抗性淀粉制备现状与发展对策的探讨.pdfVIP

食品研究与开发 2 0 0 7 . V o l . 2 8 . N O . 0 6 作者简介: 程燕锋 (1 9 8 1 -) , 女 (汉) , 硕士研究生, 研究方向: 食品加 工工艺。 *通讯作者: 杨公明, 男, 教授, 博士生导师。 抗性淀粉 (R e s i s t a n t S t a r c h ,简称R S) 是指在小肠 中不能被消化,但在结肠中可被大肠菌群发酵利用的 淀粉及其降解物 1 。近年的研究已经初步证明, 抗性淀 粉类似膳食纤维, 具有很多生理功能, 日常食用可以有 效防治高血压、 高血脂、 动脉硬化、 冠心病、 糖尿病和便 秘等严重威胁人类健康的 “文明病” 2 ; 抗性淀粉较膳食 纤维, 甚至一般淀粉具有更好的口感, 在食品中添加适 量抗性淀粉,可制成具不同特色的功能食品和风味食 品, 不但不影响食品风味, 还能改善食品质地与口感以 及食品的膨胀性和脆性。而随着人们保健意识的提高, 饮食结构的改善, 发展抗性淀粉对人类健康和经济的发 展具有重大意义,也具有巨大的商业前景。F A O已将 R S列为膳食纤维 (D i e t a r y F i b e r,D F) 的一种, 对R S的研 究也成为近年来全球食品研究方面的新兴领域。美、 英 等国在该领域处于先进水平, 也已有个别产品上市。 国外近十年来对R S的研究非常活跃,产业也发 展较快, 而国内研究还处于刚刚起步阶段, 不仅研究不 深入, 系统研究报道也不多。 所以除了需进一步深入研 究探讨外, 也需要较为系统专业的介绍。一方面, 国内 制备方法的研究, 如热压法、 脱支法等, 普遍存在着因 糊化时间长和糊化效率不高而耗能费时、得率和效益 不高, 不能满足商业化生产需要; 另一方面, 对先进国 家或实验室的新技术、 新方法的介绍又非常少, 影响了 交流和提高, 也影响了我国抗性淀粉研究、 开发速度。 综合国内外抗性淀粉研究现状, 寻求处理时间短、 方法 简便、得率高的新技术对加快我国抗性淀粉发展具有 重要意义。 1抗性淀粉的分类及制备特点 抗性淀粉根据其形态及物理化学性质,可分为四 大 种 类 :R S 1, 物 理 包 埋 淀 粉 (P h y s i c a l l yT r a p p e d S t a r c h) ;R S 2, 生淀粉颗粒 (R e s i s t a n t S t a r c hG r a n u l e s) ; R S 3,回生淀粉 (R e t r o g r a d e d S t a r c h) ;R S 4, 化学改性淀 粉 (C h e m i c a l l y M o d i f i e d S t a r c h ) 。天然食物和成品中抗 性淀粉的含量随不同植物来源、特性及其加工方法的 不同而有所不同。R S的主要分类的具体情况和制备特 点如表1所示 2 。 程燕锋, 王娟, 鲍金勇, 郭卫芸, 杨公明* (华南农业大学食品学院, 广东 广州5 1 0 6 4 2) 抗性淀粉制备现状与发展对策的探讨 摘要: 抗性淀粉是近年来发展起来的一个新概念, 其功能类似膳食纤维, 并具有膳食纤维所不及的优点, 已成为国 外食品界和医学界研究的热点, 国内则刚起步。简述了国内外抗性淀粉制备的现状及存在问题, 并就发展对策进行 了探讨。 关键词: 抗性淀粉; 制备; 现状与问题; 对策 C U R R E N T S T A T U S A N DD I S C U S S I O NO NT H ED E V E L O P M E N T S T R A T E G I E S O F T H EP R E P A R A T I O NO F R E S I S T A N T S T A R C H C H E N GY a n - f e n g , WA N GJ u a n , B A OJ i n - y o n g , G U OWe i - y u n , Y A N GG o n g - m i n g * (C o l l e g e o f F o o d S c i e n c e , S o u t h C h i n a A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y , G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 2 , G u a n g d o n g , C h i n a) A b s t r a c t:R e s i s t a n t s t a r c h , a n e wc o n c e p t p r e v a i l i n g i nt h e l a t e s t y e a r s,w i t hs i m i l a r f u n c t i o n s