曾 超,劉藝琳,肖嵋方,劉 斌,2,曾 峰,*

(1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州 350002;2.福建農(nóng)林大學(xué)國(guó)家菌草工程技術(shù)研究中心,福建福州 350002)

淀粉作為日常膳食的一部分,是人體能量的重要來源,經(jīng)消化后轉(zhuǎn)化成血糖為機(jī)體提供能量,但并非所有的淀粉都能被人體消化轉(zhuǎn)化為葡萄糖,例如抗性淀粉(Resistant starch,RS)?？剐缘矸塾址Q抗酶解淀粉,在人體的胃部和小腸中不能被消化酶分解,到達(dá)結(jié)腸后可被益生菌發(fā)酵產(chǎn)生乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸(SCFAs),能發(fā)揮類似膳食纖維的功能,促進(jìn)功能性結(jié)腸微生物的生長(zhǎng),具有預(yù)防結(jié)腸癌、改善胰島素抵抗、降血脂等功效[1-2]。抗性淀粉可分為5類[3-4]:RS1(物理包埋淀粉),主要存在于部分研磨的谷物和種子中;RS2(抗性淀粉顆粒),主要存在于天然高直鏈玉米淀粉、綠香蕉和生馬鈴薯等中;RS3(回生淀粉),指淀粉經(jīng)過糊化、冷卻過程而產(chǎn)生的抗消化淀粉;RS4(化學(xué)改性淀粉),指通過酯化、醚化或交聯(lián)等修飾作用,產(chǎn)生新官能團(tuán)的淀粉;RS5(直鏈淀粉-脂類復(fù)合物),指淀粉與脂肪酸或脂肪醇等形成的復(fù)合物。其中RS3除了具備其他類型抗性淀粉的功能特性外,還具有結(jié)構(gòu)緊密、熱穩(wěn)定性高、持水性低、色澤白皙、無異味、口感細(xì)膩等特性[5]。由于RS3的優(yōu)良特性,RS3應(yīng)用于熱加工食品中能夠保持自身穩(wěn)定,不易發(fā)生分解,也不會(huì)影響食物原本的色澤。同時(shí)相比于傳統(tǒng)膳食纖維,將RS3加入食物中不產(chǎn)生粗糙感和不良?xì)馕?可保持食物的原有風(fēng)味。在食品研究、開發(fā)與生產(chǎn)中,添加RS3抗性淀粉食品的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)潛力巨大,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)RS3的研究也愈發(fā)深入。本文對(duì)近年來RS3型抗性淀粉的制備方法、形成過程、結(jié)構(gòu)特性、生理功能及其在食品中的應(yīng)用進(jìn)行綜述,以期為RS3型抗性淀粉的研究和開發(fā)提供思路。

1 RS3型抗性淀粉的形成過程

RS3型抗性淀粉又稱回生淀粉、老化淀粉,其形成多發(fā)生在淀粉類食物經(jīng)熱加工糊化與冷卻過程中,淀粉發(fā)生凝沉或者重結(jié)晶,形成具有緊密結(jié)構(gòu)的抗酶解淀粉,其特點(diǎn)包括透明度下降、粘性降低和持水性下降,主要存在于冷米飯、冷饅頭、冷面包等食品中。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)RS3的形成機(jī)理有比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)[6]:食物中的淀粉顆粒在水分充足以及加熱條件下,原淀粉顆粒結(jié)構(gòu)被破壞,淀粉粒中的直鏈淀粉分子以無規(guī)則卷曲的形式從淀粉粒中溶入水中,并與水分子發(fā)生水合作用形成淀粉凝膠,發(fā)生糊化。隨著溫度的降低,直鏈淀粉分子間開始相互靠攏,分子與分子之間形成氫鍵進(jìn)而發(fā)生相互纏繞形成雙螺旋結(jié)構(gòu),雙螺旋結(jié)構(gòu)分子又進(jìn)一步發(fā)生折疊,形成以氫鍵為連接的雙螺旋結(jié)構(gòu)多聚合體,最終形成了具有緊密結(jié)構(gòu)的結(jié)晶區(qū)(如圖1)[6]。消化酶的活性部位難以與RS3的結(jié)晶區(qū)結(jié)合,因此無法水解RS3中的α-1,4糖苷鍵,賦予RS3抗酶解的功能特性。一般來說,直鏈淀粉分子聚合度介于10～100之間時(shí)有利于雙螺旋的形成,并且聚合度越高,越易形成雙螺旋結(jié)構(gòu)。

