抗性淀粉及其在食品工业中的应用

李 辰 李坚斌 聂 卉

（广西大学轻工与食品工程学院，南宁 530004）

抗性淀粉及其在食品工业中的应用

李 辰 李坚斌 聂 卉

（广西大学轻工与食品工程学院，南宁 530004）

大多淀粉食物中都含有抗性淀粉，作为人类的食物来源，有着悠久的历史。抗性淀粉有着像可溶性纤维一样的潜在健康益处和功能特性，引起了研究者的关注。结合抗性淀粉的国内外研究状况，综述了抗性淀粉的分类，制备与检测，及其在食品工业中的应用，结合目前存在的问题和潜在应用，对抗性淀粉的进一步发展进行了展望。

抗性淀粉 制备与检测 食品工业

日常饮食中的活性物质在人体的作用是营养科学领域一个值得关注和研究的主题，引起了消费者、卫生保健业、营养教育学家、食品生产者、加工者、经销商等的关注［1］。食物的营养与人们健康密切相关。近来，由于人们日常饮食中营养物质过剩，造成了越来越多的人患上了肥胖、糖尿病等所谓的“文明病”，这些疾病的发生是由于人们摄入过量高糖类、高脂肪和高蛋白类物质，而膳食纤维类物质摄入不足造成的。因此，膳食纤维对人们健康的作用也越来越受到人们的关注，也由此成为影响人体健康的“第七大营养因素”［2］。所以，提高饮食健康是食品工业和医疗健康领域最重要的任务。

研究发现，在食物中加入膳食纤维，能够改善食物的营养与功能，控制肥胖和糖尿病等的发病率，但膳食纤维不是一个单体，而是许多具有不同物理和化学特性物质的复杂混合物，由于每种物质发挥不同的生理效应，所以某一种生理效果不是很明显［3］。与膳食纤维相比，抗性淀粉是一种新兴的膳食纤维，是食品领域的研究热点。世界卫生组织等机构1998年联合出版的《人类营养中的碳水化合物》一书中指出，抗性淀粉的发现和利用，是近年来研究碳水化合物与健康关系的一项重要成果［4］。

抗性淀粉是一种淀粉或淀粉的消化产物，在上消化道不被消化吸收，直接到达大肠或结肠，被分解为短链脂肪酸，降低大肠或结肠的pH，对大肠或结肠健康有益［5］。抗性淀粉作为肠道益生菌的能量来源，能够降低肥胖风险，解决结肠问题［6］。抗性淀粉的独特特点，如来源天然、风味清淡、色白、水溶性低等，使它成为功能食品中很有价值的补充物［7］。所以，抗性淀粉在食品工业中有重要应用，对健康食品的发展意义重大。

根据抗性淀粉的国内外研究状况，对抗性淀粉的分类、制备与检测方法进行了总结与探讨，并总结了抗性淀粉在食品工业中的应用，为抗性淀粉功能性食品的开发提供参考。

1 抗性淀粉的分类

依据来源、结构、消化性能及应用不同，抗性淀粉可以被分为5类（如表1）［8］。

RS1是一种不容易被消化吸收利用的淀粉，由于其物理约束［9］，主要存在于全部或部分碾磨的谷物、种子、根茎和豆类中［10］。在正常蒸煮条件下，RS1具有热稳定性，因此可以将其广泛应用到传统食品中［11］。

RS2由天然植物的原淀粉颗粒组成，如马铃薯、绿香蕉、高直链玉米淀粉和一些豆科植物。在这些淀粉中，支链淀粉颗粒在长链分支中占比例很大，导致了其刚性结构，对消化酶具有高抗性，使消化酶很难接近淀粉［12］。经过蒸煮，大部分淀粉经糊化作用会失去B型和C型结晶结构，成为快消化淀粉，如烤马铃薯和熟香蕉。但高直链淀粉能够产生大量的直链淀粉和支链淀粉的长链，即使经过高温蒸煮其结晶结构也不易被破坏，这种淀粉的糊化温度高于水的沸点，因此在蒸煮的过程中，淀粉的晶体结构不发生改变，依然保持抗消化酶水解的特性。

表1 抗性淀粉的分类

RS3是由食品加工过程中发生回生作用而形成的抗性淀粉［13］，如冷却的马铃薯和回生的高直链玉米淀粉。淀粉类食物在冷冻条件下，淀粉会发生回生作用，在回生过程中直链淀粉分子和支链淀粉的长链缠绕在一起形成双螺旋结构，不易与淀粉酶结合，因此使淀粉具有抗消化特性［14］。通常食品加工过程（如挤压、蒸煮等）都会破坏RS1和RS2的结构，但水分含量高时，直链淀粉分子内部氢键作用加强，更容易回生形成RS3［15］。RS3是一种可溶的膳食纤维，不仅具有热稳定性，还具有较高的持水能力［16］，使其在传统食品的加工中具有广泛的应用价值。

