马铃薯淀粉消化性能研究进展

王　洁，徐同成，刘丽娜，杜方岭，董海洲，代养勇

(1 山东省农业科学院农产品研究所，济南　250100；2 山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安　271000)



马铃薯淀粉消化性能研究进展

王洁1，2，徐同成1，刘丽娜1，杜方岭1，董海洲2，代养勇2

(1山东省农业科学院农产品研究所，济南250100；2山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安271000)

对影响马铃薯淀粉消化率的因素、马铃薯慢消化淀粉和抗性淀粉的制备和检测方法，以及在食品中的应用进行综述，并对马铃薯慢消化淀粉和抗性淀粉的前景进行了展望。

马铃薯；淀粉消化性；抗性淀粉；慢消化淀粉

碳水化合物主要以淀粉的形式广泛储藏于植物中，尤其是在稻米、小麦、玉米、谷类的种子和薯类的贮藏组织。Englyst[1]等人依据淀粉在人体中消化速率把淀粉分为：快消化淀粉(ready digestible starch，RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch，SDS)、抗性淀粉(resistant starch，RS)。研究表明，RDS会导致血糖波动较大从而引起许多慢性疾病的发生；SDS则可以控制血糖波动幅度，具有持续缓慢释放能量、稳定血糖、提高机体对胰岛素的敏感性的特殊生理功能；RS不能被健康人体小肠利用进而提供葡萄糖，但其能在大肠中被肠道内的微生物发酵产生丁酸等短链脂肪酸，有利于有益菌群生长，具有促进肠道蠕动的作用[2]。

2015年初国家提出马铃薯主粮化发展战略，使马铃薯成为继小麦、水稻、玉米之后第四大主粮作物。马铃薯的种植在中国已有400年之久，但至今仍处于加工利用初级阶段。在马铃薯深加工中，加工的比例最高的是淀粉，约60%～70%。马铃薯淀粉具有其他淀粉所不能替代的特性，其RS含量较高，同时，还含有部分SDS，因此对马铃薯淀粉的消化性能和抗酶解性能研究具有重要意义。本文对影响马铃薯淀粉消化性的因素，国内外关于马铃薯SDS、RS的制备及测定方法，马铃薯SDS、RS在食品中的应用等研究进展进行综述。

1　影响马铃薯淀粉消化性的因素

马铃薯淀粉性质和结构对淀粉消化速率的影响至关重要，比如淀粉品种、淀粉粒度、晶体结构、结晶类型、直链淀粉含量与分子聚合度、直链淀粉与脂质形成的包被复合物等。

1.1马铃薯淀粉品种

张攀峰等[3]对国内不同品种马铃薯淀粉中RS2含量的研究表明，RS2含量与马铃薯淀粉品种有直接的联系，进而与马铃薯淀粉结构的致密性、完整性、结晶结构、半结晶层结构等结构因素有关。

1.2淀粉颗粒大小

Snow P等[4]指出，淀粉颗粒大小对消化速率影响较大，颗粒大则消化速率高。薯类淀粉颗粒普遍大于谷类淀粉颗粒，马铃薯淀粉在薯类淀粉中粒径最大的，平均粒径约33μm。

1.3淀粉结晶结构

淀粉的结晶构型对淀粉的消化性有着重要影响，依据X射线衍射图谱，玉米淀粉等具有A型结晶结构的谷类淀粉，消化速率较高[5]。多数块茎类淀粉消化速率较低，其具有B型结晶结构，如马铃薯淀粉。Gallant等[6]提出亚颗粒“blocklet”结构，这种淀粉结构模型由双螺旋支链淀粉侧链组成结晶区，这些侧链与无定形区相互缠绕，亚颗粒“blocklet”结构有组织的膨大后形成球形，因此，淀粉对α-淀粉酶的敏感性随着“blocklet”结构的增大而减弱。Fannon等[7]研究证明了大多数淀粉中微孔和空腔的存在，这种结构可以使酶快速通过空腔渗透到淀粉内部，加速了酶对淀粉颗粒水解作用，而马铃薯淀粉颗粒就不存在微孔和空腔结构。