圖1 RS3的形成過程Fig.1 Formation process of RS3

2 RS3型抗性淀粉的制備

基于RS3的形成機(jī)理,目前相關(guān)研究主要通過物理、化學(xué)以及酶法等技術(shù),使天然淀粉中直鏈淀粉分子數(shù)量增加或使直鏈淀粉分子從淀粉粒中充分暴露逸出,以促進(jìn)RS3的生成。制備RS3型抗性淀粉的主要技術(shù)有:壓熱法、擠壓法、酸解法、酶解法、超聲波法和微波法等。

2.1 壓熱法

壓熱法制備RS3通常是將淀粉乳置于高溫高壓的條件下,經(jīng)過一段時(shí)間處理使淀粉充分糊化,該過程中淀粉顆粒晶體結(jié)構(gòu)被徹底破壞,直鏈淀粉分子充分逸入水中,形成淀粉凝膠。之后在4 ℃條件下對(duì)淀粉凝膠進(jìn)行老化處理,促進(jìn)RS3的形成。在RS3制備過程中,壓熱溫度、回生時(shí)間是影響RS3產(chǎn)率的重要因素。Dundar等[7]分別以壓熱溫度140和145 ℃,回生時(shí)長(zhǎng)24、48、72 h對(duì)高直鏈玉米淀粉進(jìn)行處理,結(jié)果顯示,壓熱溫度越高,回生時(shí)間越長(zhǎng),RS3的產(chǎn)率也相應(yīng)提高。因此,適當(dāng)提高壓熱溫度,延長(zhǎng)回生時(shí)間有利于RS3產(chǎn)率的提高。另外,淀粉乳濃度、壓熱時(shí)間、淀粉乳pH值等對(duì)RS3產(chǎn)率也有影響,而且各參數(shù)影響程度均有差異。宋洪波等[8]利用壓熱法制備淮山藥RS3抗性淀粉,結(jié)果發(fā)現(xiàn)影響RS3得率的主次順序?yàn)?淀粉乳濃度>pH值>壓熱時(shí)間。李濤等[9]制備紫山藥RS3時(shí)發(fā)現(xiàn)壓熱時(shí)間比淀粉乳濃度對(duì)產(chǎn)物得率的影響更顯著,其中原因可能是不同原料中直鏈淀粉與支鏈淀粉的含量存在差異。在抗性淀粉的生產(chǎn)中,通常將壓熱法與酶法進(jìn)行聯(lián)用,以提高RS3的得率。李寶瑜等[10]用壓熱-普魯蘭酶法制備紫薯RS3,并與單一壓熱法進(jìn)行比較。結(jié)果表明,復(fù)合法制備的紫薯RS3抗性淀粉含量為17.16%,單一壓熱法為10.23%,相比于單一壓熱法,壓熱-酶法聯(lián)用的產(chǎn)率提高了67.74%。因此,壓熱法與酶法的聯(lián)合作用,能夠有效提高RS3的產(chǎn)率。

2.2 擠壓法

擠壓法是一種新興的RS3制備技術(shù),其原理在于將淀粉與水配成混合物倒入螺旋擠壓器中,通過螺旋桿的快速轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)淀粉產(chǎn)生高溫、高壓、剪切作用,迫使淀粉顆粒崩解,部分淀粉分子發(fā)生鏈斷裂,直鏈淀粉含量增加并發(fā)生糊化。Ye等[11]利用單螺旋桿擠壓機(jī)在30 kg/h的喂料速度和37.50 r/min的螺桿轉(zhuǎn)速條件下對(duì)濕度分別為30%、40%、50%的大米淀粉進(jìn)行處理,發(fā)現(xiàn)隨著物料含水量的增加,淀粉凝膠化程度也相應(yīng)增大,結(jié)果表明,在較高水分含量條件下擠壓淀粉,產(chǎn)生的RS3抗性淀粉含量相應(yīng)較高。Neder-Suárez等[12]以玉米淀粉為原料,使其水分含量處于20%～40%,擠壓溫度處于90～130 ℃,研究水分含量和擠壓溫度對(duì)RS3產(chǎn)率的影響,結(jié)果表明,隨著含水量和擠壓溫度的升高,RS3含量增加。這主要是由于在一定的濕度范圍內(nèi),物料含水率越高,淀粉顆粒越易膨脹,淀粉顆粒在被擠壓的過程中淀粉鏈之間以及淀粉鏈分子內(nèi)部之間的氫鍵更易被破壞,促進(jìn)了淀粉的糊化。另外,Masatcioglu等[13]以兩種不同直鏈含量的玉米淀粉為原料制備RS3抗性淀粉,發(fā)現(xiàn)在物料含水量60%、轉(zhuǎn)速100 r/min、機(jī)筒溫度140 ℃時(shí),RS3的產(chǎn)率最高,分別為40.00%和45.10%。所以,在利用擠壓法制備RS3過程中,產(chǎn)率會(huì)受到物料類型和螺旋擠壓參數(shù)的影響。擠壓法也可作為制備抗性淀粉的預(yù)處理方法,與其他方法聯(lián)用。

