卞 科，李雅楠，關(guān)二旗

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

甘薯抗性淀粉的制備工藝及應(yīng)用研究進展

卞 科，李雅楠，關(guān)二旗

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

甘薯是我國主要的糧食作物之一，其淀粉含量約為塊根干質(zhì)量的50%～80%，其中直鏈淀粉含量較高,在17.5%～26.7%的范圍內(nèi)，是制備甘薯抗性淀粉的重要來源。利用甘薯淀粉制備的抗性淀粉具有十分重要的理化特性和生理功能。甘薯抗性淀粉具有均衡體重、降血糖、降血脂、預(yù)防疾病和促進礦物質(zhì)的吸收利用等生理功能。綜述了幾種常用制備甘薯抗性淀粉的方法，以及甘薯抗性淀粉在食品、醫(yī)藥等行業(yè)中的應(yīng)用情況，對甘薯抗性淀粉的制備工藝及應(yīng)用進行了比較，以期為擴大我國甘薯資源的利用提供參考。

甘薯抗性淀粉；生理功能；制備工藝

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2017-4-20 14:10:06

0 引言

甘薯是我國第四大糧食作物，具有種植成本低、生長周期短、適應(yīng)性強、產(chǎn)量大等特點。甘薯塊根富含淀粉，其淀粉含量高達塊根干質(zhì)量的50%～80%[1-2]。淀粉類食物的血糖生成指數(shù)(Glycemic Index，GI)可能取決于直鏈淀粉/支鏈淀粉比例、淀粉顆粒分布、淀粉含量、水分含量和加工食品烘焙糊化的溫度，通過調(diào)整加工工藝及化學(xué)改性等方法制得甘薯變性淀粉，不僅能使其更好地滿足工業(yè)要求而且還具有多種生理功能[3]。

甘薯淀粉來源十分廣泛，甘薯中直鏈淀粉的含量較高，為17.5%～26.7%[4-5]，是制備甘薯抗性淀粉的重要來源[6]。甘薯抗性淀粉作為一種新型的甘薯淀粉產(chǎn)品，因其具有獨特的健康益處和功能特性，最近備受關(guān)注。甘薯抗性淀粉的特性與膳食纖維相似，具有保健、防病等生理功能，但抗性淀粉同時具備傳統(tǒng)膳食纖維沒有的功能特性，能夠模擬脂肪的功能特性，在食物口感、風(fēng)味、色澤以及加工特性上更勝一籌[7]。因此利用甘薯淀粉制備甘薯抗性淀粉不但可以擴大我國甘薯資源的利用途徑，同時可增加甘薯淀粉的附加值。

1 甘薯抗性淀粉的理化性質(zhì)及生理功能

1.1 甘薯抗性淀粉的理化性質(zhì)

抗性淀粉的分子結(jié)構(gòu)較小，長度一般為20～25葡萄糖殘基[8]。根據(jù)抗性淀粉的來源、形態(tài)及物理化學(xué)等性質(zhì)，可將抗性淀粉分為4類，即物理包埋淀粉（RS1）、生淀粉（RS2）、老化淀粉（RS3）和化學(xué)改性抗性淀粉（RS4）。4類抗性淀粉的來源、抗酶機制和抗消化性如表1所示。老化淀粉和化學(xué)改性抗性淀粉可通過一定的加工方式大量生產(chǎn)，是當(dāng)前研究和應(yīng)用較多的一類抗性淀粉[9-10]。

甘薯淀粉與甘薯抗性淀粉在理化性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)特性等方面存在較大差異[11]，甘薯淀粉與甘薯抗性淀粉的部分理化性質(zhì)見表2。甘薯淀粉具有色澤灰暗、熱糊穩(wěn)定性差、在生產(chǎn)過程中容易發(fā)生酶促褐變等缺點，嚴(yán)重限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用，但通過制備甘薯抗性淀粉加以改善，可以更好地滿足工業(yè)需求[6]。與甘薯淀粉相比，甘薯抗性淀粉的平均粒徑、糊化峰值溫度、終止溫度顯著增加，持水性和乳化能力有所降低，乳化穩(wěn)定性略微增強，同時甘薯抗性淀粉的熱穩(wěn)定性得到較大提高，更能耐受熱加工處理，能夠添加到在高熱條件下加工的食品中，保持抗消化性能[6，12]。

表1 4類抗性淀粉的來源、抗酶機制和抗消化性Table 1 Sources,enzyme resistance mechanism and anti-peptic properties of four kinds of resistant starch

