（食品科学专业论文）压热酶法提高荞麦面粉中抗性淀粉的研究.pdf

压热一酶法提高荞麦面粉中抗性淀粉的研究 摘要 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。目前它已归于膳食纤 维的一部分。近年的研究表明，抗性淀粉不能在小肠消化吸收和提供葡萄糖；而是直接 进入大肠，在大肠部分能被肠道微生物菌群发酵，产生多种短链脂肪酸如丁酸等，刺 激有益菌群生长，同时丁酸能抑制癌细胞生长。作为一种新型的非淀粉多糖物质，其 生理功能已得到医学界的公认和重视。抗性淀粉产生的过程中有大量晶体的产生，晶 体间的致密结构保护了淀粉不被各种淀粉酶作用，这是抗性淀粉抗酶解的主要原因。 因为抗性淀粉的分子量小，持水性低，是食用纤维及加工食品的理想材料。 由于荞麦面粉不仅具有在蛋白质、脂肪、维生素、微量元素含量方面高于大米、 小麦和玉米等大宗粮食的优势，还含有其他禾谷类粮食所没有的叶绿素和芦丁，所以 本研究以荞麦面粉为原料，研究制备r s 3 型抗性淀粉的制备工艺，通过对压热法、压 热酶解联合法以及压热酶解压热联合法的研究，初步探索了抗性淀粉产率的各种影 响参数，确定最佳的工艺条件，研究了抗性淀粉r s 3 的某些理化性质以及特性。为生 产高产量的抗性淀粉奠定了基础。 在以压热法提高荞麦面粉中抗性淀粉过程中，考虑到影响抗性淀粉形成的因素， 着重从面粉乳的浓度、糊化温度、糊化时间等工艺参数方面进行研究，得出了影响抗 性淀粉生成的因素主次为：面粉乳浓度 p h 压热时间 压热温度，确定了提高r s 产 率的最佳工艺条件为面粉乳浓度1 5 ，p h 7 ，压热温度1 2 0 。c ，加热1 5 m i n ，在4 c 下 贮存2 4 h ，制得的r s 产率约为2 0 3 3 。 以压热法的最佳工艺条件为基础，在耐高温a - 淀粉酶与普鲁蓝酶共同作用下，r s 产率大大提高。经过试验，确定了这两种酶协同作用制备抗性淀粉的最佳酶作用条件 耐高温q 淀粉酶添加量为8 0u g 干淀粉，作用温度9 5 。c ，反应时间为3 0 m i n ，普鲁 兰酶添加量为1 5 0u g 干淀粉，反应时间为6 h 。通过改进工艺，抗性淀粉的产率达到 3 0 4 5 。 结合压热法和酶法，选取各因素最佳组合处理样品，进行多次压热反应，虽然大 大提高抗性淀粉得率，但是从经济的角度考虑，一次压热反应是最合适的，因为更多 次的压热反应虽然可以提高抗性淀粉的产率，但效果并不明显。一次压热反应的抗性 淀粉的产率为3 1 8 。 脂类对抗性淀粉产率有较大的影响，通过对内源脂类进行研究，无脂面粉的抗性 淀粉的产率为3 4 9 ，低脂面粉的产率为3 2 4 ，均高于原面粉的3 1 7 。出于商业成 本和工艺要求考虑，荞麦面粉可以不进行脱脂处理而直接制备抗性淀粉产品。 关键词：荞麦面粉抗性淀粉物理酶法 s t u d yo ni m p r o v e m e n to f r e s i s t a n ts t a r c ho f t y p e l i if r o m b u c k w h e a tp o w d e r sb ya u t o c l a v ea n de n z y m em e t h o d s a b s t r a c t r e s i s t a n ts t a r c h 限s ) i sd e f i n e da st h es u mo fs t a r c ha n dp r o d u c t so fs t a r c hd e g r a d a t i o n n o ta b s o r b e di nt h es m a l li n t e s t i n eo fh e a l t h yi n d i v i d u a l s n o w , i ti sak i n do ft h ed i e t a r y f i b e r r e c e m l y , r e s e a r c h e sh a v ep r o v e dt h a tr sc a l ln o tb ed i g e s t e di nt h es m a l li n t e s t i n e a n dn o ts u p p l yg l u c o s e h o w e v e r , r sc a nb ef e r m e n t e di nt h el a r g ei n t e s t i n eb yi n t e s t i n a l m i c r o o r g a n i s m sf l o r a e ，w h i