淺談抗性淀粉
日期：2020-03-18
根據聯合國糧農組織（FAO）1990年的定義，抗性淀粉（resistant starch，RS）指的是“健康者小腸中不吸收的淀粉及其降解產物”。抗性淀粉之所以能抵抗酶的水解，是因為分子結構內，存在較強的氫鍵，具有較小的分子結構，通常認為具有20-25個葡萄糖殘基的長度，以氫鍵連接的回生狀的多分散的線性聚糖。
1.抗性淀粉的分類
根據最新營養學分類，淀粉可分為快速消化淀粉（RDS）、緩慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）。
就抗性淀粉（RS，以下均稱RS）而言目前尚無化學上的精確分類，多數學者根據淀粉來源和抗酶解性的不同將抗性淀粉分為4類：RS1、RS2、RS3、RS4。
RS1（Physically trapped starch）型是一種物理包埋淀粉，它被封閉于植物細胞內，可在經不完全碾磨的谷物、種子和豆類食品中發現。
RS2（Resistant starch granules）型是一種天然顆粒淀粉，發現于未凝膠化的食品中，可在生馬鈴薯、生豌豆、綠香蕉中找到。
RS3（Retrograded starch）型指糊化后的淀粉在冷卻或儲存過程中部分重結晶，形成更穩定的氫鍵，可能存在于煮熟后冷卻的米飯、面包、土豆和罐裝的豌豆產品中。RS3是最重要也是最主要的抗性淀粉，國際上對其研究較多。
RS4型包括化學改性淀粉，主要由基因改造或化學方法引起的分子結構變化等所產生，如乙酰基、羥丙基淀粉、熱變性淀粉以及磷酸化淀粉等。這類淀粉可用作食品配料。
2.RS的特性及功能
RS能毫無變化地通過小腸進入大腸，并在大腸中發酵產生短鏈脂肪酸和其他產物。RS屬于多糖類物質，從功能性來看一般被視為膳食纖維，對人體健康有益，但與膳食纖維仍有所不同。下面分別介紹RS的生理特性及功能。
2.1 RS的生理學特性
RS在小腸中具有很強的抗消化性，但RS在結腸內被細菌發酵后可重新吸收，并促進有益微生物的生長。RS對人體直接產生作用的生理功能較少，其生理功能主要通過影響其他物質的吸收代謝，以及在結腸內發酵產生的次生產物而發揮其生理功能和特性。
2.1.1RS的發酵
現在研究表明，RS在結腸內發酵可產生氣體（H2、C02、CH4）和短鏈脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸、異戊酸等），有研究認為RS在結腸內發酵主要產生丁酸和C02。與膳食纖維相比，RS可100%在結腸發酵。同時，RS可作為微生物的碳源，有利于合成微生物蛋白，從而減少了不消化蛋白質腐敗產生的酚、胺類和吲哚等物質。未降解的RS還可增加糞便通量，加速有毒物質的排出。
2.1.2RS的能量值
學者Wisker的研究認為，混合膳食中的纖維可提供2.9-3.3kJ/g的能量。RS在小腸中抗消化，但可在結腸中為細菌發酵，產生短鏈脂肪酸，短鏈脂肪酸經過結腸壁吸收進入血液后，可提供能量。有研究認為，含高RS的食物，能量的12%是由結腸發酵產生的短鏈脂肪酸提供的。
2.2 RS的生理功能
2.2.1RS與血糖
學者Brynes等發現RS的攝入會導致胰島素分泌的減少。高RS飲食與低RS飲食相比，具有較少的胰島素反應，這對糖尿病患者餐后血糖值有很大影響，尤其對于非胰島素依賴型病人，經攝食高RS食物，可延緩餐后血糖上升，將有效控制糖尿病病情。
2.2.2RS與腸機能失調及結腸癌發病率
RS可以改善腸道內環境，這對于預防便秘、腸息病和肛門—直腸機能失調是很重要的。實驗表明在人的飲料中添加高直鏈玉米淀粉可以減少結腸細胞的增殖，提高糞便中的短鏈脂肪酸含量和降低次級膽汁酸的含量；食用含高RS的膳食后，人體中細胞毒素次級膽汁酸特別是脫氧膽酸減少了。可以假設：這種情況是由于產生了短鏈脂肪酸，導致了結腸粘膜增殖的減少。此外，RS還有助于稀釋致癌的有毒物質。RS不論什么類型皆不被小腸吸收，但能為腸內菌發酵利用而產生短鏈脂肪酸，是與直腸癌防治密切相關的丁酸的良好來源。
2.2.3RS與體重控制
RS對體重的控制來自兩方面：一為增加脂質排泄，減少熱量攝取；另為RS本身幾乎不含熱量。已有明確的證據證明RS對人體體重控制有作用。經選擇的高RS含量的谷物食品可以通過某種與增加脂肪排泄有關的機制對能量平衡產生影響，從而控制體重。因此，RS可作為減肥保健食品添加劑。
2.2.4RS可減少血清中膽固醇和甘油三酸酯
