抗性淀粉与人类健康

◎ 杨子姗，郑锦玲，徐 率，王孟宇，张艳青

（云南农业职业技术学院，云南 昆明 650212）

伴随着科技的进步，人们对营养和健康的认识正在发生深刻变化。尤其是随着现代生物学和医学领域的不断发展，与免疫、优生、抗衰老、疾病治疗等关系密切的一些特殊营养素受到了营养学研究的高度重视。数据表明，我国糖尿病发病率呈快速上升趋势，1980年我国糖尿病患病率不到1%，2000年达到5.5%，到2010年已超过美国，达到11.6%[1]。目前，我国糖尿病总人数已超过1亿，糖尿病成为我国最严重的公共卫生问题之一[2]。淀粉作为人类膳食结构中最常见的物质和最重要的碳水化合物来源，在保障人类正常生命活动中具有不可替代的作用。研究表明，淀粉的种类、结构以及加工方式不同，在小肠内的消化速度不同，血糖生成指数存在较大差异，从而对血糖稳定和脂肪代谢影响较大[3]。因此，合理的饮食调控是糖尿病较为有效的辅助治疗手段[4]。抗性淀粉本质上属于难消化淀粉，热稳定性好，对人体的营养健康作用与膳食纤维相似，但在生理功能和食品加工特性等方面存在一定区别。随着研究工作的不断深入，抗性淀粉对人类健康的重要作用和功能不断被挖掘，抗性淀粉相关研究已成为近年来国内外食物与健康领域研究的热点。以我国为例，根据CNKI文献库统计，近10年来我国有关抗性淀粉研究的文献每年都在80篇以上。本文就抗性淀粉相关特点以及与人类的健康关系作一综述。

1 抗性淀粉的定义、种类及特点

1.1 抗性淀粉的定义

在过去较长一段时间内，人们认为淀粉总是能被人体完全消化吸收。但英国生理学家Englyst（1985）在膳食纤维的定量分析中发现，部分淀粉受不溶性膳食纤维包埋的影响，在小肠中不被消化吸收，这类淀粉最初被命名为“酶抗性淀粉”[5]。随着研究的不断深入，抗性淀粉的定义也发生了较大变化。目前普遍接受、较为完整、全面的定义是：“抗性淀粉指不被健康人体小肠所吸收但能被大肠菌群利用的淀粉及其降解物的总称”[6]。抗性淀粉虽然本质上仍属淀粉，但其在小肠中不能被消化吸收，对血糖水平的调节和脂质代谢具有促进作用。另外，抗性淀粉进入大肠后有利于维持肠道有益微生物菌群结构，并促进肠道微生物发酵产生有益于人体健康的次生代谢物，从功能上又与膳食纤维相似，对维系胃肠道健康具有重要作用[7]。

1.2 抗性淀粉的主要种类

抗性淀粉在小肠不被消化吸收的原因较为复杂，淀粉来源及自身结构、水解条件、酶来源等均可能导致淀粉在小肠内不被酶解或酶解产物不能被小肠吸收，因此抗性淀粉目前尚不能做到化学上的精确分类[8]。不同学者根据淀粉来源、结构、消化性能及应用的不同，粗略分为5类[9-10]。

1.2.1 物理包埋淀粉（RS1）

物理包埋淀粉主要指由于植物细胞壁屏蔽或蛋白质的隔离作用，导致淀粉酶与淀粉难以接触，从而达到难以被小肠消化吸收的效果。这类淀粉主要存在于碾磨不充分、颗粒较粗的谷类、豆类等食品中。需要说明的是这类淀粉主要由于酶分子难以与淀粉颗粒接触因而表现出一定的酶抗性，并不是淀粉本身具有酶抗性能，此类淀粉改变加工方式后，抗消化特性消失，能被小肠正常消化吸收。

1.2.2 抗性淀粉颗粒（RS2）

抗性淀粉颗粒主要指由于自身特殊的构象、结晶结构或密度等特性，对淀粉消化酶表现出高度抗性的抗消化性淀粉，通常为B型、少量为C型的结晶包埋结构。国外学者认为，该类淀粉由于其晶体结构在未糊化时较为致密，淀粉酶难以接近并对其发生作用，从而表现出不被小肠消化吸收的特性，因此又称未糊化的天然淀粉颗粒[11]。抗性淀粉颗粒通常存在于香蕉、生米、生面和生的薯类中，通常情况下在小肠中几乎不被消化。但该类淀粉抗消化结构易破坏而消失，采用适当的加工处理后通常能被小肠消化吸收。

