抗性淀粉的制备及其在面制品中的应用研究进展

◎ 陈燕芳，别平平，梁逸超，张子倩，王家敏，高家律

(1.广东海天创新技术有限公司，广东 佛山 528000；2.江苏天将生物科技有限公司，江苏 宿迁 223800；3.佛山市海天（高明）调味食品有限公司，广东 佛山 528511；4.佛山市国创生物发酵食品技术创新中心，广东 佛山 528000)

抗性淀粉是一类不被正常人体内的淀粉酶水解、不能被小肠消化吸收，而在大肠中被微生物发酵产生短链脂肪酸的膳食纤维，人体摄入抗性淀粉后，血糖水平不会显著升高。抗性淀粉具有调节肠道菌群、促进肠胃蠕动和预防炎症的生理功能，有助于降低罹患肥胖和糖尿病等疾病的潜在风险，能够迎合广大消费者对于减糖低糖的健康饮食需求。抗性淀粉广泛存在于青香蕉、生马铃薯、未加工的豌豆和高直链玉米淀粉等天然食品中，不同植物中的抗性淀粉含量有所差异，并且这些天然食品中的抗性淀粉含量也会受到自然生长成熟过程和加工处理方式的影响而改变。由于天然食品中普遍存在抗性淀粉纯度低和稳定性差的缺陷，容易在提取、储存和食用过程中转变成可消化淀粉，导致其抗消化性大幅降低，因此需要采用特定方式对含有抗性淀粉颗粒的天然食品进行处理，提高其抗性淀粉含量，使其能最大限度地发挥抗消化功效。目前常用的抗性淀粉的制备方法主要包括物理处理、酶法处理、化学变性以及与脂肪酸形成淀粉-脂肪酸复合物，而不同的处理方式下得到的抗性淀粉含量也有所不同。

1 抗性淀粉的制备方法

1.1 物理处理

物理处理过程中无需额外引入化学试剂，这一优势使其成为抗性淀粉处理的一大趋势。近年来，有不少学者将微波、超声、辐照、湿热和压热等物理加工处理方式用于提取抗性淀粉，以期提高含有抗性淀粉的天然食品的利用率和附加值。青香蕉中除了含有抗性淀粉颗粒以外，同时含有大量的纤维、果胶和单宁，因此如何分离得到高纯度的抗性淀粉是使得青香蕉真正发挥其抗消化功效至关重要的一步。谭思敏等[1]探究了香蕉中抗性淀粉含量与成熟度的关系，结果显示香蕉成熟度越高，其硬度越小，抗性淀粉含量也越少；单宁酶解除去单宁后，能有效提高抗性淀粉的纯度。

胡方洋等[2]对比了不同植物来源的抗性淀粉含量，发现与玉米淀粉和马铃薯淀粉相比，豌豆抗性淀粉含量更高；分别对玉米淀粉、马铃薯淀粉和豌豆淀粉进行超声处理，对比超声前后抗性淀粉含量，结果显示超声均能提高上述3种淀粉中抗性淀粉含量，其中豌豆淀粉经过糊化-超声-回生处理后抗性淀粉含量最高，达到14.29%。刘敏等[3]通过先对马铃薯淀粉进行微波预处理，再在120 ℃湿热处理30 min，制备了马铃薯抗性淀粉，发现当功率为750 W，微波时间为240 s时，抗性淀粉得率最高，为9.77%。郑妍等[4]分别采用压热、辐照和微波处理制备了马铃薯抗性淀粉，并对比了3种方式得到的马铃薯抗性淀粉含量及理化性质，结果表明3种处理都降低了淀粉的透明度，但均能显著提高抗性淀粉含量，其中辐照后的抗性淀粉含量最高。李琳何等[5]探究了湿热处理过程中水分含量、热处理温度和热处理时间对马铃薯抗性淀粉得率的影响，并对其制备工艺进行了优化，得到最佳工艺参数为水分含量30%，热处理温度90 ℃，热处理时间90 min，此时抗性淀粉得率26.63%，在偏光显微镜下观察到偏光十字现象，表明该抗性淀粉仍为颗粒态淀粉。