2.3 酶解和酸解法

由于支鏈淀粉會(huì)干擾直鏈淀粉凝沉[14],在RS3制備過程中可采用酶解法或酸解法對(duì)支鏈淀粉進(jìn)行脫支處理。通過添加相應(yīng)的酸或脫支酶將支鏈淀粉分子的α-1,6糖苷鍵切斷,使支鏈淀粉分子脫支,從而形成更多的短鏈直鏈淀粉分子,使淀粉糊在老化過程中更易形成RS3。

在酶解法中,最常用的脫支酶是普魯蘭酶。將淀粉糊降溫至酶的最適反應(yīng)溫度時(shí),加入普魯蘭酶對(duì)支鏈淀粉進(jìn)行脫支,普魯蘭酶也常與能夠作用于α-1,4糖苷鍵的耐高溫α-淀粉酶聯(lián)用,以增加游離直鏈淀粉分子的含量。在利用酶解法制備RS3時(shí),酶的用量和酶解時(shí)間對(duì)游離直鏈淀粉分子的形成起關(guān)鍵作用。康懷彬等[15]利用嗜冷普魯蘭酶對(duì)玉米淀粉進(jìn)行脫支處理,發(fā)現(xiàn)隨著普魯蘭酶用量增加,RS3的得率先增加后下降,對(duì)脫支時(shí)間進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)時(shí)也發(fā)現(xiàn)此規(guī)律。Shi等[16]在利用普魯蘭酶制備蠟質(zhì)玉米R(shí)S3時(shí),發(fā)現(xiàn)隨著普魯蘭酶添加量的增加(5、10、15、20 ASPU/g),RS3的產(chǎn)率也逐漸上升(15.97%、16.38%、17.03%、27.69%),但普魯蘭酶添加量達(dá)到30 ASPU/g時(shí),RS3產(chǎn)率卻下降至18.02%。運(yùn)用普魯蘭酶法制備RS3時(shí),酶的添加量和脫支時(shí)間需要嚴(yán)格控制。酶添加量過少或脫支時(shí)間過短,游離直鏈淀粉分子的量相應(yīng)減少,在淀粉凝膠中的空間阻礙作用則較強(qiáng)。酶添加量過多或脫支時(shí)間過長(zhǎng),則會(huì)產(chǎn)生過多不易形成RS3的低聚合度短鏈直鏈淀粉分子,導(dǎo)致淀粉分子鏈間難以相互聚集,從而阻礙RS3的形成。姚奧林等[17]以普通玉米淀粉為原料,同時(shí)比較了纖維素酶單獨(dú)處理和纖維素酶-普魯蘭酶聯(lián)合處理對(duì)RS3產(chǎn)率的影響。結(jié)果顯示,纖維素酶-普魯蘭酶聯(lián)用法的RS3得率為28.10%,高于單獨(dú)使用纖維素酶的產(chǎn)率(19.59%),表明復(fù)合酶法在RS3的制備中更加有效。采用復(fù)合酶法制備RS3,其較高的RS3得率引起了人們的關(guān)注。

鹽酸對(duì)淀粉具有較高的水解效率,酸解法運(yùn)用于制備RS3已有報(bào)道。在酸解法中,一般是在淀粉糊化前,將酸試劑加入淀粉懸濁液中。酸法制備RS3需要考慮淀粉乳濃度、酸添加量、酸解時(shí)間、酸解溫度等對(duì)RS3得率的影響。此外,不同類型的酸試劑也會(huì)影響RS3的產(chǎn)率。尹秀華等[18]分別利用鹽酸、磷酸、檸檬酸和乳酸制備木薯RS3抗性淀粉,并對(duì)抗性淀粉含量進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示,由于鹽酸、磷酸的酸性較強(qiáng),二者對(duì)淀粉乳的水解程度明顯高于檸檬酸和乳酸,RS3得率相應(yīng)更高。這是因?yàn)橹苽銻S3時(shí),酸的添加主要是為了促進(jìn)淀粉的水解,產(chǎn)生更多聚合度適宜的直鏈淀粉分子,而不同的酸試劑其酸性一般不同,對(duì)淀粉分子的水解能力存在差異。所以,合理選擇酸試劑能夠提升淀粉乳的水解程度,進(jìn)而促進(jìn)RS3的形成。

