抗性淀粉的研究現狀

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抗性淀粉的研究現狀

農產品加工·學刊

抗性淀粉的研究現狀

第２期（總第１６３期）２００９年２月

農產品加工·學刊

ＡｃａｄｅｍｉｃＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｏｆＦａｒｍＰｒｏｄｕｃｔｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

２００９年第２期

Ｎｏ．２Ｆｅｂ．

文章編號：１６７１－９６４６（２００９）０２－００２２－０４

抗性淀粉的研究現狀

翟愛華，呂博華，張洪微

（黑龍江八一農墾大學食品學院，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，它具有良好的營養特性和生理功能。介紹我國生產

抗性淀粉的方法、研究現狀和意義，并對影響其產率的因素進行了歸納。關鍵詞：抗性淀粉；制備；影響因素中圖分類號：ＴＳ２３１文獻標志碼：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注食品的功能化，功能食品成為２１世紀食品工業發展的方向之一。而抗性淀粉作為一種新的膳食纖維已經引起了越來越多人的關注和研究。１９８２年，Ｅｎｇｌｙｓｔ等人在進行膳食纖維定量分析時，發現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，才引起學者們對抗性淀粉營養特性的研究興趣。１９９２年ＦＡＯ（世界糧農組織）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物”［１］。近年的研究已經初步證明，抗性淀粉具有治療便秘，控制糖尿病，促進脂類、膽固醇代謝，促進礦物質吸收，增強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味食品，不但不影響食品風味，還能改善食品質地與口感，以及食品的膨脹性和脆性。隨著人們保健意識的提高，飲食結構的改善，發展抗性淀粉對人類健康和經濟的發展具有重大意義，也具有巨大的商業前景。１抗性淀粉的分類及制備特點

抗性淀粉根據其形態及物理化學性質，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抗性淀粉的形成機理

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

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，是由于其結晶結構，阻止了淀粉酶靠近結晶區域葡萄糖苷鍵，并阻止了淀粉酶活性基團中結合部位與淀粉分子的結合，從而產生抗酶解性［３］。

對ＲＳ３形成機理比較統一的認識是，由于淀粉分子在凝沉過程中分子重新聚集成有序的結晶結構的緣故。即淀粉糊經冷卻后，淀粉分子在靠近分子鏈的末端區域相互纏繞發生雙螺旋結構，并使得原來雜亂無章的淀粉分子鏈進一步延伸，延伸的分子鏈再發生折

收稿日期：２００８－１２－１１

基金項目：大慶市科技攻關課題（ＳＧＧ２００６－０１５）。作者簡介：翟愛華（１９７０－），女，山東人，碩士，研究方向：農產品加工及貯藏工程。

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

黏大米等轉基因作物

抗酶作用機制封閉于植物細胞內，酶分子很難與淀粉顆粒接近

直鏈淀粉形成Ｂ型晶體，有極強的抗酶解性

老化的直鏈淀粉抗酶性強，老化的支鏈淀粉抗酶性弱

由于酶抑制劑、淀粉—營養復合物的存在，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提供理論依據和技術基

礎。

３抗性淀粉的制備

國外近幾十年來，有關抗性淀粉的研究發展很快，相關的研究也很活躍，已經有少數產品進入市場。我國對抗性淀粉的研究仍屬于剛剛起步階段，相關研究還比較少，產率也較低。目前我國生產的抗性淀粉以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晶。直鏈淀粉結晶區的出現會阻止淀粉酶靠近淀粉結晶區域的α－１，４葡萄糖苷鍵，并阻止淀粉酶活性中心的結合部位與淀粉分子結合，從而產生抗性。

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

對淀粉懸浮液進行脫支處理，可增加抗性淀粉產率。

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支鏈淀粉，產生更多的直鏈淀粉，有利于淀粉的老化，形成ＲＳ。脫支法的ＲＳ產率可達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，發現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的α－ｌ，６糖苷鍵，從而使淀粉水解產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晶結構的形成，最終通過此法制備的ＲＳ產率

ＡＣＡ

Ａ－無定形區；Ｃ－結晶區

圖１抗性淀粉層狀模型

Ｃ

Ｃ－結晶區

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，導致結晶區的形成［４］。結晶區使得ＲＳ３的分子結構非常牢固，熱穩定性強，因而在人體的胃腸道內不能被消化吸收。

只有在明確了抗性淀粉形成機理的基礎上，如ＲＳ形成過程與淀粉顆粒的變化、淀粉的無定型結構變化、結晶結構變化和雙螺旋結構變化的規律性等，才能對ＲＳ制備方法進行高效的改進，從而為其工業化生產提供一種ＲＳ制得率高、質量好，而且處理時

