抗性糊精研究进展及应用现状

潘旭琳，宋丽冉

（黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆 163319）

近年来，人们的饮食习惯因生活节奏的加快而不断改变，过多高热量食物的摄入、低运动量、工作压力增大使人群的便秘情况随之加重，肥胖也成为普遍现象，这两种情况皆对人体内环境、内分泌系统造成威胁，长久如此会诱发或是加重与之相关的疾病，影响人群生活质量[1-2]。尽管医疗技术不断发展，针对便秘及肥胖的有效药物层出不穷，但药物所产生的副作用会影响人体健康状况。为了改变此状，膳食纤维的摄入受到重视，被普遍应用于食品加工中。膳食纤维是人类维持生命活动和机体生长的一种必需营养素，它对人体健康及机体新陈代谢皆有着较为重要的作用[3]。此外，膳食纤维作为补充剂，在改善便秘及肥胖问题中发挥着重要作用，其相关产品更是肥胖人群的有效选择之一[4-5]。抗性糊精是具有代表性的低粘度水溶性膳食纤维，因含有消化酶难以消化的成分，不会被消化道消化吸收，能够直接进入大肠发挥其生理功能[6]。在英国、日本等国家，抗性糊精是一种不限制摄取量的安全物质，而我国卫生部也规定在各种食品中抗性糊精可作为普通食品成分而不限量进行添加，2012年第16号公告标明抗性糊精位列普通食品行列，这使得抗性糊精拥有了更广阔的应用前景[7]。生产抗性糊精的原料选用范围较为广泛，实际使用较多的材料是玉米淀粉，也有部分研究从高粱[8]、葛根[9]中提取并制备抗性糊精。目前，抗性糊精的分离纯化方法成为研究的主流方向，大多研究表明，抗性糊精的应用效果与其纯度有着密切关联，因此学者们不断精进抗性糊精的纯化方法，以期得到高纯度、功效好的抗性糊精。近些年抗性糊精的纯化研究多围绕色谱技术展开，有相关研究表明，应用顺序式模拟移动床色谱技术纯化绿豆抗性糊精，其纯度可达99.17 %，该技术有效的提高了抗性糊精的纯度，为抗性糊精的相关研究提供了新的思路[10]。主要叙述了近年来抗性糊精的制备及分离纯化工艺，并对其功能特性及应用现状作简要概述，以期为后续研究者们提供参考。

1 抗性糊精及其特性

1.1 抗性糊精

抗性糊精为白色略显淡黄色的粉末，稍有甜味，易溶于水，不溶于乙醇，水溶液黏度低，并且黏度几乎不受剪切速率和温度影响。它是由淀粉经部分降解及糖基化转移形成的一种可溶性膳食纤维[11]。其结构除了存在淀粉原有的α-1，4和α-1，6葡萄糖苷之外，还拥有α-1，2和α-1，3糖苷键，此外部分还原端上还含有β-1，6葡萄糖苷结构[12-13]。在电镜观察下可以看到，普通淀粉表面光滑、排列严密、结构完好，而抗性糊精的颗粒则是较不规则的，体积不均，表面也有些许凹凸不平[14-15]，这些分子结构及特殊的形态使抗性糊精具有多种生理功能。

1.2 抗性糊精的生理活性

抗性糊精可按照不同的膳食纤维含量而划分为Ⅰ型和Ⅱ型，当前应用较多的为Ⅱ型。因其不会被消化道所消化吸收，可作为一种低热量成分。与目前市场上出现的各种膳食纤维相比，抗性糊精的生理功能更加全面。抗性糊精具备耐热、耐酸、低褐变等特性，所以应用在食品加工中不会改变食品的品质。因其具有降血糖、降血脂、调节肠道菌群等功能而被广泛应用于乳制品、肉制品、以及各种保健品中[16]。

