抗性糊精的生产方法及应用概述

李泽润，朱坤福，田延军，聂玉朋，孙萍，王珊珊，祝蕾，徐慧*

(1.齐鲁工业大学(山东省科学院) 山东省食品发酵工业研究设计院，济南 250013；2.山东朱氏药业集团有限公司，山东 菏泽 274300)

作为七大营养素之一的膳食纤维在清除食物中有害成分和致癌物质等方面起着重要作用，对于肠道类疾病的预防和治疗以及健康减脂具有重要意义。世界卫生组织建议成人每天平均摄入37 g膳食纤维，在追求健康饮食的今天，膳食纤维生产稳步提高，应用日益广泛。抗性糊精作为膳食纤维的一部分，在含有α-1,2-糖苷键、β-1,6-糖苷键和葡聚糖等基础上，还含有许多特殊结构，赋予了抗性糊精特殊功能。由于抗性糊精淀粉原料、生产方法等的不同会得到不同纯度和性质的抗性糊精，优化抗性糊精工艺及不同原料生产抗性糊精是目前的研究热点。因抗性糊精具有微甜、耐酸、耐压、耐热、耐冷冻、低褐变、耐储藏等性质，添加到食品中不会大幅改变食品的品质，作为调味品其市场潜力广阔。因此近几年抗性糊精在食品中的应用呈现多领域、稳增长的趋势。文章概述了抗性糊精的生产方法、现行主要应用及未来应用发展趋势。

1 抗性糊精生产方法

1.1 酸热法制备抗性糊精

抗性糊精起源于日本，20世纪80年代由日本松谷化学工业株式会社开发出抗性糊精生产方法。酸热法产生焙烧糊精并溶解于水中，用α-淀粉酶水解，经过后续精分、脱色、干燥等工序制得难消化的糊精。以传统玉米淀粉为原料，采用化学改性的方法制备抗性糊精会产生一定污染，同时也存在反应不均匀的现象。吕行等[1]的研究以小麦淀粉为主要原料,采用“干热三步法”制备抗性糊精, 最终确定最优条件为：预加热185 ℃维持40 min,加热225 ℃维持75 min，得出抗性糊精含量为84.22%。此法无化学试剂添加和废水产生, 提高了抗性糊精的产量和转化率,而且减少了传统制备方法对环境带来的污染和原材料的浪费。

1.2 原料改性法辅助制备抗性糊精

部分酶已被用于增加碳水化合物线性链的数量，线性链很容易形成紧密堆积的晶体，增加了酶水解的抗性。抗性糊精原料处理过程中Xie等[2]采取异淀粉酶和淀粉糖苷酶用于脱支支链淀粉，支链淀粉在蜡质淀粉中释放的相对短而线性的链容易形成晶体，制备的抗性糊精晶体具有较高的热稳定性和有限的消化率。

1.3 其他因素辅助制备抗性糊精

1.3.1 微波辅助制备抗性糊精

微波辅助生产制备逐步应用于目标物的制备、提取等各环节，苦荞中多糖的提取[3]证明微波辅助提取优于传统的热水、超声、碱水提取。与传统的加热方法相比，微波加热优势在于低成本、高效率、无污染，在探索抗性糊精制备方法中被广泛应用。吴胜旭等[4]采用微波-乙醇沉淀法生产抗性糊精，确定生产最佳条件为：加热时间10 min，乙醇体积分数75%，微波功率520 W，所得抗性糊精含量为84.5%。抗性糊精得率较以往显著提升，并且生产过程中污染少。通过微波预处理-酶解的方式制备山药抗性糊精研究中发现，生产得到的山药抗性糊精分子量约为4000 Da，具有较好的溶解性和热稳定性，对人造胃液和小肠液具有很强的抗消化性能。与传统的高温加热相比，微波辅助的缺点是不利于保留产物本身的气味和色泽，故微波加热辅助制备还有待突破。

