.抗性淀粉研究抗性淀粉簡介1981年Anderson等首次發現食物中的淀粉經過小腸并未完全被消化。 通過測定作為大腸發酵指示的呼出的氫氣，他們發現白面包中大約有20%的淀粉進入大腸［1］。最初，研究者稱淀粉進入大腸的現象為淀粉的不良吸收，但是隨著對淀粉在人體內代謝過程的深入研究，發現進入大腸的淀粉能被大腸里的微生物發酵，作為能源利用。研究者們將這種不被健康人體小腸所吸收的淀粉稱之為抗性淀粉(ResistantStarch)，簡稱RS。這種淀粉較其他淀粉在體內消化、吸收和進入血液較緩慢，具有類似膳食纖維的功能特性。但抗性淀粉本身仍然是淀粉，其化學結構不同于纖維。作為一種新型功能型添加劑，抗性淀粉對人體健康有重要作用，它能降低血糖和胰島素的反應，適合肥胖病人和糖尿病人食用。動物實驗表明，抗性淀粉還具有降低血清膽固醇、防治心血管疾病的作用 ⑵。止匕外，抗性淀粉還具有比傳統膳食纖維更好的加工特性，特別是在膨脹度、黏度、凝膠能力、持水性等方面⑶。作為一種新型的膳食纖維，抗性淀粉具有類似于傳統膳食纖維的生理功能，在大腸中，經微生物發酵，它的產短鏈脂肪酸尤其是丁酸的能力遠遠高于普通膳食纖維［4］。而且，將抗性淀粉添加到食品中，RS不會影響食物的風味、質地和外觀，在許多應用中，甚至可以提高最終產品的風味。因此在過去幾十年中，RS已作為保健營養成分應用于面包、谷物早餐、面條等普通食品和減肥食品等特殊食品中⑶。抗性淀粉的分類抗性淀粉(RS)因其天然來源或加工方法不同，其抗消化性會有很大的差別，目前一般可將其分為4類，即RSrRS2、RS3、RS4［6］。RS1，物理包埋淀粉，是指那些因細胞壁的屏障作用或蛋白質的隔離作用而不能被淀粉酶接近的淀粉。如部分研磨的谷物和豆類中，一些淀粉被裹在細胞壁里，在水中不能充分膨脹和分散，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，往往變得可以消化；RS2,顆粒狀抗性淀粉，是指那些天然具有抗消化性的淀粉。主要存在于生的馬鈴薯、香蕉和高直鏈玉米淀粉中。其抗酶解的原因是因為具有致密的結構和部分結晶結構，其抗性隨著糊化而消失；RS3,回生淀粉，是指糊化后在冷卻或儲存過程中結晶而難以被淀粉酶分解的淀粉，也稱為老化淀粉。它是抗性淀粉的重要成分，通過食品加工引起淀粉化學結構、聚合度和晶體構象等方面的變化而形成的，因而也是一類重要的抗性淀粉。回生淀粉是膳食中抗性淀粉的主要成分，這類淀粉即使經加熱處理，也難以被淀粉酶消化，因此可作為食品添加劑使用。一般采用濕熱處理制備，如直鏈含量為70%的玉米淀粉，經過壓熱法處理，可獲得21.2%的RS3的產品。國外專利中多采用高直鏈玉米淀粉為原料，將脫支酶作為主要手段，結合不同干燥方式制備高抗性淀粉含量的產品；RS4,化學改性淀粉［7］。主要指經過物理或化學變性后，由于淀粉分子結構的改變以及一些化學官能團的引入而產生的抗酶解淀粉，如竣甲基淀粉、交聯淀粉等。同時，也指種植過程中，基因改造引起的淀粉分子結構變化，如基因改造或化學方法引起的分子結構變化而產生的抗酶解淀粉。抗性淀粉的制備方法淀粉中直鏈淀粉的比例越高，淀粉越易老化。普魯蘭酶可催化淀粉分子中0-1,6-糖苷鍵的水解，使支鏈淀粉轉變成直鏈淀粉，從而提高抗性淀粉得率。有關抗性淀粉制備方法的研究，近十年來國內外發展較快，研究較為廣泛，制備方法大致可分為以下幾類。