1.4直/支淀粉比例

直链淀粉含量、链长、分子聚合度及支链淀粉的线形化对RS的形成有着重要的影响，通过提高淀粉中直链淀粉与支链淀粉比率可提高RS含量。脱支法制备RS的原理就是通过增加淀粉中直链淀粉的含量，用酶或者酸水解淀粉分子中的α-1，6 糖苷键，生成游离的聚合度小的直链淀粉，在淀粉老化过程中，由支链淀粉生成的短直链和原有直链淀粉在氢键和范德华力的作用下，共同形成双螺旋结构，最终形成RS。

1.5其他影响因素

淀粉中其他成分如直脂复合物、蛋白质、金属离子对RS含量的也会产生一定程度的影响，大多起降低作用。内源脂以游离脂肪酸和结合脂两种形式存在于淀粉中，并能与直链淀粉相结合。Eliasson等[8]发现，直链淀粉和单甘酯构成的直脂复合物抑制了直链淀粉分子之间相互结合而导致的淀粉回生；杨光等[9]研究指出，内源脂质可一定程度影响RS的形成，高脂含量具有到降低RS的作用，通过对淀粉适当脱脂处理，可提高RS的产量；Mercier认为，大多数脂质如单甘酯、油酸、磷脂和大豆油都会使RS产量下降，他们还发现一种由马铃薯直链淀粉与油酸构成的直脂复合物可提高RS含量，然而，将十二烷基磺酸钠和油酸加入马铃薯直链淀粉中又会使RS的含量降低。蛋白质存在于淀粉表面，具有保护淀粉的作用，可防止淀粉回生老化，从而减少RS含量。Escarpa等[10]发现，向糊化后的淀粉中添加Ca2+、K+等金属离子可减少RS含量，金属离子被直链淀粉分子吸附后，淀粉分子之间不易形成氢键，从而阻碍淀粉老化。

2　马铃薯RS的制备

近年来，国内外对RS制备方法的研究较为丰富。关于RS的制备技术，主要集中在回生老化抗性淀粉的研究上，其形成机理为：淀粉糊化冷却后，直链淀粉分子在末尾区域形成双螺旋结构，双螺旋结构在氢键和范德华力的作用下相互接近构成螺旋聚集体，从而形成稳定的晶体结构。衣杰荣等[11]用分子排阻色谱的方法研究了大米淀粉和马铃薯淀粉形成回生抗性淀粉的能力，研究表明马铃薯淀粉比大米淀粉更适合用来生产RS。

2.1压热法

压热处理是常用的制备RS方法之一，高温高压下淀粉乳完全糊化，经老化回生后进而得到RS。Phillips[12]等将淀粉乳在170℃和5MPa下，水浴0.5～6h后，4℃冷藏12h，干燥粉碎后制备RS。聂凌鸿[13]等对马铃薯RS压热制备条件进行研究：淀粉乳浓度30%、pH值6、120℃热处理40min条件下，可获得9.77%的RS得率，若增加加热-冷却处理次数则会增加RS产量。

2.2酶解压热法

在压热处理基础上可增加酶法处理可以进一步提高RS产量。当支链淀粉侧链上至少存在2个葡萄糖残基时，脱支酶如普鲁兰酶可水解a-1，6糖苷键。另外，α-淀粉酶可切断α-1，4 葡萄糖苷键，从而迅速切断淀粉分子链，生成短链更有利于晶体结构生成。张灵超[14]等以马铃薯淀粉为原料采用压热法与酶解相结合制备RS，经压热处理后加入耐高温α-淀粉酶、普鲁兰酶，使RS产率显著上升。结果表明：淀粉乳浓度10%、120℃处理60min、a-淀粉酶用量1U/g、普鲁兰脱支酶用量2U/g，RS得率上升到19.46%。

