曹 策

（西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，云南昆明 650224）

淀粉是由單一類(lèi)型的糖單元組成的多糖，廣泛分布于自然界植物中，具有產(chǎn)量高、無(wú)毒、生物兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。淀粉在人體內(nèi)會(huì)被最終分解為葡萄糖，為機(jī)體提供能量，是一種重要的食品組分。攝入過(guò)多的淀粉可能會(huì)導(dǎo)致血糖升高、肥胖等健康問(wèn)題。抗性淀粉（Resistant Starch，RS）是指在常規(guī)消化過(guò)程中抵抗消化酶分解的淀粉，它在小腸內(nèi)不被消化吸收，進(jìn)入大腸后，被腸道內(nèi)的益生菌發(fā)酵生成短鏈脂肪酸從而間接被人體吸收[1]。RS3 型抗性淀粉是食品工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的一類(lèi)抗性淀粉。目前，隨著人們對(duì)健康飲食的關(guān)注，RS3 型抗性淀粉因其類(lèi)似于膳食纖維，具有熱量低、飽腹感強(qiáng)、消化率低、血糖生成指數(shù)（Glycemic Index，GI）低等優(yōu)點(diǎn)，已作為一種新型食品原料及添加劑成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)[2]。研究表明，RS3型抗性淀粉對(duì)腸道微生物菌群和腸道上皮細(xì)胞具有調(diào)節(jié)和保護(hù)作用，可促進(jìn)腸道益生菌生長(zhǎng)[3]。將RS3 型抗性淀粉代替?zhèn)鹘y(tǒng)淀粉攝入，能有效降低高血糖、肥胖癥、結(jié)直腸癌、II型糖尿?。═ype 2 diabetes，T2D）和慢性腎?。–hronic kidney disease，CKD）等疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)。本文從RS3型抗性淀粉的制備方法出發(fā)，結(jié)合其相關(guān)性質(zhì)，闡述RS3 型抗性淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用，為進(jìn)一步提高抗性淀粉食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和口感，以及研究抗性淀粉在食品制作中的應(yīng)用提供參考。

1 抗性淀粉的類(lèi)型

根據(jù)來(lái)源和形成原因，抗性淀粉可分為5 種類(lèi)型。①RS1 型抗性淀粉主要存在于谷物、種子和腰果等食物中，RS1型抗性淀粉被植物纖維包裹，結(jié)構(gòu)較緊密，消化酶難以進(jìn)入，導(dǎo)致其不易在小腸中被分解消化[4]。②RS2 型抗性淀粉主要存在于未成熟的淀粉質(zhì)食物中，如生香蕉和土豆等。這種淀粉結(jié)構(gòu)高度有序，因此不易被人體消化酶分解，經(jīng)過(guò)加熱烹飪后，其結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，從而變得易消化[5]。③RS3型抗性淀粉是一種經(jīng)過(guò)加熱處理后再冷卻的淀粉，也稱(chēng)為復(fù)性淀粉。如土豆、米飯和面條被加熱后冷卻，其淀粉的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成一種對(duì)消化酶有抵抗力的雙螺旋結(jié)構(gòu)。這種淀粉在冷藏的米飯和土豆沙拉中較為常見(jiàn)[6]。④RS4 型抗性淀粉是一種通過(guò)化學(xué)處理制成的淀粉，通常不會(huì)在天然食物中找到。RS4型抗性淀粉是通過(guò)改變淀粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)增加其對(duì)消化酶的抵抗性[4]。⑤RS5 型抗性淀粉是脂質(zhì)淀粉復(fù)合物，由直鏈淀粉與脂肪酸或脂肪醇復(fù)合而成，具有一定的熱穩(wěn)定性[7]。

與其他RS 相比，RS3 型抗性淀粉結(jié)構(gòu)緊實(shí)，淀粉酶難以滲透，淀粉分子不易被水解，對(duì)消化系統(tǒng)具有高度抵抗力[8]。此外，RS3型抗性淀粉還具有綠色環(huán)保、可得性高、不引入有害化學(xué)基團(tuán)等優(yōu)點(diǎn)，在食品加工領(lǐng)域有相當(dāng)?shù)臐摿Α?/p>