1.2.1 降低血糖

抗性糊精作为一种水溶性膳食纤维，研究者从复配的角度进行新品的研制，尝试由低热量的抗性糊精代替部分碳水化合物的摄入，既满足了饱腹感，又对糖分含量实行了控制。其次抗性糊精能抑制小肠内糖类的消化、吸收，经过改善末梢组织对胰岛素的感受性，来降低体内胰岛素的需求，进而控制血糖含量增加和胰岛素的分泌[17]。将其加入到日常膳食中，可以有效地降低糖分摄入，调节机体营养组成。抗性糊精能随凝胶形成的同时阻止糖类的扩散，减慢糖类在肠内吸收，进而抑制血糖升高。而且抗性糊精在一定程度上能削弱胰汁的分泌，通过改变消化道的激素水平进而改变肠道内的消化酶含量，抑制糖类的吸收。在一定程度上能够对糖尿病起到改善作用[18]。研究者进行的抗性糊精调节血糖的动物试验结果表明，抗性糊精能明显降低小鼠血糖含量，对小鼠体内血脂含量也有一定调节作用，但是对于抗性糊精降低血糖的机理还缺乏系统性的研究，在预防糖尿病中的实际应用也较少。

1.2.2 降低血脂

随着脂肪摄入量的增加，胃肠道吸收脂蛋白的量不断增加，致使继发性高血脂症频发。体重增加会促进肝脏合成载脂蛋白B，促使肝脏胆固醇合成。膳食纤维能显著降低血胆固醇含量，降低动脉粥样硬化的风险。作为水溶性膳食纤维之一的抗性糊精，随膳食摄入能降低体内血清胆固醇和中性脂肪浓度，也可减少体内脂肪含量。抗性糊精可通过吸附胆汁酸和脂肪而使其吸收率下降，并且能改善高血脂患者的脂类代谢，达到降血脂的目的[19]。虽然抗性糊精能作为脂肪替代物维护机体健康，但是并不是所有人群都适合长时间摄入。

1.2.3 增强肠道功能

抗性糊精能够抵制体内消化酶的作用，不会为小肠所吸收，能直接进入大肠，被部分肠道菌群利用。抗性糊精在大肠内发酵会产生短链脂肪酸，如乙酸、醋酸、叶酸等，其产酸量与膳食纤维产酸量大抵相同。而发酵产生的短链脂肪酸能改变肠道pH值，促进肠道微生物有益菌群的增殖和生长，同时抗性糊精是诸如双歧杆菌等有益菌的增殖因子，在小肠内能有助于促进肠道内的双歧杆菌和乳酸菌等有益菌的增殖，能有效减少肠道粘膜的萎缩状况以及增强机体保护肠黏膜的屏障功能，起到维持维生素正常供应的功能，对于保护肝脏等都具有重要作用[20-21]。不断生长的肠内菌群能增加粪便的排泄量，改善机体肠道内环境，促进肠道蠕动，起到润肠通便、整理肠道的功能，能有效预防便秘、痔疮等疾病，在一定程度上能抑制直肠癌的发生[22]。抗性糊精的消化耐受阈值十分突出，其消化量更适于达到肠道系统所期望的良性改变[23]，其功效与市场上目前所存在的酵素有相同之处，酵素是以酶为基础，可以在作用时增加脂肪酶的量，帮助机体增强脂肪的消耗量，促进机体的消化吸收，增加排便；而抗性糊精以增加肠内菌群的量来促进肠道蠕动，润肠通便。两者皆可应用于塑身食品，具有良好的发展前景。

2 抗性糊精研究现状

抗性糊精最早是由日本的松谷化学工业株式会社开发而来，1989年在日本第一次提出抗性糊精这个名词，将它归入保健食品的行列，并申请了与之相关的各项专利[24]。2002年AOAC为了和可食用的麦芽糊精进行区分，用“抗性”二字定义了难消化糊精Fiberson-2的混合物[25]，我国直到20世纪90年代才开始接触抗性糊精，逐渐对其各项工艺开始进行研究。我国对抗性糊精的研究始于华南理工大学，其研究者参考日本公司的研究方法，将玉米淀粉通过酸热酶解的方式制备抗性糊精。广东省的一个食品研究所在2007年利用酶解法制备抗性糊精，并且对此进行了专利申请，这使对抗性糊精的利用逐步出现在我国食品行业[26]。2009年，滕健等[27]采用微波法进行抗性糊精的制备，结果表明在654 w的微波功率及9.4 min的微波时间条件下，可得到含量为47.84%的麦芽抗性糊精。2012年，抗性糊精可应用于食品被列入有关的法律文件，至此，抗性糊精出现在大众视野[28]。抗性糊精具有原料的选择范围较广、本身又具备良好的功能特性的优点，因此引起了我国各食品企业的高度关注。