表2 甘薯淀粉和甘薯抗性淀粉的理化性質(zhì)Table 2 Physicochemical properties of sweet potato starch and sweet potato resistant starch

1.2 甘薯抗性淀粉的生理功能

甘薯抗性淀粉具有多種不同的生理功效，其中最重要的生理功能是預(yù)防疾病，包括調(diào)整血糖指數(shù)、控制血脂、降低膽固醇、改善腸道內(nèi)菌群、預(yù)防腸道疾病、調(diào)節(jié)體重、促進礦物質(zhì)吸收等[13-14]。

1.2.1 甘薯抗性淀粉對血糖、血脂的控制

糖尿病是近年來治療花費最高的慢性疾病之一，備受關(guān)注。美國和中國有8%的人口受到糖尿病的影響，其中主要是Ⅱ型糖尿病[15]。許多研究表明，抗性淀粉對人體的葡萄糖和胰島素水平具有調(diào)節(jié)作用，可以改善糖尿病患者葡萄糖耐受不良和抗胰島素性，提高患者對胰島素的敏感性，維持葡萄糖和脂質(zhì)的體內(nèi)平衡[16]，能夠降低糖尿病患者的餐后血糖值，從而達到控制患者糖尿病病情的目的[17-18]。Srikaeo等[19]研究發(fā)現(xiàn)將抗性淀粉添加到米粉中，能夠降低米粉的血糖生成指數(shù)。于淼等[3]的研究表明甘薯抗性淀粉能夠較好地調(diào)節(jié)高脂血癥大鼠的血脂水平，并且能夠顯著改善大鼠的肝功能。

1.2.2 甘薯抗性淀粉對腸道疾病的防治作用

甘薯抗性淀粉具有維持腸道健康、預(yù)防腸道疾病等生理功能[14，20]?？剐缘矸劬哂幸欢ǖ目瓜匦?，在人體腸道內(nèi)充分吸水膨脹，稀釋和吸附腸道內(nèi)的有害物質(zhì)，預(yù)防結(jié)腸癌的發(fā)生[21]?？剐缘矸墼谛∧c內(nèi)不被消化，但在結(jié)腸中發(fā)酵產(chǎn)生多種短鏈脂肪酸并釋放一些氣體物質(zhì)。這些發(fā)酵產(chǎn)物能夠改善人體腸道內(nèi)環(huán)境，抑制或殺死有害致病菌，并促進腸道內(nèi)有益菌群的增殖和生長[22]。給大鼠飼喂含甘薯抗性淀粉的飼料，能夠顯著增加大鼠的排糞量與糞便含水率，并且不影響大鼠的生長性能和臟器發(fā)育[20]。

1.2.3 甘薯抗性淀粉對體質(zhì)量的均衡作用

人體攝入的能量過剩，攝入的功能物質(zhì)經(jīng)代謝后轉(zhuǎn)化為脂肪而導(dǎo)致肥胖癥。甘薯抗性淀粉吸收率很低，在小腸內(nèi)基本不被吸收，因而在食物中添加甘薯抗性淀粉，可以達到減肥和均衡體質(zhì)量的功效[24]。人體攝入抗性淀粉釋放的能量僅是淀粉的1/10。馮鑠涵等[23]通過動物實驗發(fā)現(xiàn) RS2，RS3和RS4這3種抗性淀粉對大鼠體質(zhì)量增加有明顯的抑制作用。王宏偉等[24]在小鼠飼料中添加甘薯抗性淀粉，有效地降低了小鼠由于飼喂含有高脂飼料引起的肥胖，其機制可能是降低了肝臟中脂質(zhì)合成的能力，并且抗性淀粉幾乎不能被消化或消化速度很慢，能夠改善餐后胰島素的敏感性。因此，甘薯抗性淀粉良好的減肥效果，能夠用于制備新型減肥食品。

1.2.4 甘薯抗性淀粉促進礦物質(zhì)、維生素的吸收利用

甘薯抗性淀粉的添加，能夠促進人體對礦物質(zhì)、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與利用?？剐缘矸墼谀c道中發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸能夠降低腸道內(nèi)pH值，而上皮細(xì)胞在較低pH值條件下增殖速度加快[12]，并且可促進部分礦物元素的吸收[20]。研究表明，喂食甘薯抗性淀粉，能夠顯著增加大鼠對鈣、鎂、鐵和鋅的表觀吸收率，而且能夠增加大鼠對鉛污染飼料中鉛的排出量[20]。同時，抗性淀粉的含量增加，能夠在一定動態(tài)水平下緩解患Ⅱ型糖尿病老鼠體內(nèi)的維生素D缺乏癥[25]。