2 RS3型抗性淀粉的制備方法

RS3 型抗性淀粉的形成機(jī)理：加熱過(guò)程中淀粉吸收適量的水分，淀粉顆粒膨脹，導(dǎo)致其結(jié)晶區(qū)域被破壞，釋放出直鏈淀粉分子；隨后在冷卻過(guò)程中，一定聚合度的淀粉分子相互糾纏，形成雙螺旋結(jié)構(gòu)；這些雙螺旋結(jié)構(gòu)通過(guò)分子間氫鍵進(jìn)一步折疊，逐漸有序排列為緊密堆積的晶體結(jié)構(gòu)，直鏈淀粉結(jié)晶區(qū)的出現(xiàn)會(huì)阻止淀粉酶靠近淀粉結(jié)晶區(qū)域，并阻止淀粉酶活性中心結(jié)合部位與淀粉分子的結(jié)合，從而賦予直鏈淀粉結(jié)晶的酶抗性，形成RS3 型抗性淀粉。形成過(guò)程如圖1所示。

圖1 RS3的形成原理

RS3 抗性淀粉的制備方法主要包括熱處理法、酸法、酶法等。這些方法通過(guò)改變淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)、分子鏈長(zhǎng)短、直鏈與支鏈淀粉比例及晶體結(jié)構(gòu)等性能，進(jìn)而制備出RS3型抗性淀粉[9]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷革新，RS3型抗性淀粉的制備方法正朝著高效、便捷、低能耗的綠色方向發(fā)展。

2.1 壓熱冷卻循環(huán)處理法

壓熱冷卻循環(huán)處理法是通過(guò)物理手段制備RS3型抗性淀粉的一種熱處理方法，該方法能夠顯著提高RS3 型抗性淀粉的含量，制備過(guò)程未引入化學(xué)基團(tuán)，不會(huì)對(duì)成品造成污染。但RS3 型抗性淀粉的得率與壓熱冷卻循環(huán)次數(shù)成正比，一般需壓熱循環(huán)3次才能得到一定量的抗性淀粉，制備過(guò)程較繁瑣且對(duì)能源的利用效率較低。壓熱冷卻循環(huán)法制備中，RS3型抗性淀粉的形成過(guò)程主要包括晶核形成和晶體生長(zhǎng)2 個(gè)階段。在這個(gè)過(guò)程中，溫度起到了關(guān)鍵作用。不同的溫度條件對(duì)淀粉晶核的形成和生長(zhǎng)具有不同的影響。高溫增強(qiáng)淀粉分子之間的熱運(yùn)動(dòng)，有助于淀粉大分子解開(kāi)氫鍵連接，使淀粉晶體結(jié)構(gòu)被破壞。低溫促進(jìn)淀粉分子在結(jié)構(gòu)上的重排，使結(jié)構(gòu)變得更加緊密。低溫處理過(guò)程中，淀粉分子通過(guò)極性作用、氫鍵作用等形成晶核結(jié)構(gòu)，為后續(xù)晶體生長(zhǎng)提供了基礎(chǔ)[10]。曹承嘉等[11]對(duì)10%青稞淀粉溶液進(jìn)行了多次的壓熱冷卻循環(huán)處理，4次循環(huán)處理后，抗性淀粉含量達(dá)到8.57%；其研究結(jié)果表明，通過(guò)高溫高壓試驗(yàn)，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)被完全破壞，顆粒從扁球型變?yōu)椴灰?guī)則塊狀，淀粉晶體結(jié)構(gòu)由A型變?yōu)閅型。

2.2 酸解法

酸解法是制備RS3 型抗性淀粉的一種常用方法。該方法所需的材料成本較低，時(shí)間較短，沒(méi)有過(guò)多的能源消耗，但易引入雜質(zhì)，需對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行分離操作。淀粉分子是由大量葡萄糖分子通過(guò)α-1，4糖苷鍵和α-1，6 糖苷鍵縮合而成，可通過(guò)酸水解切斷淀粉中的糖苷鍵，從而得到抗性淀粉。不同的酸在淀粉水解中有不同的效果，因此需要選擇合適的酸，并控制好水解度，以獲得最佳效果。常用的酸有鹽酸和硫酸，其中鹽酸具有較高的水解效率，且水解完成后可用NaOH 中和，副產(chǎn)物易分離。邵潁等[12]使用1.5%的鹽酸在45 ℃下酸解質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%的板栗淀粉溶液3 h，獲得了含量達(dá)8.72%的RS3型抗性淀粉。張偉等[13]利用超聲波—酸解法制備銀杏抗性淀粉，在淀粉乳濃度30.6%、HCl 質(zhì)量濃度1.6%、超聲波功率528 W 條件下處理20 min，得到含量達(dá)26.45%的銀杏抗性淀粉。

