大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響因素及形成機(jī)制的研究進(jìn)展

余世鋒，鄭喜群

(齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，黑龍江省高校農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江齊齊哈爾 161006)

大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響因素及形成機(jī)制的研究進(jìn)展

余世鋒，鄭喜群

(齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，黑龍江省高校農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江齊齊哈爾 161006)

大米R(shí)S3型抗性淀粉是一種天然的食品功能物質(zhì)，具有許多優(yōu)越的生理功能。綜述了大米R(shí)S3型抗性淀粉的物理化學(xué)特性，分析了大米R(shí)S3型抗性淀粉形成的影響因素，探討了大米R(shí)S3型抗性淀粉形成機(jī)制，有望為大米R(shí)S3型抗性淀粉的生產(chǎn)加工提供理論借鑒。

大米，淀粉，抗性淀粉，RS3，機(jī)制

抗性淀粉是國(guó)際上新興的食品研究領(lǐng)域，它的發(fā)現(xiàn)和研究被譽(yù)為近20年來(lái)碳水化合物與健康關(guān)系研究中的一項(xiàng)重要成果。抗性淀粉由英國(guó)生理學(xué)家Englyst等1987年發(fā)現(xiàn)并命名［1］，抗性淀粉定義為:不被健康人體小腸所消化，而能在大腸中被消化吸收的淀粉及其降解產(chǎn)物的總稱［2－7］。目前，抗性淀粉分為五大類(lèi)［7］:RS1為物理包埋淀粉(physically trapped starch)、RS2為抗性淀粉顆粒(resistant starch granules)、RS3為回生淀粉(retrograded starch)、RS4為化學(xué)改性淀粉(chemical modified starch)、RS5為直鏈淀粉－脂質(zhì)復(fù)合物(Amylose－lipid complexes)。抗性淀粉是一種天然的食品功能物質(zhì)具有許多優(yōu)越的生理功能［4－8］:平衡體重和能量(減肥)，控制餐后血糖、防止糖尿病，，促進(jìn)鋅、鈣、鎂離子的吸收，治療腹瀉，雙歧桿菌增殖因子，減少血清中膽固醇和甘油三酯，預(yù)防脂肪肝，保護(hù)腸道，增加排便量等。其中RS3型抗性淀粉是淀粉在糊化后由淀粉回生而產(chǎn)生［3－4］，它既具有RS淀粉獨(dú)特的生理功能，且具有顆粒細(xì)小、顏色白膩、風(fēng)味淡、持水力溫和等特點(diǎn)而被作為傳統(tǒng)膳食纖維的最佳代替物，以增加食品的脆性、改善口感、減少食品的膨脹度等，它是一種優(yōu)質(zhì)的食品功能性添加因子。因此，RS3型抗性淀粉具有比傳統(tǒng)膳食纖維更為優(yōu)越的生理功能和食品加工性能，有重要的“藥膳”和商業(yè)價(jià)值。大米R(shí)S3型抗性淀粉以大米淀粉為原料制備而成。大米淀粉由直鏈和支鏈淀粉組成，形成結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)，其中直鏈淀粉由α，1－4糖苷鍵鏈接成線性結(jié)構(gòu)且?guī)в蟹浅Ｉ倭康摩粒?－6分支(＜0.1%)，而支鏈淀粉帶具有高度α，1－6鍵分支結(jié)構(gòu)(5%～6%)［3，9－10］。當(dāng)有過(guò)量的水(大于50%)存在并受熱時(shí)，淀粉分子發(fā)生水合作用形成一種共聚物膠體，這一過(guò)程被稱為糊化或凝膠化(gelatinization)，糊化后的淀粉在冷卻和貯藏過(guò)程中，凝膠中呈無(wú)序狀態(tài)的淀粉分子通過(guò)氫鍵重新進(jìn)行有序排列而相互締合，最終形成難以復(fù)水的高度結(jié)晶體，抗化學(xué)試劑或酶侵蝕的能力增強(qiáng)、黏性下降、透明度下降，溶液中產(chǎn)生凝聚、相分離現(xiàn)象或沉淀，這就是大米R(shí)S3型抗性淀粉形成過(guò)程。盡管大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成現(xiàn)象早已被人們所認(rèn)識(shí)，但是對(duì)于如何高效制備大米R(shí)S3型抗性淀粉以及其形成機(jī)制，一直是大米淀粉深加工領(lǐng)域的難題。因此，本文對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的物化特性、影響因素及形成機(jī)制進(jìn)行分析，有望為大米R(shí)S3型抗性淀粉產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供理論參考和借鑒。