學者Dedckere等人（1993）以不同RS含量的飲食進行動物試驗，發現高RS含量的飲食可減低血液中總膽固醇值（TC）與三羧酸甘油酯（TAG），推測其原因：血液中總膽固醇值降低是因RS可有效增加膽固醇與膽酸的排除，且減少吸收并降低膽固醇合成；三羧酸甘油酯的減低則因脂質吸收與脂肪酸合成減少有關。
2.2.5RS與維生素、礦物質吸收
現代研究發現，膳食纖維對食品中的礦物質、維生素的吸收有阻礙作用，主要因為膳食纖維含量高的飲食中植酸含量相對提高。而RS則不具此效果。學者Schulz（1993）試驗發現：飲食中天然RS（RS2）能在腸中經腸內菌發酵而使HI值降低，促使鎂、鈣等礦物質為人體所吸收。
2.3 RS的理化性質
雖然RS在代謝特性上類似于膳食纖維，但它們的理化性質卻相差甚遠。RS的持水力大大低于膳食纖維，口感也不粗糙，且不會影響食品的風味和質地，所以它是低濕食品首選的“膳食纖維”，它可添加于焙烤和擠壓食品中以改善其加工工藝和產品品質。學者Anon研究發現在麥片中添加RS其持水力比添加燕麥纖維或小麥纖維者低，但產品的形脹率相對較大；燕麥纖維或小麥纖維對麥片質地有負面影響，但添加RS者感觀質量稍差。RS與小麥纖維并用有協同效應，所以RS可用于不能添加傳統膳食纖維的食品中。
3.RS的制備
3.1 RS的研究狀況
有關RS的制備研究國外近10年來發展較快，研究非常活躍，國內則處于剛起步階段。國外一些研究人員用壓熱處理的方式制備RS，他們用普通玉米淀粉（直鏈淀粉含量為26%）為原料，RS的得率為7%左右，用直鏈型玉米淀粉（直鏈淀粉含量為70%）為原料，RS的得率為30%左右。
3.2 RS的實驗制備方法
RS的實驗制備方法有酸水解法，化學變性法，壓熱法，酶法等，比較先進的方法應屬酶法，其過程如下：
將淀粉調制成一定濃度的淀粉乳，調pH值，加入胃蛋白酶恒溫水浴以便除去蛋白質，經一定反應時間后取出，調pH值，加入耐溫α-淀粉酶，恒溫水浴，調pH值，加入普魯蘭酶，控制反應溫度及反應時間，然后放入高溫糊化鍋中，嚴格控制加熱時間及加熱溫度，充分糊化后，取出冷卻，最后放在低溫環境中靜置一定時間，得到含RS的產物，本方案制備的RS類型主要是RS3。
普魯蘭酶的主要作用是去除支鏈，因為淀粉中直鏈淀粉的含量越高，淀粉糊老化時直鏈淀粉分子之間形成結晶的機會也就越多，RS的產率相應增加。
4.RS在食品中的應用前景
4.1 RS在主食中的應用
主要添加于面包、饅頭、米飯和面條中，面包已成為世界性的大眾化食品，銷售量很大，很便于強化RS，在日本已經有一些品種的面包不同程度地強化了RS。但面包配料體系十分復雜，在烘焙中RS不能簡單替代面粉，而需要同時添加活性面筋和品質改良劑來保持最終產品的質量。對如何添加RS、添加比例、添加后對面團的流變學特性的影響以及烘焙條件的調整都有待于進行深入研究。饅頭是中國傳統主食制品，在其中添加RS，可制成大眾化的功能性主食制品，使出籠饅頭口感良好，有特殊香味。在主食中添加RS將有益于廣大群眾健康。
4.2 RS在餅干和糕點中的應用
餅干糖油含量較多，水分含量相對低，更顯得添加RS的重要，加之餅干加工對面粉筋力質量要求較低，也便于較大比例地添加RS，故有利于制作以RS功能為主的多種保健餅干。糕點在制作中含有大量水分，而水分過多則不利于糕點烘焙品質的提高，會使產品松軟，影響質量。加入RS，因其有一定的持水力，可吸附一定量的水分，這將有利于產品凝固和保鮮，同時有很好的保健功能。
4.3 RS在其他食品中的應用
在其他食品中也可以添加RS。如：高RS的營養粥、麥片、芝麻糊等。在休閑食品中的各類膨化食品，都可以添加一定比例的RS，在改進產品風味的同時還增加了保健功能。
總之，RS的種種性能表明了，RS具有很高的食用價值和廣闊的應用前景，不但可以作為膳食纖維的替代品添加于食品中，并且還擁有比普通膳食纖維更高的生理功能和理化功能，所以是一種非常好的膳食纖維替代品。但是為了獲得RS的所有潛在益處，需要進一步的研究以完全確定RS在能量平衡、代謝過程、內分泌過程以及膽固醇降低過程中的功能角色，此外，也需要進行關于RS結構的研究、食品的不同物理形式及加工技術對RS影響等的研究。RS以其顯著優點及特殊的生理功能,引起了生理學家、酶學家等眾多學者極大的興趣和廣泛的關注，成為食品營養學的一個研究熱點。
主要參考文獻：
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3．趙凱，張守文，芳桂珍，抗性淀粉的生理功能及在食品工業中的應用，哈爾濱商業大學學報,2002,18(6):661-663
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