1.2 酶法处理

淀粉是由直链淀粉和支链淀粉组成的以葡萄糖为基本单元的碳水化合物，其中直链淀粉是淀粉分子之间通过α-1,4糖苷键连接，而支链淀粉的分支部分则是淀粉分子通过α-1,6糖苷键连接而成。淀粉的酶法处理主要包括淀粉酶和普鲁兰酶处理，其中α-淀粉酶作用于淀粉分子链的α-1,4糖苷键，而普鲁兰酶通过作用于支链淀粉的α-1,6糖苷键来降低淀粉中的支链淀粉含量。

饶雪甜等[6]以果浆酶和淀粉酶对巴西青香蕉进行处理，分离纯化得到抗性淀粉，探究了抗性淀粉纯度的影响因素，得到最佳酶解工艺配方为果浆酶用量0.15%，淀粉酶用量0.15%，反应pH值5，反应温度40 ℃，酶解时间1 h，此时抗性淀粉纯度高达96.1%。胡方洋等[7]对比了湿热超声法、湿热酶法、微波湿热法和二次循环湿热处理法对玉米抗性淀粉得率的影响，发现上述4种处理均能有效提高抗性淀粉得率，其中湿热酶法和湿热超声法的得率分别为10.7%和10.4%，高于湿热超声法和二次循环湿热法的得率。王六强等[8]采用耐高温α-淀粉酶和普鲁兰酶处理新鲜马铃薯，探究了酶的用量、反应温度和时间对抗性淀粉得率的影响，得到最佳提取工艺参数为首先在α-淀粉酶用量3 NU·g-1的条件下酶解 30 min，再在普鲁兰酶用量为4 NPUN·g-1和55 ℃的条件下酶解10 h，最终抗性淀粉得率为10.45%。曾凯骁等[9]以高直链玉米淀粉为原料，经过酸解、糊化、普鲁兰酶酶解和老化一系列处理，得到改性后的高直链玉米淀粉，并探究了水分含量和压热处理对抗性淀粉含量的影响，结果显示当改性后的高直链玉米淀粉在水分含量为20%，121 ℃高压灭菌处理2 h后，抗性淀粉含量高达80.5%。

1.3 化学变性

天然淀粉在受热糊化过程中，其中的抗性淀粉含量和稳定性下降，甚至转化成可消化淀粉，降低或丧失抗消化性。通过对淀粉进行化学变性处理，使其不利于淀粉酶的作用，保证抗性淀粉的稳定性和抗消化功效的发挥。化学变性是在化学反应试剂的作用下，通过向原淀粉分子上引入新的官能团，改变淀粉的分子结构，进而改善淀粉理化性质的变性手段，主要包括醚化、酯化、交联中的一种或多种，常用的化学试剂有醋酸酐、环氧丙烷和三偏磷酸钠。通过对淀粉进行交联或酯化等变性处理，探究化学变性方式对抗性淀粉含量的影响，并分析其背后的成因和机制，有利于指导高含量抗性淀粉的开发与应用。

刘燕等[10]以山药为原料提取了山药淀粉，并对其进行了交联变性处理，以抗性淀粉含量为指标，对交联淀粉的制备工艺进行了优化，得到最佳制备工艺为反应pH=10，交联温度为48 ℃，交联时间为3.3 h，该条件下制备的交联淀粉中的抗性淀粉含量提高至38%。宋天文等[11]以三偏磷酸钠和三聚磷酸钠为复合交联剂，对交联玉米淀粉的制备工艺进行了优化，并对其抗性淀粉含量进行了分析，发现交联剂浓度为11.5%，反应温度为60 ℃，得到的交联淀粉中抗性淀粉含量为60.76%。牛博文等[12]以红薯淀粉为原料，以醋酸酐、一氯乙酸和三偏磷酸钠为改性剂，分别合成了醋酸酯淀粉、羧甲基醚化淀粉和交联淀粉，并对其抗酶解性能进行了分析，结果显示上述3种化学变性淀粉均有较强的抗酶解性，其中淀粉与醋酸酐反应生成的酯键形成了空间位阻，能够阻碍酶的进攻，而淀粉与三偏磷酸钠反应所形成的交联键使淀粉分子之间作用更为紧密，不利于酶的作用。张佳燕等[13]以马铃薯淀粉为原料，探究了交联和普鲁兰酶酶解复合对马铃薯淀粉中抗性淀粉含量的影响，结果显示交联处理后抗性淀粉含量由8.9%提高至69.7%，而普鲁兰酶复合处理后，抗性淀粉含量进一步提高到88.5%。

