抗性淀粉的制备及在食品工业应用

食品学院

粮食0802

A10080040

魏思佳

抗性淀粉的制备研究及其在食品工业中的应用

论文关键词：抗性淀粉、分类、制备、生理功能、应用 、食品工业
论文摘要：抗性淀粉是近年发展起来的新概念，其功能特性引发了人们的研究兴趣，并成为国际上新兴的食品研究领域。论述了抗性淀粉的分类、制备、理化性质、生理功能及其在食品工业中的应用。

Abstract： Resistant starch was a newly developed concept and had become the focus for study in the fields of food science and technology. The paper described the classification of resistant starch and its preparation， physical and chemical properties， as well as its possible physiological effects in human beings and the application in food industry.

抗性淀粉(resistant starch)又称抗酶解淀粉及难消化淀粉，在小肠中不能被酶解，但在人的肠胃道结肠中可以与挥发性脂肪酸起发酵反应。抗性淀粉存在于某些天然食品中，如马铃薯、香蕉、大米等都含有抗性淀粉，特别是高直链淀粉的玉米淀粉含抗性淀粉高达60%。这种淀粉较其他淀粉难降解，在体内消化缓慢，吸收和进入血液都较缓慢。其性质类似溶解性纤维，具有一定的瘦身效果，近年来开始受到爱美人士的青睐。

一、RS的制备
　　近年来，国外对抗性淀粉的制备研究非常活跃，发展很快，并有许多制备抗性淀粉的专利。而我国对抗性淀粉的制备研究正处于起步阶段。目前，对于RS形成机理比较一致的认识是：直链淀粉双螺旋叠加(即直链淀粉重结晶)形成抗性淀粉。RS的制备是一定浓度的淀粉乳经糊化后再经老化等的处理过程。

压热处理法(湿热处理)将淀粉和水混合，经高温高压处理制备RS。对压热处理温度、时间和水分含量进行研究，在水分含量70%、150℃、60 min条件下，可得到较高的抗性淀粉含量。
　 微波辐射法将淀粉和水混合后，进行微波辐射，处理一定时间后，冷却，烘干，粉碎。低水分淀粉样品接受微波辐射后，温度迅速升高，50 min内可达到170℃，其χ-射线衍射类型没有变化，溶解度没有变化，表明原淀粉中的结晶区未完全破坏。高水分淀粉样品，升温缓慢，χ—射线衍射类型发生变化，而且溶解度明显减小，证明淀粉己回生，形成新的晶体。
　　螺杆挤压法挤压过程中的高温、高压和高剪切力使淀粉发生物理化学变化，一些糖苷键断裂，分子大小和分子量分布发生变化。挤压可以促进抗性淀粉的形成，但是产品中的抗性淀粉含量较低，一般难以超过6%。在挤压时添加柠檬酸，可以促进抗性淀粉的形成。
　　脱支法在压热处理前，用酶进行脱支处理，可以得到更高的抗性淀粉含量。据报道，用酸(盐酸、硫酸等)处理淀粉，也有一定的脱支效果，但抗性淀粉产率不及酶法脱支高。

二、抗性淀粉主要分类

一般将其分为四类：即RSI,RS2,RS3,RS4

RS1：物理包埋淀粉，指那些因细胞壁的屏障作用或蛋白质的隔离作用而不能被淀粉酶接近的淀粉。如部分研磨的谷物和豆类中，一些淀粉被裹在细胞壁里，在水中不能充分膨胀和分散，不能被淀粉酶接近，因此不能被消化。但是在加工和咀嚼之后，往往变得可以消化。

RS2：抗性淀粉颗粒，指那些天然具有抗消化性的淀粉。主要存在于生的马铃薯、香蕉和高直链玉米淀粉中。其抗酶解的原因是具有致密的结构和部分结晶结构，其抗性随着糊化完成而消失. 根据X一射线衍射图像的类型，RS2可分为三类 A类：这类淀粉即使未经加热处理也能消化，但在小肠中只能部分被消化，主要包括小麦、玉米等禾谷类淀粉；B类：这类淀粉即使经加热处理也难以消化，包括未成熟的香蕉、芋类和高直链玉米淀粉；C类：衍射的类型介于A类和B类之间，主要是豆类淀粉。

