抗性淀粉与肠道微生物的研究进展

张语涵 徐同成 刘丽娜 邱斌 宗爱珍 贾敏 刘玮

摘 要：抗性淀粉作是一种能够产生多种功效的膳食纤维，其无法在小肠中直接消化吸收，需要经肠道微生物发酵，可通过与肠道微生物组的相互作用调节微生物组构成，是一类极具发展潜力的益生元。抗性淀粉的益生元功效可影响肠道微生物，可以应用于肠道微生物失调导致的疾病的预防与治疗。

关键词：抗性淀粉;健康功效;肠道菌群

淀粉是多个葡萄糖聚合而成的高分子碳水化合物，是人体最重要的膳食能量来源之一[1]。根据其在人体中的消化吸收方式不同，淀粉可分为可消化淀粉、慢消化淀粉和抗消化淀粉。其中，抗消化淀粉又称为抗性淀粉，是一种新型的膳食纤维，它在小肠中不能被酶解，只能由大肠中的微生物降解[2]。近年来研究表明，抗性淀粉具有益生元功能，可有效调节肠道微生态，降低肥胖、糖尿病、心血管疾病等的发病风险[3-5]。

1 抗性淀粉简介

1.1 抗性淀粉的种类

抗性淀粉至今尚无化学上的精确分类，依据来源、结构、消化性能、应用不同及其抗酶解性质的不同，抗性淀粉可以被分为5类[6]，包括物理包埋淀粉（physically trapped starch，RSl）、抗酶解的天然淀粉颗粒（resistant starch granules，RS2）、老化回生淀粉（retrograded starch，RS3）、化学改性淀粉（chemically modified starch，RS4）和化学改性淀粉（chemically modified starch，RS5）。

1.2 抗性淀粉的制备方法

目前对于抗性淀粉的制备方法可分为物理改性方法、化学改性方法、生物酶法及上述方法的结合[7-9]。

（1）物理改性方法主要包括压热法、挤压处理法、超声法等。韩晓芳等[10]以荞麦淀粉为原料，应用压热法制备了荞麦抗性淀粉，抗性淀粉产率可达16.605 3%。李新华等[11]采用压热法制备了燕麦抗性淀粉，得率为17.26%。李俊伟等[12]以大米粉为原料，采用螺杆挤压法改性，抗性淀粉得率为8.77%[12]。余世锋等应用超声法制备大米RS3型抗性淀粉，最大产率可达12.87%。

（2）化学改性方法是通过化学反应改变聚合物的物理、化学性质的方法。Shin等[13]选用柠檬酸对大米淀粉进行改性，发现将柠檬酸与淀粉在128.4℃下反应13.8h后抗性淀粉的总量最大，相比原淀粉增加了28.1%。刘亚伟等[14]采用酸变性和沸水浴的方法对甘薯淀粉进行处理，得出甘薯抗性淀粉得率为13.91%[14]。

（3）生物酶法是通过水解、转糖苷作用对淀粉分子结构进行修饰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蜡质玉米淀粉，改性后含量增加至38.7%。耿敬章[16]以银杏为原料，研究α-淀粉酶水解制备银杏抗性淀粉工艺，在该工艺条件下银杏抗性淀粉得率可达24.12%。欧阳梦云等[17]以微波预糊化籼米淀粉为原料，自制RS3型马铃薯抗性淀粉为晶种，研究RS3型籼米抗性淀粉的晶种诱导-双酶复合法制备工艺，抗性淀粉产率为27.42%。

（4）多种方法结合制备改性淀粉。杨小玲等[18]探讨超声酶解联合处理及添加剂对抗性淀粉（RS3）得率、结构及性质的影响，RS3得率为11.92%。任海斌[19]以玉米淀粉为原料，采用双螺杆挤压机挤压预处理与普鲁兰酶酶解技术联用的方法得到抗性淀粉质量分数，达24.72%±0.87%[19]。叶文峰等[20]以新鲜脚板薯为主要原料，采用超声波及酸处理粗淀粉制备抗性淀粉，制备的抗性淀粉得率为25.3%。

2 抗性淀粉的健康功效

近年来，大量的动物及人体实验证据表明，抗性淀粉的摄入可有效改善人体及动物的代谢紊乱，从而实现预防或者辅助治疗包括糖尿病、肥胖、心血管疾病、癌症等多种慢性代谢疾病的目的。抗性淀粉可增强饱腹、降低血脂，能有效防止肥胖症。Karmi等[21]开展的人体实验证明，饮食中补充抗性淀粉（RS2型）可有效降低2型糖尿病患者的血糖值，改善其内毒素血症等并发症状[21];除此之外，抗性淀粉的摄入还可以缓解糖尿病患者的肾脏损伤，从一定程度上预防糖尿病肾病的发生[22]。动物实验结果显示，鹰嘴豆抗性淀粉具有辅助降血脂的效果，且存在剂量依赖关系，从而有助于预防高血脂相关的心血管疾病。另外，已有多项动物实验证实，抗性淀粉的摄入能有效减少结肠肿瘤的发生[23]。