擠壓處理法擠壓處理即將食品物料置于高溫高壓狀態下，突然釋放至常溫常壓，使物料內部結構和性質發生變化的過程。經高溫高壓處理，淀粉顆粒中大分子之間的氫鍵削弱，造成淀粉顆粒的部分解體，粘度上升發生糊化現象。將擠壓膨化技術應用于抗性淀粉制備的預處理中，是由于擠壓膨化起到了預糊化的作用，提高淀粉糊化度。只有使淀粉完全糊化，才能使淀粉酶與普魯蘭酶對其充分作用，生成一定長度的直鏈淀粉分子，通過調節酶的作用條件，從而提高抗性淀粉得率 網。微波輻射法近年來，由于微波加熱速度快，可以使食品中的水分在短時間內迅速蒸發汽化，造成體積膨脹，產生膨化效應，微波技術在食品工業中的應用越來越廣泛。微波法應用于抗性淀粉制備機理。首先，在微波輻射處理過程中，淀粉分子間氫鍵斷開，冷卻階段相鄰的直鏈淀粉間又重新形成氫鍵， 即淀粉的老化；其次，食品物料微波輻射的內動力是水分汽化， 在此過程中淀粉糊化，使物料產生多孔的網狀結構，有利于酶的進一步作用；第三，微波處理時間短、效率高，工藝安全，可以大大縮短制備工藝時間。目前，微波技術主要應用于物料的后期處理，如膨化小食品中的應用，并且對食品物料的后期處理技術已經較為成熟， 但應用于物料的預處理的研究卻不多見網。脫支降解法抗性淀粉制備的脫支方法有兩種，一種是酶法脫支，另一種方法是化學方法脫支⑼。據報道，用酸（鹽酸、硫酸、硝酸等）處理淀粉，有一定的脫支效果，但其脫支效果不及酶法脫支效果好。所用的酶主要為脫支酶一一普魯蘭酶，此種酶可以水解直鏈和支鏈淀粉分子中的a-1,6-糖背鍵，并且所切a-1,6-糖背鍵的兩頭至少含有兩個以上的a-1,4-糖昔鍵。普魯蘭酶是異淀粉酶的一種，它能切開支鏈淀粉分支點的a-1,6-糖背鍵，從而使淀粉的水解產物中含有更多的游離的直鏈淀粉分子［10］。在淀粉的老化過程中，更多的直鏈淀粉雙螺旋相互締合，形成高抗性的晶體結構［"I。普魯蘭酶能夠專一催化支鏈淀粉0-1,6-糖苷鍵的水解,從而使支鏈淀粉的分支鏈脫離主鏈形成一系列長短不一的直鏈淀粉，這樣直鏈淀粉含量增加，從而提高抗性淀粉得率。已在市場上銷售的抗性淀粉產品CrystaLean就是應用酶解法生產的。熱液處理法按照熱處理溫度和淀粉乳水分含量的不同，可以將淀粉的熱液處理分為四類［12］：①濕熱處理(HeatMoistureTreatment，HMT)，是指淀粉在低水分含量下經熱處理加工的過程(含水量小于35%)，處理溫度一般較高，在80-160℃之間。②韌化處理又稱退火處理(Annealing，ANN)，是指在過量水分含量的條件下(含水量大于40%)，溫度在淀粉糊化溫度以下的熱處理過程。③壓熱處理(Autoclaving)，是指淀粉含水量大于40%，溶液在一定溫度和壓力下進行處理的過程。④減壓處理法(Reduced-Pressurized)，短時間內能夠進行大批量的處理，沒有糊化的淀粉顆粒，熱穩定性高，工業生產非常有潛力。超高壓處理法超高壓食品處理技術(Ultra-HighPressure,UHP)就是使用100MPa以上的壓力，在常溫下或較低溫度下對食品物料進行處理，從而滅菌、物料改性和改變食品的某些理化反應速度等。根據超高壓對淀粉影響的研究，可以將超高壓技術應用于抗性淀粉的制備。淀粉經超高壓處理后，A型結晶由于壓力的作用，雙螺旋結構重新聚集，部分轉為B型，因此與熱糊化淀粉相比，超高壓處理使淀粉表現出不同的糊化以及凝膠特性，其中一些可以在不發生糊化的條件下，淀粉顆粒維持其最初的顆粒結構而提高抗性淀粉含量。