抗性淀粉的制備及其在面制品中的應用研究進展

◎ 陳燕芳，別平平，梁逸超，張子倩，王家敏，高家律

(1.廣東海天創新技術有限公司，廣東 佛山 528000；2.江蘇天將生物科技有限公司，江蘇 宿遷 223800；3.佛山市海天（高明）調味食品有限公司，廣東 佛山 528511；4.佛山市國創生物發酵食品技術創新中心，廣東 佛山 528000)

抗性淀粉是一類不被正常人體內的淀粉酶水解、不能被小腸消化吸收，而在大腸中被微生物發酵產生短鏈脂肪酸的膳食纖維，人體攝入抗性淀粉后，血糖水平不會顯著升高。抗性淀粉具有調節腸道菌群、促進腸胃蠕動和預防炎癥的生理功能，有助于降低罹患肥胖和糖尿病等疾病的潛在風險，能夠迎合廣大消費者對于減糖低糖的健康飲食需求。抗性淀粉廣泛存在于青香蕉、生馬鈴薯、未加工的豌豆和高直鏈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異，并且這些天然食品中的抗性淀粉含量也會受到自然生長成熟過程和加工處理方式的影響而改變。由于天然食品中普遍存在抗性淀粉純度低和穩定性差的缺陷，容易在提取、儲存和食用過程中轉變成可消化淀粉，導致其抗消化性大幅降低，因此需要采用特定方式對含有抗性淀粉顆粒的天然食品進行處理，提高其抗性淀粉含量，使其能最大限度地發揮抗消化功效。目前常用的抗性淀粉的制備方法主要包括物理處理、酶法處理、化學變性以及與脂肪酸形成淀粉-脂肪酸復合物，而不同的處理方式下得到的抗性淀粉含量也有所不同。

1 抗性淀粉的制備方法

1.1 物理處理

物理處理過程中無需額外引入化學試劑，這一優勢使其成為抗性淀粉處理的一大趨勢。近年來，有不少學者將微波、超聲、輻照、濕熱和壓熱等物理加工處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顆粒以外，同時含有大量的纖維、果膠和單寧，因此如何分離得到高純度的抗性淀粉是使得青香蕉真正發揮其抗消化功效至關重要的一步。譚思敏等[1]探究了香蕉中抗性淀粉含量與成熟度的關系，結果顯示香蕉成熟度越高，其硬度越小，抗性淀粉含量也越少；單寧酶解除去單寧后，能有效提高抗性淀粉的純度。

胡方洋等[2]對比了不同植物來源的抗性淀粉含量，發現與玉米淀粉和馬鈴薯淀粉相比，豌豆抗性淀粉含量更高；分別對玉米淀粉、馬鈴薯淀粉和豌豆淀粉進行超聲處理，對比超聲前后抗性淀粉含量，結果顯示超聲均能提高上述3種淀粉中抗性淀粉含量，其中豌豆淀粉經過糊化-超聲-回生處理后抗性淀粉含量最高，達到14.29%。劉敏等[3]通過先對馬鈴薯淀粉進行微波預處理，再在120 ℃濕熱處理30 min，制備了馬鈴薯抗性淀粉，發現當功率為750 W，微波時間為240 s時，抗性淀粉得率最高，為9.77%。鄭妍等[4]分別采用壓熱、輻照和微波處理制備了馬鈴薯抗性淀粉，并對比了3種方式得到的馬鈴薯抗性淀粉含量及理化性質，結果表明3種處理都降低了淀粉的透明度，但均能顯著提高抗性淀粉含量，其中輻照后的抗性淀粉含量最高。李琳何等[5]探究了濕熱處理過程中水分含量、熱處理溫度和熱處理時間對馬鈴薯抗性淀粉得率的影響，并對其制備工藝進行了優化，得到最佳工藝參數為水分含量30%，熱處理溫度90 ℃，熱處理時間90 min，此時抗性淀粉得率26.63%，在偏光顯微鏡下觀察到偏光十字現象，表明該抗性淀粉仍為顆粒態淀粉。