1.4 淀粉-脂肪酸复合物

直链淀粉具有双螺旋结构，能够将脂肪酸包合在双螺旋结构中，形成淀粉-脂肪酸复合物，改变淀粉的理化性质，因而淀粉中直链淀粉和支链淀粉的含量和比例会对淀粉-脂肪酸的结构和抗消化性产生影响。黄承刚等[14]以直链淀粉含量分别为23.7%、58.4%和0.67%的普通玉米淀粉、高直链玉米淀粉和糯玉米淀粉为原料，在相同条件下制备了对应的淀粉-硬脂酸复合物，探究了直链淀粉含量对淀粉-硬脂酸复合物的结构和抗消化性的影响，红外光谱分析发现在 3304.61 cm-1处的-OH峰波数均降低，表明脂肪酸插入到直链淀粉的双螺旋结构中，通过氢键与直链淀粉发生作用；X-射线衍射结果显示淀粉与脂肪酸复合后形成了V-型结晶结构；与糯玉米淀粉相比，普通玉米淀粉和高直链淀粉更易形成淀粉-脂肪酸复合物，原因是糯玉米淀粉的分支产生的空间位阻不利于脂肪酸作用；对比了上述3种淀粉-脂肪酸的抗消化性，结果显示处理后的普通玉米淀粉和高直链玉米淀粉抗性淀粉含量升高，分别为52.0%和52.4%。

此外，脂肪酸碳链的长短和不饱和度也会影响淀粉-脂肪酸复合物的性质。LU等[15]以直链淀粉含量为70%的高直链玉米淀粉为原料，分别用月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸和油酸采用湿热处理法制备了淀粉-脂肪酸复合物，并探究了上述5种淀粉-脂肪酸复合物的结构和理化性质，发现淀粉与脂肪酸作用后仍然具有偏光十字现象，X-射线衍射分析发现脂肪酸链长和不饱和度会对淀粉-脂肪酸复合物的结晶结构产生影响。SUN等[16]探究了脂肪酸链长和不饱和度对玉米淀粉-脂肪酸复合物的结构、理化性质和体外消化率的影响，发现玉米淀粉-脂肪酸复合物为V-型结晶结构；与饱和脂肪酸相比，淀粉与不饱和脂肪酸形成的复合物抗性淀粉和慢消化淀粉含量更高，淀粉与C-12或C-14脂肪酸形成的复合物中抗性淀粉含量更高，分别为21.77%和26.31%，而淀粉与C-10脂肪酸形成的复合物中慢消化淀粉含量最高为28.99%。米红波等[17]探究了硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸对高直链玉米淀粉-脂肪酸复合物结构和稳定性的影响，发现形成了新的V-型结晶结构，随着脂肪酸的不饱和度增加，淀粉-脂肪酸的热稳定性逐渐降低。康雪敏[18]以小麦淀粉为原料，探究了不同种类脂质和不同处理方式对淀粉-脂肪酸复合物理化性质的影响，发现向小麦淀粉中加入脂肪酸或甘油酯后，结晶结构由A-型转变为V-型；普鲁兰酶处理更有利于直链淀粉与脂肪酸的作用，原因可能是普鲁兰酶酶解增加了直链淀粉的含量，更有利于脂肪酸在淀粉糊中分散。

