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        抗性淀粉的制備研究進展

        2020-10-29 05:46:14劉佳曾英男李瑞周家旭劉奕含
        糧食問題研究 2020年5期
        關鍵詞:制備方法生理功能應用

        劉佳 曾英男 李瑞 周家旭 劉奕含

        摘要:抗性淀粉是一種不被小腸消化吸收,在食用120min后可到達結腸被結腸中的微生物菌群分解發(fā)酵,繼而發(fā)揮有益的生理作用的淀粉。由于抗性淀粉在人體內(nèi)的消化速度較慢,食用后能夠減緩血糖的升高,因此抗性淀粉具有預防腸道疾病、控制體重、降低血糖等方面的生理功能。本文主要介紹了抗性淀粉的分類及制備方法,又對抗性淀粉的功能、在食品中的應用進行了總結,對抗性淀粉的未來發(fā)展和應用進行展望,為抗性淀粉相關產(chǎn)品的研發(fā)提供建議。

        關鍵詞:抗性淀粉 制備方法 生理功能 應用

        近年以來,隨著人們生活水平的提高以及膳食結構的改變,導致“三高”、糖尿病等與飲食相關疾病的發(fā)生率逐漸增加。因此,如何在飲食中做到抗糖和降糖,已經(jīng)成為了越來越多的研究者所關注的熱點問題。淀粉作為食品工業(yè)中的重要基礎原料,它屬于高GI型(Glycemic Index,GI)食品,在體內(nèi)消化速率較快并會導致餐后血糖快速升高,導致肥胖、高血糖等一系列慢性疾病。淀粉具有提高食品加工性能,對食品口感和質(zhì)構的調(diào)整效果往往是其他食品原料所不能替代的。因此,需要通過對其進行改性處理來改善其消化吸收速度,抗性淀粉屬于低GI的改性淀粉,可降低人體胰島素分泌,減少熱量產(chǎn)生及脂肪的形成。

        根據(jù)淀粉能否在小腸內(nèi)被完全消化分解生成葡萄糖,以及在小腸內(nèi)吸收的速率將淀粉分成三種類型,一是快消化淀粉,指在小腸中20min內(nèi)能夠被消化吸收的淀粉;二是慢消化淀粉,指在小腸中20-120min才能夠被完全消化吸收的淀粉;三是抗性淀粉,指不能在小腸中被消化吸收,但120min后可到達結腸被結腸中的微生物菌群分解發(fā)酵,繼而發(fā)揮有益的生理作用的淀粉。根據(jù)淀粉抗酶降解的機制,Dupuis等人[1]又將抗性淀粉(Resistant Starch,RS)分為5類:物理包埋淀粉、天然抗性淀粉顆粒、回生淀粉、化學改性淀粉以及直鏈淀粉——脂質(zhì)復合物。

        一、抗性淀粉的制備方法

        (一)熱處理法

        根據(jù)淀粉乳水分含量、熱處理溫度的不同,又可細化為壓熱法、濕熱法及韌化處理法,不同的熱處理條件對抗性淀粉的分子結構及其產(chǎn)生具有顯著的差異。在改變溫度、壓力及過量水分含量的條件下,使淀粉顆粒充分糊化,不同淀粉分子之間的直鏈淀粉通過氫鍵結合,從而能夠顯著增加抗性淀粉的得率。濕熱處理作為物理制備抗性淀粉的一種方法,由于在操作過程中只需改變水和熱的因素,食品的安全性較高。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)濕熱處理對于淀粉結構的變化與淀粉來源相關,例如塊莖淀粉已被證明比豆類或谷類淀粉對濕熱處理更敏感。韓麗瑤等人[2]研究的對黑青稞進行壓熱處理,在125℃下壓熱處理50min,淀粉乳濃度為30%,之后冷藏時間24h,RS得率最高為10.596%??红`濤等人[3]對甘薯抗性淀粉進行壓熱處理,通過和響應面優(yōu)化分析,發(fā)現(xiàn)在壓熱溫度120℃、壓熱時間31.2min、全粉乳質(zhì)量分數(shù)為25.5%、pH7.3、冷藏時間24h的條件下,甘薯抗性淀粉的得率最高為9.41%。周小理等人[4]在壓熱基礎上對蕎麥抗性淀粉進行酶解,通過正交試驗和響應面分析得出淀粉乳的濃度為20%(pH6.0),在120℃下壓熱處理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得率最高為28.0%。