1.2 酶法處理

淀粉是由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成的以葡萄糖為基本單元的碳水化合物，其中直鏈淀粉是淀粉分子之間通過α-1,4糖苷鍵連接，而支鏈淀粉的分支部分則是淀粉分子通過α-1,6糖苷鍵連接而成。淀粉的酶法處理主要包括淀粉酶和普魯蘭酶處理，其中α-淀粉酶作用于淀粉分子鏈的α-1,4糖苷鍵，而普魯蘭酶通過作用于支鏈淀粉的α-1,6糖苷鍵來降低淀粉中的支鏈淀粉含量。

饒雪甜等[6]以果漿酶和淀粉酶對巴西青香蕉進行處理，分離純化得到抗性淀粉，探究了抗性淀粉純度的影響因素，得到最佳酶解工藝配方為果漿酶用量0.15%，淀粉酶用量0.15%，反應pH值5，反應溫度40 ℃，酶解時間1 h，此時抗性淀粉純度高達96.1%。胡方洋等[7]對比了濕熱超聲法、濕熱酶法、微波濕熱法和二次循環濕熱處理法對玉米抗性淀粉得率的影響，發現上述4種處理均能有效提高抗性淀粉得率，其中濕熱酶法和濕熱超聲法的得率分別為10.7%和10.4%，高于濕熱超聲法和二次循環濕熱法的得率。王六強等[8]采用耐高溫α-淀粉酶和普魯蘭酶處理新鮮馬鈴薯，探究了酶的用量、反應溫度和時間對抗性淀粉得率的影響，得到最佳提取工藝參數為首先在α-淀粉酶用量3 NU·g-1的條件下酶解 30 min，再在普魯蘭酶用量為4 NPUN·g-1和55 ℃的條件下酶解10 h，最終抗性淀粉得率為10.45%。曾凱驍等[9]以高直鏈玉米淀粉為原料，經過酸解、糊化、普魯蘭酶酶解和老化一系列處理，得到改性后的高直鏈玉米淀粉，并探究了水分含量和壓熱處理對抗性淀粉含量的影響，結果顯示當改性后的高直鏈玉米淀粉在水分含量為20%，121 ℃高壓滅菌處理2 h后，抗性淀粉含量高達80.5%。

1.3 化學變性

天然淀粉在受熱糊化過程中，其中的抗性淀粉含量和穩定性下降，甚至轉化成可消化淀粉，降低或喪失抗消化性。通過對淀粉進行化學變性處理，使其不利于淀粉酶的作用，保證抗性淀粉的穩定性和抗消化功效的發揮。化學變性是在化學反應試劑的作用下，通過向原淀粉分子上引入新的官能團，改變淀粉的分子結構，進而改善淀粉理化性質的變性手段，主要包括醚化、酯化、交聯中的一種或多種，常用的化學試劑有醋酸酐、環氧丙烷和三偏磷酸鈉。通過對淀粉進行交聯或酯化等變性處理，探究化學變性方式對抗性淀粉含量的影響，并分析其背后的成因和機制，有利于指導高含量抗性淀粉的開發與應用。

劉燕等[10]以山藥為原料提取了山藥淀粉，并對其進行了交聯變性處理，以抗性淀粉含量為指標，對交聯淀粉的制備工藝進行了優化，得到最佳制備工藝為反應pH=10，交聯溫度為48 ℃，交聯時間為3.3 h，該條件下制備的交聯淀粉中的抗性淀粉含量提高至38%。宋天文等[11]以三偏磷酸鈉和三聚磷酸鈉為復合交聯劑，對交聯玉米淀粉的制備工藝進行了優化，并對其抗性淀粉含量進行了分析，發現交聯劑濃度為11.5%，反應溫度為60 ℃，得到的交聯淀粉中抗性淀粉含量為60.76%。牛博文等[12]以紅薯淀粉為原料，以醋酸酐、一氯乙酸和三偏磷酸鈉為改性劑，分別合成了醋酸酯淀粉、羧甲基醚化淀粉和交聯淀粉，并對其抗酶解性能進行了分析，結果顯示上述3種化學變性淀粉均有較強的抗酶解性，其中淀粉與醋酸酐反應生成的酯鍵形成了空間位阻，能夠阻礙酶的進攻，而淀粉與三偏磷酸鈉反應所形成的交聯鍵使淀粉分子之間作用更為緊密，不利于酶的作用。張佳燕等[13]以馬鈴薯淀粉為原料，探究了交聯和普魯蘭酶酶解復合對馬鈴薯淀粉中抗性淀粉含量的影響，結果顯示交聯處理后抗性淀粉含量由8.9%提高至69.7%，而普魯蘭酶復合處理后，抗性淀粉含量進一步提高到88.5%。