RS3：回生淀粉指糊化后在冷却或储存过程中结晶而难以被淀粉酶分解的淀粉，也称为老化淀粉。它是抗性淀粉的重要成分，通过食品加工引起淀粉化学结构、聚合度和晶体构象方面等的变化形成，因而也是重要的一类抗性淀粉。回生淀粉是膳食中抗性淀粉的主要成分，这类淀粉即使经加热处理，也难以被淀粉酶类消化，因此可作为食品添加剂使用。一般采用湿热处理制备，如直连含量为70%的玉米淀粉，经过压热法处理，可获得21.2%的RS3的产品。国外专利中多采用高直链的玉米淀粉为原料，将将脱支酶作为主要手段，结合不同干燥方式制备高抗性淀粉含量的产品

RS4:化学改性淀粉(ChemicallyModifiedStarch)主要指经过物理或化学变性后，由于淀粉分子结构的改变以及一些化学官能团的引入而产生的抗酶解淀粉部分，如羧甲基淀粉、交联淀粉等。同时，也指种植过程中，基因改造引起的淀粉分子结构变化，如基因改造或化学方法引起的分子结构变化而产生的抗酶解淀粉部分。由于RS1和RS2在加热和加工的过程中会损失掉大部分，国内外研究人员目前最感兴趣的还是RS3和RS4，可以将它们添加到食品中，提高食品的功能性。

三、基本功效

抗性淀粉（ResistantStarch）被定义为不能被健康人体小肠吸收的那些淀粉，它能原封不到地进入大肠，但在大肠中部分能被肠道微生物菌群发酵，产生多种短链脂肪酸如丁酸等，改善肠道环境。抗性淀粉本身几乎不含热量，作为低热量添加剂添加到食物中，可起到与膳食纤维相似的生理功能。这已引起生理学家和营养学家的广泛关注，成为食品营养学的一个研究热点。

(1)抗性淀粉类似膳食纤维的作用。抗性淀粉被认为属于膳食纤维的一种。 　　膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收．而在人体大肠能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和．包括多糖、寡糖、木质素以及相关的植物物质。膳食纤维具有润肠通便、调节控制血糖浓度、降血脂等一种或多种生理功能。抗性淀粉对人体产生作用．主要是通过影响其他物质的吸收代谢．以及在结肠内发酵产生的次生产物而发挥其生理功能。

(2)对肠道疾病的防治作用。抗性淀粉不被消化．进入结肠，作为结肠菌群的营养源．这些微生物通过发酵，将碳水化合物代谢后生成丁酸等短链脂肪。降低结肠及粪便的pH，丁酸具有促进结肠健康，减少胺类致癌物的产生．抑制肿癌细胞。减少肠黏膜细胞的增生．进而降低患结肠癌危险。肠道的大肠杆菌还能合成泛酸、尼克酸、核黄素等人体不可缺少的生命物质．增加人体所需营养。未降解的抗性淀粉还可增加粪便通量．加速有毒物质的排出．防治便秘和痔疮。抗性淀粉能在回肠中经肠内微生物发酵而降低pH，促进矿物质等微量营养素的吸收．促进矿物元素钙、镁等的溶解，形成可溶性钙镁、经扩散易被人体上皮细胞吸收。降低血清胆固醇，防治心血管疾病，控制体重，改变结肠微生物群落，促进肠道有益微生物繁殖，促进无机盐吸收.

(3)降脂减肥作用。长期以来人们有一种误解．认为多吃含淀粉食物会导致肥胖，进而罹患多种慢性病。然而近年来，科研人员惊喜地发现情况并非如此。抗性淀粉能降低胆固醇的含量．促进胆汁分泌与循环．因而可预防胆结石的形成。抗消化淀粉还能减少脂质吸收与脂肪酸合成．有效降低血中及肝脏内脂质含量．预防脂肪肝形成。因此它可作为减肥保健食品添加剂。抗性淀粉所产生的热量约只有糖类的一半．可用于控制食欲及巨量营养素的平衡．进而达到体重的控制。抗性淀粉还具有防治糖尿病的性能。抗性淀粉有较低的血糖生成指数和胰岛素反应．尤其对II型糖尿病人，可延缓餐后血糖上升，有效控制糖尿病情。

由于加工处理能够改变食品中抗性淀粉（RS）的含量，所以抗性淀粉也受到了食品科学工作者的关注。早在1985年研究人员就从营养学的角度将其分为三类，并分别定义为RS1（物理包裹淀粉）、RS2（某些生淀粉），RS3（老化淀粉）。随着研究的深入，1995年研究人员又增加了第四类RS4（干扰酶消化的化学改性淀粉）。食品中存在的抗性淀粉主要是RS2和RS3。商品抗性淀粉主要归属于RS3类型。从结构上分析发现RS2和RS3都有部分结晶结构，RS2的结晶区在40～80范围内熔解，RS3的结晶区在60～150范围内熔解，具有熔解温度与淀粉种类及老化程度有关。淀粉结晶结构也可溶解到二甲基亚砜（DMSO）或浓碱液中。