1.3.2 高温、微波、超声联合处理辅助制备抗性糊精

高温、微波、超声等物理手段辅助生产抗性糊精会有增产的效果，但是其中两者联用或者单用一种都会对产物产生一定的影响，比如传统高温可能会导致受热不均匀，微波辅助加热的感官指标下降等问题。顾品品等[5]对比了超声、微波、高温3种处理方式制备红香母芋抗性糊精的得率、白度及理化性质。结果表明，抗性糊精含量均有所提高且白度降低，确定以红香母芋为原料的抗性糊精最佳制备工艺参数为：1%盐酸添加量15%，超声(200 W)处理 30 min后再微波(600 W)处理10 min，此时样品中抗性糊精含量(干基)可达27.87%，白度为85.22。

1.3.3 酶法辅助制备抗性糊精

抗性糊精生产研究不再单独局限于传统生产上使用的淀粉酶，改变酶种类、作用条件、作用温度及时间均是研究方向。徐慧等[6]采取响应面法优化抗性糊精生产工艺,建立抗性糊精二次多项拟合方程及三维响应面图，得出影响抗性糊精产率因素次序为：α-淀粉酶作用温度>α-淀粉酶添加量>转苷酶作用温度>转苷酶添加量。该方法最佳酶解工艺为α-淀粉酶作用温度94 ℃,α-淀粉酶添加量0.4%，转苷酶作用温度56 ℃,转苷酶添加量0.3%。在此优化工艺条件下,抗性糊精产率为82.56%。

1.3.4 食用油辅助导热制备抗性糊精

10月26日，中国饲料工业协会批准发布《仔猪、生长育肥猪配合饲料》、《蛋鸡、肉鸡配合饲料》两项团体标准，下调了饲料中粗蛋白比例下限，同时增设了上限规定。

基于传统干热法、酶法、微波辅助法产生的受热不均匀导致淀粉不能均匀反应甚至淀粉原料碳化的问题，马梦垚等[7]加入食用油的辅助导热工艺能够有效提高热利用率，低成本下显著提高了抗性糊精含量和产率，得到的最佳工艺条件为：盐酸加入量10%，反应温度 180 ℃，反应时间30 min，食用油添加量130%。在该条件下，产品抗性糊精含量为81%，产率为74.1%。该条件下得到的抗性糊精理化、微生物等指标均符合国家标准，为工业化高效生产抗性糊精提供了新思路。

1.3.5 基因工程辅助制备抗性糊精

提升抗性糊精的抗性成分是提高抗性糊精产品质量的重要路径之一，刘军等[8]利用源于Thermusthermophilus的淀粉分支酶TtSBE，通过基因工程的方法构建重组大肠杆菌并使之高效表达。温度为60 ℃，pH为6.5，加酶量为3000 U/g，以2%的焦糊精作为底物，该酶制备的抗性糊精较焦糊精原料中的抗性成分含量提高了7%，抗性糊精质量大幅提升。基因工程还可以辅助提升抗性糊精产品的抗消化率，将源于发酵乳杆菌的4,6-α-葡萄糖基转移酶转入到枯草芽孢杆菌[9]，重组后生产的4,6-α-葡萄糖基转移酶酶活为2031 U/mL，加入生产过程中得到的抗性糊精平均分子量为1000～4000 Da，到达肠道系统前几乎不消化，并且该方法转化效率高，生产时间短，可用于工业化制备抗性糊精。

2 抗性糊精的应用

2.1 抗性糊精在食品中的应用

抗性糊精自20世纪80年代问世后在食品等领域均有应用，逐渐成为常用的食品添加剂及调味品，也为保健品、医药、新材料、特医食品等领域提供了新思路、新启发。

2.1.1 抗性糊精在乳制品中的应用

抗性糊精在乳制品应用中可以代替部分蔗糖生产低糖乳制品，在酸奶发酵中可以激发发酵菌种的生物活性，发酵效率明显增高。Barczynska等[10]以马铃薯淀粉渣和浓缩红葡萄为原料，研制了蔬菜类酸奶饮料。结果表明，马铃薯淀粉糊化后产生的抗性糊精被酒石酸修饰后，乳酸含量及植物乳杆菌活力明显优于对照组，该环境下植物乳杆菌发酵保留了78%以上的初始多酚，营养更全面。