a s d i e t a r y f i b e r a n d m o r e v i r t u e s t h a n t h a t o f d i e t a r y f i b e r , h a s b e e na h o t s t u d y s p o t i nt h e f o o di n d u s t r y a n dm e d i c a l s a b r o a d , w h i l e a t h o m e w e a r e j u s t a t t h e s t a r t i n g . T h i s p a p e r s u m m a r i z e s t h e s t a t u s o f t h e p r e p a r a t i o n o f r e s i s t a n t s t a r c h a n d i t s e x i s t i n g p r o b l e m s a t h o m e a n d a b r o a d a n d a l s o d i s c u s s e s t h e c o r r e s p o n d i n g l y d e v e l o p m e n t s t r a t e g i e s . K e y w o r d s:r e s i s t a n t s t a r c h ; p r e p a r a t i o n ; s t a t u s a n d e x i s t i n g p r o b l e m s ; d e v e l o p m e n t s t r a t e g i e s 综述 1 5 3 食品研究与开发 2 0 0 7 . V o l . 2 8 . N O . 0 6 2国内外抗性淀粉的制备现状 目前国内外抗性淀粉的制备以R S 3的制备为多, 制备方法主要有几种: 热压处理法、 脱支法 (酸解-热液 处理和酶法) 、 蒸汽加热法及其各种方法的结合, 如热 压-脱支法。基本原理都是通过改变淀粉颗粒、 内部结 晶结构、 分子结构或改变颗粒内部淀粉链的排列状况, 降低部分长链淀粉分子的链长,使淀粉的性能发生改 变。 朱旻鹏等研究了压热-酶解处理对抗性淀粉形成的 影响,发现普鲁兰酶的脱支作用有利于抗性淀粉的形 成,制备的R S产率可达1 8%。A l e j a n d r o A p a r i c i o - S a g u i l n等 3 采用连续不断的压热-冷却方法分别处理 天然的和经酸预处理的香蕉淀粉来制备高含量的抗性 淀粉颗粒, 并分析了产品的热特性。 刘亚伟 4 等采用酸变 性-沸水浴法制备甘薯抗性淀粉,R S得率为1 3 . 9 1 % 。 阮 少兰等 5 采用大米淀粉为原料, 用酸变性和沸水浴的方 法来制备老化型抗性淀粉, 并优化了最佳工艺参数。 蹇 华丽等 6 采用酶法制备R S, 在糊化时加入耐热 -淀粉 酶, 然后加入普鲁兰酶进行脱支处理, 通过工艺参数优 化, 得出在p H为5 . 5, 普鲁兰酶相对加入量为1 . 5 % 2 . 5 %,6 0 下反应1 2 h,R S得率为1 9 . 0 2 %。 在国外,挤压改性技术在抗性淀粉的制备中也得 到研究和应用 7 。K i m等研究了对小麦面粉糊用不同的 物料湿度 (2 0%,4 0%,6 0%) 、 螺杆转速 (1 5 0、2 0 0、 2 5 0r / m i n) 挤压膨化后, 并在4 下分别冷藏0 d,7 d和 1 4 d。结果表明, 挤压后的抗性淀粉得率比未经挤压处 理的要高,进料湿度和冷藏时间是影响抗性淀粉形成 的重要因素, 且随着进料湿度和螺杆转速的降低, 所得 抗性淀粉的热稳定性提高了。J u l y . C . A . - O s o r n i o和 R o s a l l a . A . G o n z a l e z - S o t o等 8 用单螺杆对芒果淀粉进 行挤压制备抗性淀粉。 3我国抗性淀粉制备中存在问题及对策探讨 3 . 1对R S的研究不足, 需重视和加深研究 抗性淀粉的发现和研究进展, 是一个较新的领域, 是最近十几年碳水化合物与健康关系研究中最重要的 一项成果, 国内对抗性淀粉的研发还处于起步阶段, 科 研项目立题、 研究生选题都不多, 发表的文章、 专利更 少, 相当数量的食品研究人员未接触甚至不了解这一 领域。 所以, 首先要宣传、 扩大抗性淀粉的作用、 意义。 其次要投入人力、 物力和科研经费, 加强研究和开发。 3 . 2对R S概念的判别以及测定缺乏具体标准 虽然已经定义抗性淀粉是指健康者小肠中不被吸 收的淀粉及其降解产物的淀粉总称。但这个概念是以 小肠内消化吸收最终结果为标志, 非常笼统。 