慢消化淀粉的消化特性、测定及制备

黄峻榕 任瑞珍 蒲华寅 严 青 李宏梁 刘树兴

（陕西科技大学食品与生物工程学院，西安 710021）

慢消化淀粉的消化特性、测定及制备

黄峻榕 任瑞珍 蒲华寅 严 青 李宏梁 刘树兴

（陕西科技大学食品与生物工程学院，西安 710021）

慢消化淀粉是指在小肠中能被完全消化吸收但速度较慢的淀粉，因其对糖尿病等具有的预防和控制功能，是一种具有应用前景的变性淀粉。本文综述了淀粉的消化特性，慢消化淀粉含量的测定方法以及慢消化淀粉的制备方法。淀粉的消化特性主要用淀粉的消化速率和吸收速率2大类指标进行评定。慢消化淀粉含量测定的方法有体内法和体外法。慢消化淀粉的制备方法包括化学变性法、物理变性法、酶变性法和复合变性法，其中复合变性法是发展趋势。

淀粉 消化特性 测定 制备

淀粉是人类饮食中最常见的糖类物质，食物中淀粉的消化从口腔开始，主要在小肠内进行，参与消化的酶有唾液和胰腺中的α－淀粉酶以及小肠刷状缘细胞上的麦芽糖酶－糖化酶和蔗糖酶－异麦芽糖酶（合称刷缘酶）。淀粉经唾液α－淀粉酶初步水解，然后在小肠内被胰腺α－淀粉酶水解成麦芽糖和分支短链，最后被刷缘酶进一步水解为葡萄糖［1－2］。

Englyst［3］根据淀粉在人体内的消化特点将淀粉分为：快速消化淀粉（Rapidly Digestible Starch，RDS）、慢消化淀粉（Slowly Digestible Starch，SDS）和抗性淀粉（Resistant Starch，RS）。RDS是指在小肠内被迅速消化吸收的淀粉，定量测定时为20 min内酶解淀粉产生的葡萄糖换算量；SDS指小肠内被完全消化吸收，但吸收速度较慢的淀粉，定量测定时为20～120 min内酶解淀粉产生的葡萄糖换算量；RS指不能被小肠消化吸收的淀粉，定量测定时为120 min仍不能被消化的淀粉［3］。慢消化淀粉和抗性淀粉均对糖尿病和肥胖症等慢性疾病有一定的预防和控制作用，但抗性淀粉在小肠中几乎不能被消化，不能产生葡萄糖，主要被大肠中的微生物利用，而慢消化淀粉可被人体完全消化吸收，为人体提供能量，兼营养与功能为一体，因此慢消化淀粉成为食品营养学领域的研究热点［4－5］。

1 淀粉消化特性的评价指标

早期，Englyst［3］用淀粉消化指数（快速消化淀粉量与总淀粉量的比值）来评价淀粉的消化特性。后有研究指出，淀粉的消化特性主要取决于其消化速率和吸收速率，所以将淀粉消化速率和吸收速率作为评价淀粉消化特性的指标［6］。

1.1 淀粉消化速率

淀粉消化速率的指标有平均消化速率（Rate of Starch Digestion，RSD）、水解率（Hydrolysis Rate，HR）和水解指数（Hydrolysis Index，HI）。RSD是在体外消化模型中，整个体系每小时由淀粉酶水解产生的还原糖量与淀粉样品总量的比值。HR是取样时间点已水解的淀粉量占总淀粉量的百分比。HI是在一定时间内，样品的淀粉水解率曲线下面积和参比样品的淀粉水解率曲线面积的比值。RSD和HR的测定方法为在体外模拟人体肠道环境，37℃条件下，用α－淀粉酶和糖化酶或者使用单一的α－淀粉酶对淀粉样品水解处理后，测定不同时间水解产物中还原糖的浓度，根据式（1）和（2）分别计算得到［7－8］。HI则根据式（3）由HR计算得到［8］。

式中：RSD为平均消化速率／mg／（g.h）－1；C为从标准曲线上查出标准麦芽糖量／mg；D为渗析液稀释倍数；V为体外消化模型整个体系的溶液体积／mL；m为样品质量／g，db；t为反应时间／h。

淀粉水解率＝取样时间点已水解淀粉量／总淀粉量×100 %（2）

淀粉水解指数＝样品的淀粉水解率曲线下面积／参比样品的淀粉水解率曲线下面积×100%（3）

琚长霄［9］对比研究了木薯淀粉、高蛋白木薯淀粉、小麦淀粉的消化速率，发现消化速率大小为：高蛋白木薯淀粉＜木薯淀粉＜小麦淀粉；陈玲等［8］探究了羧甲基化处理前后玉米淀粉颗粒及玉米淀粉糊的消化情况，发现羧甲基化处理能降低淀粉的消化速率。淀粉颗粒的消化速率低于淀粉糊的。

