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淺談抗性淀粉
日期：2020-03-18
根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）1990年的定義，抗性淀粉（resistant starch，RS）指的是“健康者小腸中不吸收的淀粉及其降解產(chǎn)物”。抗性淀粉之所以能抵抗酶的水解，是因?yàn)榉肿咏Y(jié)構(gòu)內(nèi)，存在較強(qiáng)的氫鍵，具有較小的分子結(jié)構(gòu)，通常認(rèn)為具有20-25個(gè)葡萄糖殘基的長度，以氫鍵連接的回生狀的多分散的線性聚糖。
1.抗性淀粉的分類
根據(jù)最新營養(yǎng)學(xué)分類，淀粉可分為快速消化淀粉（RDS）、緩慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）。
就抗性淀粉（RS，以下均稱RS）而言目前尚無化學(xué)上的精確分類，多數(shù)學(xué)者根據(jù)淀粉來源和抗酶解性的不同將抗性淀粉分為4類：RS1、RS2、RS3、RS4。
RS1（Physically trapped starch）型是一種物理包埋淀粉，它被封閉于植物細(xì)胞內(nèi)，可在經(jīng)不完全碾磨的谷物、種子和豆類食品中發(fā)現(xiàn)。
RS2（Resistant starch granules）型是一種天然顆粒淀粉，發(fā)現(xiàn)于未凝膠化的食品中，可在生馬鈴薯、生豌豆、綠香蕉中找到。
RS3（Retrograded starch）型指糊化后的淀粉在冷卻或儲(chǔ)存過程中部分重結(jié)晶，形成更穩(wěn)定的氫鍵，可能存在于煮熟后冷卻的米飯、面包、土豆和罐裝的豌豆產(chǎn)品中。RS3是最重要也是最主要的抗性淀粉，國際上對(duì)其研究較多。
RS4型包括化學(xué)改性淀粉，主要由基因改造或化學(xué)方法引起的分子結(jié)構(gòu)變化等所產(chǎn)生，如乙酰基、羥丙基淀粉、熱變性淀粉以及磷酸化淀粉等。這類淀粉可用作食品配料。
2.RS的特性及功能
RS能毫無變化地通過小腸進(jìn)入大腸，并在大腸中發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸和其他產(chǎn)物。RS屬于多糖類物質(zhì)，從功能性來看一般被視為膳食纖維，對(duì)人體健康有益，但與膳食纖維仍有所不同。下面分別介紹RS的生理特性及功能。
2.1 RS的生理學(xué)特性
RS在小腸中具有很強(qiáng)的抗消化性，但RS在結(jié)腸內(nèi)被細(xì)菌發(fā)酵后可重新吸收，并促進(jìn)有益微生物的生長。RS對(duì)人體直接產(chǎn)生作用的生理功能較少，其生理功能主要通過影響其他物質(zhì)的吸收代謝，以及在結(jié)腸內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生的次生產(chǎn)物而發(fā)揮其生理功能和特性。
2.1.1RS的發(fā)酵
現(xiàn)在研究表明，RS在結(jié)腸內(nèi)發(fā)酵可產(chǎn)生氣體（H2、C02、CH4）和短鏈脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸、異戊酸等），有研究認(rèn)為RS在結(jié)腸內(nèi)發(fā)酵主要產(chǎn)生丁酸和C02。與膳食纖維相比，RS可100%在結(jié)腸發(fā)酵。同時(shí)，RS可作為微生物的碳源，有利于合成微生物蛋白，從而減少了不消化蛋白質(zhì)腐敗產(chǎn)生的酚、胺類和吲哚等物質(zhì)。未降解的RS還可增加糞便通量，加速有毒物質(zhì)的排出。
2.1.2RS的能量值
學(xué)者Wisker的研究認(rèn)為，混合膳食中的纖維可提供2.9-3.3kJ/g的能量。RS在小腸中抗消化，但可在結(jié)腸中為細(xì)菌發(fā)酵，產(chǎn)生短鏈脂肪酸，短鏈脂肪酸經(jīng)過結(jié)腸壁吸收進(jìn)入血液后，可提供能量。有研究認(rèn)為，含高RS的食物，能量的12%是由結(jié)腸發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸提供的。