2.4 微波法和超聲波法

微波法和超聲波法是近年來興起的制備RS3的技術(shù),兩者都是利用物理效應(yīng)將淀粉分子之間或內(nèi)部的化學(xué)鍵切斷,從而改變淀粉原來的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

微波法又稱微波膨化法,利用其制備RS3的原理是微波可以使淀粉乳由內(nèi)而外迅速升溫,水分快速蒸發(fā),淀粉分子間的氫鍵被切斷,同時(shí)產(chǎn)生膨化效應(yīng),加速淀粉糊化。此外,膨化效應(yīng)會(huì)造成淀粉糊出現(xiàn)酥松多孔的結(jié)構(gòu),使得消化酶類更容易與淀粉分子結(jié)合,有利于與酶法聯(lián)用。為制備RS3型蓮子抗性淀粉,林姍等[19]研究了微波條件對(duì)蓮子RS3得率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),微波時(shí)間過短會(huì)導(dǎo)致淀粉乳糊化不完全,微波時(shí)間過長(zhǎng)又會(huì)使得物料降解過度,產(chǎn)生聚合度較小的短直鏈淀粉分子。通過正交試驗(yàn)優(yōu)化,在蓮子淀粉乳濃度15%、微波時(shí)間120 s、微波功率640 W條件下,蓮子RS3得率達(dá)到最高為39.53%。相比于壓熱法和超聲波-壓熱聯(lián)用法,微波法處理時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單,但微波法的RS3產(chǎn)率較低。微波法常與酶法聯(lián)用制備RS3,劉樹興等[20]研究了微波-酶法聯(lián)用制備小麥RS3,發(fā)現(xiàn)在小麥淀粉乳濃度30%、微波功率和時(shí)間分別為780 W和90 s、耐高溫α-淀粉酶添加量4 U/g、酶作用時(shí)間30 min的條件下,RS3的得率為15.20%,相比于單一的微波法得率更高。微波處理法的物理穿透力強(qiáng),能夠使物料糊化均勻,并且處理時(shí)間短、操作簡(jiǎn)便安全,相比傳統(tǒng)的單一水熱處理法制備RS3更加有效[21]。

超聲波是一種頻率大于20000 Hz的機(jī)械波,在含水的物料中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度的沖擊波,從而使物料內(nèi)部產(chǎn)生空腔,物料分子發(fā)生劇烈的流動(dòng),造成極高的溫度和壓力,稱為空化效應(yīng)[22]?？栈?yīng)會(huì)導(dǎo)致淀粉分子內(nèi)部的糖苷鍵斷裂,產(chǎn)生短鏈直鏈淀粉分子,因此在利用超聲法制備RS3研究中很少采用單一超聲法,多采用復(fù)合法如超聲-酶解法、超聲-酸解法等以提高產(chǎn)率,而且超聲作用順序?qū)S3生成也有較大影響。連喜軍等[23]運(yùn)用超聲與α-淀粉酶法聯(lián)合制備甘薯回生淀粉。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與超聲-酶解-壓熱處理相比,酶解-超聲-壓熱處理有更高的RS3產(chǎn)率。原因在于未酶解處理前,淀粉分子被包埋在淀粉顆粒中,其結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密,使超聲處理不能有效作用于淀粉鏈。所以,合理安排超聲作用順序,能提高RS3產(chǎn)率。超聲波法制備RS3是一種新穎的方法,具有操作簡(jiǎn)單、時(shí)間短、能耗低、自動(dòng)化和連續(xù)化等特點(diǎn)[24]。

綜上,壓熱法、脫支法(酶解和酸解法)的RS3產(chǎn)率高,微波和超聲法操作比較簡(jiǎn)便,而擠壓法尚在研究階段,因此,RS3的制備方法各有優(yōu)缺點(diǎn),須根據(jù)淀粉原料的特性如直鏈淀粉含量、脂類含量、蛋白質(zhì)含量、分子量等,來選擇相應(yīng)的制備方法。目前,相關(guān)研究大多聯(lián)合幾種方法來制備RS3,以提高產(chǎn)率,如壓熱-酶法聯(lián)用、微波-酶法聯(lián)用、酶法-超聲-壓熱聯(lián)用等。