2.3韧化处理

韧化处理是指配成水分含量40%以上的淀粉乳，在玻璃化转化温度与糊化温度之间(马铃薯淀粉约50℃)处理淀粉的一种方法。韧化处理过程促进RS的形成主要是实现淀粉晶体内部重新排列，使得结晶度提高，结晶构型更为紧密，从而增强抵抗酶的作用。刘滕[15]等对玉米淀粉、木薯淀粉及马铃薯淀粉进行韧化处理，试验发现：马铃薯淀粉晶型由B型转变为A+B型，亚微晶区的累积衍射强度增加，相比与其他两种淀粉，韧化处理对马铃薯淀粉影响最大，制备的RS含量最高。

2.4酸水解法

原淀粉在低温下配成一定浓度的淀粉乳，用无机酸处理适度时间，可形成RS，其原理是淀粉颗粒采用稀盐酸等水解，无定型区可完全反应，而结晶区则以反应残余物的形式保留下来。聂凌鸿[16]等采用酸水解的方法处理马铃薯淀粉，试验表明：淀粉乳浓度10%、酸解1.5 h、盐酸添加量2%、50℃水浴处理2.5 h、冷藏时间36h，RS得率13.87%。与原淀粉相比，制备的马铃薯RS耐酶解性显著增强，同时吸湿性也有所增强。

2.5微波法

微波处理可增加直链淀粉的含量，原因是微波处理降解部分支链淀粉，产生新的分子量小的直链淀粉，微波辐射处理使温度上升迅速，淀粉糊化冷却后有利于淀粉晶核形成。李周勇等[17]用微波-酶解复合法在熔融温度下制备马铃薯RS，确定最佳的微波-酶解工艺，结果表明：淀粉乳浓度为15%、微波处理时间90s、微波功率800W、普鲁兰脱支酶添加量0.10PUN(G)/g、55℃下处理解6h、耐高温a-淀粉酶添加量10CU/g、酶解30min、4℃冷却处理24h条件下，RS得率为17.2%。

2.6超声法

超声波由于具有空化作用、热作用，可产生机械力化学效应，其产生高温高压断裂分子链，利用超声波可降解淀粉，使结晶型态改变，同时超声作用可改变淀粉分子量，使分子量分布范围更窄。超声处理往往与酶处理相结合，从而提高酶解速率，缩短了RS制备的时间。

3　马铃薯RS、SDS的测定

目前，测定RS、SDS含量的方法仍无统一标准，普遍分为体外测定法与体内测定法，由于体内测定法成本较高，对人体造成一定程度的影响，不适合作为常规检测方法。而且，人体自身情况不同，肠道内消化酶的种类、含量对淀粉酶解影响较大，测试结果重复性差。国内外研究人员更加侧重于体外测定方法的研究。

根据淀粉的酶解处理方式，可分为Goni 法、AOAC法、Champ法等。目前，国内外通常采用AOAC法和Goni法测定RS的含量，两种方法在测定RS含量时，相同点都是先除去可溶性淀粉，再将RS溶解于KOH或DMSO中，然后酶解RS，再测定生成葡萄糖的含量，最后换算成淀粉。但Goni需先将蛋白质去除，增加了加入胃蛋白酶这一环节，另外两种方法处理所使用的酶液也不同，在酶解处理可溶性淀粉时，AOAC法用胰α-淀粉酶与葡萄糖淀粉酶混酶进行处理，而Goni法利用单一胰α-淀粉酶，薛慧[18]等通过试验得出，Goni法比AOAC法测定结果偏高，这是因为Goni法没有使用葡萄糖淀粉酶在酶解可溶性淀粉时，从而导致可溶性淀粉水解不完全，测定结果偏高，AOAC法通过两种酶的联合作用会水解更加彻底，数据准确性高、重复性更好。

SDS测定其基本原理是使用α淀粉酶水解淀粉，测定20min内快消化淀粉与120min内可消化淀粉的量，二者作差求得SDS含量。国内外常用的方法有Guraya法、Englyst法等。测定SDS含量国内常使用Englyst法，但由于这种方法步骤复杂，采用混合酶进行消化，重复性较差，研究者往往对Englyst法中的混合酶进行改进后进行测定。而Guraya法采用单一猪胰α-淀粉酶水解淀粉，操作简单、经济，但它测量值偏低。这是因为Guraya法没有加入淀粉葡糖苷酶，直接测定的是麦芽糖生成量，而α-淀粉酶受生成的麦芽糖影响，抑制其酶解活性[20]。

