抗性淀粉與腸道微生物的研究進展

張語涵 徐同成 劉麗娜 邱斌 宗愛珍 賈敏 劉瑋

摘?要：抗性淀粉作是一種能夠產生多種功效的膳食纖維，其無法在小腸中直接消化吸收，需要經腸道微生物發酵，可通過與腸道微生物組的相互作用調節微生物組構成，是一類極具發展潛力的益生元。抗性淀粉的益生元功效可影響腸道微生物，可以應用于腸道微生物失調導致的疾病的預防與治療。

關鍵詞：抗性淀粉;健康功效;腸道菌群

淀粉是多個葡萄糖聚合而成的高分子碳水化合物，是人體最重要的膳食能量來源之一[1]。根據其在人體中的消化吸收方式不同，淀粉可分為可消化淀粉、慢消化淀粉和抗消化淀粉。其中，抗消化淀粉又稱為抗性淀粉，是一種新型的膳食纖維，它在小腸中不能被酶解，只能由大腸中的微生物降解[2]。近年來研究表明，抗性淀粉具有益生元功能，可有效調節腸道微生態，降低肥胖、糖尿病、心血管疾病等的發病風險[3-5]。

1?抗性淀粉簡介

1.1?抗性淀粉的種類

抗性淀粉至今尚無化學上的精確分類，依據來源、結構、消化性能、應用不同及其抗酶解性質的不同，抗性淀粉可以被分為5類[6]，包括物理包埋淀粉（physically trapped starch，RSl）、抗酶解的天然淀粉顆粒（resistant starch granules，RS2）、老化回生淀粉（retrograded starch，RS3）、化學改性淀粉（chemically modified starch，RS4）和化學改性淀粉（chemically modified starch，RS5）。

1.2?抗性淀粉的制備方法

目前對于抗性淀粉的制備方法可分為物理改性方法、化學改性方法、生物酶法及上述方法的結合[7-9]。

（1）物理改性方法主要包括壓熱法、擠壓處理法、超聲法等。韓曉芳等[10]以蕎麥淀粉為原料，應用壓熱法制備了蕎麥抗性淀粉，抗性淀粉產率可達16.605 3%。李新華等[11]采用壓熱法制備了燕麥抗性淀粉，得率為17.26%。李俊偉等[12]以大米粉為原料，采用螺桿擠壓法改性，抗性淀粉得率為8.77%[12]。余世鋒等應用超聲法制備大米RS3型抗性淀粉，最大產率可達12.87%。

（2）化學改性方法是通過化學反應改變聚合物的物理、化學性質的方法。Shin等[13]選用檸檬酸對大米淀粉進行改性，發現將檸檬酸與淀粉在128.4℃下反應13.8h后抗性淀粉的總量最大，相比原淀粉增加了28.1%。劉亞偉等[14]采用酸變性和沸水浴的方法對甘薯淀粉進行處理，得出甘薯抗性淀粉得率為13.91%[14]。

（3）生物酶法是通過水解、轉糖苷作用對淀粉分子結構進行修飾得到慢消化淀粉及抗性淀粉。Kim等[15]使用淀粉蔗糖酶改性完全糊化的蠟質玉米淀粉，改性后含量增加至38.7%。耿敬章[16]以銀杏為原料，研究α-淀粉酶水解制備銀杏抗性淀粉工藝，在該工藝條件下銀杏抗性淀粉得率可達24.12%。歐陽夢云等[17]以微波預糊化秈米淀粉為原料，自制RS3型馬鈴薯抗性淀粉為晶種，研究RS3型秈米抗性淀粉的晶種誘導-雙酶復合法制備工藝，抗性淀粉產率為27.42%。

（4）多種方法結合制備改性淀粉。楊小玲等[18]探討超聲酶解聯合處理及添加劑對抗性淀粉（RS3）得率、結構及性質的影響，RS3得率為11.92%。任海斌[19]以玉米淀粉為原料，采用雙螺桿擠壓機擠壓預處理與普魯蘭酶酶解技術聯用的方法得到抗性淀粉質量分數，達24.72%±0.87%[19]。葉文峰等[20]以新鮮腳板薯為主要原料，采用超聲波及酸處理粗淀粉制備抗性淀粉，制備的抗性淀粉得率為25.3%。

2?抗性淀粉的健康功效

近年來，大量的動物及人體實驗證據表明，抗性淀粉的攝入可有效改善人體及動物的代謝紊亂，從而實現預防或者輔助治療包括糖尿病、肥胖、心血管疾病、癌癥等多種慢性代謝疾病的目的。抗性淀粉可增強飽腹、降低血脂，能有效防止肥胖癥。Karmi等[21]開展的人體實驗證明，飲食中補充抗性淀粉（RS2型）可有效降低2型糖尿病患者的血糖值，改善其內毒素血癥等并發癥狀[21];除此之外，抗性淀粉的攝入還可以緩解糖尿病患者的腎臟損傷，從一定程度上預防糖尿病腎病的發生[22]。動物實驗結果顯示，鷹嘴豆抗性淀粉具有輔助降血脂的效果，且存在劑量依賴關系，從而有助于預防高血脂相關的心血管疾病。另外，已有多項動物實驗證實，抗性淀粉的攝入能有效減少結腸腫瘤的發生[23]。

