摘 要: 抗性淀粉是一种具有多种生物学功效的新型膳食纤维，且兼具类似于淀粉的优良加工特征，适合于开发品种多样的高膳食纤维功能性食品。抗性淀粉的研究与应用目前已成为国内外食品行业的热点，介绍了抗性淀粉的分类，及其在糖代谢、脂代谢、体重控制，作为益生元和防治直肠癌方面的生物学功效; 分析了抗性淀粉在面包糕点、油炸食品、面条、益生菌类食品加工领域中的应用。
关键词: 抗性淀粉; 膳食纤维; 短链脂肪酸; 食品加工; 应用
随着人们生活水平的提高，饮食结构的改变，饮食中高热量、高盐、高脂肪的“三高”食品逐渐增多。膳食纤维摄入的缺乏导致了目前常见的各类“富贵病”，如高血糖、高血脂、高血压和肥胖等。根据国际糖尿病联盟的最新统计，2014 年，在 20 ～ 79 岁成年人中，全球糖尿病患病率为 8. 3% ，患者人数已达到 3. 87 亿，用于糖尿病的医疗开支达 6 120 亿美元，中国糖尿病患病率 9. 32% ，患病人数居全球首位[1]。解决这一问题的关键是改善膳食结构，增加膳食纤维的摄入量，将消费趋势逐渐转向具有合理营养和保健功能的食品。近年来，国内外出现了越来越多的膳食纤维强化食品，如面包、面条、饼干、膨化食品等，为人们的饮食提供了一种新的选择。但是，添加普通膳食纤维对产品的口感、外观、组织质地有不良的影响。抗性淀粉( resistant starch，RS) 的出现有可能使这一问题得到很好的解决。抗性淀粉又称抗酶解淀粉或难消化淀粉[2]，联合国粮农组织 ( FAO) 1992 年对抗性淀粉的定义为，“不被健康人体小肠所吸收的淀粉及其降解物的总称”。抗性淀粉是膳食纤维中的一种，不能在小肠消化吸收和提供葡萄糖，但它在结肠可被生理性细胞发酵，产生短链脂肪酸( short chain fatty acids，SCFAs) 和气体。抗性淀粉具有良好的生理功能，且兼具类似于淀粉的优良加工特征，可用于开发品种多样的高膳食纤维功能性食品。抗性淀粉是国内外的营养专家和功能食品专家的研究热点，对于食品产业有重要的应用前景和价值。
1 抗性淀粉的分类
影响抗性淀粉抗消化的因素有很多，目前的研究大多根据其淀粉来源和抗酶解性的不同将抗性淀粉分为 5 种类型[3 - 4]1.
1 物理包埋淀粉
物理 性 包 埋 淀 粉 ( physically trapped starch，RS1) ，主要存在不完整或部分研磨的谷粒、豆粒之中。淀粉颗粒本身仍保持天然淀粉的结构，因细胞壁的屏障作用或蛋白质的隔离作用而难以与酶接触，因此不易被消化。但是，在加工或咀嚼后，往往由于屏障或隔离作用消失而变成可消化淀粉。加工时的粉碎、碾磨及饮食时的咀嚼等物理处理可降低其含量。
1. 2 抗性淀粉颗粒
抗性淀粉颗粒( resistant starch granules，RS2) 指那些具有天然致密的结构和部分结晶结构的淀粉，因而具有抗消化性，主要存在于生的马铃薯、香蕉和高直链玉米淀粉中，然而 RS2 的抗性往往随着加工作用糊化完成而消失。
1. 3 回生淀粉
回生淀粉( retrograded starch，RS3) 指变性淀粉或老化淀粉，是糊化后的淀粉在冷却或储存过程中部分重结晶产生的凝沉聚合物，常存在于冷米饭、冷面包、炸土豆片和玉米片等产品中。RS3 主要成分是回生的直链淀粉、支链淀粉和少量脂类，这类淀粉即使经加热、油炸等方法处理，也能保持其抗消化性。由于良好的稳定性和安全性，RS3 被广泛地应用为食品添加剂，具有良好的商业价值。
1. 4 化学改性淀粉
化 学 改 性 淀 粉 ( chemically modified starch，RS4) 是由基因改造或化学方法引起的淀粉分子结构变化，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。此类抗性淀粉也具有较好的稳定性。
1. 5 直链淀粉-脂肪复合淀粉