1 大米R(shí)S3型抗性淀粉的物理化學(xué)性質(zhì)

1.1 大米R(shí)S3型抗性淀粉的顆粒特征

大米R(shí)S3型抗性淀粉的顆粒結(jié)構(gòu)及形狀對(duì)其物化性質(zhì)、功能性質(zhì)等有重要影響。大米R(shí)S3型抗性淀粉主要由直鏈淀粉回生引起，由結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)組成，結(jié)晶區(qū)可以抗酸解和酶解。研究發(fā)現(xiàn)，大米R(shí)S3型抗性淀粉顆粒成蜂巢狀和絲狀結(jié)構(gòu)［11］，而且大米R(shí)S3型抗性淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)比天然淀粉更加致密［12］。擠壓法制備的大米抗性淀粉為不規(guī)則形狀顆粒，不同于大米R(shí)S3型抗性淀粉顆粒，這可能由于擠壓破壞了淀粉顆粒及其分子分布所致［13］。X射線衍射表明大米R(shí)S3型抗性淀粉以V型結(jié)構(gòu)存在［11］，如果制備方法不同，大米R(shí)S3型抗性淀粉的顆粒形態(tài)也會(huì)有很大差異［11，13］。到目前為止，大米R(shí)S3型抗性淀粉分子大小及結(jié)構(gòu)、顆粒結(jié)構(gòu)形態(tài)等仍不清楚，有待深入研究。

1.2 大米R(shí)S3型抗性淀粉的膨潤(rùn)性及溶解性

大米R(shí)S3型抗性淀粉的膨潤(rùn)性和溶解性較小，這主要由于RS3型抗性淀粉的顆粒內(nèi)部比較致密，水分子不容易進(jìn)入，持水力降低所致，而結(jié)晶的淀粉分子不容易與水分子結(jié)合并分散，因此，大米R(shí)S3型抗性淀粉的溶解性較低。由于大米R(shí)S3型抗性淀粉的膨潤(rùn)性和溶解性低且熱性質(zhì)穩(wěn)定，適宜作為飲料的功能添加因子，以增加飲料的不透明度和懸浮度。

1.3 大米R(shí)S3型抗性淀粉的熱特性

大米R(shí)S3型抗性淀粉的熱特性不同于天然大米淀粉，DSC掃描發(fā)現(xiàn)原淀粉在20～200℃只有單一吸熱峰，而酸解制備的抗性淀粉在85℃和148℃均有吸熱峰，與大米原淀粉的相變吸熱峰相比，抗性淀粉的相變溫度有所提高，吸熱焓增大，可能由于抗性淀粉形成了致密的結(jié)晶結(jié)構(gòu)致使其熱穩(wěn)定性提高［12］。而壓熱法制備的大米抗性淀粉的始糊化溫度在120℃左右、峰值糊化溫度在140℃左右、糊化終點(diǎn)溫度在160℃［13］。這說(shuō)明制備方法不同，大米R(shí)S3型抗性淀粉的熱特征溫度會(huì)有差別，可能是由于兩種方法導(dǎo)致抗性淀粉分子特性及顆粒結(jié)構(gòu)差異所致。由此可知，抗性淀粉分子特性及顆粒結(jié)構(gòu)是大米R(shí)S3型抗性淀粉的熱特性的主要影響因素，分子量越大、顆粒結(jié)構(gòu)越完整，顆粒崩解溫度越高。然而，抗性淀粉熱特性與分子特性及顆粒結(jié)構(gòu)的關(guān)系仍不清楚，仍需進(jìn)一步研究。