2.1.2 抗性糊精在面制品中的应用

2.1.3 抗性糊精在酒类及饮料制品中的应用

基于抗性糊精溶解后能显著降低其表面张力这一独特性质，可以改变米酒、红酒酒类感官性能，提升酒类口感，提高酒溶液稳定性。Mateo-Gallego等[12]研发的异麦芽糖和抗性糊精的无酒精啤酒可有效降低受试者血糖，添加抗性糊精后受试者血浆中血糖可降低18%，显著高于对照组，两者还具有协同作用，对包括葡萄糖在内的整体代谢有影响。这种含有改良碳水化合物的无酒精啤酒可以通过改善血糖管理成为健康饮食的一部分，同时也增加了高血压、糖尿病等疾病营养疗法的适口性。抗性糊精具有微甜、热量低的性质，故也被应用在生产无糖功能饮料中，多数企业已经投入生产。

2.1.4 抗性糊精在添加剂中的应用

抗性糊精具有广阔的食品应用前景，但目前针对抗性糊精在食品中的应用研究主要集中在乳制品、面制品、酒类等方面，对食品添加剂方面的应用及在肉制品中的应用研究空间广阔。在传统肉制品中加入抗性糊精可以使其持水性更强，抗性糊精作为调味品在增进口感的同时也能带来一定的商业价值。在低脂纤维熏煮香肠的研究中[13]，用抗性糊精及亲水性胶体代替传统熏煮香肠中热量较高的肥膘肉、鸡皮等材料，使产品更健康的同时带来更温和的口感。抗性糊精与肉制品常用添加剂κ-卡拉胶凝胶之间存在交互作用，詹伟等[14]在κ-卡拉胶凝胶中加入抗性糊精，研究发现抗性糊精对κ-卡拉胶凝胶在冻融循环系统中析出水分明显减少，且呈正相关；另外，抗性糊精添加量为4%时κ-卡拉胶凝胶压缩模量达到最大值43.83 kPa。其他结果表明，抗性糊精的加入使κ-卡拉胶凝胶的蜂窝状结构变得更加光滑致密并且可以改善κ-卡拉胶凝胶的凝胶特性。抗性糊精给予κ-卡拉胶凝胶许多优良性质，在肉制品冷冻存储、火腿肠加工、牛排拼接等方面的应用中前景广阔。目前还没有文献证明抗性糊精对肉制品中常用的大豆蛋白、盐类等添加剂及调味品是否有影响，这些方面均是可研究方向。

2.2 抗性糊精在医药中的应用

当下由于饮食条件快速发展，糖尿病已成为世界十大慢性疾病之首。我国已成为世界上糖尿病患者人数最多的国家，预计2028年我国糖尿病患者总数将超1.49亿人，饮食控制糖尿病已刻不容缓。抗性糊精在临床研究中被证明可以改善2型糖尿病，减轻HFD喂养小鼠的肥胖和脂肪组织炎症。基于抗性糊精能抑制人体小肠对各种糖类的消化吸收，能明显抑制血糖和胰岛素上升。大量研究表明，与空腹血糖相比，餐后血糖水平与罹患心血管疾病风险和全因死亡率风险之间存在更强的相关性[15]，这可能是急性高血糖发作引起的氧化应激和内皮细胞损伤所致，增加猝死率。包括抗性糊精在内的益生元则可以有效控制血糖水平，关于益生元的研究已成为热点，更多添加益生元的食品也会相继研发，未来益生元饮品或片剂中也一定会有抗性糊精的加入。Mahdieh Abbasalizad Farhangi等[16]研究发现抗性糊精在没有任何副作用下可以改善2型糖尿病妇女的晚期糖基化终末产物以及血糖状态、血脂、收缩压、动脉粥样硬化指数、代谢性内毒素血症、炎症和氧化剂、抗氧化剂生物标志物等，可以作为治疗2型糖尿病及其并发症的关键成分。