3 RS3型抗性淀粉的結(jié)構(gòu)特性

3.1 RS3型抗性淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)

RS3是直鏈淀粉在老化過程中重結(jié)晶形成的具有特殊結(jié)構(gòu)特性的抗性淀粉,其結(jié)晶類型主要有B型、B+V型、A+V型等。相比于其他晶型結(jié)構(gòu),B型結(jié)晶結(jié)構(gòu)更加緊密,對(duì)消化酶有更強(qiáng)的抗性[25]。Shamai等[26]在研究RS3晶型時(shí)發(fā)現(xiàn),在低溫(40 ℃)條件下對(duì)淀粉進(jìn)行老化處理時(shí)產(chǎn)生B型RS3,在高溫(95 ℃)條件下容易生成A+V型RS3,其原因在于低溫條件更容易促進(jìn)直鏈淀粉分子聚合,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)緊密的B型RS3形成。所以,回生溫度的不同導(dǎo)致了RS3晶型結(jié)構(gòu)的差異。Zeng等[27]對(duì)脫支糯米淀粉進(jìn)行了反復(fù)老化處理,發(fā)現(xiàn)脫支淀粉的相對(duì)結(jié)晶度隨著重結(jié)晶次數(shù)增多而增大,RS3含量也相應(yīng)得到提高。在利用X-射線衍射儀進(jìn)行結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)RS3的結(jié)晶結(jié)構(gòu)為B+V型,抗酶解性得到增強(qiáng),可能是因?yàn)槎啻蔚慕Y(jié)晶處理導(dǎo)致直鏈淀粉分子間締合程度增大,分子間排列更加緊密,使得淀粉晶體更不易被消化酶破壞。因此,抗性淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)的緊密性與RS3的抗消化特性密切相關(guān)。

3.2 RS3型抗性淀粉的熱特性

差示掃描量熱儀(DSC)常用于分析RS3的熱特性。RS3的熱特性主要包括糊化溫度(To)、峰值溫度(Tp)、終止溫度(Tc)和糊化焓(ΔH)等,這些性質(zhì)表征了淀粉的熱穩(wěn)定性。一般來說,糊化焓(ΔH)越高,RS3熱穩(wěn)定性越強(qiáng),抗酶解性也越強(qiáng)。周穎等[28]在研究雙酶法制備大米R(shí)S3與其結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn),與原淀粉相比,大米R(shí)S3的To、Tp、Tc和ΔH都有明顯提高。Shah等[29]對(duì)燕麥淀粉進(jìn)行了雙壓熱-回生處理,也發(fā)現(xiàn)回生后的燕麥淀粉相比于原淀粉的To、Tp和Tc均有所提高。這是由于與原淀粉相比,RS3的有序結(jié)構(gòu)增多,導(dǎo)致RS3內(nèi)部的雙螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,晶體結(jié)構(gòu)更加緊密,發(fā)生相變所需能量也越高。一般來說,RS的含量越高,其ΔH亦更高,ΔH的高低與RS和緩慢消化淀粉的含量呈正相關(guān),而與快速消化淀粉含量呈負(fù)相關(guān)[30-32]。