1.4 大米R(shí)S3型抗性淀粉的糊化特性

采用RVA研究淀粉的糊化性質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)大米R(shí)S3型抗性淀粉與大米淀粉的峰值黏度、最低黏度、崩析值、衰減值、最終黏度等有很大差異［14］。大米抗性淀粉的糊化溫度高于大米淀粉的糊化溫度，表明大米淀粉比大米抗性淀粉易于糊化［13－14］。大米淀粉的峰值粘度明顯高于大米抗性淀粉，說(shuō)明大米淀粉結(jié)合水的能力高于大米R(shí)S3型抗性淀粉，可能由于大米R(shí)S3型抗性淀粉與大米淀粉的晶體結(jié)構(gòu)不同所致。大米淀粉的衰減度明顯高于大米R(shí)S3型抗性淀粉，這表明在高溫和機(jī)械剪切力的作用下，大米淀粉進(jìn)一步崩解并且重新排列的程度大于RS3型抗性淀粉，這主要是由于大米R(shí)S3型抗性淀粉在前期已經(jīng)崩解并且經(jīng)過(guò)重新排列，形成的結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性。另外，研究發(fā)現(xiàn)大米淀粉在熟化并冷卻后形成粘糊或凝膠的能力強(qiáng)于大米R(shí)S3型抗性淀粉，這主要是由于他們之間結(jié)構(gòu)的不同而造成的［14］。從糊化特性來(lái)看，大米R(shí)S3型抗性淀粉糊化性質(zhì)穩(wěn)定，適宜做焙烤食品的添加劑。

1.5 大米R(shí)S3型抗性淀粉的流變特性

采用流變儀研究發(fā)現(xiàn)，大米R(shí)S3型抗性淀粉的流變性曲線比早秈稻大米淀粉的流變曲線彎曲，可能是因?yàn)榇竺卓剐缘矸鄯肿咏Y(jié)構(gòu)發(fā)生了很大地變化，成分中以變性的直鏈淀粉為主，分子易于取向，分子間的聯(lián)系較為松散所致［14］。淀粉分子結(jié)構(gòu)影響淀粉的流變特性，而抗性淀粉的流變特性與直鏈淀粉分子取向及致密程度相關(guān)，而且大米R(shí)S3型抗性淀粉的流變性受制備方法的影響。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)控制制備方法，可以有效控制大米R(shí)S3型抗性淀粉的流變性質(zhì)。

2 大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響因素

2.1 大米淀粉組成對(duì)RS3型抗性淀粉的影響

大米R(shí)S3型抗性淀粉主要由直鏈淀粉回生引起，而淀粉組成對(duì)淀粉回生有重要影響，進(jìn)而影響了大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成。另外，淀粉中的脂類(lèi)通過(guò)與直鏈淀粉形成復(fù)合物，進(jìn)而抑制直鏈淀粉回生并影響大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成。因此，大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成需要考慮直鏈/支鏈淀粉比例及脂類(lèi)的影響。

2.1.1 大米淀粉直支鏈比對(duì)RS3型抗性淀粉的影響

大米R(shí)S3型抗性淀粉主要由回生直鏈淀粉組成，淀粉中直鏈淀粉含量的高低直接影響抗性淀粉含量，直支比越高，越易形成RS3型抗性淀粉。一般來(lái)說(shuō)，秈米中直鏈淀粉含量較高，糊化后易產(chǎn)生高含量RS3型抗性淀粉，粳米淀粉直鏈淀粉含量適中，糊化后產(chǎn)生的RS3型抗性淀粉較低，而糯米淀粉則不易產(chǎn)生抗性淀粉。因此，制備大米R(shí)S3型抗性淀粉，需選擇高直鏈淀粉含量的大米淀粉。目前，水稻中直鏈淀粉含量不高，可以通過(guò)基因改良來(lái)提高直鏈淀粉含量，最終提高大米R(shí)S3型抗性淀粉產(chǎn)率。

2.1.2 脂類(lèi)對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響 淀粉與脂類(lèi)形成復(fù)合物也會(huì)影響大米抗性淀粉的形成。研究發(fā)現(xiàn)［15］，直鏈淀粉與脂質(zhì)復(fù)合物是由直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部非極性區(qū)域與脂質(zhì)的碳?xì)滏溨g交互作用，形成單螺旋復(fù)合結(jié)構(gòu)，X－射線衍射呈Vh晶型結(jié)構(gòu);支鏈淀粉與脂質(zhì)的復(fù)合物主要發(fā)生在支鏈淀粉的分支外部側(cè)鏈上，沒(méi)有直鏈淀粉－脂類(lèi)復(fù)合物穩(wěn)定。脂質(zhì)對(duì)抗性淀粉含量的影響較大，直鏈淀粉－脂質(zhì)復(fù)合物的形成影響淀粉糊化和抑制淀粉分子的重新排列，推了遲淀粉凝沉過(guò)程，而且直鏈淀粉－脂質(zhì)復(fù)合物導(dǎo)致水分遷移率下降，延緩淀粉由無(wú)序非結(jié)晶狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚪Y(jié)晶狀態(tài)而引起老化，間接抑制了RS3型抗性淀粉形成［16－18］。研究發(fā)現(xiàn)脫脂可以提高抗性淀粉的含量，淀粉脫脂有利于濕熱處理過(guò)程中顆粒態(tài)抗性淀粉的形成，而添加單硬脂酸甘油酯和脂肪酸酯不利于抗性淀粉的形成［17］。另外，淀粉中脂質(zhì)或加入脂質(zhì)在淀粉加熱過(guò)程中影響淀粉特性，脂質(zhì)致使淀粉溶脹性和溶解性降低，改變糊化溫度和熱焓及流變性質(zhì)［18］。因此，在抗性淀粉生產(chǎn)中，通過(guò)添加或減少脂質(zhì)量可抑制或促進(jìn)RS3型抗性淀粉的形成，進(jìn)而改變RS3型抗性淀粉的產(chǎn)率。