2.3 抗性糊精在保健品中的应用

功能性低聚糖[17-18]作为绿色食品辅料或食品调味品、添加剂被广泛运用于功能性食品中，其调节肠道、降糖降脂、免疫调控、促进吸收等作用逐步得到市场的认可。功能性低聚糖的各类保健品中降糖类保健品在市场中不单单得到糖尿病人的认可，在追求健康饮食的今天，少糖或无糖食品未来会有巨大市场潜力，添加抗性糊精的降糖食品也会占有可观的市场份额。邓宇薇等[19]以抗性糊精复合乳清蛋白粉、大豆蛋白粉、啤酒酵母粉和魔芋粉为主要原料开发低血糖指数的膳食纤维维生素营养强化粉，最终经临床验证，该膳食纤维维生素营养强化粉的血糖指数仅为31.3，属于低血糖指数食品，各项指标均符合国家标准。传统降糖成分受限于作用剂量或不良风味，可开发利用的保健品或药品品种单一，抗性糊精复配传统降糖成分可保证相关效果的前提下带来更优良的性质。乔峰等[20]将抗性糊精及可以促进胰岛素分泌并保护胰岛细胞的青钱柳提取物进行复配，研究发现对正常大鼠血糖没有显著影响。但是对于胰岛素抵抗糖及脂代谢紊乱大鼠，合用高剂量组的空腹血糖、餐后0.5 h血糖、餐后2 h血糖、血糖AUC、甘油三酯和胆固醇指标与模型组相比均有明显下降，由此可见青钱柳提取物与抗性糊精合用后具有显著的降血糖和降血脂作用，但两者最优配比还需进一步研究。

抗性糊精经人体摄取后大部分会进入肠道，与双歧杆菌等益生菌作用后产生大量短链脂肪酸，如乙酸、丁酸和丙酸等可以降低血压，其中丁酸已被证实可抑制上皮细胞恶化，诱导肿瘤细胞向正常细胞转化，抑制结肠癌等。目前针对抗性糊精与癌症之间直接联系的研究还没有文献支撑，但抗性糊精基于自身优良性质在开发抑癌保健品应用中要优于部分膳食纤维。

2.4 抗性糊精的其他应用

在多药耐药(MDR)对传染病管理构成严重威胁的背景下，抗生素的缓慢发展和耐药机制的获得使得研究人员将重点放在开发具有多位点广谱活性的新型化疗药物上。Hasan Imran等[21]以糊精为原料，对聚甲基丙烯酸甲酯接枝纳米银进行环保型绿色合成，被测试的病原体的生物膜都减少了约70%以上，对抑制多药耐药(MDR)有重要意义，也为抗性糊精应用于新领域提供了新启发。抗性糊精相比于益生元纤维、低聚果糖等是最佳的助干剂，作为喷雾干燥浓缩石榴汁的干燥助剂效果更佳[22]，还可以用于各种果汁中替代麦芽糊精，所制得的益生元粉可用于研制新型功能性食品。抗性糊精还具有独特的分子结构空间，在参灵斛保健含片的制备中可以作为非常理想的全粉末压片的填充辅料，这为药品及保健品等的片剂结构创新提供了新材料。

3 展望

抗性糊精目前全球的市场份额中北美最多，其次是欧洲和中国，随着研究深入、全球产能转移及东方国家饮食习惯改变，未来抗性糊精在亚洲市场份额会逐步提升，抗性糊精生产工艺会继续完善。源头方面，抗性糊精生产原料来源广泛，带动小麦、玉米、高粱等农产品种植量提升甚至推动改变原料植株基因，研发利于糊精生产的淀粉。应用方面，基于抗性糊精有着诸多优良性质，其在改善肠道功能的食品药品及糖尿病人食用的特殊食品中的应用会稳步增长，未来抗性糊精在乳制品、面制品、饮品等食品工业中的应用会越发广泛。作为调味品，抗性糊精在促进人体健康的同时还摒弃了传统膳食纤维在口感、成形性、质地、加工性等方面的不足，提高了最终产品的食用质量。抗性糊精的研究在继续满足现代饮食需要的同时，也将带来更高的生产效益、市场份额及商业价值。