抗性淀粉可食性吸管的加工工艺及开发利用趋势

张 军，马子丹，朱永宝，吕春喜，高 琪，范荣波，2

（1.青岛农业大学海都学院食品系，山东莱阳 265200；2.青岛农业大学，山东青岛 266000；3.山东国鉴认证有限公司，山东济南 250002）

随着经济和社会的迅速发展，白色污染问题愈发严重。使用方便、价格低廉的塑料制品给人们的生活带来了诸多便利，但这些塑料制品在使用后造成了极大的环境污染问题。研究表明，吸管在廉价塑料制品中重复利用率最低。为了顺应时代发展的需求，在解决白色污染的同时保障国民的食品安全和饮食健康化、功能化的需求，抗性淀粉可食性吸管应运而生。抗性淀粉对于可食性吸管的制作优势突出、加工性好，具有良好的挤出和膜成型，相较于当前市面上的同类产品，增加了保健效果。

通过对抗性淀粉的种类特性分析，得出适于制作这种新型吸管的抗性淀粉类型，并详述了制作工艺，为抗性淀粉材料的开发利用提供了借鉴和依据。

1 抗性淀粉的种类特性与生理功效

1.1 抗性淀粉的种类特性

抗性淀粉（resistant starch，RS），其定义为“在小肠中不能被吸收降解淀粉类的总和”[1]，在通过胃肠道时具有抵抗消化的能力，并可在结肠中被微生物发酵而产生短链脂肪酸等。通过不同的物理、酶和化学修饰方法，可以将抗性淀粉分为5 类。

1.1.1 物理包埋淀粉（RS1）和直链淀粉-脂质复合物 （RS5）[2]

这两类淀粉均为物理包埋淀粉，由于其结构特性的限制造成了酶分子较难接近淀粉颗粒，所以进入胃液后就会产生酶抗性，导致无法释放芯材；而且在粉碎、研磨或加热处理时，这2 种抗性淀粉的性质不稳定，含量会受到显著影响[3]，所以物理包埋淀粉和直链淀粉-脂质复合物并不适合吸管的制作。

1.1.2 抗性淀粉颗粒（RS2）

一些天然作物中含有这种具有优良特性的淀粉，为获取吸管制作的原料提供了方便。这种淀粉特性优良，如高密度性、特殊的构象或晶体结构，虽然对酶具有高抗性，但经过蒸煮后，大部分RS2 会因糊化作用失去B 型或C 型结晶结构而成为快消化淀粉，进而被人体吸收利用[4]。基于这一特性，抗性淀粉颗粒（RS2）无疑成为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）

回生淀粉可以减少咀嚼，增加饱腹感，又不影响食品本身的口感，所以被应用于减肥食品的开发中[5]。而且其热稳定性良好，应用于食品加工时不用担心其本身的功能特性被破坏，是抗性淀粉中最为重要的一种，也是目前的研究热点。基于回生淀粉（RS3）优良的热稳定性、增加饱腹感的特性[6]，这一类型的抗性淀粉也是新型吸管制作原料的不二选择。

1.1.4 化学改性淀粉（RS4）

在蒸煮过程中仍可保持颗粒状态，不易被微生物发酵和淀粉酶水解，不会对食品产生任何异味，可保持良好口感，在一些焙烤食品中可用作质构改良剂[7]。

1.2 抗性淀粉的生理功效

1.2.1 调节血糖与血脂

姜余梅等人[8]采用注射链脲佐菌素诱导法建立Ⅱ型糖尿病试验模型，研究表明抗性淀粉灵芝孢子协同作用可进一步改善脂代谢水平，具有良好的减肥、降脂功效[9]，还可有效降低总脂质和总胆固醇的水平[10]。添加玉米抗性淀粉或绿豆抗性淀粉的饲料对维持Ⅱ型糖尿病大鼠的体重和血糖水平呈现一定的周期性，通过定期更换2 种含抗性淀粉饲料，对糖尿病大鼠的控制效果更佳[11]。

1.2.2 改善机体的肠道菌群

抗性淀粉可以防止胃肠疾病，同时促进肠道益生元增殖、促进无机盐等的吸收，所以最适合于关注胃肠健康或者患有胃肠疾病的人群。抗性淀粉可改善饮食诱导肥胖大鼠排便状况和高脂饲粮造成肠道菌群紊乱的现象[12]，并进一步改善高脂膳食小鼠肠道菌群结构，有效缓解由肥胖小鼠引起的菌群多样性[13]。

1.2.3 促进矿物元素的吸收

RS3 玉米抗性淀粉对大鼠Mn 的吸收可能有促进作用[14]。甘薯抗性淀粉可增加大鼠对钙、镁、铁、锌的表观吸收率，血清镁及锌的水平也显著高于对照组，大鼠粪铅的排除率高达90%以上。

2 抗性淀粉可食性吸管的加工工艺

2.1 抗性淀粉的分离提纯

2.1.1 抗性淀粉的分离提纯中最佳pH 值的选择

称取抗性淀粉，加入蒸馏水溶解。用柠檬酸-磷酸氢二钠溶液调节pH 值至6.0～7.0。

2.1.2 淀粉酶的最佳使用温度和时间的选择

加入过量的耐高温α-淀粉酶，于90 ℃条件下水浴锅内振荡2 h，沸水浴内加热10 min，加4 倍体积的95%乙醇溶解4 h 后，以转速4 000 r/min 离心15 min，弃去上清液；再用95%乙醇溶液洗涤沉淀2～3 次，以转速4 000 r/min 离心15 min，弃去上清液，低温干燥（50 ℃）；粉碎后过100 目筛，即为纯化的抗性淀粉样品。