　 目前，人们对抗性淀粉的存在、形成及其特征已有一定了解，但许多方面还在进一步研究之中。国外于上世纪80年代初就开始对其展开研究，并认为它是一种可用于制造高品质食品的配料，其生理功能及加工特征均为优良，具有广泛的应用前景。而国内在此领域研究并不多见。

　　传统的抗性淀粉（RS3）制备方法是以高直链玉米淀粉为原料，一定浓度的淀粉悬浮液充分糊化后再进行老化处理等过程制得。其他一些改进方法也可明显增加成品中的抗性淀粉含量。美国专利US3、729、380中采用解支酶进行酶处理可减少高支链淀粉的比率，以这种方式脱支的淀粉比天然淀粉具有更强的老化作用趋势。

国内研究人员考察了几种大米淀粉和土豆淀粉形成抗生淀粉的能力，用分子排阻色谱的方法研究其分子结构。认为土豆淀粉比大米淀粉更适用来生产抗性淀粉。研究人员以玉米淀粉为原料，在糊化时加入耐热性α－淀粉酶，采用脱支酶等手段改变淀粉原有的分子结构，以提高产品中抗性淀粉的含量。研究人员还研究了压热处理对抗性淀粉形成的影响及压热法抗性淀粉分子量的分布。

四、抗性淀粉在食品工业中的应用
　 抗性淀粉应用于食品工业中主要是基于两方面原因：一是潜在的生理功能，在这方面与膳食纤维的作用类似；二是特殊的物理性质，由于抗性淀粉具有特殊的低持水性能，便于加工控制；由于它不溶于水，可用于低、中湿度的食品中。

1．抗性淀粉可作焙烤食品优良的膳食纤维营养强化剂
　　抗性淀粉已成功应用于面包与糕点中。国外生产的很多面包品种，常常会添加使用传统膳食纤维。但膳食纤维含量过高会造成面包颜色较深、体积小、口感差、风味不明显等品质缺陷。加含405TDF的抗性淀粉NOVELOSE240制得的主食白面包，不仅膳食纤维成分得到了强化，而且在气孔结构、均匀性、体积和颜色等感官品质方面均比添加其他传统膳食纤维的营养强化面包好。添加抗性淀粉的面包的感官品质已与普通面包一样。
　　抗性淀粉用于饼干和烘烤糕点，可带来理想的脆性质构和很好的口感。

　　抗性淀粉能在休闲食品表面形成一层光滑、透明、有光泽的薄膜，这是因为RS3中的直链淀粉聚合体沉淀于产品表面，产品表面脱水后便形成一层光滑薄膜；又由于直链淀粉有较强的抗拉伸性，因此抗性淀粉可降低表面涂层的易脆性。

　　2．抗性淀粉可提高挤压谷物和小吃食品的膨化系数

　　抗性淀粉除了可改善食品的质构特性外，还可提高挤压谷物和小吃食品的膨化系数。分别用含40％TDF的抗性淀粉、燕麦纤维与抗性淀粉重量比为50／50、燕麦纤维与抗性淀粉重量比为25／75的配比来配制谷物食品并挤压膨化，结果表明只有含抗性淀粉的谷物食品有最大的膨化体积。而且含75％的抗性淀粉食品比含50％的抗性淀粉食品有较好的膨化系数，这表明添加抗性淀粉可改善挤压食品的膨化情况，减少其他纤维对食品膨化的负面影响。

　　3．抗性淀粉可以作为食品增稠剂使用抗性淀粉具有较好的黏度稳定性、很好的流变特及低持水性，可以作为食品增稠剂使用。将抗性淀粉、天然糯性谷物淀粉及变性淀粉分别添加于调味汁中在90℃蒸煮15分钟后，结果显示添加抗性淀粉的制品稠度较佳。它还可以应用于汤料、乳制品中。又由于抗性淀粉为水不溶性物质。在黏稠不透明的饮料中可用抗性淀粉来增加饮料的不透明度及悬浮度，它不会产生沙砾感，也不会掩盖饮料风味。