c hp r o d u c e ds o m es h o r tc h a i nf a t t ya c i d ，s u c ha sb u t y r i ca c i de t c ，n l eb u t y r i ca c i dc a ns t i m u l a t et h eg r o w t hr a t eo ft h ea v a i l a b i l i t yf l o r a e a n di n h i b i tt h e g r o w t ho fc a n c e rc e l l a l lk i n d so fp h y s i o l o g i c a lf u n c t i o na b o u tr sa r es t u d i e db o t hh e r e a n da b o a r d l o t so fc r y s t a la r ep r o d u c e di nt h ep r o c e s so fp r e p a r i n g t h er e s i s t a n ts t a r c h w h y t h er e s i s t a n ts t a r c hc a nr e s i s tt h ee n z y m o l y s i si sa s c r i b et ot i l ec o m p a c ts t r u c t u r eo fc r y s t a l b e c a u s eo fs o m em o l e c u l a rw e i g h ta n dl o ww a t e rr e t e n t i o np r o p e r t y , r si sas u i t a b l e m a t e r i a lo fd i e t a r yf i b e ra n dp r o c e s s e df o o d t l l i sp a p e rr e s e a r c h e st h et e c h n o l o g yo ft h ep r o c e s s i n go ft h er s 3 u s i n gt h eb u c k w h e a t p o w d e r s ，b e c a u s e i th a s h tm o r ep r o t e i n ，f a t , v i t a m i n , a n dm i c r o e l e m e n tt h a nr i c e ，c o r na n d o t h e rf o o ds t u f f s ，b u ta l s oh a st h ep a r t i c u l a rc h l o r o p h y l la n dn l t i n as e r i e so fe x p e r i m e n t st o i m p r o v et h ec o n t e n to fr s 3h a v eb e e nd o n e ，t h r o u g ha u t o c l a v i n g , e n z y m e - a u t o c l a v i n g ，a n d a u t o c l a v i n g e n z y m e - a u t o c l a v i n gm e t h o d s t h eb e t t e rp r o c e s sc o n d i t i o i l sa r ec o n f i r m e da n d s e v e r a lq u a l i t i e so fr sa r ed e t e r m i n e d a t1 a s t ，i ti sa n a l y z e dt h a ts o m ec h a r a c t e r so fr s w h i c hw i l lb er e a d yf o rh i g hp r o d u c to fr s f i r s t ，f o rt h e s ef a c t o r si nr e s i s t a n ts t a r c hp r e p a r a t i o n ，t h es u b s e q u e n c eo fi m p o r t a n c e w a sp o w d e r sc o n c e n t r a t i o n p h c o o k i n gt i m e c o o k i n gt