2.2 鹽及糖類(lèi)對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響

鹽類(lèi)對(duì)RS3型抗性淀粉的形成有重要影響，不同的鹽類(lèi)對(duì)抗性淀粉形成的影響有差異。研究發(fā)現(xiàn)NaCl和KCl對(duì)顆粒態(tài)抗性淀粉含量影響最適添加量分別為20%和12%，隨著鹽含量的增加，抗性淀粉含量增加，超過(guò)最適添加量后，抗性淀粉含量與鹽的添加量成反比，而CaCl2的添加對(duì)抗性淀粉的形成起抑制作用［19］。因此，在顆粒態(tài)抗性淀粉的生產(chǎn)過(guò)程中，可以通過(guò)適當(dāng)添加鹽類(lèi)物質(zhì)以提高其抗性淀粉產(chǎn)率，但添加CaCl2會(huì)導(dǎo)致抗性淀粉產(chǎn)率的降低。

糖類(lèi)的添加會(huì)對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成有影響，不同的糖對(duì)抗性淀粉形成的影響有差異。研究發(fā)現(xiàn)葡萄糖、果糖、麥芽糖和蔗糖對(duì)顆粒態(tài)抗性淀粉產(chǎn)率最適添加量分別為18%、7%、22%和10%，隨著糖含量的增加，抗性淀粉含量增加，超過(guò)最適添加量后，抗性淀粉含量與糖添加量成反比［20］。糖在顆粒態(tài)抗性淀粉的形成過(guò)程中充當(dāng)增塑劑的作用，在顆粒態(tài)抗性淀粉的生產(chǎn)過(guò)程中，可溶性糖分子與淀粉分子鏈間的作用改變了淀粉凝沉的基質(zhì)，進(jìn)而改變RS3型抗性淀粉的形成。因此，可以通過(guò)添加適當(dāng)糖類(lèi)基質(zhì)的方法來(lái)提高RS3型抗性淀粉產(chǎn)率。

2.3 酸解和酶解對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響

2.3.1 酸解對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響 采用酸變性和水熱處理相結(jié)合的方法制備抗性淀粉，可以明顯提高RS3型抗性淀粉的得率。研究發(fā)現(xiàn)鹽酸用量、酸解時(shí)間、淀粉乳濃度和沸水浴時(shí)間對(duì)抗性淀粉得率都有較大的影響，各因素間的最佳配比為:酸解時(shí)間為2h，鹽酸用量為2%，淀粉與水之比1∶9，沸水浴時(shí)間2.5h［21］。酸水解致使淀粉分子降解，產(chǎn)生較多的直鏈淀粉分子，糊化后直鏈淀粉分子更易于聚集凝結(jié)而凝沉(老化)，因此，酸解可促進(jìn)大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成及產(chǎn)率的提高。

2.3.2 酶解對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響 酶解對(duì)抗性淀粉的形成有重要影響，普魯蘭酶能有效提高大米R(shí)S3型抗性淀粉的產(chǎn)率［11］，脫支酶主要通過(guò)降解支鏈淀粉分子，使分子結(jié)構(gòu)歸直化且Dp有所降低，因此淀粉凝膠更易于聚集結(jié)晶而凝沉(老化)。復(fù)合酶(脫支酶和麥芽糖酶)通過(guò)對(duì)淀粉分子結(jié)構(gòu)的改變，也會(huì)對(duì)RS3型抗性淀粉的形成產(chǎn)生影響［22］。耐熱α－淀粉酶和普魯蘭酶的添加量對(duì)抗性淀粉的形成均有重要影響，酶添加量太高或太低均不利于抗性淀粉的形成［23］。因此，可以通過(guò)加入復(fù)合酶適當(dāng)破壞分子結(jié)構(gòu)，降解淀粉分子量，促進(jìn)大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成，并提高其產(chǎn)率。