2 甘薯抗性淀粉的制備方法

目前，甘薯抗性淀粉主要采用的制備方法有：物理法、化學(xué)法、酶法及其他方法[26]。

2.1 物理法

甘薯抗性淀粉最常用的物理制備方法是熱液處理，包括濕熱處理、韌化處理及壓熱處理等[27]。有研究表明，高溫、高壓和高濕度有利于甘薯抗性淀粉的形成，而濕熱處理作為一種物理改性方法，可以提高淀粉的抗酶解性、降低淀粉的膨脹度。因此，濕熱處理可作為一種非常有潛力的反應(yīng)條件來生產(chǎn)甘薯抗性淀粉[27]。

楊參[20]采用老化法生產(chǎn)甘薯抗性淀粉，發(fā)現(xiàn)影響甘薯抗性淀粉生成因素的作用大小順序：淀粉糊濃度>糊化溫度>pH值>老化時間>老化溫度。實驗結(jié)果表明在甘薯淀粉糊濃度為30%、pH值為6.0、糊化溫度為120℃、糊化時間為60 min、老化溫度為4℃及老化時間為96 h的條件下，甘薯抗性淀粉的得率較高，甘薯抗性淀粉含量達23.4%。

Kiatponglarp等[28]研究表明在10%或21%的料液比脫支，在25℃或50℃溫育，然后進行退火或濕熱處理，能夠提高RS形成。此外，通過淀粉老化可以制備抗性淀粉，包括短期老化和長期回生，Zhang等[29]通過溫度-循環(huán)回生制備抗性淀粉，結(jié)果表明，糯米淀粉在沸水中加熱30 min后，在溫度循環(huán)4/25℃，間隔24 h，儲藏7 d的條件下，可得到51.62%的抗性淀粉。

甘薯淀粉與糯米淀粉相比，直鏈淀粉較高，淀粉糊化后，直鏈淀粉分子互相纏繞形成三維網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，增加對淀粉酶水解的抗性[30]，因此淀粉糊濃度與糊化溫度對甘薯抗性淀粉的生成影響較大[20]。與甘薯淀粉不同，糯米淀粉的支鏈淀粉含量較高，在溫度-循環(huán)回生過程中，支鏈淀粉重結(jié)晶，形成不完善晶體，能夠提高抗性淀粉的得率[29-31]。

2.2 化學(xué)法

目前淀粉工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的制備方法是化學(xué)改性法，通過改變淀粉分子中的化學(xué)基團制備抗性淀粉[27]。化學(xué)改性法制備得到的抗性淀粉主要有交聯(lián)淀粉、氧化淀粉、醚化淀粉和酯化淀粉等變性淀粉[26]。

李云云[27]采用濕法交聯(lián)制備甘薯抗性淀粉，結(jié)果表明：在交聯(lián)劑用量為10%，pH11.5，水分含量20%及溫度120℃的條件下，制備出的抗性淀粉含量達72.45%，結(jié)合磷含量為0.39%；在干熱條件下制備甘薯檸檬酸酯化淀粉和濕熱-檸檬酸酯化淀粉，結(jié)果表明：檸檬酸淀粉酯的取代度和甘薯抗性淀粉含量隨著檸檬酸用量的增加先上升，最后趨于平緩，當(dāng)檸檬酸用量為原淀粉的50%時，檸檬酸酯化淀粉的抗性淀粉含量達到52.75%。

2.3 酶法

甘薯抗性淀粉的酶法制備是對糊化甘薯淀粉進行脫支處理，然后再重結(jié)晶。普魯蘭酶是制備抗性淀粉最常用的一種淀粉脫支酶，它能切斷支鏈淀粉和其他相關(guān)多聚糖的α-1,6糖苷鍵[32]。由于利用酶法制備抗性淀粉具有安全、可靠和無污染等優(yōu)點，已經(jīng)成為抗性淀粉制備方法的研究熱點。目前，一般采用普魯蘭酶[33]、普魯蘭酶結(jié)合物理化學(xué)方法[6，26]、普魯蘭酶協(xié)同α－淀粉酶[34]、β－淀粉酶[35]、異淀粉酶[6]等制備甘薯抗性淀粉。

連喜軍等[35]研究表明甘薯回生抗性淀粉的最佳制備條件為：甘薯淀粉乳濃度為10%；α-淀粉酶加量為120 U/mL；預(yù)糊化時間為30 min；最佳壓熱處理溫度為120℃，處理時間為30 min；老化溫度為4℃，時間為12 h。

