抗性淀粉可食性吸管的加工工藝及開發(fā)利用趨勢

張 軍，馬子丹，朱永寶，呂春喜，高 琪，范榮波，2

（1.青島農業(yè)大學海都學院食品系，山東萊陽 265200；2.青島農業(yè)大學，山東青島 266000；3.山東國鑒認證有限公司，山東濟南 250002）

隨著經濟和社會的迅速發(fā)展，白色污染問題愈發(fā)嚴重。使用方便、價格低廉的塑料制品給人們的生活帶來了諸多便利，但這些塑料制品在使用后造成了極大的環(huán)境污染問題。研究表明，吸管在廉價塑料制品中重復利用率最低。為了順應時代發(fā)展的需求，在解決白色污染的同時保障國民的食品安全和飲食健康化、功能化的需求，抗性淀粉可食性吸管應運而生。抗性淀粉對于可食性吸管的制作優(yōu)勢突出、加工性好，具有良好的擠出和膜成型，相較于當前市面上的同類產品，增加了保健效果。

通過對抗性淀粉的種類特性分析，得出適于制作這種新型吸管的抗性淀粉類型，并詳述了制作工藝，為抗性淀粉材料的開發(fā)利用提供了借鑒和依據(jù)。

1 抗性淀粉的種類特性與生理功效

1.1 抗性淀粉的種類特性

抗性淀粉（resistant starch，RS），其定義為“在小腸中不能被吸收降解淀粉類的總和”[1]，在通過胃腸道時具有抵抗消化的能力，并可在結腸中被微生物發(fā)酵而產生短鏈脂肪酸等。通過不同的物理、酶和化學修飾方法，可以將抗性淀粉分為5 類。

1.1.1 物理包埋淀粉（RS1）和直鏈淀粉-脂質復合物 （RS5）[2]

這兩類淀粉均為物理包埋淀粉，由于其結構特性的限制造成了酶分子較難接近淀粉顆粒，所以進入胃液后就會產生酶抗性，導致無法釋放芯材；而且在粉碎、研磨或加熱處理時，這2 種抗性淀粉的性質不穩(wěn)定，含量會受到顯著影響[3]，所以物理包埋淀粉和直鏈淀粉-脂質復合物并不適合吸管的制作。

1.1.2 抗性淀粉顆粒（RS2）

一些天然作物中含有這種具有優(yōu)良特性的淀粉，為獲取吸管制作的原料提供了方便。這種淀粉特性優(yōu)良，如高密度性、特殊的構象或晶體結構，雖然對酶具有高抗性，但經過蒸煮后，大部分RS2 會因糊化作用失去B 型或C 型結晶結構而成為快消化淀粉，進而被人體吸收利用[4]。基于這一特性，抗性淀粉顆粒（RS2）無疑成為了抗性淀粉可食性吸管制作的理想材料。

1.1.3 回生淀粉（RS3）

回生淀粉可以減少咀嚼，增加飽腹感，又不影響食品本身的口感，所以被應用于減肥食品的開發(fā)中[5]。而且其熱穩(wěn)定性良好，應用于食品加工時不用擔心其本身的功能特性被破壞，是抗性淀粉中最為重要的一種，也是目前的研究熱點。基于回生淀粉（RS3）優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、增加飽腹感的特性[6]，這一類型的抗性淀粉也是新型吸管制作原料的不二選擇。

1.1.4 化學改性淀粉（RS4）

在蒸煮過程中仍可保持顆粒狀態(tài)，不易被微生物發(fā)酵和淀粉酶水解，不會對食品產生任何異味，可保持良好口感，在一些焙烤食品中可用作質構改良劑[7]。

1.2 抗性淀粉的生理功效

1.2.1 調節(jié)血糖與血脂

姜余梅等人[8]采用注射鏈脲佐菌素誘導法建立Ⅱ型糖尿病試驗模型，研究表明抗性淀粉靈芝孢子協(xié)同作用可進一步改善脂代謝水平，具有良好的減肥、降脂功效[9]，還可有效降低總脂質和總膽固醇的水平[10]。添加玉米抗性淀粉或綠豆抗性淀粉的飼料對維持Ⅱ型糖尿病大鼠的體重和血糖水平呈現(xiàn)一定的周期性，通過定期更換2 種含抗性淀粉飼料，對糖尿病大鼠的控制效果更佳[11]。