Zhang等［10］发现小麦淀粉的水解率随着水解时间的延长而增加且变化率基本保持不变，水解180 min时几乎达到100%，说明了小麦淀粉消化慢但可被完全水解的特点。Brien等［11］分别用α－淀粉酶和糖化酶水解韧化变性的蜡质玉米淀粉，36 h后水解率分别为30.6%和67.6%，有显著差异。

熊建［8］检测发现小麦淀粉中的A淀粉（小麦面浆经三相卧螺离心后，重相液中的淀粉）、B淀粉（小麦面浆经三相卧螺离心后，中相液中的淀粉）以及轻相淀粉（小麦面浆经三相卧螺离心后，轻相液中的淀粉）的水解指数分别为91.6%，105.2%和115.5%，即淀粉水解程度：A淀粉＜B淀粉＜轻相淀粉。

以上3个指标都可用于不同淀粉消化特性研究，也可用于探究不同变性条件以及不同酶处理对淀粉消化特性的影响。然而，水解指数只表示水解终止后淀粉的水解程度，平均消化速率和水解率还可描述淀粉水解的整个过程。

1.2 淀粉吸收速率的评价指标

淀粉吸收速率的指标有血糖生成指数（Glycemic Index，GI）、预测血糖生成指数（Estimated Glycemic Index，eGI）和胰岛素指数（Insulin Index，II）。GI和II表示进食后一定时间内体内血糖水平或胰岛素水平曲线下面积与食用当量的葡萄糖或面包相比引起的血糖或胰岛素曲线下面积的比值，计算公式为（4）和（5）［12－13］。其中血糖水平的测定采用葡萄糖氧化酶法，胰岛素水平的测定使用免疫放射法。eGI则是根据HI计算得到，相关报道验证了用eGI评价豆类和谷类淀粉吸收速率的可行性［14－15］，计算公式分别为（6）和（7）［15－16］。

血糖生成指数＝试验食物餐后血糖水平曲线下面积／参照物餐后血糖水平曲线下面积×100% （4）

胰岛素指数＝试验食物餐后胰岛素水平曲线下面积／参照物餐后胰岛素水平曲线下面积×100%

式中：eGI为预测血糖生成指数；HI为水解指数。

范志红等［17］研究发现豆类淀粉的血糖指数低于谷类淀粉的，如红豆的血糖生成指数为30，而粳米的却高达119（白面包的为100），这是由于豆类在体内的消化缓慢，使得吸收速率较低。

Simsek等［18］用乙酰化、氧化和韧化处理（50℃，20 h）3种方法处理黑豆淀粉，发现其预测血糖生成指数大小依次为：乙酰化＜热处理＜氧化，由此可看出变性条件对淀粉的吸收速率有很大影响。与血糖生成指数相比，预测血糖生成指数的测定方法更简单，试验成本更低［18］。

Sands等［19］以白面包为参照物，在0～240 min内，每隔30 min测定由蜡质玉米淀粉引起的胰岛素水平，结果表明蜡质玉米淀粉的胰岛素指数明显低于参照物的，且在测定时间内波动小，具有显著的慢消化特性。王竹等［13］指出，胰岛素除受糖类刺激外，还可能受其他食物组分（如蛋白质、脂肪）的调节，导致胰岛素指数与血糖生成指数的变化不同步，而预测血糖生成指数比血糖生成指数的测定方法更简单，所以预测血糖生成指数和胰岛素指数在淀粉消化吸收速率的评价中都必不可少。

2 慢消化淀粉的含量测定

SDS含量测定的方法主要有体内和体外模拟法2种。

2.1 体内法

以人为试验对象，试验前10 h禁止进食，于次日清晨，空腹抽取静脉血2 mL，口服淀粉5 g。在食用淀粉后20、120 min，分别抽取静脉血2 mL，3 h内分离血浆，用葡萄糖氧化酶法测定血浆中血糖的含量，以葡萄糖为标准对照，根据式（8）计算出SDS的含量［20－21］。

式中：G120为淀粉消化120 min后产生的血糖量／%；G20为淀粉消化20 min后产生的血糖量／%。

2.2 体外法

体外测定法的原理是模拟体内条件，用酶水解淀粉样品，测定20～120 min内产生糖的量［21］，根据式（8）计算得到SDS的含量。最常用的方法为Englyst法和Guraya法，其他方法均为二者的改进法（表1）。Englyst改进法有ChungⅠ法、ChungⅡ法、Zhang法等；Guraya改进法有ShinⅡ法。其中SDS含量测定结果与Englyst法相接近的是ChungⅠ和Miao法。

