抗性淀粉制备及降糖作用研究进展

龙金利，张爱霞，生庆海*

（1.河北经贸大学生物科学与工程学院，河北 石家庄 050061；2.河北省农林科学院谷子研究所/国家谷子改良中心/河北省杂粮研究实验室，河北 石家庄 050000）

抗性淀粉是淀粉的一个分支，指不能被小肠消化吸收的淀粉，因此其进入大肠后作为发酵底物[1，2]，定量表示是测定120 min仍未被酶水解的淀粉。1985年英国科学家Englyst首次发现并提出抗性淀粉的概念[3]，1992年世界粮农组织（FAO）将抗性淀粉定义为“健康者小肠中不吸收的淀粉及其降解产物”[4]。抗性淀粉为一种新型的膳食纤维，其因具有独特的生理功能而受到越来越多人的关注[5]。研究表明，抗性淀粉对减轻体重，降低血糖和胆固醇，预防胃肠道疾病以及促进矿物质吸收等生理功能有显著影响[6]。淀粉经过干热处理、湿热处理和酶改性等不同的加工处理后，可以制备成抗性淀粉。目前从豆类、谷物和块茎等各种来源获得的抗性淀粉被广泛应用于功能性食品的生产[7～9]。随着抗性淀粉在食品和非食品工业中的广泛应用，抗性淀粉的实用性不断增强，各种食品来源的抗性淀粉开发成为研究重点。

1 抗性淀粉的性质

根据植物来源、品种、生长阶段、部位以及处理方式的不同，可将抗性淀粉分为物理包埋淀粉（physically trapped starch，RS1）、天然抗性淀粉（resistant starch granules，RS2）、回生淀粉（retrograded starch，RS3）、化学改性淀粉（chemically modified starch，RS4）和直链淀粉-脂肪复合淀粉（amylose-lipid complexed starch，RS5）。不同类型的抗性淀粉，其性质不同（表1）。Sievert等[10]研究发现，同一类别的淀粉，直链淀粉比例越大，抗性淀粉比例也越大。直链淀粉的含量影响淀粉消化速率，直链淀粉含量高的淀粉消化率较低，不同直链淀粉含量的玉米原淀粉消化速率顺序为蜡质玉米淀粉＞普通玉米淀粉＞高直链玉米淀粉。大量试验表明，抗性淀粉不能在小肠中吸收，但可以在大肠中发酵产生各种短链脂肪酸（SCFA），包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，它们在促进肠道健康方面发挥着积极作用，可以增强胰岛素的敏感性，扩大与大肠的发酵面积，减少脂肪积累，改善葡萄糖稳态和脂质代谢[11]。

表1 抗性淀粉的性质Table 1 Properties of resistant starch

2 加工处理对抗性淀粉含量的影响

人们研究发现，抗性淀粉的产率与原料中的直链淀粉含量呈正比[12]，随着直链淀粉与支链淀粉比例的增大，抗性淀粉的产率由7.61%提高至36.45%，增加了近4倍[13]。由于马铃薯、小麦、玉米和高梁等自身含有较高的抗性淀粉，因此，有关抗性淀粉的研究大多集中在这些作物上。抗性淀粉的含量除受原料的直接影响外，还受加工处理技术的影响较大。

2.1 湿热处理

在湿热处理过程中，控制水分含量有助于提高抗性淀粉的含量[14]。Masatcioglu等[15]在螺杆转速（100转/min）和料筒温度（140℃）不变的条件下，分别对含水量为50%、60%、70%的2种天然淀粉进行挤压，研究了挤压蒸煮对不同类型的高直链玉米淀粉中抗性淀粉形成的影响，结果表明，原料含水量为60%时抗性淀粉含量最高，其中第2次挤出后抗性淀粉含量均显著增加，第3次挤出后抗性淀粉含量分别达到40.0%和45.1%。不同品种的珍珠小米，经湿热处理后抗性淀粉含量均增加[16]。在含水量25%、温度100℃条件下，对糯玉米淀粉湿热处理6 h后，抗性淀粉的含量从27.0%增加到40.3%[17]。玉米淀粉和高粱淀粉经过湿热处理后抗性淀粉含量显著增加，在湿热条件下用酸处理后，玉米的升糖指数从74.0降到49.7，高粱的升糖指数从从60.0降到48.5[18]。增加蒸压—冷却循环次数能够提高抗性淀粉的含量[19]。

2.2 干热处理

Agama等[20]研究发现干燥方式对抗性淀粉含量有重要影响，随着烘干时间的延长和冷冻干燥时间的缩短，抗性淀粉含量增加。高温时间与烘干淀粉的抗性淀粉含量呈正相关，与冷冻干燥淀粉的抗性淀粉含量呈负相关。马铃薯淀粉经微波300 W加热100 s、55℃韧化16 h、4℃低温老化18 h后，抗性淀粉含量由11.54%增加到27.09%[21]。Selime等[22]采用微波储存循环和干燥工艺，研究了微波辐射对高直链淀粉HylonVII抗性淀粉形成和功能特性的影响，结果表明，样品的抗性淀粉含量随微波保存周期的增加而增加，烘箱干燥条件为微波处理3次、功率20%、时间2 min时得到的抗性淀粉含量最高（43.4%）。