1.4 淀粉-脂肪酸復合物

直鏈淀粉具有雙螺旋結構，能夠將脂肪酸包合在雙螺旋結構中，形成淀粉-脂肪酸復合物，改變淀粉的理化性質，因而淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量和比例會對淀粉-脂肪酸的結構和抗消化性產生影響。黃承剛等[14]以直鏈淀粉含量分別為23.7%、58.4%和0.67%的普通玉米淀粉、高直鏈玉米淀粉和糯玉米淀粉為原料，在相同條件下制備了對應的淀粉-硬脂酸復合物，探究了直鏈淀粉含量對淀粉-硬脂酸復合物的結構和抗消化性的影響，紅外光譜分析發現在 3304.61 cm-1處的-OH峰波數均降低，表明脂肪酸插入到直鏈淀粉的雙螺旋結構中，通過氫鍵與直鏈淀粉發生作用；X-射線衍射結果顯示淀粉與脂肪酸復合后形成了V-型結晶結構；與糯玉米淀粉相比，普通玉米淀粉和高直鏈淀粉更易形成淀粉-脂肪酸復合物，原因是糯玉米淀粉的分支產生的空間位阻不利于脂肪酸作用；對比了上述3種淀粉-脂肪酸的抗消化性，結果顯示處理后的普通玉米淀粉和高直鏈玉米淀粉抗性淀粉含量升高，分別為52.0%和52.4%。

此外，脂肪酸碳鏈的長短和不飽和度也會影響淀粉-脂肪酸復合物的性質。LU等[15]以直鏈淀粉含量為70%的高直鏈玉米淀粉為原料，分別用月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸和油酸采用濕熱處理法制備了淀粉-脂肪酸復合物，并探究了上述5種淀粉-脂肪酸復合物的結構和理化性質，發現淀粉與脂肪酸作用后仍然具有偏光十字現象，X-射線衍射分析發現脂肪酸鏈長和不飽和度會對淀粉-脂肪酸復合物的結晶結構產生影響。SUN等[16]探究了脂肪酸鏈長和不飽和度對玉米淀粉-脂肪酸復合物的結構、理化性質和體外消化率的影響，發現玉米淀粉-脂肪酸復合物為V-型結晶結構；與飽和脂肪酸相比，淀粉與不飽和脂肪酸形成的復合物抗性淀粉和慢消化淀粉含量更高，淀粉與C-12或C-14脂肪酸形成的復合物中抗性淀粉含量更高，分別為21.77%和26.31%，而淀粉與C-10脂肪酸形成的復合物中慢消化淀粉含量最高為28.99%。米紅波等[17]探究了硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸對高直鏈玉米淀粉-脂肪酸復合物結構和穩定性的影響，發現形成了新的V-型結晶結構，隨著脂肪酸的不飽和度增加，淀粉-脂肪酸的熱穩定性逐漸降低。康雪敏[18]以小麥淀粉為原料，探究了不同種類脂質和不同處理方式對淀粉-脂肪酸復合物理化性質的影響，發現向小麥淀粉中加入脂肪酸或甘油酯后，結晶結構由A-型轉變為V-型；普魯蘭酶處理更有利于直鏈淀粉與脂肪酸的作用，原因可能是普魯蘭酶酶解增加了直鏈淀粉的含量，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應用