表1 体外测定慢消化淀粉含量的方法

图1 不同方法测定普通玉米、蜡质玉米和马铃薯淀粉中慢消化淀粉含量［28］

图2 不同方法测定大米、小麦和糯米淀粉中慢消化淀粉含量［21］

缪铭［28］用体内法和体外法（Englyst法、Guraya法和Shin法）测定普通玉米、蜡质玉米和马铃薯淀粉中SDS的含量。从图1可以看出，Englyst法测定SDS含量与体内测定法的结果最接近，但该法操作复杂，重复性差；Guraya法和Shin法因使用单一的胰淀粉酶进行水解，水解后的产物对酶有抑制作用，且采用DNS（3，5－二硝基水杨酸）法只可测出还原糖的含量，导致最终的测定结果偏低。吴海燕［21］用体外法（Englyst法、Miao法和Shin法）测定大米、小麦和糯米淀粉中SDS的含量。图2结果显示Miao法测定结果与Englyst法相近，操作简单、重复性好；Shin法测定结果偏低，与图1的结果一致。

3 慢消化淀粉的制备方法

慢消化淀粉的制备方法主要有物理变性、酶法变性、化学变性和复合变性法。物理变性法中，常用韧化和湿热处理法［29－36］；酶法主要是用α－淀粉酶、普鲁兰酶等来制备SDS［37－39］；化学变性法主要利用辛烯基琥珀酸酐（OSA）、环糊精、酸等与淀粉反应［40－44］；复合变性法主要为物理法与酶法相结合（如超声波－普鲁兰酶法），化学法之间结合（如交联－醚化法），以及化学法和物理法结合（如酯化－湿热处理法）（表2）［45－51］。

物理变性法无需使用化学试剂，保证了食品安全，避免了环境污染，但是存在以下问题，如产量低，部分物理变性法制备得到的SDS结构热稳定性差，设备昂贵且处理量小，达不到连续化大批量生产要求［38，52］。酶法变性可获得大量的慢消化淀粉，但因酶价格高使得制备成本高，不利于工业大规模生产［53］。化学变性法应用广泛，生产工艺简单，但处理过程中用到很多化学试剂，如辛烯基琥珀酸酐、硫酸、盐酸等，制得的SDS有一定的毒性，因此在食品领域的应用受到限制，同时也会引起很多环境问题［53］。与物理变性法、酶变性法、化学变性法相比，复合变性法不仅产量最高且得到的SDS兼具2种变性淀粉的优点，如采用湿热法与微波法复合［51］，不仅得到的SDS含量高，而且经微波法处理后，SDS的结构热稳定性较好［54］。

表2 制备慢消化淀粉的各类方法

4 展望

目前已有多种淀粉消化特性的测定方法，慢消化淀粉（SDS）含量测定的方法也趋向简单，且测定结果更加准确，这为SDS的制备和相关慢消化产品的开发奠定了基础。复合变性技术是SDS制备方法的发展趋势。未来的研究将主要集中在SDS制备新技术的研发、不同SDS产品品质的评价方面。另外，可以根据SDS本身的性质和对人体特殊的生理功能开发不同特色的保健食品。开发与慢消化淀粉相关的保健食品兼具社会效益和经济效益，这将拓宽淀粉的研究方向，扩大淀粉在食品中的应用领域。

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Digestibility，Determination and
Preparation of Slowly Digestible Starch

Huang Junrong Ren Ruizhen Pu Huayin Yan Qing Li Hongliang Liu Shuxing
（College of Food and Biological Engineering，Shaanxi University of Science＆Technology，Xi′an 710021）

Slowly digestible starch（SDS）is a characteristic of complete absorption with slow digestion in small intestine.It is a kind ofmodified starch with potential application for prevention and control function against diabetes.The digestibility，determination and preparationmethods of SDShave been summarized in the paper.The digestibility of starch has been evaluated according to the rate of digestion and absorption.Determination of SDS includesin vivoandin vitromethods.SDS can be prepared by chemical degeneration method，physical degeneration methods，enzymatic degenerationmethods and recombination degenerationmethods.Among them，the recombination degeneration method is themost promising preparation method.

starch，digestibility，determination，preparation

TS23

A

1003－0174（2015）

国家自然科学基金（31371786），陕西省科学技术研究发展计划（2011KW－26），陕西省科学技术厅农业攻关项目（2011K01－17），陕西农产品加工技术研究院农产品深加工产业化项目（NYY－090101）

2013－11－21

黄峻榕，女，1971年出生，教授，淀粉资源的开发与利用03－0134－06