e m p e r a t u r e w i t ht h ep o w d e r s c o n c e n t r a t i o n15 ，p h 7 0 ，h e a t e da t12 0 cf o r15m i n u t e s ，t h e nr e t r o g r a d e da t4 cf o r2 4 h o u r s ，a n dd r y i n ga t8 0 , t h eo r i g l n a ls t a r c hy i e l do f2 0 3 r s s e c o n d ，b a s e do nt h eb e s tp r o c e s sc o n d i t i o no ft h ea u t o c l a v i n gm e t h o d ，t h e r m os t a b l e a - a m y l a s ea n dp u l l u l a n a s ea r eu s e do nt h es t a r c h t h ec o n t e n to fr si si n c r e a s e df u r t h e r n ep a r a m e t e r so ft h ee n z y m e a u t o c l a v i n gm e t h o da r et h a tt h ea d d e dq u a n t i t yo ft h e t h e r m os t a b l ea a m y l a s ei s8 0 u gs t a r c h ，t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r ei s9 5 a n dt i m ei s 3 0 m i n f i n a l l y , t h ea d d e dq u a n t i t yo ft h ep u l l u d a n a s eo f15 0 u gs t a r c hi sa d d e d ，r e a c t i n g u n d e rt h ep h 4 7 ，5 5 f o r6 h n l ec o n t e n to fr sc a nr e a c ha b o u t3 0 4 5 u n d e rt h i s c o n d i t i o n s c o m b i n i n gw i t ht h ea u t o c l a v ea n de n z y m em e t h o d s ，c h o o s i n gt h eb e s to p t i o n , m u l t i p l i n ga u t o c l a v e dr e a c t i o nc a ng r e a t l yi n c r e a s e t h eq u a l t y , b u tc o n s i d e r i n gt h e e c o n o m i cf a c t o r , a u t o c l a v e1t i m er e a c t i o ni sm o s ts u i t a b l e b e c a u s et h ee f f e c to f m u l t i p l ea u t o c l a v er e a c t i o ni s n to b v i o u s l yh i g h e rt h a na u t o c l a v er e a c t i o n1t i m e t h e a u t o c l a v er e a c t i o n1t i m ey i e l d31 8 w h e nw er e s e a r c ht h el i p i d i cw ef o u n dl i p i d i ch a v eg r e a t l ye f f e c tt ot h ey i e l do fr s n o n el i p i d ep o w d e r sc a np r o d u c e3 4 9 ，l o wl i p i d ec a l lp r o d u c e3 2 4 r s ，w en e e d n t i i i m a k en o n el i p i d er s ，i fw es t a n di nt h ei n d u s t r i c a lc o s ta n dt e c h o n o l o g y k e yw o r