3 抗性淀粉与肠道微生物

3.1 肠道微生物简介

人及其他哺乳动物肠道内存在数量庞大的微生物，作为目前所知细胞数量最多的“器官”，肠道微生物组参与宿主各项生理活动，对维持宿主健康起着至关重要的作用。例如，肠道微生物的代谢产物短链脂肪酸，不仅为肠道粘膜上皮细胞生长提供能量，还起到调节肠道pH、促进肠道蠕动、缓解肠道炎症等多种作用;同时肠道微生物还是人体重要的免疫器官，通过形成“菌膜屏障”而为人体提供保护功能，肠道微生物与宿主肠道粘膜免疫系统的相互作用促进了免疫系统的建立;除此之外，肠道微生物还参与了维生素合成及各类营养物质的转化，是联系起饮食与宿主健康的重要桥梁。

肠道微生物中的“好细菌”与“坏细菌”保持的平衡状态对宿主健康的维持至关重要，“坏”细菌的过度繁殖与疾病的发生发展密切相关。Qin等调查发现，与健康个体相比，2型糖尿病患者肠道内大肠杆菌等条件致病菌的比例明显升高，而包括Eubacterium rectale、Faecalibacterium prausnitzii在内的丁酸产生菌的比例明显下降;针对肥胖与正常体重个体的调查表明，肥胖个体肠道中厚壁菌门比例明显高于正常体重个体，且当肥胖个体体重恢复正常时，其肠道微生物中厚壁菌门比例则与正常个体变得较为相似。Rowan等研究发现，肠道中脱硫杆菌的过度增殖与炎性肠病的发生密切相关;除此之外，包括心血管疾病、肠癌、乳腺癌等多种疾病的发生发展都与肠道微生物組结构改变存在密不可分的关系。

3.2 抗性淀粉与肠道微生物

研究表明，肠道微生物失调与多种疾病的发生发展存在关联，肠道微生物可以作为疾病预防或者治疗的潜在“靶点”。与膳食纤维类似，抗性淀粉无法在小肠中直接消化吸收，需要经肠道微生物发酵，可通过与肠道微生物组的相互作用调节微生物组构成，是一类极具发展潜力的益生元。谢涛等体外厌氧发酵实验证明，抗性淀粉可有效促进肠道菌群中乳酸菌和双歧杆菌等益生菌的增殖，抑制大肠杆菌、产气荚膜菌等条件致病菌的增殖（4种抗性淀粉的益生作用及结构变化）。Upadhyaya等[24]研究表明，RS4型抗性淀粉的摄入可以调节肠道微生物组的构成，并显著提高志愿者粪便中包括丙酸、丁酸、戊酸在内多种短链脂肪酸的水平。Kelly等[25]研究证明，膳食中补充RS3型抗性淀粉，可有效增加志愿者肠道微生物组中丁酸产生菌的比例[25]。Zeng等[26]基于小鼠模型的研究也证明，天然莲子抗性淀粉的摄入可以改善肠道微生物组构成，提升小鼠粪便中短链脂肪酸水平，并有效增加维生素的吸收效率。

抗性淀粉的益生元功效是应用于相关疾病预防与治疗的重要前提。Hu等[27]研究表明，在大鼠模型中，抗性淀粉可显著改善与肠炎相关的肠道微生物组失调，增加肠道菌群中Parabacteroides、Barnesiella、Ruminococcus等的比例，提高肠道中短链脂肪酸浓度以及短链脂肪酸受体蛋白的表达，降低炎症因子COX-2、NF-kB、TNF-α、IL-1β的水平，从而有效预防肠炎相关性结肠肿瘤的发生。据Moraes等[28]报道，作为一种新型益生元，抗性淀粉有作为慢性肾病辅助治疗手段的潜力。除此之外，抗性淀粉的摄入可改善2型糖尿病患者的胰岛素抵抗[29]，在此过程中，抗性淀粉对双歧杆菌等肠道益生菌的促生长作用功不可没[30]。

4 研究展望

抗性淀粉是一种新型益生元，可应用于改善人及动物肠道微生物组结构，从而实现疾病预防及辅助治疗的目的。尽管应用潜力巨大，但与膳食纤维、多聚寡糖等传统益生元相比较，抗性淀粉的研究較少、受关注度较低。因此，进一步加强抗性淀粉相关研究，尤其是研究不同抗性淀粉对于肠道菌群精准调控功能，以及不同疾病预防及辅助治疗中所起到的作用及具体的作用机理，对拓宽抗性淀粉的应用范围，提升抗性淀粉加工产业具有重要意义。

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（責任编辑 李婷婷）