2.3 酶解法

酶解法是一種簡(jiǎn)單高效的RS3型抗性淀粉制備方法，其操作簡(jiǎn)單，所需時(shí)間較短，抗性淀粉得率較高，不引入雜質(zhì)，對(duì)能源的消耗較低，但酶解法所需的酶的價(jià)格較高，該方法經(jīng)濟(jì)成本較高。酶解法是通過(guò)酶解進(jìn)行短化脫支改性處理，可增加形成抗性淀粉結(jié)構(gòu)的淀粉鏈分子。耐高溫α-淀粉酶和普魯蘭酶是2 種有效的淀粉酶，前者能降低淀粉分子鏈的聚合度，后者則能增加直鏈淀粉的含量。這2 種酶在抗性淀粉制備工藝中均能顯著提高抗性淀粉的含量。張守花[14]以玉米淀粉為原料，采用普魯蘭酶添加量8 U/g 干淀粉，酶解4 h，耐高溫α-淀粉酶添加量3 U/g干淀粉，酶解0.5 h，玉米淀粉中的抗性淀粉含量達(dá)到14.38%。王成祥等[15]的試驗(yàn)結(jié)果表明，在溫度90 ℃，壓熱處理0.5 h，普魯蘭酶添加量4 npun/g干淀粉，酶解8 h后黑豆淀粉中抗性淀粉含量達(dá)到11.65%，進(jìn)一步證實(shí)了利用酶水解法可提高抗性淀粉含量。

2.4 微波法和超聲波法

微波法和超聲波法是制備RS3型抗性淀粉的2種有效方法。微波法是通過(guò)微波的作用使淀粉糊化，并在冷卻過(guò)程中形成RS3型抗性淀粉。姬小惠等[16]在微波輸出功率480 W下處理20%質(zhì)量濃度的蕨根淀粉乳1 min，抗性淀粉產(chǎn)率為14.21%。此外，有研究表明[17]，微波處理在高水分含量的淀粉中效果更好，在低水分含量的淀粉中效果較差。這一結(jié)果證實(shí)微波處理對(duì)高水分含量的淀粉效果尤其顯著，且微波處理對(duì)淀粉的水分含量有一定的依賴(lài)性。

超聲波法是通過(guò)超聲波在水中的空化作用切斷淀粉分子的糖苷鍵、降解長(zhǎng)鏈淀粉分子，生成一定聚合度范圍的淀粉分子鏈來(lái)改變淀粉的結(jié)構(gòu)，從而生成RS3型抗性淀粉。胡方洋等[18]利用超聲波處理豌豆淀粉、玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，在糊化、超聲、回生處理后，發(fā)現(xiàn)豌豆淀粉中抗性淀粉的含量最高，達(dá)到了原淀粉的1.88 倍。綜上，微波法和超聲波法都是制備抗性淀粉的有效手段，但存在能耗較高的缺陷，故常與酶解法、酸解法及壓熱冷卻法等其他手段結(jié)合使用，以提升反應(yīng)速率，在綠色、高效的制備條件下得到抗性淀粉。

3 RS3型抗性淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用

RS3 型抗性淀粉因具有類(lèi)似于膳食纖維的功能、低GI 值等優(yōu)點(diǎn)，在食品加工和健康領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用潛力。RS3型抗性淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用多種多樣，結(jié)合不同的原料、選用合適的方法，可以制備出具有良好功能的RS3型抗性淀粉產(chǎn)品。

3.1 食品添加劑

RS3 型抗性淀粉作為一種天然食品添加劑，在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛。RS3型抗性淀粉能夠增加食品黏度、改善食品質(zhì)地和口感，并能延長(zhǎng)食品的保鮮期。Acosta-Pérez等[19]將抗性淀粉添加到虹鱒魚(yú)中，發(fā)現(xiàn)抗性淀粉可以提高魚(yú)肉的白度，降低丙二醛含量，延緩脂肪氧化。趙凱等[20]研究表明，當(dāng)抗性淀粉的添加量達(dá)到20%時(shí)，會(huì)稀釋面粉中的面筋蛋白質(zhì)，進(jìn)而對(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，適度添加RS3型抗性淀粉，可以改善食品品質(zhì)，但需要注意添加量的控制，避免過(guò)量添加對(duì)食品品質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響。