d s ：p o w d e r so fb u c k w h e a t r e s i s t a n ts t a r c h p h y s i c a la n de n z y m e m e t h o d s 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得吉林农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 学位论文作者 签字日期：0 矾学年6 月g 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解吉林农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存、汇编学位论文。同意吉林农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文 的全部或部分内容。 学位论文作者签 导 签字日期：j 加汐年月，分日 签字日期：羽谚年月& 日 吉林农业大学以荞麦为原料制各r s 3 型抗性淀粉的研究 1 前言 荞麦( f a g o p y r u me s c u l e n t u mm o e n c h ) ，又名花荞、三角麦、乌麦，属于寥科荞麦 属双子叶植物，起源于我国，是传统的救灾备荒作物【l 】。我国荞麦有2 个栽培种，即 甜荞( 普通荞麦) 和苦荞( 鞑靼荞麦) 。甜荞属异花授粉作物，籽粒为三棱形，花是很好的 蜜源。苦荞属自花授粉作物，籽粒表面有三条腹沟。荞麦在我国粮食作物中属杂粮作 物，但种植历史十分悠久，公元前5 世纪的神农书中就有关于荞麦是当时栽培的 八谷之一的记载。我国荞麦常年种植面积约有1 0 0 0 1 5 0 0 万亩，总产量和种植面积均 居世界第二位。我国养麦主要分布于西北、东北、华北以及西南的云、贵、川一带高 寒山区，是当地农业生产中一种重要的作物。养麦具有其它作物所不具备的一些优点。 它生育期短，适应性广，在作物布局中有着特殊的作用。养麦具有丰富的营养价值， 素有“五谷之王”的美称【2 1 。由荞麦加工而成的荞麦粉，含粗蛋白1 2 1 ，粗脂肪2 1 5 、 粗淀粉7 3 1 1 3 - 5 l 。养麦营养价值高，含有许多作物所不含的生物类黄酮等，具有营 养和保健的双重功效【l 6 , 7 1 。荞麦由于营养价值高，对心脑血管病、糖尿病等具有一定 的治疗和保健作用而倍受研究人员关注，近年来对其籽粒及制品功能特性方而的研究 己有许多报道【7 8 】。养麦中含有7 0 左右的淀粉 9 1 ，荞麦淀粉构成与谷物淀粉相似，但 其淀粉颗粒较小，平均为5 8 t m ，稍大于大米淀粉粒，明显小于玉米和小麦淀粉粒【l o 1 2 】。 但荞麦淀粉的开发与利用却长期被人们忽视。 1 1 荞麦面粉主要营养成分 荞麦具有较高营养价值，其淀粉含量与禾谷类粮食含量相当，蛋白质、脂肪、维 生素、微量元素含量高于大米、小麦和玉米等大宗粮食，并且含有其他禾谷类粮食所 没有的叶绿素和芦丁。 ( 1 ) 淀粉：淀粉是荞麦的主要组成成分，其理化特性对荞麦制品的品质有着直接的 影响【5 ，6 ，9 ，1 3 】。国外对荞麦淀粉的研究已有许多报道。荞麦的淀粉含量较高，一般为 6 0 7 0 。但是，相对荞麦蛋白来说，荞麦籽粒中淀粉含量的变化幅度较大。 j a v o r n i k 1 0 。1 3 】报道荞麦种子( 仁) 中淀粉含量随着品种的不同而在3 7 - - 7 0 之间变化。 s o r a l s m i e t a n a t l 4 】等发现荞麦籽粒中淀粉含量在5 8 5 7 3 5 之间。a u b r e c h t 报道荞 麦粉中淀粉含量约为7 0 ，而荞麦籽粒中淀粉含量受农业条件的影响在6 3 - 7 6 8 之间变化。z h e n 9 0 5 】等对a cm a n i s o b a 荞麦品种进行分析，结果表明荞麦种( 仁) 含淀粉 7 5 ，其化学组成与玉米淀粉相似，脂质一直链淀粉结合物含量小于玉米和大米。 ( 2 ) 蛋白质和脂肪：荞麦籽粒中蛋白质含量在7 1 5 ，脂肪含量为2 3 。l o r e n z 和d i l s a v e r 【1 6 】报道，荞麦淀粉中蛋白质、脂肪含量分别为0 7 5 、0 9 6 。s o r a l 1 吉林农业大学 以荞麦为原料制备r s 3 型抗性淀粉的研究 s 觚e 伽0 1 7 】等研究发现，巴西荞麦中提取的淀粉含蛋白质0 3l 、脂肪0 4 5 。李文 德【5 ，1 7 】等对中国6 个荞麦品种淀粉分析，发现淀粉中蛋白质含量在0 9 4 1 3 5 之 间，脂肪含量在0 8 8 1 5 6 之间。