2.1 抗性糊精的制备方法

抗性糊精早年是由日本松谷化学工业株式会社通过酸热法将淀粉分解成焦糊精，再用α-淀粉酶和糖化酶将焦糊精水解，通过脱色、脱盐、浓缩等精制而成的一类可溶性膳食纤维。自2012年，抗性糊精被我国规定为新型食品资源，迄今为止，抗性糊精的制备方法多种多样，常用的方法是酸热法和酶解法[29-30]。徐佩琳[31]以山药淀粉为原料，采用酸热法制备抗性糊精，当盐酸添加量为0.11%、150℃加热60 min的条件下，制得的抗性糊精含量为48.07%，此时得到的山药抗性糊精热稳定性好且溶解性高。此后抗性糊精制备的相关工艺多以此为基础，进行不断地优化及改进。

随着科学技术的不断发展，研究者们在原有制备方式的基础上，不断探索新的更为精湛的方法来制备抗性糊精，尝试通过不同的方法提高抗性糊精的得率，增加产量、减少损失。徐仰丽等[32]将玉米淀粉酶解后得到的玉米麦芽糊精经微波处理，并采用交联变性法制备抗性糊精。通过响应面分析，所得样品的抗性糊精含量可达60.81%。此法产率虽有所提高，但微波时间及温度对结构影响较大，长时间微波会造成样品结构被破坏，高温度会使样品出现热降解，温度及时间的控制将会大大影响产品的得率及功效。张新武等[33]以玉米淀粉为原料，利用焙烤法制备抗性糊精，所制得的产品中抗性糊精的含量为83.9%。虽然制得的产品所含抗性糊精的含量较为可观，但产品的色泽仍需改善。黄继红等[34]以玉米淀粉为原料，使用滚子密封酸热处理的方法制备抗性糊精，通过响应面及实际试验验证，可得到含量为83.97%的抗性糊精。滚子密封酸热法是在密闭滚子中将经过酸热处理的淀粉进行热解，在密闭的高温条件下逐步产生高压环境[35]，此法较传统的制备方法相比大幅度的提高了抗性糊精的含量，并且在一定程度上克服了传统工艺滞慢所导致的反应不均问题，但产品纯度还有待提高，其脱色、除杂等处理也需进一步研究。抗性糊精的制备工艺经过了不断探索和优化改进，虽然产品有一定的缺陷，但得率较为可观，为后续工业应用的可行性提供了参考。

制备抗性糊精的常见原料是玉米淀粉，但近年来随着人们对健康的认识不断提高，对粗粮的关注愈发加强，有研究者尝试制备高粱淀粉并对其性质进行分析[36]，随后将高粱、豆类等物质应用于抗性糊精制备工艺中。张婷等[8]研究以高粱淀粉为主要原料，利用酸热法制备高粱抗性糊精，通过试验制备的高粱抗性糊精符合国家抗性糊精各项质量标准，并且所得的高粱抗性糊精与高粱抗性淀粉相比，其主要结构几乎无任何改变，可作为一种水溶性膳食纤维，应用于各个方面。竺鉴博等[37]以豌豆渣中的淀粉，通过酸热法制备豌豆抗性糊精，利用响应面优化豌豆抗性糊精的制备工艺，最后经过试验所得到的豌豆抗性糊精含量为42.15%±0.16%。他们通过此方法探索豆类的淀粉废弃物深加工的方法，为豆渣的综合利用奠定了基础，增加了豆类的经济价值。通过对原料的深加工能提高原料的利用率，增加国民经济收益，并开发出功用更好的抗性糊精。