RS4是一种化学修饰的淀粉，通过交联［17］或合成化学衍生物［18］得到，淀粉交联后失去了膨胀能力，煮后，维持一个颗粒形状，不能被淀粉酶水解也不能被微生物发酵；合成化学衍生物后，改变了淀粉的结构，限制了部分淀粉分子的水解，使其具有高抗性。

RS5是当淀粉与脂质之间发生相互作用时，直链淀粉和支链淀粉的长链部分与脂肪醇或脂肪酸结合形成的复合物［19］。抗性淀粉的低持水能力和高结合水能力能够降低食品的水活度从而延长货架期［20］，与传统富含不溶的膳食纤维食品相比，抗性淀粉改善了某些产品的脆性、延展性和口感，这种特性使得产品更容易被消费者接受和食用，从而增加了膳食纤维的摄入。

2 抗性淀粉的制备与检测

2.1 抗性淀粉的制备

有关抗性淀粉的制备，其基本原理基于改变淀粉的分子结构，降低部分淀粉链长，使其结晶结构发生变化，从而达到抗消化的作用。制备方法主要有以下几种：压热处理法、酶解或酸解脱支法、挤压处理法、微波辐射法、超声波法等［2］。压热法是传统的制备方法，张丽娜等［21］研究了压热法制备甘薯抗性淀粉，在淀粉糊的质量分数35%，pH 4.5，糊化温度115℃，糊化时间70 min，老化时间72 h的条件下，制得甘薯抗性淀粉得率16.26%。宋洪波等［22］用压热法制备淮山药抗性淀粉，并研究了其消化性。朱木林等［23］用酶法制备甘薯抗性淀粉并进行了工艺优化研究，普鲁兰酶用量240 ASPU／g、淀粉乳含量10 g／100 g、脱支时间72 h、反应温度55℃、-20℃下凝沉48 h，制得甘薯抗性淀粉的含量为35.23%。

近几年，微波法和微波酶法联用来制备抗性淀粉得到广泛应用。郝征红等［24］用超微粉碎-微波联用技术制备绿豆抗性淀粉，抗性淀粉得率32.80%。朱木林等［25］用微波-酶法制备甘薯抗性淀粉，淀粉质量分数11%，微波时间300 s，微波功率800 W，普鲁兰酶添加量为78 ASPU／g（淀粉干基），脱支处理时间24 h。在该试验条件下，抗性淀粉得率最高值31.25%，Aparicio-Saguilán等［26］通过高压灭菌从香蕉淀粉中制得抗性淀粉。微波法制备抗性淀粉是常用的方法，大大提高了抗性淀粉的得率，值得推广应用。随着新技术的不断发展，抗性淀粉的制备方法将朝着方便、高效和低能耗的方向发展。

2.2 抗性淀粉的检测

抗性淀粉测定方法可分为体内测定方法和体外测定方法。抗性淀粉体外测定方法的原理是基于抗性淀粉的理化性质：1）抗酶解性；2）抗性淀粉溶解于KOH或二甲基亚砜（DMSO）溶液后，可重新被淀粉酶作用水解［27］。Berry等［28］则采用直接测定的方法测定抗性淀粉含量，将可消化淀粉用α-淀粉酶酶解，将抗酶解淀粉经KOH处理后又经酶解作用，通过测还原糖的含量来衡量抗性淀粉含量。Goni等［29］模拟了胃肠的生理条件，对抗性淀粉含量进行检测，将样品用胃蛋白酶处理，去除蛋白质，用α-淀粉酶酶解，离心后用2 mol／L的KOH处理，经淀粉葡萄糖苷酶60℃条件下酶解45 min，用GOD／POD法测定抗性淀粉葡萄糖含量，得到抗性淀粉含量。

随着抗性淀粉检测技术的改善，杨光等［30］在Berry法的基础上采用耐高温型α-淀粉酶在100℃酶解可消淀粉，再测定沉淀中的抗性淀粉。此方法为TSA法，此外还有：PPA法，用α-胰腺淀粉酶来测定抗性淀粉含量；AOAC法，该法是用α-胰淀粉酶和淀粉葡糖苷酶（AMG）于37℃下酶解16 h，将非抗性淀粉水解为D-葡萄糖，加入乙醇终止反应，未水解的抗性淀粉部分经2 mol／L的KOH溶解，用淀粉葡糖苷酶（AMG）定量水解为葡萄糖，D-葡萄糖用葡萄氧化酶／过氧化物酶（GOPOD）测定，即得抗性淀粉的含量［31］。体内测定方法比较复杂，范媛媛等［32］优化了McCleary［33］法来测定抗性淀粉的含量，并通过动物实验探索了淀粉在小鼠体内消化的规律。