1.2.3 老化淀粉（RS3）

老化淀粉又称回生淀粉或逆变性淀粉，是抗性淀粉中最主要的类型。这类淀粉通常是食品加工过程中，首先在一定的温度和湿度条件下发生糊化作用，直链淀粉分子从淀粉颗粒中溶出，发生无规则断裂和卷曲，并与水分子作用形成淀粉凝胶，然后随着温度降低，断裂产生的短直链淀粉分子与长直链淀粉分子重组，形成通过氢键连接的双螺旋聚合物，并最终形成短直链晶体。这种分子结构非常牢固，在胃肠道中极难被淀粉酶降解[12]。由于这类淀粉主要由直链淀粉老化回生重组形成，其形成受直链淀粉的含量影响非常大。此外淀粉颗粒的大小和形态，淀粉中蛋白质、脂质、可溶性糖等基本成分含量，加工条件和工艺等对老化淀粉的形成均有重要影响[13]。老化淀粉热稳定性好，持水性低，口感优于传统的膳食纤维。作为辅助性原料对食品的颜色和风味影响极小，同时在烹饪受热过程中对原有营养元素破坏性也极小，因此老化淀粉作为一种极有开发应用前途的新型食品成分，目前是国内外抗性淀粉研究的热点和加工利用的重点。

1.2.4 改性淀粉（RS4）

改性淀粉又称化学修饰淀粉，指天然淀粉经过酯化、磷酸化、乙酯化，或应用γ射线照射，引入新的化学基团使淀粉分子结构及理化性质等发生变化，形成复杂的空间结构基团，阻止淀粉酶的有效吸附或交联的形成，从而产生抗淀粉酶解性的一类淀粉或淀粉的衍生物，如热变性淀粉、交联淀粉、乙酰基淀粉、磷酸化淀粉等[14]。改性淀粉具有适合多种食品加工的质构特性。例如，乙酰化淀粉在低温下成胶状，非常适合在肉汁、馅饼馅料和沙拉酱中添加应用；磷酸化淀粉具有良好的冻融稳定性，常用于冷冻食品中；交联淀粉常在罐装食品中用作增稠剂。

1.2.5 直链淀粉-脂质复合物（RS5）

直链淀粉-脂质复合物主要由直链淀粉与脂肪酸或脂肪醇等通过加工形成外部具有亲水性而内部含有脂质物质的淀粉脂质复合物，大多呈V型结晶结构[15]。其独特的结晶结构特点减少了淀粉颗粒与消化酶的接触面积，降低了对消化酶的敏感性，从而表现出难消化的特点。这类复合物通常存在于谷物、大豆、玉米等原淀粉中，高温处理可提高含量。实验室可控条件下可通过淀粉添加脂类制备。

1.3 抗性淀粉的主要理化特性

1.3.1 分子结构特点

抗性淀粉晶体结构主要有A、B、C等类型。抗性淀粉的分子量受淀粉种类的影响极小，一般含20～25个葡萄糖基，对分子量的影响不大，在形成过程中分子结构特征没有变化[16]。抗性淀粉的聚合度一般小于直链淀粉的聚合度，分子量分布比较集中，葡萄糖残基链之间的氢键作用力较强，常形成B型晶体结构，因而持水能力弱，抗酶水解能力强。

1.3.2 能量值

抗性淀粉由于在小肠中不被消化吸收，故能量的利用率较低，其热值一般不超过10.5 kJ·g-1。不消化的抗性淀粉在结肠中通常能够全部发酵，并产生乙酸、丁酸等短链脂肪酸，为机体提供能量，这部分能量约占总能量的12%[17]。与易消化淀粉相比，抗性淀粉在体内为低能量甚至不产生能量，因此是一种很有前途的减肥食品原料[18]。

1.3.3 发酵特点

抗性淀粉与膳食纤维一样，在结肠的发酵产物主要为CO2、CH4等气体、各种短链脂肪酸和水。通常认为抗性淀粉在结肠全部发酵物总能中所占比例为5%～35%。抗性淀粉在结肠中的发酵率可达100%，远高于膳食纤维发酵率[19]。同时抗性淀粉也是激短链脂肪酸生成的最好底物。研究表明抗性淀粉发酵能产生更多的丁酸和丙酸，从而降低盲肠内容物和粪便pH值[20]。

2 抗性淀粉对人类健康的意义

抗性淀粉对人类的健康贡献与膳食纤维相似，因此联合国粮农组织将抗性淀粉列为新型的膳食纤维。不同之处在于抗性淀粉在结肠内可完全发酵，发酵产物及对肠道有益微生物群落稳定性调节作用也与膳食纤维存在较大差异，对维系人体健康具有更广泛的意义。