2 抗性淀粉在面制品中的应用

面制品是人体摄入碳水化合物的主要来源之一，通过体内糖代谢来维持正常生命活动所需能量。面制品常用的加工和食用方式包括蒸煮、油炸、焙烤和冷冻等，研究不同的加工和储存方式对抗性淀粉含量及抗消化性的影响尤为必要，将对人们的饮食方式产生实际指导意义。娄朋举等[19]探究了水热处理、干热处理和酸碱处理对青香蕉抗性淀粉稳定性的影响，发现抗性淀粉在干热处理或弱酸性环境下更稳定，而在水热处理、中性或碱性环境下稳定性很差；随后进行了体外模拟消化研究，探究了蒸（馒头）、煮（面条）、焙烤（饼干）及冲调4种食用方式对抗性淀粉消化性的影响，结果显示馒头和面条在蒸煮过程中部分抗性淀粉转变成可消化淀粉，而在饼干中增加青香蕉粉的含量有利于提高其慢消化性。田雨[20]探究了蒸、煮、微波、炒和炸等烹饪方式以及不同储存温度对面条中抗性淀粉含量的影响，发现微波处理后抗性淀粉含量最高为0.99%，而油炸对抗性淀粉破坏最为严重，油炸后抗性淀粉几乎完全消失；分别在-18 ℃、4 ℃和25 ℃储存后抗性淀粉含量均升高，其中25 ℃储存的面条抗性淀粉含量最高。

2.1 抗性淀粉在面条中的应用

面条是人们日常食用的主要面制品，通过预先在热水中进行蒸煮达到软化和熟化的目的，进而根据消费者的个性化需求加以烹饪。而面条本身的品质特性以及蒸煮时间通过影响面条的断条率和膨胀吸水率，最终影响面条的口感和质构。朱哲[21]以豌豆淀粉为原料，将压热处理和酶法处理相结合制备了豌豆抗性淀粉，测得抗性淀粉得率为37.44%，并将制备的豌豆抗性淀粉应用于面条中，发现增加抗性淀粉用量，有助于缩短面条的烹煮吸水率和蒸煮时间，但降低了面条的质构和感官品质；当面条中抗性淀粉添加量为20%时，可以通过加入3%～10%的谷朊粉，改良面条的感官品质。

PUNIA等[22]以小麦淀粉为原料，与柠檬酸反应制得了抗性淀粉含量为66.9%的柠檬酸淀粉酯，并将其与小麦淀粉复配用于制作面条，探究了面条的质构和感官品质，发现随着柠檬酸淀粉酯含量的增加，面条的硬度和咀嚼性有所降低，当柠檬酸淀粉酯添加量为20%时，面条的感官品质满足要求。张翔[23]以苦荞、绿豆和藜麦为原料，采用电子束-酶法制备了多元复合高抗性淀粉，并将其应用于高抗性面条的制作中，发现该抗性淀粉用量为35%，水分含量为30%，熟化时间为30 min时，感官评价最好，与对照组相比，高抗性淀粉面条蒸煮时间缩短，断条率无明显差异，膨胀率降低，蒸煮损失率提高，质构和感官品质提升，而升糖指数则由84.57降低至68.61。

2.2 抗性淀粉在饼干中的应用

饼干通常是由小麦粉、植物油和食用糖等原辅料经过高温焙烤而来，因其口感酥脆和香气纯正受到大众的喜爱。有不少研究者通过向饼干中加入抗性淀粉，用于部分或者全部替代面粉，探究抗性淀粉对饼干香气和质构的影响，以及评价抗性淀粉在饼干中的抗消化功效。郝欣等[24]以青香蕉粉、动植物蛋白、坚果和果蔬粉为原料，制作了抗性淀粉饼干，并对其配方和焙烤工艺进行了优化，得到最佳基础配方为青香蕉粉含量为28%，蛋白含量为15%，坚果含量为20%，果蔬粉含量为15%，油含量为8%，低聚异麦芽糖含量为4%；优化后的焙烤工艺为焙烤温度为70 ℃，焙烤时间为20 min。GIUBERTI等[25]以天然糯米淀粉为原料，分别采用酶解-退火处理、酸处理和湿热处理得到3种抗性淀粉，并将其替代50%米粉用于大米无麸质曲奇饼干的制作中，对比了3种饼干的体外消化率和质构特性，发现与原淀粉相比，上述3种处理均能有效提高抗性淀粉含量，其中采用酶解-退火处理的抗性淀粉制作的饼干抗性淀粉含量最高，焙烤后抗性淀粉的损失最少，该研究结论为抗性淀粉应用于慢消化无麸质饼干提供了理论依据。