目前，国内外常用的检测方法是AOAC法，该法是先用α-胰淀粉酶和淀粉葡糖苷酶（AMG）于37℃下酶解16 h，将非抗性淀粉水解为D-葡萄糖，加入乙醇终止反应，未水解的抗性淀粉部分经2 mol／L的KOH溶解后，用淀粉葡糖苷酶（AMG）定量水解为葡萄糖，D-葡萄糖用葡萄氧化酶／过氧化物酶试剂（GOPOD）测定，即可得出抗性淀粉的含量。

3 抗性淀粉在食品工业中的应用

抗性淀粉在食品中的应用主要基于它的两点性质：一是其特殊的物理性质，抗性淀粉具有持水性低、不溶于水、粒径小、赋形性能强、口感舒适和颜色浅等性质；二是其具有改善人体肠道功能、调节血糖和预防结肠癌等生理功能。这些性质赋予了抗性淀粉广泛的食品应用价值［2］。此外，抗性淀粉具有低持水能力等加工特性，可以用于改善食品的加工工艺，增加食品的脆度、膨胀性及提高最终产品的质地。可将其作为食品膳食纤维的功能成分，适量添加在食品中，制成不同特色的风味食品和功能食品［27］。

3.1 奶酪

在20世纪90年代，奶酪业引进了新的低脂肪产品。马苏里拉奶酪一般包括20%～27%的脂肪，在披萨饼中广泛应用，所以，抗性淀粉是替代脂肪最好的选择［34］。研究显示，在酸奶中添加RS2或RS3能够减少50%的脂肪，而且抗性淀粉的加入使奶酪光滑且质构均匀又不影响含水量。所以，奶酪中添加抗性淀粉符合健康要求，值得推广。

3.2 油炸食品

RS3的热稳定性高于任何类型的RS，用20% RS3（Novelose330）替代小麦粉可以使油炸食品中总膳食纤维的质量分数提高5.0%～13.2%。颜色是油炸食品主要性质变化，油炸食品的最佳颜色是淡黄色，代表了油炸的最佳时间。随着RS3含量的增加，油炸食品的颜色也逐渐变深，硬度和脆性也随之增加。尽管在油炸食品中添加RS2更容易被消费者接受，但添加RS3比添加RS2更能改善食品的颜色和营养价值［35］。

3.3 面包

面包中加入传统的膳食纤维（小麦麸皮和大麦粉）来改善面包功能性，但这会导致面包体积减小，颜色变暗，香味被掩盖，使得消费者的满意度下降。在面包中单独加入含RS2的淀粉，不会改变面团的醒发时间、体积以及面包皮的颜色参数。而将RS2和RS3分别以10%、20%或30%的质量比添加到面包中，结果发现面包能够吸收更多水，更加松软。在RS3的质量分数大于10%以及RS2的质量分数大于20%时，面包的体积减小，硬度增大，当添加30%的RS2和RS3时，面包的颜色值降低［7］。所以，合理调配RS2和RS3的加入量，能够使面包性能风味更佳，更能满足消费者的需要。

3.4 面条

面食是日常饮食中的基本食品，具有很高的营养价值。与其他淀粉类的食物相比，意大利面的生糖指数较低，这可能是因为在挤压过程导致蛋白质网络结构被压缩，限制了α-淀粉酶的接近，从而降低了淀粉的消化性［36］。高品质的面条不仅对营养价值有较高的要求，对最佳蒸煮时间、适宜的质构、低吸水能力等特性也有较高的要求。市售富含小麦麸皮的面条因其质构和感官特性（如颜色、硬度、蒸煮损失）不佳而不受消费者青睐［37］，其含有的小麦麸皮减弱了面条中蛋白质网络结构从而使得蒸煮损失增加［38］。某些膳食纤维，如菊粉，也对面条的性质产生了不利影响［39］。因此，在小麦粉中添加RS2可以明显改善面条的质量。添加50%RS2的面条亮度最大，添加20%RS2的面团变得更软，同时面条消化性降低，这可能与抗性淀粉具有高的持水能力有关，但没有改变硬度、韧度、咀嚼性、顺滑度和口感等感官特性［40］。功能性面条的出现将有广阔的市场。