直链淀粉-脂肪复合淀粉( amylose - lipid complexed starch，RS5) 指一种以高直链淀粉为原料制备的淀粉，其需要更高的糊化温度，且更易于回生。淀粉-脂肪复合物的结构与数量取决于它的植物来源，淀粉-脂肪颗粒在烹调过程中耐膨胀，缺少膨胀能减少淀粉酶进入的能力，减少淀粉水解。Frohberg 和 Quanz 将 RS5 定义为一种含有水溶性的、线型的聚 α-1，4-D-葡聚糖的多糖，而且聚 α-1，4-D-葡聚糖被发现能促进 SCFAs，特别是丁酸盐的形成[5]。
在 5 类抗性淀粉中，RS3 由于热稳定性好及安全简便的物理制备方法受到广泛关注和应用。同时，从高直链玉米淀粉中得到的 RS2，为天然来源且成本低，也是一类适合商业化应用的抗性淀粉。
2 抗性淀粉的生物学功效
抗性淀粉对人体直接产生作用的生理功能较少，其生理功能主要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得到发挥。抗性淀粉具有一系列潜在的生理功能，对人体健康有益。
2. 1 对糖代谢的影响
糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病，长期存在的高血糖，导致各种组织的慢性损害、功能障碍。国内外的研究表明，抗性淀粉具有吸收慢的代谢特点，可明显降低空腹和餐后血糖、胰岛素反应，增加胰岛素敏感性，减少肥胖，可以起到干预控制糖尿病病情的作用，胰高血糖素样肽-1 ( GLP-1) 和多肽 YY( PYY) 是肠道在餐后分泌的激素，具有葡萄糖浓度依赖性降糖作用。但是 GLP-1 和 PYY 在分泌后或注射后都会在短时间内降解[6 - 8]。而RS 对糖代谢的影响就是通过维持体内高浓度的 GLP-1 和 PYY 的分泌从而达到治疗糖尿病和肥胖的效果。
Zhou 等[9]研究了 RS 对小鼠体内 GLP-1 和 PYY 分泌的影响，结果表明 RS 的摄入能在一天的时间内持续刺激 GLP-1 和 PYY 的分泌; RS 在肠道后段被微生物发酵并释放出 SCFAs，这与 GLP-1 和 PYY 的基因表达正相关; 用 RS 喂食的糖尿病小鼠的葡萄糖耐受性得到了提高。Bodinham 等[10]研究了增加 RS 的摄入对 17 位病情稳定的 2 型糖尿病患者的降血糖作用，结果表明，增加 RS 的摄入能显著降低餐后血糖浓度，促进上臂肌肉对血糖的吸收; 摄入RS 虽然不能改良糖尿病患者的胰岛素敏感性，但是能引起更多的餐后 GLP-1 的分泌，从而起到控制血糖的功效。
2. 2 对脂代谢的影响
膳食纤维能够降解胆固醇的功效已被人们证实。研究认为，膳食纤维降解胆固醇的能力与膳食纤维能阻碍消化道内脂肪微粒体的形成，胆固醇循环受阻以及在大肠内产生的 SCFAs 有关。RS 作为一种新型的膳食纤维，也被证实了具有降胆固醇的保健功效。
Liu 等[11]给小鼠喂食不同膳食纤维含量( 主要为 RS) 的玉米淀粉，经过 21 d 后，结果发现，随着膳食纤维含量的增加，小鼠血浆总胆固醇浓度降低，而盲肠中的 SCFAs、小肠中的胆汁酸、粪便中的中性固醇呈对数性增长。另一方面，随着膳食纤维含量的增加，小鼠的体重下降，而排粪量和粪便胆汁酸的排泄呈线性增长。Nichenametla 等[12]以代谢综合征患者为对象，将其日常饮食中的普通淀粉替换为 RS 含量为 30% 的淀粉，研究 RS 对其降胆固醇的作用。结果发现，RS 的摄入能降低 7. 2% 的总胆固醇， 5. 5% 的非高密度脂蛋白胆固醇和 12. 8% 的高密度脂蛋白胆固醇，因此在日常饮食中添加 RS 是降低胆固醇和预防心血管疾病的有效途径。
2. 3 对体重控制的影响