2.2 抗性淀粉/明胶混合料液的制备

明胶的浸润处理可以降低明胶颗粒的融化温度，进而使淀粉与明胶的相容性提高，适宜的加水量还有助于淀粉的糊化，这样淀粉分子与明胶之间将形成十分牢固的氢键，其分子间作用力提高，外在的表现形式就是抗性淀粉膜的致密性提高。加入适当的水能够促进淀粉分子的重结晶，复合膜中的结合水主要由明胶保持，自由水则由明胶淀粉共同束缚。

2.2.1 润胀处理

将明胶颗粒过筛，然后进行加水润胀预处理，放置数小时，设置不同加水量（20%，25%，30%）以寻求最佳加水量使明胶充分润胀，将润胀好的明胶分别与抗性淀粉颗粒（RS2）和回生淀粉（RS3）按照一定的质量比混合，在高速混合机中，选择低速 （5 Hz）搅拌不同时间 （5，10，15 min），以达到复合膜制备的最佳效果。

2.2.2 混合料液的制备

起酥油在烧杯中融化后，将甘油、吐温80 按一定比例加入，设置高速分散机转速（10 000，20 000，30 000 r/min），选择最优转速使混合料液充分混匀，并选择分散不同时间（5，10，15 min），使之形成稳定均一的液体。将混合好的料液缓慢加入混料机中高速搅拌，将所混合的料液密封放置。

2.3 抗性淀粉/明胶复合膜的制备

利用挤压吹塑技术，将物料通过双螺杆挤出机进行挤压造粒，造粒机的各温区温度分别设定为80，90，105，105，95，85 ℃，并选择最合适的螺杆转速（110，115，120 r/min）使制得的物料最均一稳定。制得的物料通过切粒机粉碎后，利用单螺杆挤出吹塑机进行挤出吹膜，吹膜机的各区温度设定为90，100，105，115，105，95 ℃，设置不同吹胀比为 （2.5，5.0，7.5），不同拉伸比为 （3，5，7）以达到复合膜各项指标（抗拉强度和复合膜的断裂伸长率等）。

3 抗性淀粉可食性吸管的研究进展

3.1 NaCl 对抗性淀粉可食性吸管透明度的影响

加入NaCl 虽然可以改善口感，但是该物质的加入不利于吸管透明度的提高，而且从食品营养卫生角度来看，即使食盐的加入有利于透明度的提高，该方案也不可行，人类每日的食盐摄入量需小于或等于6 g，该可食性吸管若含有食盐则会增加食盐摄入量。从而不利于人体健康，所以加入NaCl不可行。

3.2 蔗糖对抗性淀粉可食性吸管透明度的影响

加入蔗糖在改善口感的同时可以提高吸管透明度，当蔗糖质量分数达20%时，玉米抗性淀粉的透明度已经显著提高到52%左右，添加蔗糖使淀粉透明度提高的原因可能为蔗糖溶液的折光指数使透明度提高，蔗糖分子与水分子均形成氢键，所以减弱了淀粉的分子间作用力，抗性淀粉糊的透明度也因此升高。

3.3 柠檬酸对抗性淀粉可食性吸管透明度的影响

柠檬酸可以改善口感且具有一定的防腐作用，柠檬酸对马铃薯抗性淀粉透明度影响较小。柠檬酸主要是通过影响淀粉分子的同种电荷，使同种电荷相互排斥，促进淀粉分子在水中的分散，最终使透明度提高。

4 抗性淀粉可食性吸管的发展前景

4.1 抗性淀粉产品的发展趋势

现阶段人们已逐步接受形形色色的可食性材料，但很多消费者并不了解抗性淀粉的优良特性及其特殊的保健功能。所以这就需要生产企业加强技术研究及市场宣传，让更多的人了解抗性淀粉的功能与保健价值，为拓展市场奠定基础。

4.2 当前市场中可食性吸管产品比较

4.2.1 PLA 吸管与抗性淀粉吸管

在澳洲全面禁塑之后，2005 年“双童”就着力研发出了绿色环保的PLA 生物质可降解可弯吸管，该吸管是一种由生物降解材料——聚乳酸制成的新型可降解环保吸管，低碳节能、绿色环保。这种吸管使用丢弃后，在堆肥条件下45 d 就可以分解为水和二氧化碳，不污染环境。但是这种PLA 吸管因为材料本身的碳链较短，易遭受酸碱侵蚀而分解，所以给该材料的储存带来了极大的挑战。此外，PLA材料易脆，这无疑为吸管的运输造成了困难。相比之下，抗性淀粉吸管不易脆，而且这种材料对最终产品感官品质影响较小，加之具有一定的保健功能，使之更易被推广和接受。

4.2.2 海藻吸管与抗性淀粉吸管

自美国纽约的设计师Chelsea Briganti 和Leigh Ann Tucker 继2 年前设计出可食用的水杯后，又转向可食用吸管Lolistraw。Lolistraw 以海藻为原料，可以被泡在饮料中超过24 h，无毒、无转基因、可食用，还可在土壤和海洋湖泊中快速完全降解。

虽然这种吸管可以食用，又对环境无害，但是海藻吸管的主要原料是海藻中的琼脂，琼脂是从海藻中提取的多糖体，过量食用往往会影响人类消化系统的功能，起不到保健作用。而抗性淀粉吸管基于其原料的特殊功能，这种淀粉较其他淀粉难降解，在体内消化缓慢，这就导致其吸收和进入血液的速度都较缓慢。其性质类似溶解性纤维，具有一定的瘦身效果，近年来已受到爱美人士的青睐。此外，由于抗性淀粉的消化速度慢，大部分并不会在小肠内消化掉，而是进入大肠，所以大部分抗性淀粉不会变成葡萄糖，还能起到降低血糖的作用。这些特殊的保健功能使这种吸管的性质明显优于美国的海藻吸管。