1.2.2 改善機體的腸道菌群

抗性淀粉可以防止胃腸疾病，同時促進腸道益生元增殖、促進無機鹽等的吸收，所以最適合于關注胃腸健康或者患有胃腸疾病的人群。抗性淀粉可改善飲食誘導肥胖大鼠排便狀況和高脂飼糧造成腸道菌群紊亂的現(xiàn)象[12]，并進一步改善高脂膳食小鼠腸道菌群結構，有效緩解由肥胖小鼠引起的菌群多樣性[13]。

1.2.3 促進礦物元素的吸收

RS3 玉米抗性淀粉對大鼠Mn 的吸收可能有促進作用[14]。甘薯抗性淀粉可增加大鼠對鈣、鎂、鐵、鋅的表觀吸收率，血清鎂及鋅的水平也顯著高于對照組，大鼠糞鉛的排除率高達90%以上。

2 抗性淀粉可食性吸管的加工工藝

2.1 抗性淀粉的分離提純

2.1.1 抗性淀粉的分離提純中最佳pH 值的選擇

稱取抗性淀粉，加入蒸餾水溶解。用檸檬酸-磷酸氫二鈉溶液調節(jié)pH 值至6.0～7.0。

2.1.2 淀粉酶的最佳使用溫度和時間的選擇

加入過量的耐高溫α-淀粉酶，于90 ℃條件下水浴鍋內振蕩2 h，沸水浴內加熱10 min，加4 倍體積的95%乙醇溶解4 h 后，以轉速4 000 r/min 離心15 min，棄去上清液；再用95%乙醇溶液洗滌沉淀2～3 次，以轉速4 000 r/min 離心15 min，棄去上清液，低溫干燥（50 ℃）；粉碎后過100 目篩，即為純化的抗性淀粉樣品。

2.2 抗性淀粉/明膠混合料液的制備

明膠的浸潤處理可以降低明膠顆粒的融化溫度，進而使淀粉與明膠的相容性提高，適宜的加水量還有助于淀粉的糊化，這樣淀粉分子與明膠之間將形成十分牢固的氫鍵，其分子間作用力提高，外在的表現(xiàn)形式就是抗性淀粉膜的致密性提高。加入適當?shù)乃軌虼龠M淀粉分子的重結晶，復合膜中的結合水主要由明膠保持，自由水則由明膠淀粉共同束縛。

2.2.1 潤脹處理

將明膠顆粒過篩，然后進行加水潤脹預處理，放置數(shù)小時，設置不同加水量（20%，25%，30%）以尋求最佳加水量使明膠充分潤脹，將潤脹好的明膠分別與抗性淀粉顆粒（RS2）和回生淀粉（RS3）按照一定的質量比混合，在高速混合機中，選擇低速 （5 Hz）攪拌不同時間 （5，10，15 min），以達到復合膜制備的最佳效果。

2.2.2 混合料液的制備

起酥油在燒杯中融化后，將甘油、吐溫80 按一定比例加入，設置高速分散機轉速（10 000，20 000，30 000 r/min），選擇最優(yōu)轉速使混合料液充分混勻，并選擇分散不同時間（5，10，15 min），使之形成穩(wěn)定均一的液體。將混合好的料液緩慢加入混料機中高速攪拌，將所混合的料液密封放置。

2.3 抗性淀粉/明膠復合膜的制備

利用擠壓吹塑技術，將物料通過雙螺桿擠出機進行擠壓造粒，造粒機的各溫區(qū)溫度分別設定為80，90，105，105，95，85 ℃，并選擇最合適的螺桿轉速（110，115，120 r/min）使制得的物料最均一穩(wěn)定。制得的物料通過切粒機粉碎后，利用單螺桿擠出吹塑機進行擠出吹膜，吹膜機的各區(qū)溫度設定為90，100，105，115，105，95 ℃，設置不同吹脹比為 （2.5，5.0，7.5），不同拉伸比為 （3，5，7）以達到復合膜各項指標（抗拉強度和復合膜的斷裂伸長率等）。