2.4 超聲處理大米對(duì)RS3型抗性淀粉的影響

超聲波是物質(zhì)介質(zhì)中的一種彈性機(jī)械波，其頻率范圍為2×104～2×109Hz，超聲波在物質(zhì)介質(zhì)中形成介質(zhì)粒子的機(jī)械振動(dòng)，可引起與媒質(zhì)的相互作用，超聲波在液體內(nèi)的作用主要來(lái)自超聲波的熱作用、機(jī)械作用和空化作用［24－26］。淀粉在超聲波的作用下，由機(jī)械性斷裂作用和空化效應(yīng)而破壞C－C鍵，降解大分子鏈，進(jìn)而提高直鏈淀粉含量［27］，因此適度的超聲處理有利于RS3型抗性淀粉產(chǎn)率的提高。郭星［23］等研究發(fā)現(xiàn)超聲處理可以提高產(chǎn)品中抗性淀粉含量，超聲頻率為25kHz、作用時(shí)間為120s時(shí)，抗性淀粉產(chǎn)率可達(dá)19.19%。然而，超聲作用時(shí)間太短或太長(zhǎng)都不利于抗性淀粉的形成和產(chǎn)率的提高，過(guò)度的超聲作用會(huì)致使淀粉降解成小分子糊精，不利于大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成及其產(chǎn)率的提高。

2.5 加熱溫度和時(shí)間對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響

加熱時(shí)間越長(zhǎng)，大米淀粉完全糊化后發(fā)生老化現(xiàn)象越嚴(yán)重［28］，可能由于充分加熱破壞了淀粉分子結(jié)構(gòu)和分子大小，致使淀粉凝膠易于凝沉，有利于RS3型抗性淀粉的形成。而且加熱溫度對(duì)大米抗性淀粉的形成也有促進(jìn)作用。研究發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉與脂類(lèi)形成的直鏈淀粉－脂復(fù)合物在95℃左右才能解離，釋放出直鏈淀粉分子，在溫度低于90℃的條件下，抗性淀粉的產(chǎn)率較低;當(dāng)溫度在90℃以上壓熱處理淀粉樣品時(shí)，RS產(chǎn)率有較明顯的升高;在120℃以上，幾乎所有的淀粉分子均從破裂的淀粉粒中游離出來(lái)，呈無(wú)序狀態(tài)［29］。另外，研究發(fā)現(xiàn)［30］170℃的條件下，抗性淀粉的平均產(chǎn)率最高，低于140℃或者高于200℃時(shí)，抗性淀粉的平均產(chǎn)率相對(duì)較低，溫度的升高有利于直鏈淀粉從破裂的淀粉粒中逸出，有利于冷卻時(shí)晶核形成，但是溫度過(guò)高，有可能導(dǎo)致淀粉降解，致使易于形成抗性淀粉的聚合度適中的直鏈淀粉數(shù)量減少，導(dǎo)致抗性淀粉產(chǎn)率的下降。因此，在抗性淀粉生產(chǎn)過(guò)程中，可以通過(guò)控制溫度和加熱時(shí)間來(lái)提高大米R(shí)S3型抗性淀粉的產(chǎn)率。

2.6 擠壓處理對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響

擠壓處理致使淀粉在擠壓過(guò)程中充分糊化，在糊化的過(guò)程中淀粉結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞，螺旋結(jié)構(gòu)展開(kāi)，直鏈淀粉游離出來(lái);老化過(guò)程中，直鏈淀粉分子間結(jié)晶形成抗性淀粉［30］。大米淀粉熱處理?xiàng)l件影響RS3的得率，李翠蓮［29］等研究發(fā)現(xiàn)熱處理制備工藝條件為淀粉乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%、熱處理溫度120℃、熱處理時(shí)間 70min時(shí)，大米 RS3型抗性淀粉產(chǎn)率可達(dá)9.54%。但RS3型抗性淀粉比超聲處理制備抗性淀粉產(chǎn)率低［23］。另外，在高溫高壓擠壓條件下，水分含量在淀粉分子溶脹過(guò)程中起著重要的作用，水分含量較低時(shí)，淀粉分子的溶脹作用受到抑制，不利于淀粉顆粒分子的逸出，而水分含量太高時(shí)，又致使淀粉分子的濃度降低，不利于淀粉分子的交聯(lián)作用，影響了抗性淀粉的產(chǎn)率［13］。因此，采用單一擠壓法不利于制備RS3型抗性淀粉，需要結(jié)合其它方法并適度控制水分含量和熱處理溫度以提高RS3型抗性淀粉的產(chǎn)率。