        (二)酶法改性

        酶法改性是指根據(jù)不同的淀粉來源及特點,需使用不同的酶(如α-淀粉酶、脫支酶、淀粉葡糖苷轉(zhuǎn)移酶等)來改變淀粉分子的結構,從而改變淀粉的性質(zhì),以此達到降低其消化性能的效果。Liu等人[5]利用普魯蘭酶脫支處理蠟質(zhì)玉米淀粉,使其SDS和RS含量變化有明顯的提高。張倩等人[6]研究表明利用α-淀粉酶和糖化酶混合酶法對大米進行處理,其抗性淀粉得率為16.23%,若再對其進行壓熱處理大米的抗性淀粉得率能達到18.16%

        (三)化學改性

        化學改性法是指通過改變官能團結構或使其發(fā)生某種化學反應(如取代、加成、酯化等),來改變淀粉分子的結構和性質(zhì),從而提高抗性淀粉得率的方法。李蒙娜[7]在對小麥淀粉進行酯化-濕熱處理時,在檸檬酸添加量為40%,濕熱處理次數(shù)為1次時,小麥淀粉、A-型小麥淀粉和B-型小麥淀粉中RS得率分別為 85.54%、78.89%和 86.46%。Shin等人[8]研究表明,在20g淀粉中添加2.26mmol的檸檬酸,然后128.4℃條件下反應 13.8h,大米淀粉中RS含量為54.1%,比未經(jīng)改性處理的原淀粉組高出28.1%。

        (四)擠壓處理法

        擠壓處理法是食品加工廠使用較為廣泛的一種方法,它是指在擠壓過程中運用高溫、高壓和高剪切力使淀粉分子發(fā)生一系列變化,使淀粉由粉狀變成糊狀,從而發(fā)生糊化、裂解,導致一些糖苷鍵斷裂,分子發(fā)生解聚作用,分子大小和分子量的分布也隨之發(fā)生變化。Ye等人[9]利用單螺旋桿擠壓機在37.50r/min的螺桿轉(zhuǎn)速和30kg/h的喂料速度條件下對濕度分別為30%、40%、50%的大米淀粉進行處理,發(fā)現(xiàn)隨著物料含水量的增加,淀粉凝膠化程度也相應增加。結果表明,大米淀粉的水分含量,與抗性淀粉的得率正向相關且影響較大。李俊偉[10]采用擠壓法處理大米淀粉后,抗性淀粉的得率為8.87%。另外研究也發(fā)現(xiàn)弱酸水解淀粉、擠壓和水熱處理的多種方法的結合,可以增加抗性淀粉的含量[11]。

        (五)微波處理法

        微波處理法指的是淀粉與水混合后對其進行微波處理,使淀粉的結構和理化性質(zhì)均有所改變。有研究表明微波處理在酶的敏感性、硬度及支鏈淀粉重結晶等方面遠優(yōu)于其他熱處理方式[12]。微波效應作用于淀粉乳糊化階段的前期,對淀粉顆粒內(nèi)部水分分布影響較大,同時能促進氫鍵斷裂,雙螺旋鏈減少,淀粉糊化效果顯著提高。張守花[13]在微波糊化的基礎上對玉米淀粉進行酶解,通過正交試驗優(yōu)化分析,得出淀粉乳濃度30%、微波功率800W、微波時間110s,微波糊化酶解制備玉米抗性淀粉得率可達到13.17%。

        (六)其他方法

        其他的處理方法(如超聲波法、反復脫水、蒸汽加熱法、壓熱-冷卻循環(huán)處理法等)同樣可以顯著正向影響抗性淀粉的得率,相較于前文敘述的幾種方法,這些方法都是比較新的工藝,還未廣泛應用于工業(yè)化生產(chǎn)中。謝巖黎等人[14]采用微波濕熱-循環(huán)冷凍的方法,以小麥淀粉為原料,制備抗性淀粉,抗性淀粉得率為15.85%。池明亮[15]采用壓熱與α-淀粉酶、普魯蘭酶聯(lián)合使用法制備青芒果淀粉,可得到產(chǎn)率為7.368%的抗性淀粉。姚慧等人[16]采用壓熱—普魯蘭酶法以板栗淀粉為原料,制備抗性淀粉,得出在淀粉懸浮液質(zhì)量分數(shù)11.00%,酶添加量9PUN/g、酶解時間10h、冷凝時間15h的條件下,抗性淀粉得率為64.90%。

