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浅谈抗性淀粉

浏览次数: 日期:2005-11-08

 张建昌  江浩东  王均光

摘要:本文介绍了有关抗性淀粉的基本知识,简单阐述了抗性淀粉的分类、分子结构、功能和特性,并说明了抗性淀粉在食品工业中的应用前景及其实验制备方法。
关键词:抗性淀粉;膳食纤维;添加剂;消化吸收
根据联合国粮农组织(FAO)1990年的定义,抗性淀粉(resistant starch,RS)指的是“健康者小肠中不吸收的淀粉及其降解产物”。抗性淀粉之所以能抵抗酶的水解,是因为分子结构内,存在较强的氢键,具有较小的分子结构,通常认为具有20-25个葡萄糖残基的长度,以氢键连接的回生状的多分散的线性聚糖。
1. 抗性淀粉的分类
根据最新营养学分类,淀粉可分为快速消化淀粉(RDS)、缓慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)。
就抗性淀粉(RS,以下均称RS)而言目前尚无化学上的精确分类,多数学者根据淀粉来源和抗酶解性的不同将抗性淀粉分为4类:RS1、RS2、RS3、RS4
RS1(Physically trapped starch)型是一种物理包埋淀粉,它被封闭于植物细胞内,可在经不完全碾磨的谷物、种子和豆类食品中发现。
RS2(Resistant starch granules)型是一种天然颗粒淀粉,发现于未凝胶化的食品中,可在生马铃薯、生豌豆、绿香蕉中找到。
RS3(Retrograded starch)型指糊化后的淀粉在冷却或储存过程中部分重结晶,形成更稳定的氢键,可能存在于煮熟后冷却的米饭、面包、土豆和罐装的豌豆产品中。RS3是最重要也是最主要的抗性淀粉,国际上对其研究较多。
RS4型包括化学改性淀粉,主要由基因改造或化学方法引起的分子结构变化等所产生,如乙酰基、羟丙基淀粉、热变性淀粉以及磷酸化淀粉等。这类淀粉可用作食品配料。
2.  RS的特性及功能
RS能毫无变化地通过小肠进入大肠,并在大肠中发酵产生短链脂肪酸和其他产物。RS属于多糖类物质,从功能性来看一般被视为膳食纤维,对人体健康有益,但与膳食纤维仍有所不同。下面分别介绍RS的生理特性及功能。
2.1 RS的生理学特性
RS在小肠中具有很强的抗消化性,但RS在结肠内被细菌发酵后可重新吸收,并促进有益微生物的生长。RS对人体直接产生作用的生理功能较少,其生理功能主要通过影响其他物质的吸收代谢,以及在结肠内发酵产生的次生产物而发挥其生理功能和特性。
2.1.1RS的发酵 
现在研究表明,RS在结肠内发酵可产生气体(H2、C02、CH4)和短链脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸、异戊酸等),有研究认为RS在结肠内发酵主要产生丁酸和C02。与膳食纤维相比,RS可100%在结肠发酵。同时,RS可作为微生物的碳源,有利于合成微生物蛋白,从而减少了不消化蛋白质腐败产生的酚、胺类和吲哚等物质。未降解的RS还可增加粪便通量,加速有毒物质的排出。
2.1.2RS的能量值
学者Wisker的研究认为,混合膳食中的纤维可提供2.9-3.3kJ/g的能量。RS在小肠中抗消化,但可在结肠中为细菌发酵,产生短链脂肪酸,短链脂肪酸经过结肠壁吸收进入血液后,可提供能量。有研究认为,含高RS的食物,能量的12%是由结肠发酵产生的短链脂肪酸提供的。
2.2 RS的生理功能
2.2.1RS与血糖
学者Brynes等发现RS的摄入会导致胰岛素分泌的减少。高RS饮食与低RS饮食相比,具有较少的胰岛素反应,这对糖尿病患者餐后血糖值有很大影响,尤其对于非胰岛素依赖型病人,经摄食高RS食物,可延缓餐后血糖上升,将有效控制糖尿病病情。
2.2.2RS与肠机能失调及结肠癌发病率
RS可以改善肠道内环境,这对于预防便秘、肠息病和肛门—直肠机能失调是很重要的。实验表明在人的饮料中添加高直链玉米淀粉可以减少结肠细胞的增殖,提高粪便中的短链脂肪酸含量和降低次级胆汁酸的含量;食用含高RS的膳食后,人体中细胞毒素次级胆汁酸特别是脱氧胆酸减少了。可以假设:这种情况是由于产生了短链脂肪酸,导致了结肠粘膜增殖的减少。此外,RS还有助于稀释致癌的有毒物质。RS不论什么类型皆不被小肠吸收,但能为肠内菌发酵利用而产生短链脂肪酸,是与直肠癌防治密切相关的丁酸的良好来源。
2.2.3RS与体重控制
RS对体重的控制来自两方面:一为增加脂质排泄,减少热量摄取;另为RS本身几乎不含热量。已有明确的证据证明RS对人体体重控制有作用。经选择的高RS含量的谷物食品可以通过某种与增加脂肪排泄有关的机制对能量平衡产生影响,从而控制体重。因此,RS可作为减肥保健食品添加剂。
2.2.4RS可减少血清中胆固醇和甘油三酸酯
学者Dedckere 等人(1993)以不同RS含量的饮食进行动物试验,发现高RS含量的饮食可减低血液中总胆固醇值(TC)与三羧酸甘油酯(TAG),推测其原因:血液中总胆固醇值降低是因RS可有效增加胆固醇与胆酸的排除,且减少吸收并降低胆固醇合成;三羧酸甘油酯的减低则因脂质吸收与脂肪酸合成减少有关。