·２４·農產品加工·學刊２００９年第２期

可達１８％。

此外，將α－淀粉酶和普魯蘭酶結合使用也有利于提高抗性淀粉的產率。α－淀粉酶屬于內切酶，切割淀粉分子間的α－１，４糖苷鍵，由此既可產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構，所以要通過普魯蘭酶的脫支處理來產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行脫支處理，通過工藝參數優化。結果得出，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率。擠壓處理過程產生的高溫高壓和高剪切力可使淀粉發生物理化學變化，一些糖苷鍵斷裂，淀粉分子發生解聚作用，線性片斷更容易形成抗酶解的結構，促進了抗性淀粉的形成，但所得的抗性淀粉含量較低，一般難以超過６％。

微波膨化技術可應用于抗性淀粉制備的預處理中，使淀粉糊化的同時產生膨化效應，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所產生的高溫高壓環境導致了鏈的斷裂。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、產率不高等問題。因此將高新技術應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，這是因為直鏈淀粉比支鏈淀粉更易凝沉。

Ｗｅｎ等人［４］發現經加熱再冷卻處理的淀粉所產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］通過實驗發現，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。出現這種結構可能是由于褐色層含有較多的脂肪及礦物質的原因。

大多數研究者認為ＲＳ３主要是由凝沉的直鏈淀粉形成的，凝沉的支鏈淀粉在２４ｈ內幾乎完全被水解。

４．２蛋白質對抗性淀粉含量的影響

Ｃｈａｎｄｒｓｈｅｋａｒ和Ｋｉｒｌｉｅｓ［８］研究了原料中蛋白質對高粱淀粉凝沉的影響，發現蛋白質對淀粉粒有嚴格的保護，只有將這些蛋白質去除后，淀粉粒才能發生凝沉。

Ｈｏｌｍ等人也發現小麥制品有相當數量的淀粉被蛋白質所包裹。有研究已證實不同來源的淀粉都有此現象，但上述研究都是對谷物中自身所含蛋白質而言的。有關外源蛋白質添加物對淀粉凝沉的影響，Ｅｓｃａｒｐａ等人［９］作了細致的研究，結果發現淀粉凝沉時會在直鏈淀粉分子之間形成氫鍵一樣，外加蛋白質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，蛋白質對抗性淀粉含量的影響包括了２個方面：①蛋白質對淀粉有包埋、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蛋白質對淀粉形成保護，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等人發現，單甘酯可與直鏈淀粉形成復合物，從而競爭性地抑制由于直鏈淀粉分子間相互復合而導致的淀粉凝沉，并通過ＤＳＣ研究了這些結構。其他脂質（如磷脂、油酸和大豆油）都會使抗性淀粉含量降低，但其降低幅度遠不及單甘酯。

Ｓｉｅｖｅｒｔ等人進一步發現抗性淀粉中脂類物質不是以絡合物形式存在，只是附著于未降解的淀粉物質上。谷物淀粉中含有少量脂肪，它可與淀粉分子發生絡合。脂類物質與直鏈淀粉分子結合成絡合物后，對淀粉膨脹、糊化和溶解有著強抑制作用，因此會對淀粉的抗性產生影響。

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，發現添加可溶性糖可降低糊化淀粉的重結晶程度，導致抗性淀粉含量降低。可溶性糖抑制糊化淀粉凝沉的機理，被認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，即可溶

２００９年第２期翟愛華，等：抗性淀粉的研究現狀·２５·

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

Ｅｅｒｌｉｎｇｅｎ等人發現高蔗糖添加量雖然使小麥淀粉的的影響，發現低溫、長時間（１２０℃，１２ｈ）烘烤制得抗性淀粉含量顯著降低，但卻導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理、加工制備、定量分析等還缺２０倍。假設淀粉酶的作用發生在淀粉粒的表面，這乏深入的研究和了解，因此重視和加強對ＲＳ的研

究，推廣新技術、新方法在ＲＳ制備中的應用，提高必然會導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，盡快實現抗性淀粉商品化，對我國他淀粉。和淀粉粒度一樣，淀粉分子的鏈長也會影響

淀粉產業有著非常深遠的意義。抗性淀粉的形成。

Ｅｅｒｌｉｎｇｅｎ等人研究了平均聚合度（ＤＰｎ）為

參考文獻：

４０￣６１０的淀粉其抗性淀粉的含量，結果發現分子平

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三種衍射圖型，其中Ｂ型的抗性最強［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.

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Starch（V）-EffectofRetrogradationofWaxyMaizeStarch酶活性的抑制作用有別。但研究多酚類物質對抗性淀

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粉形成的結果卻表明，兒茶素使抗性淀粉含量降低的

351-355.

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Ｌｉｌｊｅｂｅｒｇ等人研究了添加酵母提取物和乳酸對抗StarchGelatinizationinSorghum[J].CerealChem，1988，性淀粉形成的影響，發現添加乳酸能促進抗性淀粉65（6）：457-462.形成，而添加酵母提取物對抗性淀粉形成無明顯［１０］EscarpaA，GonzalezMC，MoralesMD，etal.AnAp－

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烤、擠壓、煎炸和轉鼓干燥等處理方式對玉米和蠟質

業，2006（3）：19-21.

籽粒莧淀粉抗性淀粉形成的影響。結果發現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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