3.5 微型胶囊

微胶囊技术是一种将细小颗粒（固体、液体或气体）封存在半透膜内来保存封闭生物结构的技术［41］。在食品工业中，微胶囊技术用来保护敏感物质，如颜色和生物大分子（包括抗氧化剂、矿物质、维生素），对提高益生菌活性的作用尤为明显［42］。微胶囊技术在食品科学中3个主要的目标是延缓活性剂在人体内的释放、提高益生菌的活性和延长乳制品的货架期。抗性淀粉是众多微胶囊材料中的一种，抗性淀粉的B型结晶结构存在大量水通道，能够包埋这些敏感的化学物质，降低其消化率，作为一种稳定的运输工具帮助解决了食品工业中控制生物活性分子的释放，延长敏感化合物的货架期等技术难题［43］。微胶囊在食品运输以及贮存过程中为益生菌创造一个抵抗恶劣条件的微环境，从而提高益生菌的存活率，使其在消化道内合适的位点释放发挥有益的生理作用。一般将高直链玉米淀粉与益生菌相结合封存到微胶囊材料里实现益生元-益生菌的共生，在微胶囊化之前将1%～2%可溶性淀粉颗粒加入到益生菌-胶体的前体里，可以更好地维持益生菌的活性［1］。将干燥的益生菌微胶囊添到干燥食品中，如谷物制品、饮料粉，对食品的贮存也有着重要的作用。将抗性淀粉用于微胶囊技术，具有巨大应用价值。

抗性淀粉除了在食品工业中的应用外，还有其他应用，如在医药学中，调节血糖水平、预防结肠癌、降低胆固醇含量、控制体重、作为益生元降低胆结石的形成、增加矿物质的吸收等作用，为医药学领域的发展提供基础和参考。

4 总结与展望

随着人们生活水平的提高，人们生活方式发生了转变，饮食中“三高”食品（高热量、高盐、高脂肪）逐渐增多，糖尿病、肥胖症、高血压、心脏病等富贵病的发生率也逐年提高，给人们的健康带来潜在的威胁。若开发出一种可以预防和治疗糖尿病、高血脂等慢性疾病的功能性食品，不仅市场前景广阔，对广大患者也是一种福音。解决这一问题的关键是提高保健意识，改善膳食结构，大力推广食用具有低热量、高膳食纤维含量的功能食品。在强化纤维食品盛行的今天，抗性淀粉以其色白、颗粒细、风味淡、持水力温和等特性，成为传统膳食纤维的最佳替代物，可以增加食品的脆性、改善口感、减少食品的膨胀度等，不仅具有独特的食品加工性能，而且还具有优良的生理功能，作为天然、安全且“药食两用”的食品资源，抗性淀粉有着重要的工业应用价值和广阔的市场开发前景。

抗性淀粉作为一种新兴的膳食纤维资源，对于其研究仍存在一些问题，需要从以下几点进行改善和解决。进一步完善其理化性质及结构组成，并对其抗酶解特性及稳定性作进一步的探讨；抗性淀粉作为一种食品，存在营养缺乏的问题，随着RS5（淀粉-脂类复合物）的发现，可深入研究淀粉与其他营养物的复合物，如：淀粉-果胶、淀粉-蛋白复合物等；改善制备提纯工艺，应用效果次重有别的思路去改进实验条件，完善工艺路线，缩短制备周期；强化其药理性研究，并进行系统的功能评价，提出抗性淀粉对各种疾病的预防和治疗方案，但目前的研究对象都是大鼠等啮齿动物，抗性淀粉对人体的生理影响还存在争议。因此，在今后应开展抗性淀粉对人类健康方面的研究；目前，抗性淀粉主要应用于食品行业，可进一步开发其在其他领域的应用，如医药卫生、牧畜养殖等，实现多领域的应用研究。

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Resistant Starch and Its Application in Food Industry

Li Chen Li Jianbin Nie Hui

（Light Industry and Food Engineering Institute，Guangxi University，Nanning 530004）

Most starch foods contain resistant starch，which has a long history as a food source of human.Like soluble fiber，the resistant starch has the same potential health benefits and features as the soluble fiber，which causes a great concern to researchers.This paper introduced the classification，the preparation and testing，and its application in the food industry considering the research status of resistant starch.Combined with the current problems and potential applications，the paper also looked forward to the further development of resistant starch.

resistant starch，preparation and testing，food industry

TS232

A

1003-0174（2017）01-0141-06

2015-05-22

李辰，1991年出生，女，硕士，糖类物质生物利用及其污染控制

李坚斌，1970年出生，女，教授，糖类物质生物利用及其污染控制