2.7 冷卻速率對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響

冷卻速率對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成有重要影響，快速冷卻淀粉凝膠中的直鏈分子來(lái)不及重新結(jié)晶和聚集，不易形成RS3型抗性淀粉，而緩慢冷卻淀粉凝膠中的分子有足夠的時(shí)間聚集，容易形成RS3型抗性淀粉［31］。因此，通過(guò)控制冷卻速率可以提高直鏈淀粉的回生，進(jìn)而提高RS3型抗性淀粉的產(chǎn)率。

2.8 貯藏溫度和時(shí)間對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響

貯藏溫度影響大米淀粉回生，進(jìn)而影響大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成。大米直鏈淀粉的凝沉結(jié)晶主要過(guò)程為成核、聚集、結(jié)晶形成，淀粉結(jié)晶過(guò)程主要取決于成核與結(jié)晶增長(zhǎng)的速率，這兩個(gè)過(guò)程與溫度直接相關(guān)，0～4℃時(shí)成核速率大，結(jié)晶增長(zhǎng)較快，而高溫時(shí)則相反［31］。另外，貯藏時(shí)間也會(huì)顯著影響大米淀粉的回生，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，淀粉回生速率減小，淀粉回生趨于穩(wěn)定［31］，也就是說(shuō)抗性淀粉的形成趨于穩(wěn)定。對(duì)于大米淀粉凝膠而言，重結(jié)晶通常發(fā)生在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和熔化溫度(Tm)之間，大米淀粉凝膠的Tg大約在－5～－10℃，而直鏈淀粉晶體的熔化溫度大約在150℃，因此，大米直鏈淀粉的結(jié)晶只發(fā)生在這兩個(gè)溫度之間。然而，大米R(shí)S3型抗性淀粉的適宜形成溫度為0～4℃，其它溫度下不易回生，也就是說(shuō)不易形成大米 RS3型抗性淀粉的形成［31－32］。而且大米直鏈淀粉回生發(fā)生在降溫過(guò)程中，大米直鏈淀粉回生過(guò)程在24h內(nèi)基本完成［33－34］，大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成主要發(fā)生在最初24h內(nèi)。因此，大米R(shí)S3型抗性淀粉最佳形成溫度范圍0～4℃，時(shí)間為24h，通過(guò)控制結(jié)晶溫度和時(shí)間，可以有效控制大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成，提高RS3型抗性淀粉產(chǎn)率和制備效率。

2.9 凍融處理對(duì)RS3型抗性淀粉的影響

凍融處理的次數(shù)對(duì)抗性淀粉形成影響很大，隨著次數(shù)的增加抗性淀粉的產(chǎn)率也增加。反復(fù)凍融處理會(huì)致使大米淀粉凝膠凍融穩(wěn)定性下降，進(jìn)而促進(jìn)大米淀粉凝膠回生，高直鏈淀粉含量的凝膠易于回生［34－35］，易于形成大米R(shí)S3型抗性淀粉，反復(fù)凍融處理可促進(jìn)大米直鏈淀粉回生，進(jìn)而提高RS3型抗性淀粉的產(chǎn)率。

2.10 其它因素對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響

一般來(lái)說(shuō)，影響大米淀粉回生(老化或凝沉)的因素，均會(huì)對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成產(chǎn)生影響，如pH、添加劑、生物酶等均會(huì)影響抗性淀粉的形成。因此，研究大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成過(guò)程需要考慮眾多因素。研究發(fā)現(xiàn)［36］，溫度、時(shí)間、pH及Ca2+添加量對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的影響大小分別是時(shí)間＞溫度＞Ca2+＞pH，當(dāng)大米淀粉乳濃度為30%、糊化30min、添加1%Ca2+、pH為7、60℃保溫12h，大米R(shí)S3型抗性淀粉的得率可達(dá)19%。但這種方法需要控制的參數(shù)過(guò)多，工藝復(fù)雜不易控制。另外，蒸煮、焙烤、煎炸和轉(zhuǎn)鼓干燥等處理方式等也會(huì)對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成產(chǎn)生影響。

