粮食问题研究  2020年05期 47-50   出版日期:2020-09-30   ISSN:1003-2576   CN:51-1058/F
抗性淀粉的制备研究进展


  近年以来,随着人们生活水平的提高以及膳食结构的改变,导致 “三高”、糖尿病等与饮食相关 疾病的发生率 逐渐增 。因此,如何在 饮食中做到抗糖和降糖,已经 成为了越来越多 研究者所关注的热点问题。淀粉作为食品工业中的重要基础原料,它属于高GI型(Glycemic Index,GI)食品,在体内消化速率较快并 导致餐后血糖快速升高, 导致 肥胖、高血糖等 一系列 慢性疾病 。淀粉具有提高食品加工性能,对食品口感和质构的调整效果往往是其他食品原料所不能替代的。因此,需要通过对其进行改性处理来改善其消化吸收速度,抗性淀粉属于低GI的改性淀粉,可降低人体胰岛素分泌,减少热量产生及脂肪的形成。

  根据淀粉能否在小肠内被完全消化分解生成葡萄糖,以及在小肠内吸收的速率将淀粉分成三种类型,一是快消化淀粉 指在小肠中20min内能够被消化吸收的淀粉;二是慢消化淀粉,指在小肠中20 - 120min 才能够被完全消化吸收的淀粉;三是抗性淀粉 指不能在小肠中被消化吸收,但120min后可到达结肠 被结肠中的微生物菌群分解发酵,继而发挥有益的生理作用的淀粉。根据淀粉抗酶降解的机制,Dupuis等人 [1] 又将抗性淀粉(Resistant Starch,RS)分为5类:物理包埋淀粉、天然抗性淀粉颗粒、回生淀粉、化学改性淀粉 以及直链淀粉 —— 脂质复合物。

   抗性淀粉的制备方法

  ( 热处理法

  根据淀粉乳水分含量、热处理温度的不同,又可细化为压热法、湿热法及韧化处理法,不同的热处理条件对抗性淀粉的分子结构及其产生具有显著的差异。在改变温度、压力及过量水分含量的条件下,使淀粉颗粒充分糊化,不同淀粉分子之间的直链淀粉通过氢键结合,从而能够显著增加抗性淀粉的得率。湿热处理作为物理制备抗性淀粉的一种方法,由于在操作过程中只需改变水和热的因素,食品的安全性较高。目前已经发现湿热处理对于淀粉结构的变化与淀粉来源相关,例如块茎淀粉已被证明比豆类或谷类淀粉对湿热处理更敏感。韩丽瑶等人 [2] 研究的对黑青稞进行压热处理,在125℃下压热处理50min,淀粉乳浓度为30%,之后冷藏时间24h,RS得率最高为 10.596%。 亢灵涛等人 [3] 甘薯抗性淀粉进行压热处理,通过和响应面优化分析,发现在压热温度120℃、压热时间31.2min、全粉乳质量分数为25.5%、pH7.3、冷藏时间24h的条件下,甘薯抗性淀粉的得率最高为9.41%。 周小理等人 [4] 在压热基础上对荞麦抗性淀粉进行酶解,通过正交试验和响应面分析得出淀粉乳的浓度为20%(pH6.0),在120℃下压热处理30min,之后添加4.1U/g的干淀粉酶,再55.8℃酶解8.11h,然后再4℃冷藏24h,RS得率最高为28.0%。

  ( 酶法改性

  酶法改性是指根据不同的淀粉来源及特点,需使用不同的酶(如α-淀粉酶、脱支酶、淀粉葡糖苷转移酶等)来改变淀粉分子的结构,从而改变淀粉的性质,以此达到降低其消化性能的效果。Liu等人 [5] 利用普鲁兰酶脱支处理蜡质玉米淀粉,使其SDS和RS含量变化有明显的提高。张倩等人 [6] 研究表明利用α-淀粉酶和糖化酶混合酶法对大米进行处理,其抗性淀粉得率为16.23%,若再对其进行压热处理大米的抗性淀粉得率能达到18.16%