KHAN等[26]用α-淀粉酶和普鲁兰酶处理玉米淀粉，提高了玉米淀粉中抗性淀粉含量，并将其用于制作饼干，考察了饼干的外观、香气和质构，结果显示使用抗性淀粉制作的饼干外观完好，香气浓郁，口感酥脆，分析原因可能是抗性淀粉具有更低的持水力、膨胀力和吸油率。燕翔[27]对比了单一湿热处理和酶解、脂肪酸复合与湿法处理相结合这两种方式对面粉中抗性淀粉含量的影响，通过向低筋小麦粉中加入不同比例的抗性淀粉得到抗消化面粉，将其应用于饼干的制作中，探究了抗消化面粉对酥性饼干品质的影响，结果显示抗消化面粉添加量为20%时，饼干口感酥脆，感官评价较好。郭会会[28]提取了高直链玉米淀粉，测得其抗性淀粉含量为31.97%，并将其应用于低升糖指数饼干的制作中，结果显示当高直链玉米淀粉用量为40.01%，植物油用量为25.15%，麦芽糖醇用量为24.65%，菊粉用量为6%，膨松剂用量为0.7%时，饼干口感和外形较好，感官评分高达91.08分，升糖指数为48.28。

2.3 抗性淀粉在其他面制品中的应用

除了面条和饼干以外，面制品通常还包括包子、馒头、面包和蛋糕，在制作和储存过程中需要经过冷冻和焙烤处理，通过添加抗性淀粉，在降低消化性的同时，期望改善食品的感官品质。张伟等[29]以银杏抗性淀粉、鸡蛋、色拉油、食盐、白砂糖和蛋糕专用粉为原料，以感官评分为指标，探究了银杏抗性淀粉戚风蛋糕的制备工艺，得到最佳参数为蛋糕粉用量为100 g，全蛋液用量为185 g，色拉油用量为16 g，白砂糖用量为80 g，食盐用量为5 g，泡打粉用量为1 g，蛋糕油用量为5 g，水用量为30 g，该条件下制备的蛋糕组织细腻，香气纯正，感官评分为87.4分，体外水解率为62.87%，显著低于对照组。李世香[30]采用酶法处理得到高粱抗性淀粉，探究了抗性淀粉对面团流变性质的影响，并将其用于制作低升糖指数的冷冻馒头，研究发现抗性淀粉可以缓解冰晶的形成，有利于保护面筋网络结构；当抗性淀粉用量为17%，卡拉胶用量为2%，谷朊粉用量为5%，酵母用量为1%时，馒头外形光滑，内部气泡分散均匀而细密，感官评分最高为82.01分。董幸[31]采用微波和酶法复合制备了绿豆抗性淀粉，测得抗性淀粉含量为35.83%，并将其用于制作抗性淀粉面包，以感官评分为指标，得到最佳参数为绿豆抗性淀粉用量为9%，酵母添加量为2.5%，白砂糖用量4%，玉米油添加量8%，此时感官评分 为89.2分。

3 结语

本文总结了抗性淀粉的物理处理、酶法处理、化学变性以及淀粉与脂肪酸形成淀粉-脂肪酸复合物4种处理方法，概述了抗性淀粉在面条、饼干和面包等面制品中的应用研究进展。研究表明与未处理的淀粉相比，上述4种处理均能在一定程度上提高抗性淀粉含量及抗消化性。将抗性淀粉应用于面条、饼干和面包等面制品中，抗性淀粉的添加量会对面制品的感官品质和质构产生影响。此外，蒸煮、焙烤和冷冻等不同的加工储存方式也会最终影响面制品中抗性淀粉的含量和消化性。目前关于抗性淀粉在面制品中的应用研究多集中在制作工艺配方的优化上，缺乏关于抗性淀粉的结构及其在面制品中的抗消化性机制方面的相关研究，今后研究者应针对这一方面进行更为深入的探究。