2.2 抗性糊精的分离纯化

目前常用的抗性糊精的分离纯化方法有微生物发酵法、色谱柱分离法、模拟移动床色谱技术等[38]。微生物发酵法最初是糖类的分离纯化方法，其应用材料广泛、作用条件温和、并且产物专一，且具有试验产生的废弃物对环境的影响较小等优势，研究者们便尝试将微生物发酵法应用于抗性糊精的分离纯化之中。Bangoura等[39]研究了啤酒酵母对抗性糊精纯化效果的影响，发现经啤酒酵母处理的抗性糊精膳食纤维含量高达94%，但发酵副产物的生成会影响抗性糊精的应用效果，因此微生物发酵法在工业生产中受到了限制。色谱柱法虽然能有效分离纯化抗性糊精，但是此法的设备成本较高，处理量有限。而模拟移动床色谱技术便弥补了色谱柱法的缺陷，虽然设备价格高昂，但处理量大，制备效率也明显提高。模拟移动床色谱技术最早在食品中的应用是分离糖醇和有机酸。张丽华等[40]运用模拟移动床色谱技术分离提纯银杏叶水解物黄酮苷中的檞皮素，所得产品的纯度可达90%以上，大大降低了操作的劳动强度，有利于实现操作的自动化。虽然生产成本较高，所需用的设备也不易购买，但其生产效率高，可连续化、自动化的进行提纯工艺，所得产品纯度也相对较高，可应用于实际工业生产，这使得模拟移动充色谱技术拥有较为良好的应用前景。随后王建建等[41]为改进以往纯化玉米须黄酮及其单体工艺的缺陷，再次利用此法来研究如何高效率的分离纯化玉米须黄酮及其单体。试验以玉米须浸膏为原料，运用模拟移动床色谱技术与萃取结合在一起的方法分离玉米须黄酮，并对其纯化工艺实行优化，所得产品各项指标均符合国标要求，明晰了利用模拟移动床色谱技术纯化玉米须黄酮的工艺路线，证明了模拟移动床色谱技术可规模化的应用于分离纯化高纯度的玉米须黄酮。至此模拟移动床色谱技术广泛的应用于原料分离纯化方向，越来越多的研究者使用此方法探索更高纯度的纯化工艺，其应用范围也更加广泛。李良玉等[10，42]以绿豆淀粉为原料，运用顺序式模拟移动床色谱技术纯化绿豆抗性糊精，采用6色柱、3阶段的方法进行分离纯化，得到纯度高达99.17%的绿豆抗性糊精。此法有效的提高了抗性糊精的纯度，提供了一种高效的纯化技术，再次证明了抗性糊精的工业化生产的可行性。模拟移动床色谱技术在多种方向的应用证实了该技术在分离纯化领域的有效性。随着我国工业的不断发展，色谱技术不断精进，模拟移动床色谱技术逐步趋向成熟，越来越多的被应用于抗性糊精的分离纯化中，抗性糊精的纯度不断提高。