3?抗性淀粉與腸道微生物

3.1?腸道微生物簡介

人及其他哺乳動物腸道內存在數量龐大的微生物，作為目前所知細胞數量最多的“器官”，腸道微生物組參與宿主各項生理活動，對維持宿主健康起著至關重要的作用。例如，腸道微生物的代謝產物短鏈脂肪酸，不僅為腸道粘膜上皮細胞生長提供能量，還起到調節腸道pH、促進腸道蠕動、緩解腸道炎癥等多種作用;同時腸道微生物還是人體重要的免疫器官，通過形成“菌膜屏障”而為人體提供保護功能，腸道微生物與宿主腸道粘膜免疫系統的相互作用促進了免疫系統的建立;除此之外，腸道微生物還參與了維生素合成及各類營養物質的轉化，是聯系起飲食與宿主健康的重要橋梁。

腸道微生物中的“好細菌”與“壞細菌”保持的平衡狀態對宿主健康的維持至關重要，“壞”細菌的過度繁殖與疾病的發生發展密切相關。Qin等調查發現，與健康個體相比，2型糖尿病患者腸道內大腸桿菌等條件致病菌的比例明顯升高，而包括Eubacterium rectale、Faecalibacterium prausnitzii在內的丁酸產生菌的比例明顯下降;針對肥胖與正常體重個體的調查表明，肥胖個體腸道中厚壁菌門比例明顯高于正常體重個體，且當肥胖個體體重恢復正常時，其腸道微生物中厚壁菌門比例則與正常個體變得較為相似。Rowan等研究發現，腸道中脫硫桿菌的過度增殖與炎性腸病的發生密切相關;除此之外，包括心血管疾病、腸癌、乳腺癌等多種疾病的發生發展都與腸道微生物組結構改變存在密不可分的關系。

3.2?抗性淀粉與腸道微生物

研究表明，腸道微生物失調與多種疾病的發生發展存在關聯，腸道微生物可以作為疾病預防或者治療的潛在“靶點”。與膳食纖維類似，抗性淀粉無法在小腸中直接消化吸收，需要經腸道微生物發酵，可通過與腸道微生物組的相互作用調節微生物組構成，是一類極具發展潛力的益生元。謝濤等體外厭氧發酵實驗證明，抗性淀粉可有效促進腸道菌群中乳酸菌和雙歧桿菌等益生菌的增殖，抑制大腸桿菌、產氣莢膜菌等條件致病菌的增殖（4種抗性淀粉的益生作用及結構變化）。Upadhyaya等[24]研究表明，RS4型抗性淀粉的攝入可以調節腸道微生物組的構成，并顯著提高志愿者糞便中包括丙酸、丁酸、戊酸在內多種短鏈脂肪酸的水平。Kelly等[25]研究證明，膳食中補充RS3型抗性淀粉，可有效增加志愿者腸道微生物組中丁酸產生菌的比例[25]。Zeng等[26]基于小鼠模型的研究也證明，天然蓮子抗性淀粉的攝入可以改善腸道微生物組構成，提升小鼠糞便中短鏈脂肪酸水平，并有效增加維生素的吸收效率。

抗性淀粉的益生元功效是應用于相關疾病預防與治療的重要前提。Hu等[27]研究表明，在大鼠模型中，抗性淀粉可顯著改善與腸炎相關的腸道微生物組失調，增加腸道菌群中Parabacteroides、Barnesiella、Ruminococcus等的比例，提高腸道中短鏈脂肪酸濃度以及短鏈脂肪酸受體蛋白的表達，降低炎癥因子COX-2、NF-kB、TNF-α、IL-1β的水平，從而有效預防腸炎相關性結腸腫瘤的發生。據Moraes等[28]報道，作為一種新型益生元，抗性淀粉有作為慢性腎病輔助治療手段的潛力。除此之外，抗性淀粉的攝入可改善2型糖尿病患者的胰島素抵抗[29]，在此過程中，抗性淀粉對雙歧桿菌等腸道益生菌的促生長作用功不可沒[30]。

4?研究展望

抗性淀粉是一種新型益生元，可應用于改善人及動物腸道微生物組結構，從而實現疾病預防及輔助治療的目的。盡管應用潛力巨大，但與膳食纖維、多聚寡糖等傳統益生元相比較，抗性淀粉的研究較少、受關注度較低。因此，進一步加強抗性淀粉相關研究，尤其是研究不同抗性淀粉對于腸道菌群精準調控功能，以及不同疾病預防及輔助治療中所起到的作用及具體的作用機理，對拓寬抗性淀粉的應用范圍，提升抗性淀粉加工產業具有重要意義。

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（責任編輯?李婷婷）