有非常良好的市小麥和玉米淀粉粒的粒度相對較小，平均直徑為場前景。但相對于對抗性淀粉生理功能的了解，目前２０￣３０μｍ，所以，前者與后者的比表面積相差約對抗性淀粉的形成機(jī)理、加工制備、定量分析等還缺２０倍。假設(shè)淀粉酶的作用發(fā)生在淀粉粒的表面，這乏深入的研究和了解，因此重視和加強(qiáng)對ＲＳ的研

究，推廣新技術(shù)、新方法在ＲＳ制備中的應(yīng)用，提高必然會導(dǎo)致在同樣條件下馬鈴薯淀粉水解速率低于其

抗性淀粉的得率，盡快實(shí)現(xiàn)抗性淀粉商品化，對我國他淀粉。和淀粉粒度一樣，淀粉分子的鏈長也會影響

淀粉產(chǎn)業(yè)有著非常深遠(yuǎn)的意義�？剐缘矸鄣男纬�。

Ｅｅｒｌｉｎｇｅｎ等人研究了平均聚合度（ＤＰｎ）為

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三種衍射圖型，其中Ｂ型的抗性最強(qiáng)［１１］。

62-67.

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添加瓜爾豆膠會降低ＲＳ含量。Ｔｏｒｒｅ等人用纖

82.

維素試驗(yàn)時也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象，雖然可溶性纖維

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粉形成的結(jié)果卻表明，兒茶素使抗性淀粉含量降低的

351-355.

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籽粒莧淀粉抗性淀粉形成的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)常壓蒸煮和高壓蒸煮的抗性淀粉含量比其他處理方式高。

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