3.3 RS3型抗性淀粉的微觀結(jié)構(gòu)

天然淀粉顆粒通常為表面光滑的不規(guī)則球形或者橢圓形。在制備RS3過程中,淀粉顆粒的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生顯著變化。RS3多表現(xiàn)為不規(guī)則的片狀聚合的緊密結(jié)構(gòu),且表面粗糙多孔,粒徑大。RS3呈現(xiàn)片狀聚合的塊狀結(jié)構(gòu)是由于淀粉凝膠在老化過程中雙螺旋狀淀粉分子鏈在相互垂直的兩個(gè)方向上分別延伸與折疊,形成二維片層狀結(jié)構(gòu)[33],而表面出現(xiàn)多孔現(xiàn)象可能與RS3在提純過程中的酶解或在制備過程中的超聲波處理有關(guān)。由于制備技術(shù)不同,RS3的微觀結(jié)構(gòu)特征亦有所差異。Bao等[34]分別研究了高壓蒸煮法、超聲高壓蒸煮法、酶高壓處理法和微波處理法制備的薏苡仁RS3結(jié)構(gòu)特征,并與高直鏈玉米淀粉進(jìn)行了比較。通過掃描電鏡發(fā)現(xiàn),高直鏈玉米淀粉是表面光滑的橢圓形顆粒,而高壓蒸煮法和酶高壓處理法制備的RS3表面具有淺層條帶。超聲波高壓蒸煮法制備的RS3由于超聲波的空化作用使得表面呈現(xiàn)孔洞狀,微波處理法制備的RS3表面具有深層條帶,并且微波處理法相比于其他方法制備的RS3,其表面顯得更加粗糙。此外,淀粉的初始水分含量同樣會(huì)對(duì)RS3的表面微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。Chen等[35]研究了水分含量對(duì)蓮子抗性淀粉(LRS3)結(jié)構(gòu)特性的影響,利用掃描電鏡分別對(duì)由不同初始水分含量(50%～95%)蓮子淀粉制備的RS3進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)相比于原淀粉顆粒,所有樣品都呈現(xiàn)片層狀的粗糙表面結(jié)構(gòu),但LRS3-50%的表面微觀結(jié)構(gòu)相比其他RS3樣品更加光滑且緊密有致。這主要是因?yàn)榈矸鬯趾枯^高會(huì)影響老化過程中淀粉鏈的聚集,導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)相對(duì)松散。所以不同的制備技術(shù)和條件對(duì)RS3的微觀結(jié)構(gòu)有顯著的影響。另外,有研究表明RS3緊密有致的微觀結(jié)構(gòu)是引起RS3抗酶解特性的一個(gè)重要原因[36]。

4 RS3型抗性淀粉的功能特性

現(xiàn)如今,隨著人們生活水平的提高以及膳食結(jié)構(gòu)改變,各種慢性疾病的發(fā)生率也逐漸增大。RS3型抗性淀粉作為一種新型膳食纖維,在人體結(jié)腸內(nèi)可以被腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)生多種短鏈脂肪酸,這些短鏈脂肪酸可以改善人體腸道微環(huán)境以及進(jìn)入血液循環(huán)影響人體代謝。RS3能夠預(yù)防和控制由于不合理的膳食結(jié)構(gòu)而引起的糖尿病、肥胖、腸胃功能紊亂等代謝綜合征,改善人體的生理狀態(tài)。

4.1 調(diào)節(jié)血糖

RS3型抗性淀粉在人體腸道內(nèi)不能被消化酶降解為葡萄糖,可以減少人體對(duì)葡萄糖的轉(zhuǎn)化量,其血糖生成指數(shù)極低,有助于降低餐后血糖。同時(shí)有研究表明RS3能夠修復(fù)胰腺β細(xì)胞功能,提高外周組織對(duì)胰島素的敏感性,改善胰島素抵抗,具有穩(wěn)定人體血糖的功效[37]。肖兵[38]研究了玉米R(shí)S3對(duì)小鼠血糖的影響,發(fā)現(xiàn)控制組小鼠血糖上升了10.90%,而飼喂RS3的小鼠血糖值下降了14.70%,說明玉米R(shí)S3能夠有效降低II型糖尿病小鼠的血糖。Wang等[39]研究發(fā)現(xiàn)蓮子RS3對(duì)II型糖尿病小鼠有降糖作用,攝入蓮子RS3可顯著降低糖尿病小鼠血糖水平和提高血清胰島素水平。以上研究都表明了RS3的降血糖作用,其機(jī)制可能是RS3刺激了腸道激素的分泌,進(jìn)而促進(jìn)胰島素分泌發(fā)揮降血糖作用。

4.2 調(diào)節(jié)體重和血脂

RS3是一種低血糖生成指數(shù)的膳食纖維,被人體攝入后不會(huì)引起熱量的增加,同時(shí)還具有類似傳統(tǒng)膳食纖維增加人體飽腹感的功能,有助于控制體重。RS3在降低人體總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL),提高高密度脂蛋白(HDL)水平等方面也有重要作用。邱敏懿等[40]研究了芭蕉芋RS3對(duì)肥胖型高脂血癥小鼠的減肥降脂作用,發(fā)現(xiàn)芭蕉芋RS3能有效降低小鼠體重、脂肪質(zhì)量、體脂率、脂/體比、Lee's指數(shù)以及血清中TC、TG、LDL水平和提高HDL水平。在Triwitono等[41]的研究中也發(fā)現(xiàn)RS3的攝入使小鼠的體重減輕,脂肪組織細(xì)胞體積減小,細(xì)胞密度增加。以上研究都表明RS3在控制體重、降低血脂方面的功效,其降脂機(jī)制可能與腸道發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs經(jīng)血液循環(huán)進(jìn)入肝臟后使肝組織中膽固醇的代謝相關(guān)基因的表達(dá)水平增強(qiáng)有關(guān)。