面制品是人體攝入碳水化合物的主要來源之一，通過體內糖代謝來維持正常生命活動所需能量。面制品常用的加工和食用方式包括蒸煮、油炸、焙烤和冷凍等，研究不同的加工和儲存方式對抗性淀粉含量及抗消化性的影響尤為必要，將對人們的飲食方式產生實際指導意義。婁朋舉等[19]探究了水熱處理、干熱處理和酸堿處理對青香蕉抗性淀粉穩定性的影響，發現抗性淀粉在干熱處理或弱酸性環境下更穩定，而在水熱處理、中性或堿性環境下穩定性很差；隨后進行了體外模擬消化研究，探究了蒸（饅頭）、煮（面條）、焙烤（餅干）及沖調4種食用方式對抗性淀粉消化性的影響，結果顯示饅頭和面條在蒸煮過程中部分抗性淀粉轉變成可消化淀粉，而在餅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、炒和炸等烹飪方式以及不同儲存溫度對面條中抗性淀粉含量的影響，發現微波處理后抗性淀粉含量最高為0.99%，而油炸對抗性淀粉破壞最為嚴重，油炸后抗性淀粉幾乎完全消失；分別在-18 ℃、4 ℃和25 ℃儲存后抗性淀粉含量均升高，其中25 ℃儲存的面條抗性淀粉含量最高。

2.1 抗性淀粉在面條中的應用

面條是人們日常食用的主要面制品，通過預先在熱水中進行蒸煮達到軟化和熟化的目的，進而根據消費者的個性化需求加以烹飪。而面條本身的品質特性以及蒸煮時間通過影響面條的斷條率和膨脹吸水率，最終影響面條的口感和質構。朱哲[21]以豌豆淀粉為原料，將壓熱處理和酶法處理相結合制備了豌豆抗性淀粉，測得抗性淀粉得率為37.44%，并將制備的豌豆抗性淀粉應用于面條中，發現增加抗性淀粉用量，有助于縮短面條的烹煮吸水率和蒸煮時間，但降低了面條的質構和感官品質；當面條中抗性淀粉添加量為20%時，可以通過加入3%～10%的谷朊粉，改良面條的感官品質。

PUNIA等[22]以小麥淀粉為原料，與檸檬酸反應制得了抗性淀粉含量為66.9%的檸檬酸淀粉酯，并將其與小麥淀粉復配用于制作面條，探究了面條的質構和感官品質，發現隨著檸檬酸淀粉酯含量的增加，面條的硬度和咀嚼性有所降低，當檸檬酸淀粉酯添加量為20%時，面條的感官品質滿足要求。張翔[23]以苦蕎、綠豆和藜麥為原料，采用電子束-酶法制備了多元復合高抗性淀粉，并將其應用于高抗性面條的制作中，發現該抗性淀粉用量為35%，水分含量為30%，熟化時間為30 min時，感官評價最好，與對照組相比，高抗性淀粉面條蒸煮時間縮短，斷條率無明顯差異，膨脹率降低，蒸煮損失率提高，質構和感官品質提升，而升糖指數則由84.57降低至68.61。

2.2 抗性淀粉在餅干中的應用

餅干通常是由小麥粉、植物油和食用糖等原輔料經過高溫焙烤而來，因其口感酥脆和香氣純正受到大眾的喜愛。有不少研究者通過向餅干中加入抗性淀粉，用于部分或者全部替代面粉，探究抗性淀粉對餅干香氣和質構的影響，以及評價抗性淀粉在餅干中的抗消化功效。郝欣等[24]以青香蕉粉、動植物蛋白、堅果和果蔬粉為原料，制作了抗性淀粉餅干，并對其配方和焙烤工藝進行了優化，得到最佳基礎配方為青香蕉粉含量為28%，蛋白含量為15%，堅果含量為20%，果蔬粉含量為15%，油含量為8%，低聚異麥芽糖含量為4%；優化后的焙烤工藝為焙烤溫度為70 ℃，焙烤時間為20 min。GIUBERTI等[25]以天然糯米淀粉為原料，分別采用酶解-退火處理、酸處理和濕熱處理得到3種抗性淀粉，并將其替代50%米粉用于大米無麩質曲奇餅干的制作中，對比了3種餅干的體外消化率和質構特性，發現與原淀粉相比，上述3種處理均能有效提高抗性淀粉含量，其中采用酶解-退火處理的抗性淀粉制作的餅干抗性淀粉含量最高，焙烤后抗性淀粉的損失最少，該研究結論為抗性淀粉應用于慢消化無麩質餅干提供了理論依據。