2.2 RS的生理功能
2.2.1RS與血糖
學(xué)者Brynes等發(fā)現(xiàn)RS的攝入會(huì)導(dǎo)致胰島素分泌的減少。高RS飲食與低RS飲食相比，具有較少的胰島素反應(yīng)，這對(duì)糖尿病患者餐后血糖值有很大影響，尤其對(duì)于非胰島素依賴型病人，經(jīng)攝食高RS食物，可延緩餐后血糖上升，將有效控制糖尿病病情。
2.2.2RS與腸機(jī)能失調(diào)及結(jié)腸癌發(fā)病率
RS可以改善腸道內(nèi)環(huán)境，這對(duì)于預(yù)防便秘、腸息病和肛門—直腸機(jī)能失調(diào)是很重要的。實(shí)驗(yàn)表明在人的飲料中添加高直鏈玉米淀粉可以減少結(jié)腸細(xì)胞的增殖，提高糞便中的短鏈脂肪酸含量和降低次級(jí)膽汁酸的含量；食用含高RS的膳食后，人體中細(xì)胞毒素次級(jí)膽汁酸特別是脫氧膽酸減少了。可以假設(shè)：這種情況是由于產(chǎn)生了短鏈脂肪酸，導(dǎo)致了結(jié)腸粘膜增殖的減少。此外，RS還有助于稀釋致癌的有毒物質(zhì)。RS不論什么類型皆不被小腸吸收，但能為腸內(nèi)菌發(fā)酵利用而產(chǎn)生短鏈脂肪酸，是與直腸癌防治密切相關(guān)的丁酸的良好來源。
2.2.3RS與體重控制
RS對(duì)體重的控制來自兩方面：一為增加脂質(zhì)排泄，減少熱量攝取；另為RS本身幾乎不含熱量。已有明確的證據(jù)證明RS對(duì)人體體重控制有作用。經(jīng)選擇的高RS含量的谷物食品可以通過某種與增加脂肪排泄有關(guān)的機(jī)制對(duì)能量平衡產(chǎn)生影響，從而控制體重。因此，RS可作為減肥保健食品添加劑。
2.2.4RS可減少血清中膽固醇和甘油三酸酯
學(xué)者Dedckere等人（1993）以不同RS含量的飲食進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)高RS含量的飲食可減低血液中總膽固醇值（TC）與三羧酸甘油酯（TAG），推測(cè)其原因：血液中總膽固醇值降低是因RS可有效增加膽固醇與膽酸的排除，且減少吸收并降低膽固醇合成；三羧酸甘油酯的減低則因脂質(zhì)吸收與脂肪酸合成減少有關(guān)。
2.2.5RS與維生素、礦物質(zhì)吸收
現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，膳食纖維對(duì)食品中的礦物質(zhì)、維生素的吸收有阻礙作用，主要因?yàn)樯攀忱w維含量高的飲食中植酸含量相對(duì)提高。而RS則不具此效果。學(xué)者Schulz（1993）試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：飲食中天然RS（RS2）能在腸中經(jīng)腸內(nèi)菌發(fā)酵而使HI值降低，促使鎂、鈣等礦物質(zhì)為人體所吸收。
2.3 RS的理化性質(zhì)
雖然RS在代謝特性上類似于膳食纖維，但它們的理化性質(zhì)卻相差甚遠(yuǎn)。RS的持水力大大低于膳食纖維，口感也不粗糙，且不會(huì)影響食品的風(fēng)味和質(zhì)地，所以它是低濕食品首選的“膳食纖維”，它可添加于焙烤和擠壓食品中以改善其加工工藝和產(chǎn)品品質(zhì)。學(xué)者Anon研究發(fā)現(xiàn)在麥片中添加RS其持水力比添加燕麥纖維或小麥纖維者低，但產(chǎn)品的形脹率相對(duì)較大；燕麥纖維或小麥纖維對(duì)麥片質(zhì)地有負(fù)面影響，但添加RS者感觀質(zhì)量稍差。RS與小麥纖維并用有協(xié)同效應(yīng)，所以RS可用于不能添加傳統(tǒng)膳食纖維的食品中。
3.RS的制備
3.1 RS的研究狀況
有關(guān)RS的制備研究國外近10年來發(fā)展較快，研究非常活躍，國內(nèi)則處于剛起步階段。國外一些研究人員用壓熱處理的方式制備RS，他們用普通玉米淀粉（直鏈淀粉含量為26%）為原料，RS的得率為7%左右，用直鏈型玉米淀粉（直鏈淀粉含量為70%）為原料，RS的得率為30%左右。