        二、抗性淀粉的生理功能

        (一)預防腸道疾病

        抗性淀粉在人體小腸內(nèi)不能被消化吸收,只在大腸中被腸道菌群發(fā)酵,生成短鏈脂肪酸,所以對于維持腸道健康是非常有益的,發(fā)酵后所產(chǎn)生的氣體可以增加糞便體積,可以緩解腸道疾病如結腸癌、痔瘡、便秘等且效果顯著[7]。

        (二)控制體重

        抗性淀粉可以增加人體飽腹感以及糞便量,不易消化幾乎不產(chǎn)生卡路里,與普通淀粉相比,抗性淀粉在人體內(nèi)產(chǎn)生的熱量是最小的,葡萄糖的利用效率也隨之降低,所以可用于減肥食品的基料應用從而達到控制體重的目的。

        (三)調(diào)節(jié)血糖水平

        抗性淀粉屬于低GI食物能夠有效調(diào)節(jié)餐后血糖水平,這對于治療糖尿病患者效果明顯。對于患有非胰島素依賴性的人群,攝入抗性淀粉食物,能有效延緩血糖和胰島素水平。因此可應用于糖尿病患者的保健食品開發(fā),也可作為血脂調(diào)節(jié)旳食品、還可用于耐力食品的開發(fā)。

        三、抗性淀粉的應用

        (一)在油炸食品制作中的應用

        油炸風味食品中RS的高熱穩(wěn)定性和安全性備受信賴。Sanz[17]等人的研究表明,在油炸膨化食品中RS起到了提高膳食纖維含量和營養(yǎng)價值的作用??剐缘矸郾蛔C實可以減少耗油、促進膨化、增強脆度,使產(chǎn)品具有獨特的韌性及風味等功能。

        (二)在面包類食品中的應用

        為了減少人們的攝入量,但不減少膳食纖維在飲食中的缺失,食品企業(yè)在面包中加入了麥麩與大麥面粉,從而改善了面包的營養(yǎng)價值。不過膳食纖維會改變面包的顏色,影響面包的感官評分,減少了大量的消費者。在餅干中加入適量的抗性淀粉來代替低筋面粉,不但可以保持較好的硬度和咀嚼性,還可以提高餅干的營養(yǎng)價值,卻不影響口感。高慧穎等人[18]在餅干中用抗性淀粉部分替代低筋面粉,當替換量為20%的時候,餅干的硬度值為517.8g左右,消費者的接受度較高,餅干保持了較好的質(zhì)構特性,且體外GI值由87.18下降至67.12。

        另外,RS可以有效地增強酸奶的風味,為益生菌的生長和繁殖提供了碳源。因為小腸不能消化RS,所以可以用作微膠囊的材料嵌入到其他的益生菌中。還可以作為食品增稠劑應用在調(diào)味汁、湯料、飲料等乳制品中,以增加飲料的不透明度和懸浮度,但不影響口感及風味。

        四、展望

        隨著社會的日益進步與發(fā)展,食品的生理功能性逐漸受到人們的重視。抗性淀粉作為新型的膳食纖維替代品,受到研究者、市場和消費者的廣泛關注。國外對RS研究進展速度較快,現(xiàn)已有多款抗性淀粉產(chǎn)品問世,如HimaizeTM240、HimaizeTM260、NOVELOSE?襆240等。而我國的抗性淀粉的研究正處于火熱階段。尤其是近幾年,人們越來越關注口感與營養(yǎng)價值的性價比。因此,研究抗性淀粉的形成規(guī)律與影響因素,加強對抗性淀粉基礎理論研究,對于我國功能性食品開發(fā)有極其重要的意義。

        參考文獻

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        (作者單位:吉林農(nóng)業(yè)科技學院食品工程學院)

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