龍金利，張愛霞，生慶海*

（1.河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050061；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所/國家谷子改良中心/河北省雜糧研究實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050000）

抗性淀粉是淀粉的一個(gè)分支，指不能被小腸消化吸收的淀粉，因此其進(jìn)入大腸后作為發(fā)酵底物[1，2]，定量表示是測(cè)定120 min仍未被酶水解的淀粉。1985年英國科學(xué)家Englyst首次發(fā)現(xiàn)并提出抗性淀粉的概念[3]，1992年世界糧農(nóng)組織（FAO）將抗性淀粉定義為“健康者小腸中不吸收的淀粉及其降解產(chǎn)物”[4]?？剐缘矸蹫橐环N新型的膳食纖維，其因具有獨(dú)特的生理功能而受到越來越多人的關(guān)注[5]。研究表明，抗性淀粉對(duì)減輕體重，降低血糖和膽固醇，預(yù)防胃腸道疾病以及促進(jìn)礦物質(zhì)吸收等生理功能有顯著影響[6]。淀粉經(jīng)過干熱處理、濕熱處理和酶改性等不同的加工處理后，可以制備成抗性淀粉。目前從豆類、谷物和塊莖等各種來源獲得的抗性淀粉被廣泛應(yīng)用于功能性食品的生產(chǎn)[7～9]。隨著抗性淀粉在食品和非食品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，抗性淀粉的實(shí)用性不斷增強(qiáng)，各種食品來源的抗性淀粉開發(fā)成為研究重點(diǎn)。

1 抗性淀粉的性質(zhì)

根據(jù)植物來源、品種、生長(zhǎng)階段、部位以及處理方式的不同，可將抗性淀粉分為物理包埋淀粉（physically trapped starch，RS1）、天然抗性淀粉（resistant starch granules，RS2）、回生淀粉（retrograded starch，RS3）、化學(xué)改性淀粉（chemically modified starch，RS4）和直鏈淀粉-脂肪復(fù)合淀粉（amylose-lipid complexed starch，RS5）。不同類型的抗性淀粉，其性質(zhì)不同（表1）。Sievert等[10]研究發(fā)現(xiàn)，同一類別的淀粉，直鏈淀粉比例越大，抗性淀粉比例也越大。直鏈淀粉的含量影響淀粉消化速率，直鏈淀粉含量高的淀粉消化率較低，不同直鏈淀粉含量的玉米原淀粉消化速率順序?yàn)橄炠|(zhì)玉米淀粉＞普通玉米淀粉＞高直鏈玉米淀粉。大量試驗(yàn)表明，抗性淀粉不能在小腸中吸收，但可以在大腸中發(fā)酵產(chǎn)生各種短鏈脂肪酸（SCFA），包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽，它們?cè)诖龠M(jìn)腸道健康方面發(fā)揮著積極作用，可以增強(qiáng)胰島素的敏感性，擴(kuò)大與大腸的發(fā)酵面積，減少脂肪積累，改善葡萄糖穩(wěn)態(tài)和脂質(zhì)代謝[11]。

表1 抗性淀粉的性質(zhì)Table 1 Properties of resistant starch

2 加工處理對(duì)抗性淀粉含量的影響

人們研究發(fā)現(xiàn)，抗性淀粉的產(chǎn)率與原料中的直鏈淀粉含量呈正比[12]，隨著直鏈淀粉與支鏈淀粉比例的增大，抗性淀粉的產(chǎn)率由7.61%提高至36.45%，增加了近4倍[13]。由于馬鈴薯、小麥、玉米和高梁等自身含有較高的抗性淀粉，因此，有關(guān)抗性淀粉的研究大多集中在這些作物上。抗性淀粉的含量除受原料的直接影響外，還受加工處理技術(shù)的影響較大。

2.1 濕熱處理

在濕熱處理過程中，控制水分含量有助于提高抗性淀粉的含量[14]。Masatcioglu等[15]在螺桿轉(zhuǎn)速（100轉(zhuǎn)/min）和料筒溫度（140℃）不變的條件下，分別對(duì)含水量為50%、60%、70%的2種天然淀粉進(jìn)行擠壓，研究了擠壓蒸煮對(duì)不同類型的高直鏈玉米淀粉中抗性淀粉形成的影響，結(jié)果表明，原料含水量為60%時(shí)抗性淀粉含量最高，其中第2次擠出后抗性淀粉含量均顯著增加，第3次擠出后抗性淀粉含量分別達(dá)到40.0%和45.1%。不同品種的珍珠小米，經(jīng)濕熱處理后抗性淀粉含量均增加[16]。在含水量25%、溫度100℃條件下，對(duì)糯玉米淀粉濕熱處理6 h后，抗性淀粉的含量從27.0%增加到40.3%[17]。玉米淀粉和高粱淀粉經(jīng)過濕熱處理后抗性淀粉含量顯著增加，在濕熱條件下用酸處理后，玉米的升糖指數(shù)從74.0降到49.7，高粱的升糖指數(shù)從從60.0降到48.5[18]。增加蒸壓—冷卻循環(huán)次數(shù)能夠提高抗性淀粉的含量[19]。