4.3 改善腸道微環(huán)境

調(diào)節(jié)腸道微環(huán)境,預(yù)防結(jié)腸癌是RS3的重要功能。RS3在人體結(jié)腸內(nèi)多種有益菌(擬桿菌、雙歧桿菌、乳酸菌等)的發(fā)酵作用下產(chǎn)生乙酸、丙酸、丁酸等多種短鏈脂肪酸和氣體(CO2、CH4等),SCFAs作用于腸道環(huán)境后可使pH下降,從而抑制結(jié)腸中不適合在酸性環(huán)境下生存的有害微生物繁殖。同時(shí)酸性條件還有利于Ca、Mn、Fe等元素以無機(jī)鹽的形式被腸道吸收[42],其消化產(chǎn)生的氣體還能夠使糞便蓬松、體積增大,從而促進(jìn)腸道蠕動(dòng),加快體內(nèi)廢物的排出,減少結(jié)腸癌的發(fā)生。此外,由于RS3表面通常為不規(guī)則的多孔隙結(jié)構(gòu),利于腸道有益菌的吸附,能使部分有益菌群免受膽汁酸鹽的影響,為有益菌群提供了良好的黏附和供能環(huán)境,促進(jìn)了腸道有益微生物的增殖,進(jìn)一步改善腸道微環(huán)境[43-44]。

5 RS3型抗性淀粉在食品中的應(yīng)用

在日常膳食中,經(jīng)過精細(xì)加工的食物易導(dǎo)致膳食纖維攝入不足。而膳食纖維在預(yù)防結(jié)腸癌,控制體重等方面有特殊功效。因此,開發(fā)具有高膳食纖維的功能性食品已成為一種趨勢(shì)。然而傳統(tǒng)膳食纖維(如小麥麩皮、甜菜纖維等)的添加容易出現(xiàn)產(chǎn)品口感粗糙等問題,RS3因具有熱穩(wěn)定性強(qiáng)、持水性低、口感細(xì)膩等優(yōu)良特性而被作為傳統(tǒng)膳食纖維的替代品用于食品中。

5.1 在蛋糕中的應(yīng)用

蛋糕的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、質(zhì)地蓬松、風(fēng)味獨(dú)特,是一種受眾面廣的烘焙食品。蛋糕的制作對(duì)面筋含量沒有過高要求,向蛋糕中添加一定量的RS3不僅不會(huì)影響蛋糕品質(zhì),還能夠增強(qiáng)蛋糕的品質(zhì)特性[45]。吳津蓉等研究了小麥RS3在蛋糕制作中的應(yīng)用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),添加RS3可以明顯減緩蛋糕的變硬速度,在RS3添加量為2%～3%時(shí),蛋糕松軟程度的保持效果達(dá)到最佳[46]。另外,向制作蛋糕的原料中添加適量RS3在增加膳食纖維的同時(shí)也能起到良好的保鮮效果。

5.2 在面條中的應(yīng)用

面條作為一種傳統(tǒng)的主食,其消費(fèi)量大,覆蓋面廣,但因其血糖生成指數(shù)高,糖尿病患者不適宜食用。RS3的熱量低,可以降低餐后血糖,因此,向面條中添加RS3有助于解決此問題。為探究RS3的添加對(duì)面條品質(zhì)的影響,張鐘等[47]將制備的RS3玉米抗性淀粉按一定的比例添加到面條中。結(jié)果表明,向面條中添加RS3后,面條的斷裂率、蒸煮損失率有所上升,而硬度、粘性、咀嚼度以及回復(fù)性呈下降趨勢(shì)。但在感官綜合評(píng)價(jià)中,添加適量RS3(5%～15%)的面條與傳統(tǒng)面條相比差異并不顯著,尚在可接受范圍內(nèi)。因此,適量添加RS3有助于開發(fā)功能性面條。