KHAN等[26]用α-淀粉酶和普魯蘭酶處理玉米淀粉，提高了玉米淀粉中抗性淀粉含量，并將其用于制作餅干，考察了餅干的外觀、香氣和質構，結果顯示使用抗性淀粉制作的餅干外觀完好，香氣濃郁，口感酥脆，分析原因可能是抗性淀粉具有更低的持水力、膨脹力和吸油率。燕翔[27]對比了單一濕熱處理和酶解、脂肪酸復合與濕法處理相結合這兩種方式對面粉中抗性淀粉含量的影響，通過向低筋小麥粉中加入不同比例的抗性淀粉得到抗消化面粉，將其應用于餅干的制作中，探究了抗消化面粉對酥性餅干品質的影響，結果顯示抗消化面粉添加量為20%時，餅干口感酥脆，感官評價較好。郭會會[28]提取了高直鏈玉米淀粉，測得其抗性淀粉含量為31.97%，并將其應用于低升糖指數餅干的制作中，結果顯示當高直鏈玉米淀粉用量為40.01%，植物油用量為25.15%，麥芽糖醇用量為24.65%，菊粉用量為6%，膨松劑用量為0.7%時，餅干口感和外形較好，感官評分高達91.08分，升糖指數為48.28。

2.3 抗性淀粉在其他面制品中的應用

除了面條和餅干以外，面制品通常還包括包子、饅頭、面包和蛋糕，在制作和儲存過程中需要經過冷凍和焙烤處理，通過添加抗性淀粉，在降低消化性的同時，期望改善食品的感官品質。張偉等[29]以銀杏抗性淀粉、雞蛋、色拉油、食鹽、白砂糖和蛋糕專用粉為原料，以感官評分為指標，探究了銀杏抗性淀粉戚風蛋糕的制備工藝，得到最佳參數為蛋糕粉用量為100 g，全蛋液用量為185 g，色拉油用量為16 g，白砂糖用量為80 g，食鹽用量為5 g，泡打粉用量為1 g，蛋糕油用量為5 g，水用量為30 g，該條件下制備的蛋糕組織細膩，香氣純正，感官評分為87.4分，體外水解率為62.87%，顯著低于對照組。李世香[30]采用酶法處理得到高粱抗性淀粉，探究了抗性淀粉對面團流變性質的影響，并將其用于制作低升糖指數的冷凍饅頭，研究發現抗性淀粉可以緩解冰晶的形成，有利于保護面筋網絡結構；當抗性淀粉用量為17%，卡拉膠用量為2%，谷朊粉用量為5%，酵母用量為1%時，饅頭外形光滑，內部氣泡分散均勻而細密，感官評分最高為82.01分。董幸[31]采用微波和酶法復合制備了綠豆抗性淀粉，測得抗性淀粉含量為35.83%，并將其用于制作抗性淀粉面包，以感官評分為指標，得到最佳參數為綠豆抗性淀粉用量為9%，酵母添加量為2.5%，白砂糖用量4%，玉米油添加量8%，此時感官評分 為89.2分。

3 結語

本文總結了抗性淀粉的物理處理、酶法處理、化學變性以及淀粉與脂肪酸形成淀粉-脂肪酸復合物4種處理方法，概述了抗性淀粉在面條、餅干和面包等面制品中的應用研究進展。研究表明與未處理的淀粉相比，上述4種處理均能在一定程度上提高抗性淀粉含量及抗消化性。將抗性淀粉應用于面條、餅干和面包等面制品中，抗性淀粉的添加量會對面制品的感官品質和質構產生影響。此外，蒸煮、焙烤和冷凍等不同的加工儲存方式也會最終影響面制品中抗性淀粉的含量和消化性。目前關于抗性淀粉在面制品中的應用研究多集中在制作工藝配方的優化上，缺乏關于抗性淀粉的結構及其在面制品中的抗消化性機制方面的相關研究，今后研究者應針對這一方面進行更為深入的探究。