3.1.1 著色劑與膨化劑著色劑用于改變食品的顏色，增加食品的吸引力和識(shí)別性；膨化劑用于改善食品的結(jié)構(gòu)和質(zhì)地，增加食品的穩(wěn)定性。餅干是一種常見(jiàn)的零食，但餅干中過(guò)高的糖分會(huì)誘發(fā)糖尿病、高血壓、高血脂等疾病，對(duì)人體健康有害。通過(guò)向餅干中添加RS3 型抗性淀粉可以改變餅干的質(zhì)地、顏色，降低餅干熱量從而降低人體血糖生成量。此外，抗性淀粉可以稀釋餅干配方中的色素，使餅干表面顏色明亮，減少還原糖與氨基酸反應(yīng)形成的類(lèi)黑素。Laguna等[21]研究發(fā)現(xiàn)抗性淀粉的添加會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)的硬度降低，同時(shí)使餅干體積增大，質(zhì)地柔軟、松散，改善餅干的顏色。秦仁炳等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在100 g小麥粉中混合16%抗性淀粉制備的餅干口感、風(fēng)味良好，且體外消化率顯著降低（P＜0.05），食用該餅干后血糖上升速度較緩，降低了食用者血糖過(guò)高的風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.2 水分保持劑食品添加劑中能夠增加食品持水能力的一類(lèi)物質(zhì)被稱(chēng)為水分保持劑。它們能夠吸收并保持食品中的水分，延長(zhǎng)產(chǎn)品保鮮期，改善質(zhì)地和口感?？剐缘矸壑械牧u基能與肉制品中的游離水形成氫鍵水合物，提高肉糜的持水性。王兆龍等[23]研究發(fā)現(xiàn)，以抗性淀粉替代傳統(tǒng)淀粉添加到香腸中，香腸的硬度、彈性和咀嚼性得到改善，當(dāng)抗性淀粉替代量為40%～60%時(shí)，香腸的綜合品質(zhì)較好。此外，抗性淀粉可與肌球蛋白形成凝膠結(jié)構(gòu)，從而保留肉制品的水分和汁液，提高肉制品的彈性。胡方洋等[24]將抗性淀粉添加到雞胸肉中，抗性淀粉吸收了雞胸肉肌原纖維蛋白凝膠中的水分，形成了致密均勻的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了雞胸肉的持水性與蛋白凝膠強(qiáng)度。

3.1.3 增稠劑增稠劑用于增加食品的黏度和稠度，改善食品的質(zhì)地和口感。酸奶是通過(guò)發(fā)酵牛奶或其他動(dòng)物奶制成的乳制品?？剐缘矸鄣拇嬖谀芨纳扑崮痰目诟泻透泄倨焚|(zhì)，使其更加順滑且酸甜適口。He等[25]研究指出，將抗性淀粉作為增稠劑可以增加酸奶的不透明度和懸浮度，提高乳清析出量，從而提高酸奶的整體品質(zhì)。此外，張嫚[26]研究發(fā)現(xiàn)，酸奶中加入1.2%的抗性淀粉可以促進(jìn)乳酸菌的繁殖和存活，提高酸奶的酸度和黏稠度。

3.2 食品原料

目前，將RS3 型抗性淀粉作為食品原料是食品行業(yè)的一種趨勢(shì)。RS3 型抗性淀粉緩慢釋放能量、促進(jìn)大腸菌群活動(dòng)的特點(diǎn)使其成為符合現(xiàn)代健康飲食觀念的理想選擇。通過(guò)使用RS3 型抗性淀粉，食品制造商可提供更多低糖、低能量的食品選擇，滿(mǎn)足現(xiàn)代消費(fèi)者對(duì)健康和營(yíng)養(yǎng)的需求[27]。然而，RS3 型抗性淀粉在食品制造中的應(yīng)用存在一定的問(wèn)題。例如，部分人群無(wú)法耐受大量的抗性淀粉，攝入過(guò)量抗性淀粉會(huì)引發(fā)腹脹、腹瀉等消化問(wèn)題[28]。此外，抗性淀粉的存在會(huì)影響食物中其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，需要在食品中添加其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以確保營(yíng)養(yǎng)均衡。