朱木林等[36]研究制備甘薯抗性淀粉，得出在普魯蘭酶用量240 ASPU/g、淀粉乳含量10 g/100 g、脫支時間72 h、反應(yīng)溫度55℃、-20℃下凝沉48 h的條件下，甘薯抗性淀粉的含量為35.23%，與國內(nèi)甘薯抗性淀粉制備得率相比有較大提高。

Morales等[37]通過先加熱，然后用支鏈淀粉酶在50℃的條件下水解24 h，最后在pH5.0的條件下凍干制備抗性淀粉，同時實驗得出了抗性淀粉生產(chǎn)的速度、初始抗性淀粉的含量和水解過程中抗性淀粉含量之間的動力學(xué)方程，對甘薯抗性淀粉的制備同樣具有一定的參考價值。

2.4 其他方法

除物理法、化學(xué)法和酶法這幾種制備甘薯抗性淀粉的方法外，還有通過微波處理、超聲波處理以及多種方法聯(lián)合制備甘薯抗性淀粉。微波處理后淀粉粒會發(fā)生吸水膨潤，分子間氫鍵斷開，短鏈直鏈淀粉分子締合成長鏈直鏈淀粉。超聲波具有降低淀粉分子長度、增加分子間聚合度以及增加分子的能量的作用，能夠促進甘薯抗性淀粉的形成[38]。酶解輔以超聲波處理的方法可以縮短處理時間，制備高含量的甘薯抗性淀粉。此外，使用高壓滅菌，提高溫度，能夠顯著降低抗性淀粉的黏度[39]。

連喜軍等[38]利用超聲波法制備回生抗性淀粉，采用超聲波與酶解和壓熱結(jié)合，超聲波的條件：溫度 30℃，時間 60 min；壓熱處理的條件：溫度 120℃，時間 30 min；老化時間 12 h，得到 8.2%的甘薯抗性淀粉，使甘薯抗性淀粉的得率提高2.28倍。

張蕓等[40]采用酶法結(jié)合超聲波處理的方法制備甘薯抗性淀粉，制備得到的甘薯抗性淀粉含量為24.26%，能夠顯著提高得率。甘薯抗性淀粉與原淀粉相比，由于部分淀粉膨化或聚集成更大的顆粒，總體粒徑變大。

3 甘薯抗性淀粉的應(yīng)用

在2008年全球死亡人數(shù)中，心血管疾病、癌癥和糖尿病占72.6%（WHO，2011），高血壓、高膽固醇、超重和肥胖已經(jīng)達到了全球成年人群的高比例，依次為40%、39%、35%和12%（WHO，2011年、2013年）。為控制這些疾病的發(fā)生，可利用甘薯抗性淀粉具有的對糖尿病的控制獨特的生理功能，預(yù)防某些類型的癌癥，心血管疾病和肥胖等疾病的發(fā)生[37]。在國外，抗性淀粉已經(jīng)成為一類成熟的食品添加劑，被廣泛應(yīng)用到食品、醫(yī)藥等行業(yè)中[27]。

3.1 在面制品中的應(yīng)用

甘薯抗性淀粉能夠在高溫下進行加工，并且顏色為白色，添加到面粉制品中不會影響面粉制品的外觀及口感，可用于谷物為主要原料的食品中，用來改善食品加工工藝與最終產(chǎn)品的質(zhì)地。

甘薯抗性淀粉膨化后，可以增加食品的脆度、膨脹性，膨化后仍保持其抗消化性?，F(xiàn)階段，已將抗性淀粉應(yīng)用到面包[41]、包子、小吃、面條[42]、餅干[27]等面粉制品中。利用抗性淀粉獨特的理化特性，能夠改善烘烤食品的紋理，生產(chǎn)高品質(zhì)的食品。其中應(yīng)用最廣泛的是甘薯抗性淀粉在面包配方中的添加，甘薯抗性淀粉添加到無麩質(zhì)面包中，可代替膳食纖維的作用，同時解決了膳食纖維引起面包塌陷、口感變差等缺點[12]，并且滿足了麩質(zhì)過敏癥人群對膳食纖維的需求，提供良好均衡的飲食[7]。此外，添加甘薯抗性淀粉制備的餅干的含水量和水分活度降低，外觀、色澤與味道較好[6]。