當含水量較高時(大于40%)，淀粉微晶結構的破壞溫度與糊化溫度接近，因此在這種含水量的條件下，退化處理溫度必須低于此條件下的糊化溫度，用以維持晶體結構以及形成更多的抗性淀粉。在濕熱處理以及退化處理之前，有選擇地進行水解可以提高原料中的抗性淀粉含量。 高溫高壓處理用以使淀粉顆粒充分糊化，直鏈淀粉分子徹底溶出，從而有利于直鏈淀粉分子雙螺旋間的充分締合，有利于抗性淀粉的形成［13］。影響抗性淀粉形成的因素直支比對抗性淀粉形成的影響淀粉是由a-D-葡萄糖組成的高分子化合物，有直鏈狀和支叉狀的兩種，分別稱為直鏈淀粉和支鏈淀粉。直鏈淀粉/支鏈淀粉的比例大小對抗性淀粉的形成有顯著影響，因為抗性淀粉RS3的形成機理是淀粉糊的凝沉。一般來說，比值大，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等發現直鏈淀粉對RS的形成具有非常重要的影響，淀粉經加熱冷卻處理所得到的抗性淀粉含量會隨著分子中的直鏈淀粉含量的增加而增加。但 Szczodrak等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，各種淀粉形成RS的能力存在很大的差異，并不完全與直鏈淀粉的含量有關，也可能是由于褐色層含有較多的脂肪及礦物質。蛋白質對抗性淀粉含量的影響淀粉中蛋白質的含量因其原料來源不同而存在較大差異。 谷物中淀粉與蛋白質的結合比較緊密，對淀粉的深度加工利用存在許多不利影響，例如分離困難等。Holm等研究發現小麥淀粉大部分被蛋白質包裹， Chandrshekar和Kirlies主要研究了高粱淀粉中蛋白質對其凝沉的影響， 發現蛋白質對淀粉顆粒有保護作用，只有去除后，淀粉粒才能發生凝沉。上述研究都是對谷物中自身所含蛋白質而言的，關于外源蛋白質添加對淀粉凝沉性的影響， Escarpa等作了相關的研究，發現和淀粉凝沉時會在直鏈淀粉分子之間形成氫鍵一樣， 外源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，從而抑制直鏈淀粉的凝沉，降低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兩個方面：一方面蛋白質對淀粉有包埋、束縛作用，使淀粉難以接觸淀粉酶而形成抗性，即增加RS1抗性淀粉含量；另一方面，蛋白質對淀粉形成保護，可以防止淀粉老化，即減少抗性淀粉含量。從整體上看，后一種影響更為重要。脂類對抗性淀粉形成的影響谷物淀粉中脂類化合物的含量較高(0.8%-0.9%)，它可以與直鏈淀粉分子形成一種包合物而抑制淀粉顆粒的膨脹和溶解，使糊化溫度升高，對淀粉的抗性產生一定的影響。Eliasson等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研究其結構。而Czuchajowska等用DSC研究磷脂酰膽堿(LPC)、硬脂酸乳酸鈉(SSL)和羥基磷脂(OHL)與直鏈淀粉的相互作用時發現，在 95-110℃時會形成直鏈淀粉-脂質復合物。Mercier認為直鏈淀粉-脂質復合物也可能在食品加工過程中產生，如蒸煮后冷卻。其它脂質如磷脂、油酸和大豆油都會使抗性淀粉含量降低。糖類物質對抗性淀粉形成的影響葡萄糖、麥芽糖、蔗糖是食品中常用的甜味劑，屬于可溶性糖。可溶性糖抑制糊化淀粉凝沉主要是由于糖分子與淀粉分子的相互作用改變了淀粉凝沉的基質，即可溶性糖作為抗塑劑而使食品玻璃態轉變溫度升高。