j u n e 1 9 】等分析发现荞麦淀粉与玉米、小麦淀粉 相比，含有适量的蛋白质( 0 1 6 ) ，以及较高的脂肪( o 1 4 ) 。z h e n g 1 5 等报道，水磨法提 取荞麦淀粉，蛋白质含量为0 6 1 、脂肪0 0 5 ，明显低于干磨水法提取所得的淀粉。 钱建亚【l8 】等报道荞麦淀粉中直链淀粉含量在2 1 3 2 6 4 之间，与大多数谷类淀粉相 似。但s o r a ls m i e t a n a 1 7 】等研究发现，一个波兰品种和一个巴西品种中的直链淀粉含量 分别高达5 2 和4 8 。j u n e b 9 1 等报道，脱脂荞麦淀粉中表观直链淀粉含量较高( 4 6 6 ) ，是玉米、小麦淀粉中表观直链淀粉的1 6 2 0 倍，这可能是采用的分析方法不同所 致。 荞麦籽粒除富含蛋白质、脂肪和淀粉，同时含有丰富的维生素、矿物质和黄酮类 等物质。具有营养和保健的双重功效【1 6 ，7 1 。荞麦由于营养价值高，对心脑血管病、糖 尿病等具有一定的治疗和保健作用而倍受研究人员关注，近年来对其籽粒及制品功能 特性方而的研究己有许多报道【_ 瑚】。 1 2 抗性淀粉介绍 1 2 1 抗性淀粉的定义 “抗性淀粉”这个定义最早是由英国一位生理学家h a n se n g l y s t l 2 0 1 于2 0 世纪8 0 年代 提出的。e n g l y s t 在研究中观察到有一部分淀粉不能被胰腺淀粉酶和普鲁兰酶等淀粉酶 类水解，故称为抗酶解淀粉( r e s i s t a n t e n z y m es t a r c h ) ，简称抗性淀粉( r e s i s t a n ts t a r c h ， r s ) 。它是一种极具生理功能潜力，具有良好食品加工特征的可用于制造高品质食品 的成分。1 9 9 3 年，e u r e s t a l 2 1 盈1 定义r s 为“在健康人体小肠中不被消化吸收，而能 在大肠中被发酵分解的一类淀粉及其降解物的总称，因而有时也通俗的称抗消化淀粉 或难消化淀粉，它属于多糖类，结构似淀粉，功能如膳食纤维，由于其特殊的功能特 性，引起了生理学家及营养学家极大的兴趣。 1 2 2 抗性淀粉的分类 淀粉是人类膳食中主要的碳水化合物，按不同标准可分为不同的类别。根据淀粉 在小肠内的生物利用度将其分为3 类：快速消化淀粉( r a p i d l yd i g e s t i b l es t a r c h ，r d s ) 、 缓慢消化淀粉( s l o w l yd i g e s t i b l es t a r c h ，s d s ) 和抗性淀粉( r e s i s t a n ts t a r c h ，r s ) 。其 中r s 不同于前两者，它不能被小肠中的淀粉酶水解，本身或其降解产物能原封不动 地到达结肠并被其中的微生物菌群发酵，继而发挥有益的生理作用，因此曾被看作是 膳食纤维( d i e t a r yf i b e r ，d f ) 的组成成分之一【2 。r s 目前尚无化学上的精确分类，多 2 吉林农业大学 以荞麦为原料制备r s 3 型抗性淀粉的研究 数学者根据淀粉来源和人体实验结果( 抗酶解性) 的不同，将r s 分为4 类【2 2 - 2 3 1 ，分 别为r s l ，r s 2 ，r s 3 和r s 4 ： r s l 称为物理包埋淀粉。它指的是由于物理屏蔽作用而被封闭在植物细胞壁上，不能 被淀粉酶所作用的淀粉颗粒。常见于轻度碾磨的谷类、种子、豆类等食品中。 r s 2 称为抗性淀粉颗粒或生淀粉。通常存在于生的薯类、豌豆和青香蕉中。物理和化 学分析方法认为，r s 2 具有特殊的构象或结晶结构( b 型或c 型x 射线衍射图谱) 。 对酶具有高度抗性。r s l 和r s 2 经过适当加工后仍可被淀粉酶消化。大多数食品在食 用前都要经过加热处理( 如加热杀菌、煎、炒、烩、蒸等) ，r s l 、r s 2 大部分会受到破 坏，抗性消失，其生理功能所存甚微，所以商业价值不高。 r s 3 称为老化淀粉，是凝沉的淀粉聚合物，主要由糊化淀粉经冷却后形成。r s 3 溶解 于k o h 溶液或d m s o ( 二甲基亚砜) 后，能被淀粉酶水解，是一种物理变性淀粉。这 类r s 分为r s 3 a 和r s 3 b 两部分，其中r s 3 a 为凝沉的支链淀粉，r s 3 b 为凝沉的直链 淀粉。r s 3 b 的抗酶解性更强，而r s 3 a 可经过再加热而被淀粉酶降解。r s 3 是最重要 也是最主要的r s ，具有很高的商业价值，国内外对其研究最多。 