2.3 酶处理

在50℃、pH值5.2条件下，用40 npun/g的普鲁兰酶处理5%的淀粉浆10 min，100%振幅下超声6 h（超声1 min，关闭9 min），可获得的抗性淀粉和慢消化淀粉产量均达到最高，分别为26%和18%[23]。用β-淀粉酶处理挤压膨化的大米后，大米的抗性淀粉含量增加，体外消化率降低[24]。

采用干热、湿热和酶处理工艺可以提高谷物和食品中的抗性淀粉含量。Kumar等[25]研究表明，水稻品种的抗性淀粉含量与gbssl表达量呈正相关。这一发现启示我们，有必要鉴定培育适合糖尿病、肥胖症患者食用的高抗性淀粉、高直链淀粉、低升糖指数的水稻基因型。

3 抗性淀粉的降糖作用

随着社会的发展和人们生活方式的改变，Ⅱ型糖尿病（T2DM）的发病率迅速增加。预计到2035年，全球患糖尿病的人数将增加到5.92亿人。大多数糖尿病患者生活在低收入和中等收入国家，在发展中国家，成人糖尿病将会成为国家的巨大负担[26]。糖尿病是危害人类健康的主要疾病之一[27]，除了受遗传因素的影响外，人们的饮食习惯也起着关键作用，因此，摄入一些健康的碳水化合物，保持全面、均衡的营养，对维持身体健康至关重要。

3.1 抗性淀粉对糖尿病动物的降糖作用

Zhou等[28]研究了结合物理修饰和酶修饰制备的水稻抗性淀粉对糖尿病小鼠的降糖作用，结果表明，高剂量组（每天用8 g/kg的双变性籼稻抗性淀粉水溶液灌胃1次，连续4周）的空腹血糖水平低于糖尿病小鼠，说明抗性淀粉可以调节糖尿病小鼠的血糖代谢，同时具有控制糖尿病小鼠肝、肾和脾肥大的效果。Li等[21]研究发现，由于结晶性能和热稳定性的改善，马铃薯淀粉具有较低的血糖指数，有利于控制空腹血糖、体重、器官指数和脂肪肝，对小鼠的长期饮食进行干预后可提高小鼠对胰岛素的敏感性。Reddy等[2]研究表明，在糖尿病和高脂饮食（HFD）条件下，饮食中的回生淀粉可以有效调节血清中的葡萄糖和脂质，并抑制大鼠的氧化应激。Zhu等[29]研究表明，在高脂饮食中添加燕麦抗性淀粉，可以使2型糖尿病大鼠减少饮水量，降低空腹血糖、OTGG和OTGG的AUC，有显著的抗糖尿病作用。Si等[30]研究了不同饮食干预对控制体重和脂肪组织质量，改善血脂组成以及体内抗氧化状态等方面的影响，发现以抗性淀粉与壳聚糖的组合为基础的饮食干预能有效减轻肥胖诱导大鼠的代谢功能障碍，是一种辅助预防肥胖或糖尿病的可行方法。

3.2 抗性淀粉对人体的降糖作用

高抗性淀粉、低蛋白含量的面粉能够满足人体对抗性淀粉的需求且血糖指数低，能够改善早期糖尿病肾病患者的血糖和血脂水平，降低血尿酸（UA）水平，减少尿b2-MG排泄，增强早期糖尿病肾病患者抗氧化应激的预防能力[31]。食用高抗性淀粉的大米可以提高对胰岛素的敏感性和增加饱腹感，对T2DM患者能够起到延缓餐后血糖上升、控制糖尿病病情的效果[32]。同时每日补充天然抗性淀粉（高直链淀粉玉米）12周，不会显著影响糖尿病前期成年人的食欲感知以及与食欲相关的胃肠激素含量和食物摄入量[33]。

张虹等[34]以61例T2DM住院病人为样本，在治疗条件不变的情况下，研究了高抗性淀粉大米对2型糖尿病病人餐后血糖波动的影响，结果表明，高抗性淀粉适糖米较普通大米能显著降低T2DM病人餐后2 h血糖的波动幅度。一项人群试验表明，与食用未添加抗性淀粉大米的对照组相比，食用添加抗性淀粉的大米可降低T2DM前期和新诊断为糖尿病患者的餐后血糖水平及其氧化应激程度[35]。采用抗性淀粉药膳方主食可以降低餐后血糖水平，提高胰岛素敏感性，改善血脂和体成分情况，缓解T2DM患者的高氧化应激状态，有助于改善病情和防治并发症的发生发展[36]。Zhang等[37]研究了回生淀粉对T2DM患者代谢的影响，结果表明，回生淀粉具有降低血糖、改善血脂异常、降低胰岛素抵抗、提高胰岛素敏感性的作用。

3.3 抗性淀粉降糖机理的研究

不仅在动物试验上证实了抗性淀粉对糖尿病鼠具有降低血糖的作用，而且在人体临床试验上也进一步明确了抗性淀粉对糖尿病患者血糖调节的效果。大量学者对抗性淀粉调节血糖的机制进行了探讨。