Kohyama和Nishinari等研究了糖對抗性淀粉形成的影響，發現添加這些糖糖可以降低糊化淀粉的重結晶度，從而抗性淀粉含量降低。然而Eerlingen等發現，添加蔗糖使小麥淀粉的抗性淀粉含量顯著降低，卻使高直鏈玉米淀粉的抗性淀粉含量增加。淀粉分子大小和平均聚合度對抗性淀粉形成的影響淀粉來源不同，其大小也有差異，其中馬鈴薯淀粉粒平均直徑較大，約為100pm，而豌豆、小麥和玉米淀粉粒度相對較小，平均直徑約20-30pm，二者比表面積相差接近20倍，因此，同樣條件下馬鈴薯淀粉水解速率低于其它淀粉。和淀粉大小一樣，淀粉分子的平均聚合度對抗性淀粉的形成也有影響。氏rlingen等研究了平均聚合度（DPn）在40-610的淀粉其抗性淀粉的含量，發現分子平均聚合度越小，含量越高。X射線衍射分析發現抗性淀粉粒有A、B、C三種衍射圖型，其中B型的抗性最強。抗性淀粉的生理功能隨著對抗性淀粉進一步的研究發現，抗性淀粉對腸道代謝、糖代謝和脂代謝均有一定的影響。抗性淀粉在小腸中不被吸收，能在大腸中被細菌發酵分解，產物主要是一些氣體和短鏈脂肪酸。氣體能使糞便變得疏松，增加其體積，這對于預防便秘、盲腸炎、痔瘡、腸憩室病、肛門、直腸機能失調等腸道疾病具有重要意義。國內外關于抗性淀粉對血糖值和胰島素水平的影響做了大量研究。 王竹等利用天然穩定同位素技術，研究了抗性淀粉吸收代謝的特點及對血糖的調節作用，證明RS具有吸收慢的代謝特點，對調節血糖穩態，減低餐后胰島素分泌，增強胰島素敏感性有一定作用，并初步論述了RS對餐后體內葡萄糖轉運的影響，綜合其他研究成果，預示RS可能對預防慢性疾病的發生，減少餐后組織負荷有益［14］。Jocaro等分別用生馬鈴薯淀粉RS2和馬鈴薯老化淀粉RS3及纖維素飼喂大鼠，結果發現：與纖維素組大鼠相比，RS2組大鼠和RS3組大鼠的日總糞固醇排泄量大大增加，并且RS3組大鼠的日總糞固醇排泄量幾乎是纖維素組的2倍，與纖維素組大鼠相比達到了極顯著差異，進一步提示了抗性淀粉是通過增加糞固醇的排泄量來達到降脂目的［15］。近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，人們對具有保健功能的食品進一步重視，抗性淀粉作為低熱、高膳食纖維含量的功能食品成分可為人們提供嶄新的功能性產品。而且抗性淀粉的大規模生產對推動農副產品深加工和綜合利用，促進農副產品增值，提高農民收入水平具有重要意義。.研究目的和意義淀粉作為自然界最豐富的貯藏性多糖，是僅次于纖維素的可再生性資源，自古以來是人類和大多數動物的營養和能量主要來源；現作為一種重要工業原料，廣泛應用于食品、化工、造紙、紡織等行業，且具有分布廣泛、產量豐富、價格低廉、可降解、無污染、可再生等優點。結晶度一般為14%?45%,其顆粒大小、分子量、形狀及性質因植物種類、生長環境和基因型不同而有較大區別［16］。然而絕大多數天然淀粉因其結構和性能缺陷，如不溶于冷水、淀粉糊易老化脫水、缺乏乳化力、糊液在酸、熱、剪切作用下不穩定等，而制約其應用范圍，因此可利用物理、化學或生物等方法改變天然淀粉性質和增加新的功能，使其能適應現代化工業加工要求。目前國內外對淀粉改性主要為化學改性方法，在化學改性過程中，往往要加入必要化學試劑，以改變淀粉化學結構或引入新的基團使其達到改性目的。然而，將化學改性淀粉用于食品工業時，需考慮和評價其安全性問題，且化學法常存在反應速率低、生產時間長、產品質量不穩定、環境污染等問題。