r s 4 称为改性淀粉，主要由植物基因改造或用化学方法改变淀粉分子结构所产生，如 乙酰基淀粉、羟丙基淀粉、热变性淀粉以及淀粉磷酸酯、淀粉柠檬酸酯等。r s 4 是 i 峪商品的另一重要来源 2 4 1 。 1 2 3 抗性淀粉的形成机理 许多研究者采用多种方法研究抗性淀粉r s 3 的形成机理，但至今仍没有定论。目 前关于抗性淀粉的形成解释比较一致的是由于直链淀粉分子在回生过程中分子重新聚 集成有序的结晶结构的缘故。淀粉糊化后，淀粉分子进入水中，呈自由卷曲状态，在 随后的冷却和贮藏过程中，自由卷曲的直链淀粉分子相互靠近，通过分子间氢键形成 双螺旋，许多双螺旋相互叠加形成许多微小的晶核，晶核不断生长、成熟，成为更大 的直链淀粉结晶，过程如图1 1 1 2 5 - 2 9 1 所示。直链淀粉结晶区的出现会阻止淀粉酶靠近 淀粉结晶区域的1 , 4 葡萄糖苷键，并阻止淀粉酶活性中心的结合部位与淀粉分子结 合，从而赋予了直链淀粉结晶抗淀粉酶消化的能力【3 0 】。直链淀粉分子结晶后，支链淀 粉分子的一些侧链也通过氢键连接开始缓慢地结晶，但这种由支链淀粉形成的结晶可 以缓慢地被消化1 3 。 3 吉林农业大学 以荞麦为原料制备r s 3 型抗性淀粉的研究 r a n d o mc 棚肭跏鞠卜锄嘲融- 暇c 聊髓m 啮 图1 1 直链淀粉回生过程示意图 f i g l l - 1s c h e m a t i c o fa m y l o s er e t r o g r a d a t i o n 1 2 4 影响抗性淀粉形成的因素 影响抗性淀粉含量的因素有很多，主要有内因与外因两方面。内因是指与食物中 淀粉性质和食物组成成分有关的因素，诸如直链淀粉与支链淀粉的比率、淀粉颗粒大 小、淀粉分子的聚合度或链长，以及食物中的其他营养成分等3 2 1 。 ( 1 ) 直链淀粉与支链淀粉的比率 食物中直链淀粉与支链淀粉的比率大小对r s 的形成有显著的影响，一般说来， 比值大，r s 含量越高，这是因为直链淀粉比支链淀粉更易老化。表1 1 和表1 - 2 分别 是直支比对r s 形成的影响和常见食物的直支比与r s 含量，表明随直支比增大，r s 占总淀粉的百分比增大，两表的对比显示，相近直支比的模拟体系r s 含量明显高于 实物体系，这也从侧面证明了实物体系中其他成分( 如蛋白质、脂质等) 会降低r s 的含 量。和淀粉粒大小一样，淀粉分子的链长也会影响r s 的形成，链越长越容易老化【3 3 1 。 表1 1 直，支比对r s 3 形成的影响 t a b l e1 - 1i n f l u e n c eo fa m y l a s e a m y l o p e c t i nr a t i oo nr s 3 表1 2 常见食品在不同的直链淀粉与支链淀粉比下抗性淀粉含量 t a b l e1 - 2r e s i s t a n ts t a r c hc o n t e n to fo r d i n a r yf o o d su n d e rd i f f e r e n tr a t i oo fa m y l o s ea n d a m y l o p e c t i n 品种 直链淀粉与支链淀粉比 抗性淀粉含量 直链玉米淀粉 7 0 3 02 1 3 士0 3 4 吉林农业大学以养麦为原料制备r s 3 型抗性淀粉的研究 豌豆淀粉 小麦淀粉 普通玉米淀粉 马铃薯淀粉 蜡质玉米淀粉 3 3 6 7 2 5 7 5 2 5 7 5 2 0 8 0 1 9 9 1 0 5 士0 i 7 8 士0 2 7 0 士0 i 4 4 士0 i 2 5 士0 2 ( 2 ) 淀粉颗粒的大小、结构及淀粉分子的聚合度 不同来源的淀粉粒其大小亦有差异，其中马铃薯淀粉粒平均直径较大，约为 1 4 0 1 , t m ，而豌豆、小麦和玉米淀粉粒相对较小，平均直径约2 0 1 a m 3 0 b m ，所以，前者 与后者的比表面积相差约2 0 倍。假设淀粉酶的作用发生在淀粉粒的表面，这必然会导 致在同样条件下马铃薯淀粉水解速率低于其它淀粉。e e r l i n g e n 等人【川，研究了平均聚 合度在4 0 6 1 0 的淀粉抗性淀粉的含量，结果发现分子平均聚合度越小，抗性淀粉含量 越低，且平均聚合度还与抗性淀粉的聚合度( 1 9 - 2 6 ) 和淀粉粒的结构有关。x - 射线衍射 分析发现抗性淀粉粒有a ，b ，c3 种衍射图型，其中b 型的抗性最型3 5 1 。 ( 3 ) 蛋白质 c h a n d r a s h e k a r 和k i r l e i s t 3 6 】研究发现蛋白质对高梁淀粉老化有影响。