从食品工 艺学和食品营养化学的角度考虑,影响淀粉在小肠内 消化吸收的因素很多,如食物淀粉的结构、 其它膳食成 分、 制备方式等; 从消化吸收方面看, 人体本身的年龄、 生理状况及生活环境的不同,同样造成淀粉消化能力 的差异;在一个个体身上作用类似于R S而在其他人 体内可能不被看作R S。 没有一个明确、 标准的R S定义 会使测定条件不统一而导致结果差异大,造成对R S 的人体真正摄入量的估计困难和定量分析缺乏可比 性, 也影响了R S商业化和制备工业化的推广。 只有在现有定义下, 找到并形成严谨、 科学、 明确 的R S几个定义特性标准, 才能进一步找出一种简便、 准确而又可靠的R S定量分析方法 9 - 1 0 , 为科学研究者 提供可靠的参考数据,也才能更好地实现准确的R S 定量分析和工业化生产的推广,作为加工设备的选择 和制备工艺参数优化的依据。 3 . 3抗性淀粉的形成机理尚未完全明确 目前对抗性淀粉的结构模型有两种假设:一种是 由直链淀粉折叠形成层状晶体结构;另一种是由直链 淀粉链上特殊区域相互靠拢而形成束状晶体结构。抗 性淀粉之所以能抵抗酶水解, 是由于结晶区出现, 阻止 淀粉酶靠近结晶区域葡萄糖苷键,并阻止淀粉酶活性 基团中结合部位与淀粉分子结合, 从而产生抗酶解性。 对R S 3的抗酶解机理, 还有另外一种解释就是其所形 成直链淀粉晶体的双螺旋之间存在较强的氢键及范德 华力,使得R S 3的分子结构非常牢固,热稳定性强,因 而在人体的胃肠道内不能被消化吸收。但统一公认的 机理和研究还未见有详细报道。这就需要在探明抗性 淀粉形成机理的基础上,如R S形成过程与淀粉颗粒 的变化、 淀粉的无定型结构变化、 结晶结构变化和双螺 旋结构变化的规律性等,才能更好地为R S在工业化 生产中提供一种R S制得率高、质量好而且处理时间 短、 可控制的新制备技术和新方法选择的依据。 表1抗性淀粉的分类 T a b l e 1 T h e C l a s s i f i c a t i o n o f R S 类型 R S 1 R S 2 R S 3 R S 4 来源 部分粉碎的谷粒、 种子及豆类 青香蕉、 生马铃薯、 生豌豆等 面包、 煮熟冷却的马铃薯、 即食早餐谷物 粘大米等改基因作物 抗酶作用机制 封闭于植物细胞内, 酶分子很难与淀粉颗粒接近 直链淀粉形成B型晶体, 有极强的抗酶解性 老化的直链淀粉抗酶性强, 老化的支链淀粉抗酶性弱 由于酶抑制剂、 淀粉-营养复合物的存在、 基因改型 加工对其影响 未见提高其含量的报道, 可减小颗粒尺寸使其降低 增加直链淀粉比率、 热液处理提高其含量 糊化处理、 天然淀粉颗粒的分散作用可提高其含量 通过改性可控制其含量在4 0 %9 0 % 小肠中的消化 速度较慢, 部分被消化吸收 速度很慢, 几乎不被消化 不消化 不消化 综述 1 5 4 食品研究与开发 2 0 0 7 . V o l . 2 8 . N O . 0 6 3 . 4制备得率低, 产品种类单一 制备方法普遍都是采用热压处理法、脱支法和蒸 汽加热法或多种方法结合等方法,新技术和新方法应 用少, 以致制备效益和得率均不高, 得率普遍在1 2 % 左右;颗粒性R S 2和非颗粒性R S 3是目前R S制备的 主要品种, 也是目前真正商品化生产和应用的品种, 其 中又以后者为多。 在抗性淀粉的制备中, 要扩大制备产品的种类, 以 便适应市场上不同用途需要。例如禾谷类粮食在研 磨时,避免加工过细过精或提高包埋物质的稳定性以 提高R S 1的得率或保留率;使用特定方法处理食物 中的抗性淀粉颗粒, 使淀粉的理化性质发生改变, 而不 改变其颗粒结构, 提高了R S 2的热稳定性;通过温 度、 湿度、 时间等变化提高R S 3含量, 或在制备工艺中 适当地通过添加剂来促进抗性淀粉的形成,或通过去 除食品中抑制直链淀粉老化的其他营养成分等,提高 抗性淀粉的得率;以多官能团酯化、 酰化、 醚化等方 法, 制备R S 4等 1 1 - 1 3 。 在R S制备中, 将现代新技术结合起来, 如基因工 程技术、 挤压膨化技术或微波辐射、 超高压技术、 超声 波技术等用于淀粉的前处理或制备等。这些应用既可 加速反应进程, 提高R S得率和经济效益, 又可推广新 技术在制备过程中的应用 1 4 。本课题组已采用在香蕉 原浆中加入部分淀粉利用双螺杆挤压膨化技术能生产 出口感酥脆、 入口即熔的香蕉膨化食品。 原因之一是经 挤压膨化后的香蕉淀粉糊化度大大提高,消化性也提 高了。因此通过调节挤压参数 (如湿度、 温度和螺杆转 速等) 来获得所需的更利于酶作用的高淀粉糊化度, 使 淀粉酶与普鲁兰酶对其充分作用,生成一定长度的直 链淀粉分子等来提高R S含量会成为高效益、高产率 的制备方法。 本课题组也将致力于这方面的研究探索。 挤压膨化是R S制备中效率最高,目前产业化最现实 的技术之一。 近年来本中低温加工实验室连续承担了广东省5 个香蕉深加工课题,除新工艺与新设备在香蕉系列产 品深加工与产业化中推广应用外,也较系统研究了香 蕉抗性淀粉及其制备技术,取得了不少意想不到的结 果, 将会陆续发表。 