而采用非化學手段，如采用物理或生物（酶）改性淀粉便不存在化學試劑殘留問題，且可大大改善產品理化性能、拓寬產品應用范圍和提高其附加值。隨綠色加工理念提出，采用物理或生物（酶）方法，如熱處理、物理場處理、超高壓、擠壓、超微粉碎、酶處理等［15技術對淀粉進行改性研究日益受到關注。酶處理法是一種非常具發展前景的生物方法。普魯蘭酶，屬淀粉酶類，能夠專一性切開支鏈淀粉分支點中的a-1,6-糖背鍵，切下整個分支結構，形成直鏈淀粉。與異淀粉酶不同的是，普魯蘭酶可以將最小單位的支鏈分解，最大限度的利用淀粉原料，而異淀粉酶雖然也能水解分支點的a-1,6-糖昔鍵，但是不能水解由2?3個葡萄糖殘基構成的側枝。脫支酶的發現較其他淀粉酶遲，但近年來對它的研究和應用受到學者和企業的廣泛重視。脫支酶可使食品質量提高，徹底分解淀粉，降低糧耗，節約成本，減少污染，已成為淀粉酶制劑中一個很有前途的品種，具有廣闊的開發和應用前景。故可以普通玉米淀粉為試驗材料，以普魯蘭酶為酶制劑，采用單因素試驗分析加酶量、酶解時間、老化時間對抗性淀粉含量的影響，采用響應面設計優化抗性淀粉的制備條件，以期為酶法制備抗性淀粉提供參考和指導。參考文獻S.G.Haralampu.2000.Resistantstarch-areviewofthephysicalpropertiesandbiologicalimpactofRS3.CarbohydratePolymers,41:285-292.JohnsonIT.GEEJM.1996.Resistantstarch.NutritionandFoodScience,96(1):20-24.Fuentes-ZaragozaE,Riquelme-NavarreteMJ,Sanchez-ZapataE,etal.2010.Resistantstarchasfunctionalingredient:areview.FoodResearchInternational,43(4):931-942.[4]李光磊.2006.抗性淀粉的制備及特性研究.[碩士學位論文].沈陽:沈陽農業大學.BrownIL.2004.Applicationsandusesofresistantstarch. JournalofAOACInternational,87(3):727-732.EerlingenRC,DeceuninckM,DelcourJA.Enzyme-resistantstarch.II.Influenceofamylasechainlengthonresistantstarchformation[J].CerealChem,1993,70(3):345-350.IanBrownMSc.1997.Complexcarbohydrateandresistantstarch.NutritionReviews,54(11):115-119[8]姚蕊，張守文.2006.抗性淀粉的研究發展現狀與前景.糧食與食品業,13(1):30-33.[9]王洪燕，周惠明.2006.抗性淀粉制備方法的研究.糧油加工,(8):85-87.S.L.Mangala.Resistantstarchfromprocessedcereals:theinfluenceofamylopectinandnon-carbohydrateconstituentsin