2.2 干熱處理

Agama等[20]研究發(fā)現(xiàn)干燥方式對(duì)抗性淀粉含量有重要影響，隨著烘干時(shí)間的延長(zhǎng)和冷凍干燥時(shí)間的縮短，抗性淀粉含量增加。高溫時(shí)間與烘干淀粉的抗性淀粉含量呈正相關(guān)，與冷凍干燥淀粉的抗性淀粉含量呈負(fù)相關(guān)。馬鈴薯淀粉經(jīng)微波300 W加熱100 s、55℃韌化16 h、4℃低溫老化18 h后，抗性淀粉含量由11.54%增加到27.09%[21]。Selime等[22]采用微波儲(chǔ)存循環(huán)和干燥工藝，研究了微波輻射對(duì)高直鏈淀粉HylonVII抗性淀粉形成和功能特性的影響，結(jié)果表明，樣品的抗性淀粉含量隨微波保存周期的增加而增加，烘箱干燥條件為微波處理3次、功率20%、時(shí)間2 min時(shí)得到的抗性淀粉含量最高（43.4%）。

2.3 酶處理

在50℃、pH值5.2條件下，用40 npun/g的普魯蘭酶處理5%的淀粉漿10 min，100%振幅下超聲6 h（超聲1 min，關(guān)閉9 min），可獲得的抗性淀粉和慢消化淀粉產(chǎn)量均達(dá)到最高，分別為26%和18%[23]。用β-淀粉酶處理擠壓膨化的大米后，大米的抗性淀粉含量增加，體外消化率降低[24]。

采用干熱、濕熱和酶處理工藝可以提高谷物和食品中的抗性淀粉含量。Kumar等[25]研究表明，水稻品種的抗性淀粉含量與gbssl表達(dá)量呈正相關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)啟示我們，有必要鑒定培育適合糖尿病、肥胖癥患者食用的高抗性淀粉、高直鏈淀粉、低升糖指數(shù)的水稻基因型。

3 抗性淀粉的降糖作用

隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活方式的改變，Ⅱ型糖尿病（T2DM）的發(fā)病率迅速增加。預(yù)計(jì)到2035年，全球患糖尿病的人數(shù)將增加到5.92億人。大多數(shù)糖尿病患者生活在低收入和中等收入國家，在發(fā)展中國家，成人糖尿病將會(huì)成為國家的巨大負(fù)擔(dān)[26]。糖尿病是危害人類健康的主要疾病之一[27]，除了受遺傳因素的影響外，人們的飲食習(xí)慣也起著關(guān)鍵作用，因此，攝入一些健康的碳水化合物，保持全面、均衡的營(yíng)養(yǎng)，對(duì)維持身體健康至關(guān)重要。

3.1 抗性淀粉對(duì)糖尿病動(dòng)物的降糖作用

Zhou等[28]研究了結(jié)合物理修飾和酶修飾制備的水稻抗性淀粉對(duì)糖尿病小鼠的降糖作用，結(jié)果表明，高劑量組（每天用8 g/kg的雙變性秈稻抗性淀粉水溶液灌胃1次，連續(xù)4周）的空腹血糖水平低于糖尿病小鼠，說明抗性淀粉可以調(diào)節(jié)糖尿病小鼠的血糖代謝，同時(shí)具有控制糖尿病小鼠肝、腎和脾肥大的效果。Li等[21]研究發(fā)現(xiàn)，由于結(jié)晶性能和熱穩(wěn)定性的改善，馬鈴薯淀粉具有較低的血糖指數(shù)，有利于控制空腹血糖、體重、器官指數(shù)和脂肪肝，對(duì)小鼠的長(zhǎng)期飲食進(jìn)行干預(yù)后可提高小鼠對(duì)胰島素的敏感性。Reddy等[2]研究表明，在糖尿病和高脂飲食（HFD）條件下，飲食中的回生淀粉可以有效調(diào)節(jié)血清中的葡萄糖和脂質(zhì)，并抑制大鼠的氧化應(yīng)激。Zhu等[29]研究表明，在高脂飲食中添加燕麥抗性淀粉，可以使2型糖尿病大鼠減少飲水量，降低空腹血糖、OTGG和OTGG的AUC，有顯著的抗糖尿病作用。Si等[30]研究了不同飲食干預(yù)對(duì)控制體重和脂肪組織質(zhì)量，改善血脂組成以及體內(nèi)抗氧化狀態(tài)等方面的影響，發(fā)現(xiàn)以抗性淀粉與殼聚糖的組合為基礎(chǔ)的飲食干預(yù)能有效減輕肥胖誘導(dǎo)大鼠的代謝功能障礙，是一種輔助預(yù)防肥胖或糖尿病的可行方法。