總之，大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成影響因素眾多，大米R(shí)S3型抗性淀粉加工需要綜合考慮各種因素，工藝簡(jiǎn)單、易于控制、產(chǎn)率高且成本低廉的工藝是大米R(shí)S3型抗性淀粉加工技術(shù)未來(lái)發(fā)展的方向。

3 大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成機(jī)制

大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成取決于淀粉凝膠中直鏈淀粉的回生，大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成是直鏈淀粉重結(jié)晶的過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)回生的直鏈淀粉結(jié)晶區(qū)25%～60%，晶體融化溫度為130～160℃［37］，對(duì)直鏈淀粉含量為32.6%的大米淀粉，加熱糊化的最終溫度可以影響冷卻過(guò)程中直鏈淀粉晶體的形成，糊化最終溫度超過(guò)170℃后，冷卻過(guò)程中才有直鏈淀粉的晶體形成，溫度越高形成的晶體越多［38］。直鏈淀粉回生是一個(gè)短期的過(guò)程［37，39－40］。直鏈淀粉回生要經(jīng)歷三個(gè)階段［39］:第一階段:鏈伸展，取決于維持結(jié)構(gòu)的內(nèi)部超級(jí)分子的斷裂;第二階段:失去結(jié)合水，分子重新定位;第三階段:彼鄰分子間氫鍵的形成。前兩個(gè)階段是吸熱過(guò)程，后一個(gè)階段是放熱過(guò)程，總過(guò)程是一個(gè)吸熱過(guò)程［39］，直鏈淀粉糊回生過(guò)程如圖1所示［41］。而且直鏈淀粉的回生性質(zhì)與其分子結(jié)構(gòu)及分子量、支鏈淀粉結(jié)構(gòu)、脂類(lèi)、淀粉濃度、冷卻速率及貯藏條件等密切相關(guān)。然而，由于實(shí)驗(yàn)條件和儀器限制，又加上直鏈淀粉在降溫24h內(nèi)凝沉完成，并且凝沉后的大米直鏈淀粉融化溫度高達(dá)160℃以上，普通儀器無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)要求，到目前為止大米直鏈淀粉回生機(jī)制仍不清楚，因此大米R(shí)S3型抗性淀粉的形成機(jī)制有待深入研究。

圖1 直鏈淀粉回生過(guò)程示意圖［41］Fig.1 Retrogradation process of amylose gel［41］

4 展望

人類(lèi)對(duì)大米R(shí)S3型抗性淀粉的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)不如其它營(yíng)養(yǎng)素那么清楚，RS3型抗性淀粉具有優(yōu)越的生理功能，它的發(fā)現(xiàn)和研究將為淀粉深加工開(kāi)創(chuàng)一個(gè)良好的開(kāi)端。而且抗性淀粉是可再生資源淀粉的功能化改性產(chǎn)品，研究開(kāi)發(fā)其工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，不僅給我國(guó)淀粉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，更重要的是可促進(jìn)我國(guó)功能性食品的發(fā)展。目前，大米R(shí)S3型抗性淀粉研究仍處于理論階段，RS3型抗性淀粉的形成機(jī)制及影響因素有待深入研究，這些研究的突破可更好地從理論和實(shí)踐上指導(dǎo)抗性淀粉的工業(yè)化生產(chǎn)。

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Research progress of the effect factor of preparation and mechanisms of rice RS3

YU Shi－feng，ZHENG Xi－Qun
(Heilongjiang Provincial Key University Laboratory of Processing Agricultural Products，College of Food and Bioengineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China)

Rice resistant starchⅢ(RS3)is a functional nutrients，which has much physiological function.The physicochemical properties of RS3and the effect factors were reviewed and analyzed，the mechanisms of RS3were discussed，which might be useful for rice RS3production.

rice;starch;resistant starch;RS3;mechanism

TS231

A

1002－0306(2012)08－0431－05

2011－05－13

余世鋒(1982－)，男，博士，講師，研究方向:淀粉科學(xué)與工程，淀粉低溫特性。

齊齊哈爾大學(xué)青年教師科研啟動(dòng)支持計(jì)劃項(xiàng)目(2010KZ11)。