3.2 RS的實(shí)驗(yàn)制備方法
RS的實(shí)驗(yàn)制備方法有酸水解法，化學(xué)變性法，壓熱法，酶法等，比較先進(jìn)的方法應(yīng)屬酶法，其過程如下：
將淀粉調(diào)制成一定濃度的淀粉乳，調(diào)pH值，加入胃蛋白酶恒溫水浴以便除去蛋白質(zhì)，經(jīng)一定反應(yīng)時(shí)間后取出，調(diào)pH值，加入耐溫α-淀粉酶，恒溫水浴，調(diào)pH值，加入普魯蘭酶，控制反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間，然后放入高溫糊化鍋中，嚴(yán)格控制加熱時(shí)間及加熱溫度，充分糊化后，取出冷卻，最后放在低溫環(huán)境中靜置一定時(shí)間，得到含RS的產(chǎn)物，本方案制備的RS類型主要是RS3。
普魯蘭酶的主要作用是去除支鏈，因?yàn)榈矸壑兄辨湹矸鄣暮吭礁撸矸酆匣瘯r(shí)直鏈淀粉分子之間形成結(jié)晶的機(jī)會(huì)也就越多，RS的產(chǎn)率相應(yīng)增加。
4.RS在食品中的應(yīng)用前景
4.1 RS在主食中的應(yīng)用
主要添加于面包、饅頭、米飯和面條中，面包已成為世界性的大眾化食品，銷售量很大，很便于強(qiáng)化RS，在日本已經(jīng)有一些品種的面包不同程度地強(qiáng)化了RS。但面包配料體系十分復(fù)雜，在烘焙中RS不能簡(jiǎn)單替代面粉，而需要同時(shí)添加活性面筋和品質(zhì)改良劑來保持最終產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)如何添加RS、添加比例、添加后對(duì)面團(tuán)的流變學(xué)特性的影響以及烘焙條件的調(diào)整都有待于進(jìn)行深入研究。饅頭是中國傳統(tǒng)主食制品，在其中添加RS，可制成大眾化的功能性主食制品，使出籠饅頭口感良好，有特殊香味。在主食中添加RS將有益于廣大群眾健康。
4.2 RS在餅干和糕點(diǎn)中的應(yīng)用
餅干糖油含量較多，水分含量相對(duì)低，更顯得添加RS的重要，加之餅干加工對(duì)面粉筋力質(zhì)量要求較低，也便于較大比例地添加RS，故有利于制作以RS功能為主的多種保健餅干。糕點(diǎn)在制作中含有大量水分，而水分過多則不利于糕點(diǎn)烘焙品質(zhì)的提高，會(huì)使產(chǎn)品松軟，影響質(zhì)量。加入RS，因其有一定的持水力，可吸附一定量的水分，這將有利于產(chǎn)品凝固和保鮮，同時(shí)有很好的保健功能。
4.3 RS在其他食品中的應(yīng)用
在其他食品中也可以添加RS。如：高RS的營養(yǎng)粥、麥片、芝麻糊等。在休閑食品中的各類膨化食品，都可以添加一定比例的RS，在改進(jìn)產(chǎn)品風(fēng)味的同時(shí)還增加了保健功能。
總之，RS的種種性能表明了，RS具有很高的食用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，不但可以作為膳食纖維的替代品添加于食品中，并且還擁有比普通膳食纖維更高的生理功能和理化功能，所以是一種非常好的膳食纖維替代品。但是為了獲得RS的所有潛在益處，需要進(jìn)一步的研究以完全確定RS在能量平衡、代謝過程、內(nèi)分泌過程以及膽固醇降低過程中的功能角色，此外，也需要進(jìn)行關(guān)于RS結(jié)構(gòu)的研究、食品的不同物理形式及加工技術(shù)對(duì)RS影響等的研究。RS以其顯著優(yōu)點(diǎn)及特殊的生理功能,引起了生理學(xué)家、酶學(xué)家等眾多學(xué)者極大的興趣和廣泛的關(guān)注，成為食品營養(yǎng)學(xué)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
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