3.2 在發(fā)酵制品及飲料中的應(yīng)用

抗性淀粉是益生菌繁殖的良好基質(zhì)，在最適添加量時能夠促進雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌和乳酸鏈球菌等益生菌的繁殖[43]，而且能阻止益生菌的死亡。酸奶添加抗性淀粉后，不改變酸奶的原有風(fēng)味，口味良好，同時乳酸桿菌的數(shù)量會明顯增加，并且存活率也大為提高[44]。由于抗性淀粉的顆粒較小，在飲料中添加，不僅能夠達到穩(wěn)定和增稠的目的，而且不會使飲料產(chǎn)生異味和沙粒感。已有研究表明，檸檬酸甘薯抗性淀粉能夠促進齊口裂腹魚后腸有益菌的生長，為甘薯抗性淀粉在發(fā)酵制品和飲料的開發(fā)提供了參考[45]。

3.3 在醫(yī)藥與保健食品中的應(yīng)用

近年來，結(jié)直腸癌的發(fā)病率隨著年齡急劇上升。研究發(fā)現(xiàn)攝入適量的甘薯抗性淀粉能夠降低結(jié)直腸癌的風(fēng)險[46]?？剐缘矸凼且环N能被結(jié)腸細(xì)菌降解的多糖，進入結(jié)腸前不被消化，但能夠被結(jié)腸細(xì)菌發(fā)酵。并且，抗性淀粉可以作為口服藥物的載體制備膜包衣，能夠提高藥物的療效，毒副作用小，具有很高的應(yīng)用價值[34]。同時已有研究證實甘薯抗性淀粉的抗氧化性可以達到Vc的1.03倍，表明甘薯可由單純糧食轉(zhuǎn)向具有重要功能特性的保健食品，甘薯資源具有更加廣闊的開發(fā)與應(yīng)用前景[47]。

4 結(jié)論與展望

隨著現(xiàn)代各種慢性病發(fā)病率的逐年上升，甘薯抗性淀粉作為一種新型的抗性淀粉產(chǎn)品，能夠用于開發(fā)保健食品，在現(xiàn)代食品與醫(yī)藥工業(yè)中具有很高的應(yīng)用價值。甘薯抗性淀粉在大量添加的情況下，產(chǎn)品的口感、外觀、加工特性基本保持不變，這樣既能夠提高產(chǎn)品的保健品質(zhì)，又使其不失去食用品質(zhì)和感官品質(zhì)，具有十分廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的社會效益。

我國是生產(chǎn)甘薯的大國，甘薯的種植面積與總產(chǎn)量均居世界首位[48]，2014年，中國薯類種植面積約為1 100萬hm2，總產(chǎn)量達1.64億t[49]。立足我國現(xiàn)有的甘薯資源，以甘薯為原料制備甘薯抗性淀粉，為我國甘薯的深加工與轉(zhuǎn)化利用提供了一條新的有效途徑。甘薯原料成本低，利用甘薯原料制備甘薯抗性淀粉，能夠提高甘薯制品的質(zhì)量和檔次，增加甘薯淀粉的附加值，提高甘薯的效益。同時早日實現(xiàn)甘薯抗性淀粉的工業(yè)化生產(chǎn)，對提高我國農(nóng)民收入水平，促進甘薯產(chǎn)品的深加工與轉(zhuǎn)化利用及完善甘薯食品工業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)都具有十分重要的經(jīng)濟和社會意義。

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PREPARATION AND APPLICATION OF SWEET POTATO RESISTANT STARCHES

BIAN Ke，LI Yanan，GUAN Erqi
（School of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China）

The starch content of sweet potato is about 50%～80%of root weight（dry basis）and the amylose content is processing 17.5%～26.7%，which are the important source for resistant starch preparation.Sweet potato resistant starches produced by sweet potato starch have important physicochemical properties and physiological functions，such as controlling weight，decreasing blood glucose content，reducing blood lipids，preventing disease and improving the absorption of minerals.This paper briefly summarized and comparized several conventional preparation methods of resistant starch and its application in food，medicine and other industry.This paper will provide references for the expanding use of sweet potato resources in our country.

sweet potato resistant starch；physiological functions；preparation processing

TS235.2

A

1673-2383(2017)02-0122-07

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170420.1410.042.html

2016-07-07

國家糧食公益性行業(yè)科研專項（201313005-04）；國家自然科學(xué)基金項目（31401523）；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（小麥）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項經(jīng)費（CARS-03）

卞科（1960—），男，陜西興平人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為谷物蛋白質(zhì)化學(xué)、糧油儲藏科學(xué)與技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品資源轉(zhuǎn)化與利用。