Polakof等[38]研究发现，抗性淀粉改善高脂饮食喂养引起的血脂紊乱和相关胰岛素的抵抗能力，是通过调节参与脂肪生成（SREBP-1c，LXRs）、胆固醇代谢（SREBP-2，LXRs）和脂肪酸氧化（PPARα）的转录因子表达水平来实现的。Zhu等[29]发现，经过处理的燕麦制品可降低促炎细胞因子（TNF-α、IL-6、IL-1β）的mRNA表达和胰岛素抵抗。Sun等[39]研究表明，不同剂量的天然抗性淀粉是通过下调PEPCK和G6Pase等关键酶的表达水平，从而调节肝脏糖代谢和糖异生来实现血糖的降低。天然抗性淀粉还可以修复受损的胰腺β细胞，上调胰腺中IRS1、IRS2、PDX-1、GK和GLUT2的表达水平。Tomomi等[40]发现，用抗性淀粉饮食喂养OLETF大鼠可以降低肠系膜脂肪组织的重量和大小，并减少肠系膜脂肪组织中整联蛋白基因特别是CD11c的表达，也就是说，摄入抗性淀粉可以减少脂肪在脂肪组织中的积聚和与活化的巨噬细胞有关的炎症。Wang等[41]研究表明，不同剂量的莲子抗性淀粉（LSRS）（饲料中LSRS含量分别为5%、10%、15%）可能是通过调节胰岛素分泌、胰岛素信号传导、细胞凋亡、抗氧化活性和p53信号通路等关键因子的表达水平来实现对T2DM小鼠的降糖作用。Matsumoto等[42]研究表明摄入富含抗性淀粉的wx/ae糙米烤制食品可预防Ⅱ型糖尿病NSY小鼠出现胰岛素抵抗和高甘油三酯血症，其作用机制可能与肠道SCFAs增加、脂质吸收抑制、粪便胆汁酸排泄增加和肝脏胆汁酸生物合成有关。

4 抗性淀粉在降糖食品上的应用

为了应对糖尿病发生率增加较快的现状，当前的降糖研究集中在开发用于治疗和控制T2DM的药物上，已经开发出用于治疗和控制T2DM的各种药物。然而，长期服用抗糖尿病药物会导致严重的副作用，出现低血糖症状以及肾肝功能不全。由于药物无法完全治疗好T2DM，因此重点应放在通过研究引起糖尿病发生的功能性辅助因素来预防或延缓糖尿病的发生。抗性淀粉作为一种具有低血糖指数的新型功能性成分，被广泛应用到具有降糖功能食品的研发中。长期食用低血糖指数的食品，会降低患T2DM和心血管疾病的风险。抗性淀粉深受食品企业和营养学家的欢迎，一是由于抗性淀粉对人类健康具有巨大的潜在生理益处，二是由于抗性淀粉作为食品的高功能特性，这是传统膳食纤维无法达到的。

4.1 在主食类食品中的应用

Yadav等[43]在普通面粉中添加4%的回生淀粉板栗淀粉，研究了一款含有板栗抗性淀粉的低升糖指数面条，获得了较好的感官评定和质构参数。研究发现，在面条中添加普通玉米淀粉制备的回生淀粉并制成特殊功能食品，可以减少咀嚼和人体可消化碳水化合物的摄入量，增加饱腹感，且不影响面条的口感[44]。王旭等[45]研究了一款用抗性马铃薯纤维复合粉做成的馒头，该馒头升糖指数低，长期食用对糖尿病具有辅助治疗和改善作用。

4.2 在零食类食品中的应用

Delamare等[1]采用鹰嘴豆粉替代部分小麦粉，研发了一种富含物理包埋淀粉的饼干，可以有效降低饼干中的淀粉在体外的消化率，并降低升糖指数。Kahraman等[46]研究生产了一种实验室规模的交联小麦淀粉（XL-W），使添加XL-W的曲奇体外升糖指数最低。研究生产的XL-W可作为替代原料生产高纤维、低升糖指数饼干，且不影响饼干品质。用抗性淀粉代替部分低筋面粉制作饼干，发现替换量为20%时，体外升糖指数由87.18下降到67.12，且保留了较好的质构特性，消费者的接受度也较高[47]。

5 展望

目前，寻找具有抗糖尿病特性的天然功能食品已成为研究的热点。抗性淀粉的生物学和化学特性决定了其可以有效缓解饥饿感，但不能被胃肠道吸收或吸收率很低。从处理技术上讲，可以通过处理工艺结合的方法制备抗性淀粉，并提高抗性淀粉的含量。提高抗性淀粉的产量，将为抗性淀粉在食品中的广泛应用提供可靠基础。今后，可以从以下3个方面展开研究：（1）研究筛选抗性淀粉含量高的谷物品种；（2）深入研究抗性淀粉对糖尿病患者的降糖机理；（3）提高食品中的抗性淀粉含量，且不影响口感和品质。随着人们对淀粉需求的变化，高抗性淀粉含量的食物将具有广阔的应用前景。