3.2.1 面條面條作為中國(guó)傳統(tǒng)主食之一。RS3型抗性淀粉作為一種不能被人體消化酶分解的淀粉，能夠在人體腸道中發(fā)揮有益作用，以RS3型抗性淀粉為原料制備的面條對(duì)人體健康有益。Punia等[29]將5%的抗性淀粉加入面條中，發(fā)現(xiàn)添加抗性淀粉可以降低面條的黏彈性，使面條更易咀嚼，但RS3型抗性淀粉的粉質(zhì)特性使其難以用傳統(tǒng)的面條生產(chǎn)工藝制作出高質(zhì)量的面條。因此，目前的研究重點(diǎn)是如何改進(jìn)面條的生產(chǎn)工藝，在保持面條口感的同時(shí)提高抗性淀粉含量。在面條的制備過(guò)程中，常添加適量的食鹽、食堿、磷酸鹽等，改善抗性淀粉面條的持水性，增加面條延伸性、筋性及口感。陳冬純[30]的研究表明，在RS 含量為8%的掛面生產(chǎn)中，添加3%谷朊粉作為增筋劑能改善RS 掛面的品質(zhì)和口感。

3.2.2 面包在食品行業(yè)中，面包是一種消費(fèi)廣泛的食品。為改善人們?nèi)粘ｏ嬍持猩攀忱w維較少的問(wèn)題，在面包制作中常添加大麥粉一類(lèi)的傳統(tǒng)膳食纖維，提高面包的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。然而，膳食纖維含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致面包的顏色變深，口感粗糙，掩蓋面包原本的香味。RS3 型抗性淀粉作為替代材料可解決這些問(wèn)題。Maziarz 等[31]的研究表明，使用抗性淀粉代替部分面粉制作的面包不僅含水率增加、質(zhì)地更干更緊實(shí)，密度更大，而且口感并未受到影響。Homayouni 等[32]在采用豌豆抗性淀粉制備面包的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，抗性淀粉的添加可增強(qiáng)面粉的吸水率，同時(shí)提高面團(tuán)的黏著性和硬度，增加了面包的咀嚼性。

3.2.3 油炸食品油炸食品在烹飪過(guò)程中會(huì)發(fā)生淀粉糊化、蛋白質(zhì)變性和非酶褐變等，導(dǎo)致食品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)下降。通過(guò)添加抗性淀粉可以有效避免油炸食品中營(yíng)養(yǎng)成分的不利變化，顯著改善產(chǎn)品的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品低脂化[33]。抗性淀粉的添加能提高油炸食品的酥脆度，增加其外殼的黃度值和脆性。Sanz 等[34]研究發(fā)現(xiàn)，將RS3 用作小麥粉的替代品能夠顯著提高油炸食品中總膳食纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；隨著RS3 含量的增加，油炸食品的硬度和脆性相應(yīng)增加，顏色逐漸變深。RS3型抗性淀粉的添加能改善油炸食品的顏色和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，為生產(chǎn)出外觀鮮亮、口感松脆的低脂、高纖維油炸食品提供了更具潛力的選擇。

4 前景與展望

隨著人們對(duì)健康飲食的關(guān)注，RS3 型抗性淀粉在食品工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。通過(guò)作為食品添加劑類(lèi)和食品原料的應(yīng)用，展示了RS3 型抗性淀粉在改善食品質(zhì)量、提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值以及延長(zhǎng)食品保存時(shí)間等方面的潛力。但RS3型抗性淀粉的生產(chǎn)工藝仍不完善，此外，不同來(lái)源的RS3型抗性淀粉的生理功能是否存在差異，仍需要進(jìn)一步研究。未來(lái)的研究方向?qū)?huì)集中在優(yōu)化RS3 型抗性淀粉的生產(chǎn)工藝，同時(shí)在不同種類(lèi)的RS3 抗性淀粉間進(jìn)行功能對(duì)比，以實(shí)現(xiàn)其在食品行業(yè)中的廣泛應(yīng)用。