5.3 在面包中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)面包制作中,RS3的應(yīng)用也有相關(guān)報(bào)道。Gavurníková等[48]研究了RS3的添加量對(duì)面包不同參數(shù)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),向面團(tuán)中添加RS3后由于發(fā)酵酶無法作用于RS3,發(fā)酵過程中產(chǎn)生的CO2減少,導(dǎo)致面包體積相對(duì)于對(duì)照組(普通面包)略有減小,但在可接受范圍內(nèi)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)在一定添加范圍內(nèi)(0%～15%),面包的口感與普通面包相比差異不顯著,而且隨著RS3添加量增加,面包表皮光澤度增大。人群接受度調(diào)查結(jié)果顯示,在面團(tuán)中添加15%含量的RS3時(shí),面包的口感最佳。因此,在面包食品中添加適量RS3,不僅不會(huì)對(duì)面包感官品質(zhì)產(chǎn)生不良影響,還可賦予面包功能特性。

5.4 在酸奶中的應(yīng)用

酸奶是一種發(fā)酵乳產(chǎn)品,因其在調(diào)節(jié)人體腸道菌群方面有良好效果,備受大眾青睞。有研究表明RS3可以作為一種增稠劑應(yīng)用到酸奶制作過程中,這對(duì)酸奶的研發(fā)具有積極意義。張嫚[49]為制作具有多種生理功能的攪拌型保健酸奶,以能夠影響酸奶乳清析出量、粘度和酸度的RS3作為增稠劑添加到酸奶中,發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加量達(dá)到0.80%～1.20%時(shí),相比于傳統(tǒng)酸奶,其口感更加爽滑,酸甜適口,感官品質(zhì)達(dá)到最佳。因此,在酸奶中添加RS3,可以提高酸奶品質(zhì)。同時(shí),由于RS3相比于傳統(tǒng)增稠劑羥丙基二淀粉磷酸酯的價(jià)格更低,能夠降低酸奶生產(chǎn)成本。

5.5 其他方面的應(yīng)用

RS3具有良好的抗消化特性,有相關(guān)研究表明RS3可以作為某些藥物的載體,經(jīng)口服進(jìn)入人體后,在腸道內(nèi)RS3能夠?qū)λ幬镄纬杀Ｗo(hù)作用,防止被消化酶降解,并在結(jié)腸內(nèi)被定點(diǎn)緩慢釋放,從而起到靶向治療結(jié)腸疾病的作用[50-51]。另外,根據(jù)RS3對(duì)熱穩(wěn)定的特性,有研究發(fā)現(xiàn)RS3也可應(yīng)用于油炸食品中,在提升膳食纖維含量的同時(shí),還能獲得較好的接受度[52]。

6 結(jié)論與展望

RS3是一種新型膳食纖維,擁有預(yù)防或輔助調(diào)節(jié)糖脂代謝紊亂及改善腸道微環(huán)境等功能。RS3良好的物理特性(持水性低、熱穩(wěn)定性高、無異味、色澤白皙等)使其在功能性食品的開發(fā)上具有較高的潛在應(yīng)用價(jià)值,對(duì)傳統(tǒng)淀粉工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。雖然近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者在對(duì)RS3的制備方法、結(jié)構(gòu)特性、功能特性及其在食品中的應(yīng)用取得了眾多研究成果,但尚有一些問題值得進(jìn)一步探索。首先,在現(xiàn)如今的RS3制備技術(shù)應(yīng)用方面,RS3得率普遍不高,對(duì)淀粉資源造成了不同程度的浪費(fèi),因此開發(fā)高RS3得率的新型制備技術(shù)是一種趨勢(shì)。其次,RS3比其他類型抗性淀粉具有更好的熱穩(wěn)定性,且能提高烘焙或油炸食品的品質(zhì)和功能性質(zhì),在烘焙或油炸食品中的應(yīng)用廣泛,然而,在長(zhǎng)時(shí)間高溫處理下,RS3在食品中仍有部分損失,易引起食品品質(zhì)和功能下降,因此,提高RS3的熱穩(wěn)定性質(zhì)是當(dāng)今研究的一個(gè)重要方向。再次,RS3生理功能的研究大多停留在動(dòng)物水平,是否對(duì)人體具有同樣的生理功效并沒有深入研究,所以還需明確RS3對(duì)人體生理功能影響。最后,根據(jù)以往研究,抗性淀粉與人體腸道菌群之間聯(lián)系緊密,但RS3抗性淀粉促進(jìn)腸道益生菌群繁殖的機(jī)制尚不明確,有待進(jìn)一步發(fā)掘。