3.2 抗性淀粉對(duì)人體的降糖作用

高抗性淀粉、低蛋白含量的面粉能夠滿足人體對(duì)抗性淀粉的需求且血糖指數(shù)低，能夠改善早期糖尿病腎病患者的血糖和血脂水平，降低血尿酸（UA）水平，減少尿b2-MG排泄，增強(qiáng)早期糖尿病腎病患者抗氧化應(yīng)激的預(yù)防能力[31]。食用高抗性淀粉的大米可以提高對(duì)胰島素的敏感性和增加飽腹感，對(duì)T2DM患者能夠起到延緩餐后血糖上升、控制糖尿病病情的效果[32]。同時(shí)每日補(bǔ)充天然抗性淀粉（高直鏈淀粉玉米）12周，不會(huì)顯著影響糖尿病前期成年人的食欲感知以及與食欲相關(guān)的胃腸激素含量和食物攝入量[33]。

張虹等[34]以61例T2DM住院病人為樣本，在治療條件不變的情況下，研究了高抗性淀粉大米對(duì)2型糖尿病病人餐后血糖波動(dòng)的影響，結(jié)果表明，高抗性淀粉適糖米較普通大米能顯著降低T2DM病人餐后2 h血糖的波動(dòng)幅度。一項(xiàng)人群試驗(yàn)表明，與食用未添加抗性淀粉大米的對(duì)照組相比，食用添加抗性淀粉的大米可降低T2DM前期和新診斷為糖尿病患者的餐后血糖水平及其氧化應(yīng)激程度[35]。采用抗性淀粉藥膳方主食可以降低餐后血糖水平，提高胰島素敏感性，改善血脂和體成分情況，緩解T2DM患者的高氧化應(yīng)激狀態(tài)，有助于改善病情和防治并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展[36]。Zhang等[37]研究了回生淀粉對(duì)T2DM患者代謝的影響，結(jié)果表明，回生淀粉具有降低血糖、改善血脂異常、降低胰島素抵抗、提高胰島素敏感性的作用。

3.3 抗性淀粉降糖機(jī)理的研究

不僅在動(dòng)物試驗(yàn)上證實(shí)了抗性淀粉對(duì)糖尿病鼠具有降低血糖的作用，而且在人體臨床試驗(yàn)上也進(jìn)一步明確了抗性淀粉對(duì)糖尿病患者血糖調(diào)節(jié)的效果。大量學(xué)者對(duì)抗性淀粉調(diào)節(jié)血糖的機(jī)制進(jìn)行了探討。

Polakof等[38]研究發(fā)現(xiàn)，抗性淀粉改善高脂飲食喂養(yǎng)引起的血脂紊亂和相關(guān)胰島素的抵抗能力，是通過調(diào)節(jié)參與脂肪生成（SREBP-1c，LXRs）、膽固醇代謝（SREBP-2，LXRs）和脂肪酸氧化（PPARα）的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)水平來實(shí)現(xiàn)的。Zhu等[29]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過處理的燕麥制品可降低促炎細(xì)胞因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）的mRNA表達(dá)和胰島素抵抗。Sun等[39]研究表明，不同劑量的天然抗性淀粉是通過下調(diào)PEPCK和G6Pase等關(guān)鍵酶的表達(dá)水平，從而調(diào)節(jié)肝臟糖代謝和糖異生來實(shí)現(xiàn)血糖的降低。天然抗性淀粉還可以修復(fù)受損的胰腺β細(xì)胞，上調(diào)胰腺中IRS1、IRS2、PDX-1、GK和GLUT2的表達(dá)水平。Tomomi等[40]發(fā)現(xiàn)，用抗性淀粉飲食喂養(yǎng)OLETF大鼠可以降低腸系膜脂肪組織的重量和大小，并減少腸系膜脂肪組織中整聯(lián)蛋白基因特別是CD11c的表達(dá)，也就是說，攝入抗性淀粉可以減少脂肪在脂肪組織中的積聚和與活化的巨噬細(xì)胞有關(guān)的炎癥。Wang等[41]研究表明，不同劑量的蓮子抗性淀粉（LSRS）（飼料中LSRS含量分別為5%、10%、15%）可能是通過調(diào)節(jié)胰島素分泌、胰島素信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞凋亡、抗氧化活性和p53信號(hào)通路等關(guān)鍵因子的表達(dá)水平來實(shí)現(xiàn)對(duì)T2DM小鼠的降糖作用。Matsumoto等[42]研究表明攝入富含抗性淀粉的wx/ae糙米烤制食品可預(yù)防Ⅱ型糖尿病NSY小鼠出現(xiàn)胰島素抵抗和高甘油三酯血癥，其作用機(jī)制可能與腸道SCFAs增加、脂質(zhì)吸收抑制、糞便膽汁酸排泄增加和肝臟膽汁酸生物合成有關(guān)。