  ( 化学改性

  化学改性法是指通过改变官能团结构或使其发生某种化学反应(如取代、加成、酯化等),来改变淀粉分子的结构和性质,从而提高抗性淀粉得率的方法。李蒙娜 [7] 在对小麦淀粉进行酯化-湿热处理时 在柠檬酸添加量为40%,湿热处理次数为1次时,小麦淀粉、A-型小麦淀粉和B-型小麦淀粉中RS得率分别为 85.54%、78.89%和 86.46%。Shin等人 [8] 研究表明,在20g淀粉中添加2.26mmol的柠檬酸,然后128.4℃条件下反应 13.8h,大米淀粉中RS含量为54.1%,比未经改性处理的原淀粉组高出28.1%。

  ( 挤压处理法

  挤压处理法是食品加工厂使用较为广泛的一种方法,它是指在挤压过程中运用高温、高压和高剪切力使淀粉分子发生一系列变化,使淀粉由粉状变成糊状,从而发生糊化、裂解,导致一些糖苷键断裂,分子发生解聚作用,分子大小和分子量的分布也随之发生变化。Ye等人 [9] 利用单螺旋杆挤压机在37.50r/min的螺杆转速和30kg/h的喂料速度条件下对湿度分别为30%、40%、50%的大米淀粉进行处理,发现随着物料含水量的增加,淀粉凝胶化程度也相应增加。结果表明,大米淀粉的水分含量,与抗性淀粉的得率正向相关且影响较大。李俊伟 [10] 采用挤压法处理大米淀粉后,抗性淀粉的得率为8.87%。另外研究也发现弱酸水解淀粉、挤压和水热处理的多种方法的结合,可以增加抗性淀粉的含量 [11]

  ( 微波处理法

  微波处理法指的是淀粉与水混合后对其进行微波处理,使淀粉的结构和理化性质均有所改变。有研究表明微波处理在酶的敏感性、硬度及支链淀粉重结晶等方面 远优于其他热处理方式 [12] 。微波效应作用于淀粉乳糊化阶段的前期,对淀粉颗粒内部水分分布影响较大,同时能促进氢键断裂,双螺旋链减少,淀粉糊化效果显著提高。张守花 [13] 在微波糊化的基础上对玉米淀粉进行酶解,通过正交试验优化分析,得出淀粉乳浓度30%、微波功率800W、微波时间110s,微波糊化酶解制备玉米抗性淀粉 率可达到13.17%。

  ( 其他方法

  其他的处理方法(如超声波法、反复脱水、蒸汽加热法、压热-冷却循环处理法等)同样可以显著正向影响抗性淀粉的得率,相较于前文叙述的几种方法,这些方法都是比较新的工艺,还未广泛应用于工业化生产中。谢岩黎等人 [14] 采用微波湿热-循环冷冻的方法,以小麦淀粉为原料,制备抗性淀粉,抗性淀粉得率为15.85%。池明亮 [15] 采用压热与α-淀粉酶、普鲁兰酶联合使用法制备青芒果淀粉,可得到产率为7.368%的抗性淀粉。姚慧等人 [16] 采用压热—普鲁兰酶法以板栗淀粉为原料,制备抗性淀粉,得出在淀粉悬浮液质量分数11.00%,酶添加量9PUN/g、酶解时间10h、冷凝时间15h的条件下,抗性淀粉得率为64.90%。

   抗性淀粉的生理功能

  ( 预防肠道疾病

  抗性淀粉在人体小肠内不能被消化吸收,只在大肠中被肠道菌群发酵,生成短链脂肪酸,所以对于维持肠道健康是非常有益的,发酵后所产生的气体可以增加粪便体积,可以缓解肠道疾病如结肠癌、痔疮、便秘等且效果显著 [7]