3 抗性糊精的应用现状

3.1 抗性糊精在饮品中的应用

饮料行业不断发展，果汁、碳酸饮料、功能性饮料等新型饮品层出不穷，健康型饮品愈加受到消费者们的青睐。膳食纤维具有低热量及低GI值的特性，因此可以考虑加入抗性糊精以代替部分脂肪，起到降低饮品热量的作用[43]。同时抗性糊精的添加能有效的促进肠道消化吸收，为有益菌群提供适宜的生长环境[44]。抗性糊精的添加方式较为简单，而且不会产生不良的风味及质构，可作为食品添加剂的一种，适量的加入到食品中发挥其有益功效。马梦垚等[45]通过单因素及正交试验，对抗性糊精的低糖饮料复配工艺进行了研究，确定当抗性糊精的添加量为12%时，所得产品的各项指标均符合国家饮品标准。在原有的基础研究之上证明了抗性糊精可有效的应用于饮料行业，并且没有不良副作用，对饮品的风味及品质并无影响，还可大幅度的减少热量的存在，使此饮品的可选择性更高。此前有大量研究证明，水溶性膳食纤维可有效促进乳酸菌及双歧杆菌等有益菌群的生长增殖[46]。至此酸奶、冰激凌等乳制品也尝试在其制作中添加水溶性膳食纤维，这些产品的开发研制都受到了消费者的喜爱。陈晓霞等[47]以奶粉为主要原料，蔗糖、乳糖、乳清蛋白为辅料，添加不同含量的抗性糊精制备凝固型酸奶，实验结果表明，抗性糊精添加量为6%~20%时，制得的凝固型酸奶既获得了良好的感官评价又达到了酸奶所要求的标准酸度，并且提高了其营养价值。但是对抗性糊精的添加量需要控制，抗性糊精添加量不足会导致香味不够，不会吸引消费者；过多则不仅是香味不足，还会导致口感、颜色以及组织状态的改变，致使产品的感官品质受到影响。近几年，百事可乐、雀巢等公司也先后推出以添加抗性糊精来降低热量及增强膳食纤维的功能饮料，而我国的农夫山泉等企业也随之不断推出同类产品。随着人们对功能性饮料需求的增加，抗性糊精将在饮品行业得到更加广泛的应用。

3.2 抗性糊精在肉制品中的应用

相较于在低热量饮品中的开发利用，抗性糊精等膳食纤维在肉制品中的研究及应用并不广泛。肉制品中本就含有丰富的脂肪及胆固醇，摄入过盛极易导致高血压、冠心病等并发症，而抗性糊精能够作为部分脂肪的替代物，在不影响口感及风味的前提下尽可能的减少脂肪的存在，研制富含膳食纤维的低热量肉制品。膳食纤维与蛋白质通过盐桥和疏水相互作用构成热稳定的凝胶，能吸附加工过程中形成的香味物质并且防止其挥发[48]。Schmiele等[49]利用无定形的纤维素作为脂肪替代品来重新定制肉制品，经过各种感官特性的评价将拟合型号与标准样品对比，得到与标准样品高度相似的模拟样品。虽然模拟样品的形状及颜色等部分感官特性与标准样品相似，但所得模拟样品的口感却有不同，在健康方向达标，但作为脂肪替代物其感官特性还有待提高。目前膳食纤维大多应用于香肠及肉脯等肉制品中，在肉脯中添加抗性糊精，既降低了制品中脂肪的含量，又使其肉质变的柔软易食用，同时提高了肉制品的出品率。抗性糊精在肉质品中的应用较少，作用机理并不完善，今后可研究抗性糊精在肉制品中的生理活性，为抗性糊精在肉制品中的应用提供参考。

3.3 抗性糊精在面制品中的应用

面制品中含有较多的碳水化合物，但其膳食纤维的含量并不高，若想在日常饮食中加强膳食纤维的摄入量，在各种面制品中加入抗性糊精是一种非常可行的途径。1998年，丹麦一家公司产出一种膳食纤维含量较高的面包，其在面团中直接加入了少量的水溶性膳食纤维，在提高营养价值的情况下，对面包的贮存期及感官特性都有一定的改善作用，证明了水溶性膳食纤维可有效的应用于面制品，并且可提高面制品的品质。有多项研究表明，膳食纤维的存在可以减弱面团的流变性，进而增加面制品的韧性[50]。但不同的膳食纤维对面制品的影响不同，任国宝等[51]利用小麦纤维、燕麦纤维、抗性糊精、菊粉添加到小麦面粉中，探究其对小麦面粉品质的影响。最后表明，小麦纤维、抗性糊精及菊粉降低了其湿面筋的含量，而燕麦纤维则明显提高了湿面筋的含量，但4中膳食纤维均能降低面团黏度，改善面团的热稳定性，减缓面团回生。但是可溶性膳食纤维在洗涤过程中会有损失，不能达到应用的最大效果，所以膳食纤维的保留量将是一个较大的难点。虽然膳食纤维的添加可有效增强面制品的品质特性，但不同的膳食纤维添加量对面制品的影响也是各不相同，王芬等[52]为制作具备保健功效的抗性糊精荞麦挂面，以熟断条率、烹调损失率及面条感官品质为评价指标，通过正交试验优化设计，得出当抗性糊精的添加量为6%时，所得的荞麦挂面感官评分高达91.6，且断条率为0，烹调损失率明显下降。表明了抗性糊精可作为水溶性膳食纤维，有效的应用于面条制品的开发，并且对感官品质无影响，还可提高利用率、减少经济损失。