摄入过多的热量是引起肥胖的主要原因，因此降低热量的摄取能有效地控制体重。抗性淀粉对体重的控制来自两方面，一方面 RS 本身几乎不含热量，可以降低食物的能量密度; 另一方面 RS 能增加饱腹感，减少热量摄取。越来越多的动物试验结果表明，将快速消化淀粉替换成抗性淀粉能减少体重。 Aziz 等[13]发现，给肥胖小鼠喂食高 RS 含量的饲料最多可减重 40% ，虽然人类日常的饮食中很难实现高达 23. 4% 的 RS 含量，但是其结果还是有效地证明了 RS 对体重控制的作用。另外一项研究发现，给小鼠分别喂食 RS 含量为 4% ，8% 或 16% 的饲料，结果表明，当 RS 含量超过 8% ，小鼠的体重相对于对照组减轻，每增加 4% 的 RS 含量每天可减少 9. 8kJ 的热量摄入[14]。
RS 本身几乎不含热量，所以替换快速消化淀粉后可降低膳食的能量密度。研究表明，降低膳食的能 量 密 度 能 达 到 增 加 饱 腹 感 和 控 制 体 重 的 效果[15 - 17]。Willis 等[18]为志愿者分别提供低纤维的松饼或高 RS 含量的松饼作为早餐，发现高 RS 的松饼可激 发 饱 腹 感 并 延 长 其 消 化 时 间。Bodinham 等[19]通过两餐给成年男性摄入 48 g RS，发现 RS 的摄入对其食欲无影响，但是接下来的 24 h 中食物摄入可减少约 1 300 kJ。
2. 4 作为益生元的功效
RS 具有多种健康功效，除了能防治糖尿病和减肥，还可以作为益生元。目前已知的益生元主要有多糖、低聚果糖，以及其他抗性低聚糖，如菊糖类型的果聚糖。抗性淀粉是一种膳食碳水化合物，能毫无变化的通过小肠进入大肠，并在大肠中发酵产生对寄主健康有益的 SCFAs 和其他产物[20]。大量研究证实，抗性淀粉具有促进双歧杆菌、乳杆菌明显增殖的作用[21 - 22]。
曾绍校等[23]研究发现，莲子淀粉对双歧杆菌增殖效应显著，增殖效果接近于异麦芽低聚糖，推测莲子淀粉对双歧杆菌的增殖效应与其能形成高含量的RS 有关。Zhang 等[24 - 25]的进一步研究发现，莲子RS3 的粗糙表面结构及其发酵产生的 SCFAs 是促进双歧杆菌增殖的原因。谷豪等[26]将正常大鼠随机分为正常对照组、桃胶多糖组、抗性淀粉组和低聚果糖组，除正常对照组外，其余大鼠分别用桃胶多糖、抗性淀粉、低聚果糖每日 5 g /kg 连续灌胃，20 d 后检测大鼠体质量和肠道益生菌的生长变化。研究证实，抗性淀粉同桃胶多糖和低聚果糖一样，具有益生菌样作用，可通过改善肠道内菌群状况，促进人体健康。Chang 等[27]的研究也表明，经化学修饰的高直链玉米淀粉吸附双歧杆菌的能力增强，可对益生菌起到保护作用，且高直链玉米淀粉可降低肠道 pH 值，促进肠道双歧杆菌增殖。
2. 5 防治直肠癌
富含纤维素的健康饮食能有效地预防直肠癌的发生。最近，越来越多的研究发现，RS 在预防直肠癌和肠道炎症疾病上具有潜在的功效。Le Leu 等[28 - 30]以氧化偶氮甲烷( azoxymethane) 诱导结肠癌或通过喂食高蛋白食物诱发的直肠上皮细胞损伤的大鼠为研究对象，开展了系列的 RS 对直肠癌的功效的研究。结果表明，喂食 RS 对于直肠癌有明显的防治作用，RS 在肠道中的发酵产物主要是 SCFAs( 丁酸、丙酸、乙酸等) 及气体，能增加粪便体积，降低粪便 pH 值，减少有害的蛋白质发酵产物，促进上皮细胞凋亡和毒素的分解和排出，从而预防结肠癌的发生[28 - 30]。
3 抗性淀粉在食品工业中的应用
抗性淀粉以 RS1 和 RS2 的形态广泛存在于各种天然淀粉类作物中，特别是谷类和豆类作物，其来源广泛但含量较低; 同时由于现代食品加工业对食品原料的精细加工，使淀粉作物中天然 RS 的含量进一步降低。因此，为满足人们对高纤维、低热量的健康食品的需求，将人工制备的 RS 添加到食品中成为目前现代食品工业的研究和应用的热点[31]。食品中可消化淀粉的热量值为 15 kJ/g，而同样是食品组分的抗性淀粉的热量值仅为 8 kJ/g。因此，在食品工业中可以将抗性淀粉替换食品中的可消化淀粉，从而降低食品的热量值; 同时，RS 还具有膳食纤维的功能，可以作为高膳食纤维食品的重要原料。RS 有普通淀粉粒细、色白、风味淡、口感好的特点，是一种优良的新型膳食纤维食品添加剂。与普通膳食纤维相比，抗性淀粉有对产品结构影响小、颜色白、质地更好的特点。