4 抗性淀粉在降糖食品上的應(yīng)用

為了應(yīng)對(duì)糖尿病發(fā)生率增加較快的現(xiàn)狀，當(dāng)前的降糖研究集中在開發(fā)用于治療和控制T2DM的藥物上，已經(jīng)開發(fā)出用于治療和控制T2DM的各種藥物。然而，長(zhǎng)期服用抗糖尿病藥物會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的副作用，出現(xiàn)低血糖癥狀以及腎肝功能不全。由于藥物無法完全治療好T2DM，因此重點(diǎn)應(yīng)放在通過研究引起糖尿病發(fā)生的功能性輔助因素來預(yù)防或延緩糖尿病的發(fā)生?？剐缘矸圩鳛橐环N具有低血糖指數(shù)的新型功能性成分，被廣泛應(yīng)用到具有降糖功能食品的研發(fā)中。長(zhǎng)期食用低血糖指數(shù)的食品，會(huì)降低患T2DM和心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)?？剐缘矸凵钍苁称菲髽I(yè)和營(yíng)養(yǎng)學(xué)家的歡迎，一是由于抗性淀粉對(duì)人類健康具有巨大的潛在生理益處，二是由于抗性淀粉作為食品的高功能特性，這是傳統(tǒng)膳食纖維無法達(dá)到的。

4.1 在主食類食品中的應(yīng)用

Yadav等[43]在普通面粉中添加4%的回生淀粉板栗淀粉，研究了一款含有板栗抗性淀粉的低升糖指數(shù)面條，獲得了較好的感官評(píng)定和質(zhì)構(gòu)參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，在面條中添加普通玉米淀粉制備的回生淀粉并制成特殊功能食品，可以減少咀嚼和人體可消化碳水化合物的攝入量，增加飽腹感，且不影響面條的口感[44]。王旭等[45]研究了一款用抗性馬鈴薯纖維復(fù)合粉做成的饅頭，該饅頭升糖指數(shù)低，長(zhǎng)期食用對(duì)糖尿病具有輔助治療和改善作用。

4.2 在零食類食品中的應(yīng)用

Delamare等[1]采用鷹嘴豆粉替代部分小麥粉，研發(fā)了一種富含物理包埋淀粉的餅干，可以有效降低餅干中的淀粉在體外的消化率，并降低升糖指數(shù)。Kahraman等[46]研究生產(chǎn)了一種實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的交聯(lián)小麥淀粉（XL-W），使添加XL-W的曲奇體外升糖指數(shù)最低。研究生產(chǎn)的XL-W可作為替代原料生產(chǎn)高纖維、低升糖指數(shù)餅干，且不影響餅干品質(zhì)。用抗性淀粉代替部分低筋面粉制作餅干，發(fā)現(xiàn)替換量為20%時(shí)，體外升糖指數(shù)由87.18下降到67.12，且保留了較好的質(zhì)構(gòu)特性，消費(fèi)者的接受度也較高[47]。

5 展望

目前，尋找具有抗糖尿病特性的天然功能食品已成為研究的熱點(diǎn)。抗性淀粉的生物學(xué)和化學(xué)特性決定了其可以有效緩解饑餓感，但不能被胃腸道吸收或吸收率很低。從處理技術(shù)上講，可以通過處理工藝結(jié)合的方法制備抗性淀粉，并提高抗性淀粉的含量。提高抗性淀粉的產(chǎn)量，將為抗性淀粉在食品中的廣泛應(yīng)用提供可靠基礎(chǔ)。今后，可以從以下3個(gè)方面展開研究：（1）研究篩選抗性淀粉含量高的谷物品種；（2）深入研究抗性淀粉對(duì)糖尿病患者的降糖機(jī)理；（3）提高食品中的抗性淀粉含量，且不影響口感和品質(zhì)。隨著人們對(duì)淀粉需求的變化，高抗性淀粉含量的食物將具有廣闊的應(yīng)用前景。