3.4 抗性糊精在保健品中的应用

随着生活消费的增长，膳食结构也逾加丰富，导致糖尿病、便秘等疾病发生率逐年升高，抗性糊精作为一种水溶性膳食纤维，能有效的起到防治糖尿病、促进肠道蠕动的功能，将水溶性膳食纤维添加到保健品中以达到维护健康的目的。对于具有肠道功能障碍的人群来说，在饮食中适量增加抗性糊精的摄入量，可有效的调节肠道菌群的均衡。刘娜等[53]利用动物实验对抗性糊精的润肠通便作用进行了研究，结果表明以不影响摄食量的剂量添加抗性糊精，可缩短便秘小鼠的排便时间，增加排便次数及排便重量，进而促进肠道蠕动、改善便秘。马文芳等[54]进行了鲜枣汁与抗性糊精复配物对便秘型小鼠润肠通便作用的研究，研究表明单纯的鲜枣汁无法起到润肠通便的作用，但抗性糊精和鲜枣汁的复配物具有显著的增强肠道蠕动、改善便秘的功效，并且对小鼠身体健康无影响，不会因此而产生腹泻情况，在实际应用时更加安全。摄入复配物虽然可以增强肠道功能，但是对小鼠体重并无明显影响，实验组与对照组相比体重无变化，不能达到降重或减肥的功效，只可在食品或药品中起整理肠道功能、维持肠道健康的功效。张泽生等[55]对抗性糊精对小鼠血糖及糖耐量状况的影响进行了研究，食用抗性糊精的糖尿病型小鼠的血糖值明显降低，且耐糖量显著提高，而食用抗性糊精的健康小鼠的血糖值及耐糖量无明显变化，且小鼠无不良反应，表明抗性糊精可有效降低血糖升高，可作为安全物质添加到糖尿病人群的保健品中。并且在实验中空腹摄入抗性糊精的小鼠体重有一定变化，与对照组相比略有下降趋势，表明了抗性糊精在控制体重方向有潜在功用，证明了抗性糊精在功能性食品的相关市场可得到较高的利用价值。

4 展望

抗性糊精的原料是淀粉，而玉米淀粉含有大量的直链淀粉，使用其制备抗性糊精不仅提高了玉米的使用价值以及经济效益，还能在一定程度上改善人群膳食结构，提高人群对杂粮实际应用的重视。但不同纯度的抗性糊精在食品中的功效差异较大，在实际生产工艺中，某些产品的除杂效果有待加强，未去除的杂质也会影响抗性糊精的原有功效。虽然越来越多的分离纯化方法被研究者所发现，但各项技术在实际应用时总受到限制，无法做到大规模生产，其在生产中的应用也并未达到理想标准。抗性糊精作为一种新型膳食纤维资源，其具备特殊的生理功能和良好的加工特性，可作为功能成分广泛应用于食品行业中，并且已有许多国家将添加抗性糊精作为补充人体膳食纤维的重要手段，因此，抗性糊精将是非常有价值的一种新兴的食品添加材料。当然，将抗性糊精应用于食品行业应注意其添加的安全性。近年来，国内对抗性糊精的应用研究大多是将抗性糊精添加在食品中或是应用于保健功效方面，而国外的研究大多是在预防糖尿病作用机制以及如何改善人体健康的方向，与之相关的研究表明其部分特性是由抗性糊精的理化性质及分子结构所决定。因而，如何尽可能提高抗性糊精的纯度、如何利用抗性糊精的有益特性以及利用其保健功效的机理将会是深入研究的重点。