这些均为抗性淀粉的深入研究和高 效制备提供了条件和基础, 具有巨大的发展前景。 4结束语 随着社会的发展和营养观念的变化,抗性淀粉所 具有的重要功能和在食品中的特殊加工特性,已受到 人们, 尤其是研究学者的重视和关注。 这就使得抗性淀 粉日益成为现代营养学和食品科学领域研究的热点, 显示出十分重要地位,且R S大规模生产必将推动农 副产品深加工和综合利用, 促进农副产品增值, 提高农 民收入水平。 但人们对抗性淀粉的认识远远不及其他营养素的 了解清楚, 缺乏对R S的系统研究报道。这就需要对有 关抗性淀粉的功能性、 营养性、 制备及构造、 定量分析、 在食品中的应用等方面, 作进一步的深入探讨和研究, 应从以下几方面进行考虑:重视和加强对R S的研 究;引进生物技术, 如利用基因工程技术培育高含量 抗性淀粉新品种;推广新技术、 新方法在R S制备中 的应用, 提高抗性淀粉的得率;推进新产品的开发。 参考文献: G o n i L , G a r c i a - D i z , E . M a n a s &F . S a u r a - C a l i x t o . A n a l y s i s o f r e s i s - t a n t s t a r c h : a m e t h o d f o r f o o d s a n d f o o d p r o d u c t s J . F o o d C h e m i s t r y, 1 9 9 6 , 5 6(4) :4 4 5 - 4 4 9 L o r r a i n e L 1N i b a , R e s i s t a n t s t a r c h: Ap o t e n t i a l f u n c t i o n a l f o o di n - g r e d i e n t J . 1 N u t r i t i o n &F o o d S c i e n c e , 2 0 0 2 , 3 2(2): 6 2 - 6 7 A l e j a n d r oA p a r i c i o- S a g u i l n a,E m m a n u e lF l o r e s- H u i c o c h e a, J u s c e l i n o T o v a r . R e s i s t a n t S t a r c h - r i c hP o w d e r s P r e p a r e db y A u t o - c l a v i n g o f N a t i v e a n d L i n t n e r i z e d B a n a n a S t a r c h : P a r t i a l C h a r a c t e r i - z a t i o n . S t a r c h / S t a r k e,2 0 0 5,5 7:4 0 5 - 4 1 2 刘亚伟, 张杰.抗性淀粉制备工艺研究 J .食品与机械,2 0 0 3:1 9 - 2 0 阮少兰, 刘亚伟, 阮竞兰.大米抗性淀粉制备工艺研究 J .粮食与 饲料工业,2 0 0 5(7)1 6 - 1 7 蹇华丽, 高群玉, 梁世中.抗性淀粉的酶法研制 J .食品与发酵工 业,2 0 0 5,2 8(5) :6 - 9 B . O . A u g u s t i n eA d a m u .R e s i s t a n tS t a r c hD e r i v e df r o m E x t r u d e d C o r n a n d G u a r G u ma s A f f e c t e d b y A c i d a n d S u r f a c t a n t s : S t r u c t u r a l C h a r a c t e r i z a t i o n . S t a r c h / S t a r k e,2 0 0 1 , 5 3:5 8 2 - 5 9 1 J u l y CA g u s t i n i a n o - O s o r n i o , R o s a l a AG o n z a l e z - S o t o , E m m a n u e l F l o r e s - H u i c o c h e a , N a n c yM a n r i q u e - Q u e v e d o , L a u r aSa n c h e z - H e r n a n d e z 2 a n d L u i s AB e l l o - P e r e z . R e s i s t a n t s t a r c hp r o d u c t i o n f r o mm a n g o s t a r c h u s i n g a s i n g l e