4　马铃薯RS、SDS在食品中应用

由于RS、SDS对人体具有特殊的生理功能，将RS、SDS适量添加到食品中，对食品的感官、质地可产生一定程度的影响，而且可以制成不同特色的功能食品。当前RS、SDS在食品领域中的应用越来越受到国内外的关注，它作为食品添加剂和功能性食品基料，具有很大的潜力。

RS应用到食品中主要基于两点原因，一是其生理功能与膳食纤维的相似，在小肠中不能被消化吸收。国外在生产的面包中常添加膳食纤维，但膳食纤维过高会使面包体积小，口感差且颜色暗淡，国外有一种商标叫Novelose240 的RS添加到白面包中，延续了膳食纤维的生理功能，同时使面包的气孔结构，感官品质方面均得到加强[19]。二是不溶于水，具有很低的持水量，适于添加到以谷物为基料的低水分含量的食品中，增加了食品的膨胀性、脆性及提高产品的质地，已实际应用到干脆饼干和法国烤面包片中。RS具有较好的黏度稳定性，尤其是马铃薯淀粉黏度比谷类淀粉都要高，可作为食品增稠剂，可用于汤料及乳制品中，在饮料中添加RS可增加不透明度及粘稠性，避免砂砾感的产生，且对饮料风味基本无影响[20]。李周勇等[21]将制备的马铃薯RS添加到酸奶中，研究表明，添加马铃薯RS的酸奶黏度上升，酸奶中乳清析出减少，马铃薯RS比羧甲基纤维素钠更适合做酸奶中的添加剂。

在SDS的应用方面，国外已取得了显著研究成果，如Danone Vitapole的R&D已研发出高SDS和低升糖指数系列的饼干[22]；Vincent等[23]报道称添加量约20 %的SDS饼干对儿童和青少年的认知功能有所改善。另外，还有报道称SDS可用来开发持续能量缓释的运动员专用食品。

5　展望

随着人们饮食习惯及食物构成的改变，糖尿病、心血管疾病等慢性病的发病率逐年增高，更多的人倾向于摄入低热量、高膳食纤维的食物以达到健康的目的。马铃薯中含有丰富的RS和部分SDS，这将作为一个很好的功能性食品原料，具有广泛的应用前景。如今，马铃薯被列为国家四大主粮之一，马铃薯产业已经进入快速发展阶段，可根据马铃薯RS、SDS本身的性质和生理功能开发具有不同特色的功能性食品，对开展马铃薯RS、SDS方面的研究与推动马铃薯主粮化进程有着重要意义。◇

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(责任编辑李燕妮)

Research Advancement of Digestibility for Potato Starch

WANG Jie1，2，XU Tong-cheng1，LIU Li-na1，DU Fang-ling1，DONG Hai-zhou2，DAI Yang-yong2

(1Institute of Agro-Food Science and Technology，Shandong Academy of Agricultural Science，Jinan 250100，China；2College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Taian 271000，China)

Factors affecting the digestibility of potato starch，preparation and determination methods，application in food industry resistant starch and slowly digestible starch for potatoes were reviewed and the prospect was forecasted.

potato；starch digestibility；resistant starch；slowly digestible starch

山东省农业科学院科技创新重点项目(项目编号：2014CXZ03)；山东省引进泰山学者海外特聘专家项目(项目编号：鲁财教[2014]45号)；农业生物资源创新利用研究(水稻产量与品质特异性种质材料的创新与利用)。

王洁(1992—)，女，在读硕士研究生，研究方向：抗消化淀粉的制备及加工特性。

刘丽娜(1978—)，女，博士，副研究员，硕士生导师，研究方向：抗消化淀粉的制备及加工特性。