淀粉是粮食作物的主要成分牞它是由植物体内光合作用生成的葡萄糖经缩合而成的多糖牞是某些植物的储能物质牞是人类必需的主要营养成分之一。淀粉在自然界中分布很广，种类也很多，一般按来源可以分为以下几类。禾谷类淀粉：主要包括玉米、小麦、燕麦等；薯类淀粉：我国以淀粉是粮食作物的主要成分牞它是由植物体内光合作用生成的葡萄糖经缩合而成的多糖牞是某些植物的储能物质牞是人类必需的主要营养成分之一。淀粉在自然界中分布很广，种类也很多，一般按来源可以分为以下几类。禾谷类淀粉：主要包括玉米、小麦、燕麦等；薯类淀粉：我国以甘薯、木薯、马铃薯为主；豆类淀粉：主要有绿豆、豌豆、蚕豆等。另外，植物的果实（如香蕉、芭蕉等）和基髓（如西米、豆苗、菠萝等）中也含有淀粉。一些细菌和藻类中亦含有淀粉或糖原（如动物的肝脏）。
　 淀粉是重要的食品、医药基础原料之一，同时又是造纸、纺织、粘合剂等重要的工业原料，用途十分广泛。以前，由于在人体排泄物中未曾测得淀粉成分的残留，因此长期以来，淀粉一直被认为可以被人体彻底消化吸收。1982年，有报道说在进行膳食纤维定量分析时，发现淀粉被包埋在不溶性膳食纤维中的现象。Englyst等人首先将这部分淀粉定义为抗性淀粉（ResistantStarch）。抗性淀粉的发现引起了人们的极大兴趣，其物理特性（如分子量、聚合度、空间结构等）和体内消化情况都成为人们研究的热点。Asp等人研究表明，工业化食品中含有的抗性淀粉，在体外试验中无法被淀粉酶水解。
　 很长一个时期，人们有一种误解，认为多吃含淀粉食物会导致肥胖，进而引发多种慢性病。然而近年来，科研人员惊喜地发现，一种广泛存在于碳水化合物中的淀粉———抗性淀粉，比膳食纤维对人类健康更具有广泛的意义。
　 “抗性淀粉”是近年来兴起的一个新概念，1992年世界粮农组织根据专家建议，将其定义为“健康者小肠中不吸收的淀粉及其降解产物”。近年的研究已经初步证明，“抗性淀粉”不能被小肠消化吸收和提供葡萄糖，它在结肠中可被生理性细菌发酵，产生短链脂肪酸和气体，刺激有益菌群生长，其有益作用与膳食纤维相似，被认为属于膳食纤维的一种。“抗性淀粉”目前已成为欧美国家食品、营养研究的热点。
　 由于“抗性淀粉”的主要生理功能是供应非常低的持久的能量，它的饱腹作用也较持久。世界卫生组织最新报告中认为，“抗性淀粉”具有调节血糖的作用。流行病学研究表明，食物中胺类等毒素在结肠中聚积，可能是结肠癌发生的一个重要原因。而淀粉消费量高的地区，结肠癌的发生率显著低于淀粉消费量低的地区，估计与“抗性淀粉”摄入量的增多有关。有研究者观察到，用含40％的“抗性淀粉”饲料喂养模型小鼠数周，小鼠的血浆胆固醇和甘油三酯可调整到正常水平。另外，“抗性淀粉”在控制体重方面也有一定作用。
　 抗性淀粉的特性与淀粉基本相似，添加到食品中后，它不会像膳食纤维那样影响食品的感官和质构。首先其颜色为白色，添加到食品中不会使食品呈现出令人讨厌的颜色。其次，其持水力低，吸水性差，适合用于焙烤食品，如饼干、曲奇等。第三，容易磨成细小的颗粒添加到食品饮料中，不会产生沙粒感。第四，它和普通淀粉一样，可膨化，且膨化后不影响其抗消化性，因此可以作为膨化食品的添加物。第五，糊化温度较高，几乎可添加到任何热加工食品中而不影响其抗消化功能。
　 目前，国内外对抗性淀粉的研究异常活跃，在市场上已有抗性淀粉出售，如Novelose和Crystalean，它们的抗性淀粉含量分别为30％和10％。美国路易斯安那州南部研究中心已经研究了一种以大米为基质的抗性淀粉。抗性淀粉不易被消化，即使延长消化时间也很难将它消化。因此，非常适合肥胖和糖尿病患者。并且，它不像一般的膳食纤维成分那样吸收大量的水分，当添加于低水分产品时不影响其口感，也不改善其风味，可作为低热量食品的添加物。目前，日本已经将抗性淀粉加入到饼干、面包中。
　　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：“抗性淀粉的发现和研究进展，是近年来碳水化合物与健康关系的研究中的一项重要成果”，这高度评价了抗性淀粉这一有趣的成分。
　 抗性淀粉的功能特性，显示了它广阔的应用前景，对其营养学特性、加工特性和物理化学性质的深入研究，必将推动抗性淀粉在国内外食品市场的商品化进程。
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抗性淀粉的存在价值和应用