3. 1 在面包类食品中的应用
长期以来，为改善饮食中膳食纤维摄入量偏低的状况，麦麸和大麦粉等传统膳食纤维被添加到面包或糕点中，以生产膳食纤维强化食品。然而膳食纤维的含量过高会造成面包和糕点颜色较深、体积小、口感差等缺点，从而降低了消费者的接受度。抗性淀粉由于其良好的加工特性，有望解决这一问题。
Maziarz 等[32]将 RS2 添加到松饼、面包和咖喱鸡三种食品中，每 100 g 食品干重中分别含有 5. 50， 13. 10 g 和 8. 94 g 的 RS2，并评定添加 RS2 对食品品质的影响。添加 RS2 制得的松饼，不仅膳食纤维成分得到了强化，而且具有了更高的水分含量，其各个感官评价指标均高于对照，整体喜好度更高。RS2 强化的面包比对照面包颜色更深，密度更大，面包皮更熟。RS2 强化的咖喱鸡的口感虽然较对照显得粗糙，但是不影响整体的喜好度。因此，在多数食品中添加适量的 RS 都不会明显影响消费者的接受度。
Ren 等[33]将 RS4 分别替代 10% 和 20% 的米粉添加到韩国的传统米糕中，随着 RS4 含量的增加，淀粉的膨胀度、溶解度、水结合力和黏度均下降。添加了 10% 的 RS4 米糕的黏性和弹性比对照更高，其综合感官评价最高。
通过控制加工条件，包括湿度、温度、加热时间和冷热循环等，改善加工工艺，可以提高淀粉食品中RS 的含量。例如，将循环蒸煮冷却技术工艺应用于马来西亚特色鱼肉饼干的加工中，以提高其 RS 含量。以木薯淀粉为原料，通过 4 次的循环蒸煮冷却，可将原来的 0. 71% 的 RS 含量提升到 1. 45% ，经过油炸后的鱼饼成品硬度增加且颜色加深[34]。
提高食品中抗性淀粉的含量，还可以通过添加易生成抗性淀粉的淀粉原料，经过适当的加工工艺提升食品中的 RS 含量。球花豆是一种在东南亚较为普遍的食物，将球花豆淀粉分别按照 5% ～ 40% 的比例替换面粉来制备面包，抗性淀粉含量与球花豆淀粉的添加量成正比。在200 ℃烘烤45 min 的条件下，球花豆面包的 RS 含量为 18. 52% ～ 22. 28% 。在 130 ℃ 烘烤 90 min 的条件下，球花豆面包的 RS 含量为 31. 74% ～ 35. 05% 。面包的色泽受球花豆淀粉添加量的影响显著，但 15% 以内的添加量对面包色泽的影响在可接受范围内。感官评定结果也表明，15% 以内的球花豆淀粉添加量对于面包的总体接受度无明显影响[35]。
3. 2 在油炸食品中的应用
RS3 具有比其他类型的 RS 更高的热稳定性，因此适合用于提高油炸食品的膳食纤维含量。在 Sanz 等[36] 的研究中，分别用 10% 和 20% 的 RS3 ( Novelose 330) 替换油炸食品中的面粉，替换 20% 的 RS3 能将面糊中的总膳食纤维含量从 5. 0% 提高到 13. 2% ，并显著加深油炸食品表面的金黄色以及表面的脆度和硬度。在消费者接受度试验中，不含RS3 和分别含 10% 和 20% RS3 的油炸食品在外观、香气、油腻度、酥脆度和总接受度上得分均超过 5 分，表明在油炸食品中添加适量的 RS3 不影响消费者的接受度。
在另一项研究中，比较了在油炸糊化食品中分别添加 1 种 RS2 和 2 种 RS3 对面糊的流变学特性和消费者接受度的影响。不同的 RS 类型对面糊的流变学特性影响效果无一致的关联性，但是相对于对照组和添加 RS2 组，添加 2 种 RS3 都能加深油炸食品的色泽。在消费者接受度测评中，添加 RS2 取得了最高的评分，但是所有的 RS 添加产品均能被消费者接受[37]。