3 抗性淀粉可食性吸管的研究進展

3.1 NaCl 對抗性淀粉可食性吸管透明度的影響

加入NaCl 雖然可以改善口感，但是該物質的加入不利于吸管透明度的提高，而且從食品營養(yǎng)衛(wèi)生角度來看，即使食鹽的加入有利于透明度的提高，該方案也不可行，人類每日的食鹽攝入量需小于或等于6 g，該可食性吸管若含有食鹽則會增加食鹽攝入量。從而不利于人體健康，所以加入NaCl不可行。

3.2 蔗糖對抗性淀粉可食性吸管透明度的影響

加入蔗糖在改善口感的同時可以提高吸管透明度，當蔗糖質量分數(shù)達20%時，玉米抗性淀粉的透明度已經顯著提高到52%左右，添加蔗糖使淀粉透明度提高的原因可能為蔗糖溶液的折光指數(shù)使透明度提高，蔗糖分子與水分子均形成氫鍵，所以減弱了淀粉的分子間作用力，抗性淀粉糊的透明度也因此升高。

3.3 檸檬酸對抗性淀粉可食性吸管透明度的影響

檸檬酸可以改善口感且具有一定的防腐作用，檸檬酸對馬鈴薯抗性淀粉透明度影響較小。檸檬酸主要是通過影響淀粉分子的同種電荷，使同種電荷相互排斥，促進淀粉分子在水中的分散，最終使透明度提高。

4 抗性淀粉可食性吸管的發(fā)展前景

4.1 抗性淀粉產品的發(fā)展趨勢

現(xiàn)階段人們已逐步接受形形色色的可食性材料，但很多消費者并不了解抗性淀粉的優(yōu)良特性及其特殊的保健功能。所以這就需要生產企業(yè)加強技術研究及市場宣傳，讓更多的人了解抗性淀粉的功能與保健價值，為拓展市場奠定基礎。

4.2 當前市場中可食性吸管產品比較

4.2.1 PLA 吸管與抗性淀粉吸管

在澳洲全面禁塑之后，2005 年“雙童”就著力研發(fā)出了綠色環(huán)保的PLA 生物質可降解可彎吸管，該吸管是一種由生物降解材料——聚乳酸制成的新型可降解環(huán)保吸管，低碳節(jié)能、綠色環(huán)保。這種吸管使用丟棄后，在堆肥條件下45 d 就可以分解為水和二氧化碳，不污染環(huán)境。但是這種PLA 吸管因為材料本身的碳鏈較短，易遭受酸堿侵蝕而分解，所以給該材料的儲存帶來了極大的挑戰(zhàn)。此外，PLA材料易脆，這無疑為吸管的運輸造成了困難。相比之下，抗性淀粉吸管不易脆，而且這種材料對最終產品感官品質影響較小，加之具有一定的保健功能，使之更易被推廣和接受。

4.2.2 海藻吸管與抗性淀粉吸管

自美國紐約的設計師Chelsea Briganti 和Leigh Ann Tucker 繼2 年前設計出可食用的水杯后，又轉向可食用吸管Lolistraw。Lolistraw 以海藻為原料，可以被泡在飲料中超過24 h，無毒、無轉基因、可食用，還可在土壤和海洋湖泊中快速完全降解。

雖然這種吸管可以食用，又對環(huán)境無害，但是海藻吸管的主要原料是海藻中的瓊脂，瓊脂是從海藻中提取的多糖體，過量食用往往會影響人類消化系統(tǒng)的功能，起不到保健作用。而抗性淀粉吸管基于其原料的特殊功能，這種淀粉較其他淀粉難降解，在體內消化緩慢，這就導致其吸收和進入血液的速度都較緩慢。其性質類似溶解性纖維，具有一定的瘦身效果，近年來已受到愛美人士的青睞。此外，由于抗性淀粉的消化速度慢，大部分并不會在小腸內消化掉，而是進入大腸，所以大部分抗性淀粉不會變成葡萄糖，還能起到降低血糖的作用。這些特殊的保健功能使這種吸管的性質明顯優(yōu)于美國的海藻吸管。