2.2.5RS与维生素、矿物质吸收
现代研究发现,膳食纤维对食品中的矿物质、维生素的吸收有阻碍作用,主要因为膳食纤维含量高的饮食中植酸含量相对提高。而RS则不具此效果。学者Schulz(1993)试验发现:饮食中天然RS(RS2)能在肠中经肠内菌发酵而使HI值降低,促使镁、钙等矿物质为人体所吸收。
2.3 RS的理化性质
虽然RS在代谢特性上类似于膳食纤维,但它们的理化性质却相差甚远。RS的持水力大大低于膳食纤维,口感也不粗糙,且不会影响食品的风味和质地,所以它是低湿食品首选的“膳食纤维”,它可添加于焙烤和挤压食品中以改善其加工工艺和产品品质。学者Anon研究发现在麦片中添加RS其持水力比添加燕麦纤维或小麦纤维者低,但产品的形胀率相对较大;燕麦纤维或小麦纤维对麦片质地有负面影响,但添加RS者感观质量稍差。RS与小麦纤维并用有协同效应,所以RS可用于不能添加传统膳食纤维的食品中。
3. RS的制备
3.1 RS的研究状况
有关RS的制备研究国外近10年来发展较快,研究非常活跃,国内则处于刚起步阶段。国外一些研究人员用压热处理的方式制备RS,他们用普通玉米淀粉(直链淀粉含量为26%)为原料,RS的得率为7%左右,用直链型玉米淀粉(直链淀粉含量为70%)为原料,RS的得率为30%左右。
3.2 RS的实验制备方法
RS的实验制备方法有酸水解法,化学变性法,压热法,酶法等,比较先进的方法应属酶法,其过程如下:
将淀粉调制成一定浓度的淀粉乳,调pH值,加入胃蛋白酶恒温水浴以便除去蛋白质,经一定反应时间后取出,调pH值,加入耐温α-淀粉酶,恒温水浴,调pH值,加入普鲁兰酶,控制反应温度及反应时间,然后放入高温糊化锅中,严格控制加热时间及加热温度,充分糊化后,取出冷却,最后放在低温环境中静置一定时间,得到含RS的产物,本方案制备的RS类型主要是RS3
普鲁兰酶的主要作用是去除支链,因为淀粉中直链淀粉的含量越高,淀粉糊老化时直链淀粉分子之间形成结晶的机会也就越多,RS的产率相应增加
4. RS在食品中的应用前景
4.1 RS在主食中的应用
主要添加于面包、馒头、米饭和面条中,面包已成为世界性的大众化食品,销售量很大,很便于强化RS,在日本已经有一些品种的面包不同程度地强化了RS。但面包配料体系十分复杂,在烘焙中RS不能简单替代面粉,而需要同时添加活性面筋和品质改良剂来保持最终产品的质量。对如何添加RS、添加比例、添加后对面团的流变学特性的影响以及烘焙条件的调整都有待于进行深入研究。馒头是中国传统主食制品,在其中添加RS,可制成大众化的功能性主食制品,使出笼馒头口感良好,有特殊香味。在主食中添加RS将有益于广大群众健康。
4.2 RS在饼干和糕点中的应用
饼干糖油含量较多,水分含量相对低,更显得添加RS的重要,加之饼干加工对面粉筋力质量要求较低,也便于较大比例地添加RS,故有利于制作以RS功能为主的多种保健饼干。糕点在制作中含有大量水分,而水分过多则不利于糕点烘焙品质的提高,会使产品松软,影响质量。加入RS,因其有一定的持水力,可吸附一定量的水分,这将有利于产品凝固和保鲜,同时有很好的保健功能。
4.3 RS在其他食品中的应用
在其他食品中也可以添加RS。如:高RS的营养粥、麦片、芝麻糊等。在休闲食品中的各类膨化食品,都可以添加一定比例的RS,在改进产品风味的同时还增加了保健功能。
总之,RS的种种性能表明了,RS具有很高的食用价值和广阔的应用前景,不但可以作为膳食纤维的替代品添加于食品中,并且还拥有比普通膳食纤维更高的生理功能和理化功能,所以是一种非常好的膳食纤维替代品。但是为了获得RS的所有潜在益处,需要进一步的研究以完全确定RS在能量平衡、代谢过程、内分泌过程以及胆固醇降低过程中的功能角色,此外,也需要进行关于RS结构的研究、食品的不同物理形式及加工技术对RS影响等的研究。RS以其显著优点及特殊的生理功能,引起了生理学家、酶学家等众多学者极大的兴趣和广泛的关注,成为食品营养学的一个研究热点。
主要参考文献:
1. 王竹,杨月欣等,抗性淀粉对饮食诱发葡萄糖耐量异常的预防,营养学报,2002,24(1):48-52
2.FAO.Carbohydrates in Human Nutrition.FAO food and nutrition paper66[c].Rome:1998.6
3. 赵凯,张守文,芳桂珍,抗性淀粉的生理功能及在食品工业中的应用,哈尔滨商业大学学报,2002,18(6):661-663
4. 杨参,阚建全等,抗性淀粉及其生理功能研究新进展,粮食科技与经济,2003,3:32-35
5.Wisker E,et a1.Metabolizable energy of diets low or high in dietary fiber from fruits and vegetables when consumed by humans [J].J Nurr,1990,120(11):1331—1337.

 

 

 

 

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