3. 3 在面条中的应用
面条制品是一种重要的日常食品，生产和食用历史悠久，因此，提升面条制品的营养保健功效则显得更加重要和有意义。青香焦面粉的 RS 含量为 45. 70% ，是一个很有潜力的生产健康型方便面的原料。在方便面中添加 10% 的青香焦面粉，面团的流变学特性发生了改变，面筋的减少导致了结构稳定性下降，但是仍有足够的延展性和弹性进行健康型方便面的制备。对健康型方便面的成品进行分析，其含 油 量 显 著 降 低，产 品 色 泽 加 深，RS 含 量 为 3. 98% ，营养价值明显提升[38]。
3. 4 在益生菌类食品中的应用
RS 作为一种益生元，添加到酸奶等益生菌类食品中可以作为益生菌生长所需的碳源，促进益生菌的生长和增殖。同时，由于 RS 不能被小肠内的淀粉酶所降解，因此还可以将它作为微胶囊的壁材用来包埋益生菌，使其安全到达大肠并发挥其功效。添加的 RS 颗粒小，无异味，可充分融合在液态食品中而不结块，对产品的口感和风味影响小，国外已有抗性淀粉和益生菌组成的功能产品出售。
Ziar 等[39]研究了藻酸钙 - 抗性淀粉混合凝胶微胶囊对人体新进分离出的益生菌鼠李糖乳酸菌的保护作用。在人工胃肠道的模拟环境下，微胶囊化的益生菌的存活率显著高于对照。在 4 ℃冷藏条件下，微胶囊的保护作用能维持酸奶中的益生菌数量稳定在较高的水平，并促进了益生菌产生更多的胞外多糖。结果表明，藻酸钙 - 抗性淀粉混合凝胶微胶囊能延长益生菌在胃肠道和酸奶中的存活期，可作为一个有效的益生菌载体。
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不同类型的膳食纤维由于发酵力不同，在结肠中的作用位点也不同。多种膳食纤维的协同作用，有利于在整条结肠发挥益生菌功效。RS 可以和其他类型的膳食纤维混合使用，以提高益生元功效。例如，将低聚果糖( FOS) 和 RS 进行组配，分别喂食健康小鼠和三硝基苯磺酸( TNBS) 诱导的结肠炎小鼠。在健康小鼠中，FOS 和 RS 组合可以诱发肠道微生物群的变化，增加了乳酸杆菌和双歧杆菌在盲肠和结肠中的数量，并上调了三叶因子-3 和 MUC-2 的基因表达，从而提升肠道功能。在结肠炎小鼠模型中，FOS 和 RS 组合有抗炎症的功效，同时增加益生菌数量并激发肠道防御机制，其协同作用得到了进一步验证[40]。
4 抗性淀粉的发展前景
随着市场对功能性食品的需求量逐年增加，食品加工业一直在寻找适合添加到食品中的物质，特别是膳食纤维，以提高其保健价值。RS 是一种新型膳食纤维，在改善血脂和血糖水平、控制体重、促进肠道健康等方面发挥了有益的作用，成为国内外的研究热点。许多研究表明，RS 具有良好的加工特性，其颗粒形状小、白色、无不良气味、稳定性好、持水性低等，因此，RS 作为膳食纤维强化剂和益生元等被广泛地应用在包括烘焙食品、油炸食品和乳制品等中。天然 RS 广泛存在于淀粉作物中，但是含量低，且易在加工过程中被破坏，通过制备工艺的完善，可以显著提升淀粉原料中 RS 的含量。制备 RS，一方面可以提升普通淀粉的经济价值，另外一方面在食品当中添加适量的 RS，可以提升食品的保健价值和经济效益。通过加工工艺的改良，例如循环蒸煮冷却技术，也可提升淀粉食品中的 RS 含量，从而提升其保健价值。
我国具有丰富的淀粉类作物，可用于制备不同来源的 RS，相对应的理化特性和生理功效还有待进一步研究。淀粉食品是我国的主要食品，种类繁多，添加适当比例的 RS，在不影响其原有风味和品质的前提下，增加其膳食纤维含量，降低食品血糖生成指数，也将成为我国食品科学领域的一个研究热点和食品加工业的新方向。——论文作者：郑宝东1，2 ， 王 琦1，3 ， 郑亚凤1 ， 张 怡1，2 ， 郭泽镔1，2
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