2.1 对糖尿病的预防和辅助治疗作用

糖尿病是我国最常见的糖脂代谢疾病，致病机理相当复杂。抗性淀粉在小肠中不被消化的特性使得其摄入体内后血糖生成指数低，餐后血糖的波动小，可有效改善糖尿病患者的糖耐量水平[21]。同时，抗性淀粉在结肠中发酵产生的丁酸能促进肠道酪酪肽、胰高血糖素样肽等激素的释放，从而促进胰岛素合成释放，达到调节血糖的作用[22]。此外，研究还表明抗性淀粉还可通过抑制肝脏甘油三酯的合成，改善脂肪代谢异常来提高胰岛素敏感性，从而降低血糖含量[23]。因此，人的饮食中长期保持合理比例的抗性淀粉摄入对于降低血糖和胰岛素水平、改善餐后血糖状况具有积极意义，尤其对Ⅱ型糖尿病具有较好的辅助治疗作用[24]。

2.2 预防便秘和结肠癌的发生

抗性淀粉可以促进胃肠道运动，缩短肠道内容物通过时间，增加排便量，稀释肠道中的有毒物质，降低ORS渗透压，从而有利于预防便秘的发生[25]。抗性淀粉在结肠内能完全发酵，其发酵产物主要为短链脂肪酸，不仅可以降低结肠pH值和肠内蛋白质发酵产物氨的吸收，而且对于维持肠道菌群平衡、促进益生菌群生长具有重要作用。另外，短链脂肪酸作为结肠黏膜的主要供能物质，对结肠黏膜具有重要的营养作用。因此，抗性淀粉对于维持肠道健康具有重要作用。与传统膳食纤维相比，抗性淀粉发酵产生的短链脂肪酸中，丁酸含量更高。丁酸不仅是结肠黏膜的主要供能物质，而且能通过调控肿瘤坏死因子抑制结肠黏膜细胞癌变分化，并诱导癌变细胞凋亡，从而有利于降低结肠癌的发生率[26]。此外，我国学者研究还发现，丁酸盐对于防止癌细胞的扩散和转移也具有重要作用。

2.3 降低血脂作用

由糖脂代谢紊乱引发的另一类常见慢性疾病为高脂血症，在我国中老年人中十分普遍。调整高脂血症患者饮食结构，适度增加抗性淀粉的比例，降低热量和脂肪的摄入，可以有效调节高脂血症患者的血脂水平。虽然抗性淀粉与胆固醇和甘油三酯的确切关系和作用机制目前尚不清楚。但已有大量研究证明抗性淀粉可以降低血清胆固醇和甘油三酯的含量。其中，对血清胆固醇的降低范围为8%～23%，对甘油三酯的降低范围为0%～42%。

2.4 控制体重

膳食对人的胞腹感对于人控制体重作用巨大。抗性淀粉在增加饱腹感方面的作用与膳食纤维相似，可以有效降低食物摄入量。研究发现，在使人体产生餐后饱腹感方面，含少量抗性淀粉的食物比含大量抗性淀粉的食物作用更明显[27]。抗性淀粉在结肠中被微生物发酵利用，产生大量短链脂肪酸。短链脂肪酸在抑制肝脏胆固醇合成和降低胆固醇吸收等方面具有重要作用，因此抗性淀粉可以有效降低脂肪在组织中沉积。此外，抗性淀粉自身热量低，在体内所产生的热量仅相当于易消化淀粉的10%。因此，食物中适度比例的抗性淀粉含量对于控制体重具有重要作用。

2.5 促进矿物质的吸收

膳食纤维中所含植酸对钙、镁、锌等矿物元素具有高度拮抗作用。抗性淀粉不含植酸，在结肠中发酵产生大量的丁酸、丙酸、乙酸等短链脂肪酸，使结肠pH值降低，促使食物中的镁、钙等矿物质元素转变成易于吸收的可溶性离子。因此，相对于膳食纤维来说，抗性淀粉更有利于钙、镁等矿物元素的消化和吸收。

3 结语

抗性淀粉在健康者小肠中不被降解吸收、但在结肠内可完全被发酵和重吸收。作为一种新型膳食纤维，在控制体重、预防和控制糖尿病发生、降低直结肠癌发生风险、降低血脂和促进矿元素吸收方面具有重要作用。抗性淀粉的发现和应用是近年来碳水化合物营养与健康研究领域取得的重要成果。相对于传统意义的膳食纤维，抗性淀粉在保障人体健康方面具有更广泛的意义。