蛋白质对r s 含量的影响包括两方面：一方面蛋白质对淀粉有包埋、束缚作用，使酶难以接触淀粉 而形成抗性，即增加r s l 含量，另一方面，蛋白质对淀粉形成保护，可以防止淀粉老 化，即减少r s 3 含量。e s c a r p a 等吲发现淀粉老化时会在直链淀粉分子之间形成氢键而 使淀粉分子被缚，从而抑制了直链淀粉的老化，降低了日粮中r s 的含量。 ( 4 ) 脂质 s z c z o u r , 堰“3 8 】用d s c 差示扫描量热法发现在1 0 0 15 0 之间有直链淀粉油脂复合物 的存在，直链淀粉与油脂结合后就不再参与直链淀粉双螺旋的形成，因而会大大降低 r s 的产量。s a r k o 3 9 】认为直链淀粉老化与直链淀粉油脂复合物的存在之间有竞争作 用，而且后者的形成能力要强一些，若除去油脂后，r s 的产量可提高2 3 倍。e l i a s s o n t 4 0 】 等发现马铃薯直链淀粉与油脂复合物的抗性非常高，但在马铃薯直链淀粉中同时加入 油酸和十二烷基磺酸钠则会使r s 含量降低。 ( 5 ) 水分 水是一种常用的增塑剂，它的玻璃态转化温度( t g ) 非常低( 1 3 5 c ) ，水的存在 会大大降低淀粉的玻璃态转化温度( t g ) ，而淀粉要在溶液中形成结晶就必须在t g 和 t m ( 晶体熔解温度) 之间保持一段时间，也就是说淀粉的浓度和老化的温度之间有着 密切的相关。w a l t e r 4 1 1 在著作中详细论述了淀粉老化时晶体相转变温度t g ( 玻璃态转变 温度) 和t i n ( 熔化温度) ，表明了湿热处理时形成的r s 量与原料水分含量紧密相关，且 5 吉林农业大学以荞麦为原料制备r s 3 型抗性淀粉的研究 随不同原料变化有较大差异。 ( 6 ) 糖类 小分子糖的存在可使淀粉稀溶液的玻璃态转化温度升高，因此会影响晶核的形成， 使r s 的产量降低。f a r h a t 3 5 1 认为糖对r s 形成的影响在很大程度上取决于糖的种类、 浓度及老化的温度，而且糖的存在推迟淀粉的糊化，降低糊化淀粉的重结晶程度，抑 制老化。e e r l i n g e e n t 4 2 j 等发现高蔗糖添加量虽然使小麦淀粉的r s 含量显著降低，却导 致高直链玉米淀粉r s 含量增加。 ( 7 ) 微量营养素 e s c a r p a t 3 7 】等人还对一些食品微量营养素，如钙离子、钾离子对r s 形成的影响进 行了研究，结果表明在糊化淀粉糊中添加金属离子可使淀粉老化后形成的凝胶中r s 含量降低，这可能是因为淀粉分子对这些金属离子的吸附抑制了淀粉分子间的氢键形 成。姚惠源【4 3 1 在稻米深加工一书中则把添加一定量的c a 2 + 作为对r s 的形成有促 进作用的因素。 ( 8 ) 多酚类物质 赵凯m 等人提到多酚类物质会大大降低淀粉的生物可利用性。因为它们对淀粉酶 活性有抑制作用。 至于外因，则指有关的加工条件，处理方式以及食物形态等。现代淀粉老化理论 认为淀粉的老化可以看作是无定形基质的结晶，和普通结晶过程一样，淀粉老化有三 个步骤：晶核形成、晶体成长和晶体成熟。总的来说，r s 就是老化淀粉的重结晶体。 因此用于研究淀粉老化的方法和策略都可以用来研究r s ，它是淀粉或含淀粉类食物在 加工过程中通过控制水分含量、p h 、加热温度、时间及糊化老化的循环次数、冷冻 及干燥条件等因素而产生或提高r s 产量。 1 2 5 抗性淀粉的功能 在最新的f a o 出版物中，r s 已成为膳食纤维中的一部分，但与传统膳食纤维物 理性质又有所不同，目前大多数动物试验部表明抗性淀粉与膳食纤维具有相似的生理 功能【4 5 4 6 1 。 ( 1 ) 抗性淀粉对肠道疾病的预防功能 众多的老鼠试验表明，抗性淀粉在小肠中不被消化，在大肠中缓慢发酵，这种生 理功能与水溶性的、发酵性的纤维一致。其发酵产物主要是一些气体和短链脂肪酸 ( s c f a ) 。气体能使粪便变得疏松，增加其体积，这对于预防便秘、痔疮、结肠癌等 6 吉林农业大学以养麦为原料制各r s 3 型抗性淀粉的研究 肠道疾病具有重要意义；s c f a 能降低肠道p h 值，抑制肿瘤细胞的阶段生长繁殖，改 变某些致癌基因或它们产物的表达，诱导肿瘤细胞分化并产生与正常细胞相似的表型。 因此，r s 对结肠癌具有很好的预防作用。研究发现抗性淀粉的发酵产物以丁酸和c 0 2 为主，表明r s 在人体内具有完生发酵和可重吸收的方式。流行病学研究表明虽然食 物中的胺类等毒素在结肠中积聚可能是结肠癌发生的一个重要原因，但淀粉消费量高 ( 以3 5 0 9 d 为标准) 的人群，结肠癌的发生率显著低于淀粉消费低的人群。淀粉类食物 的摄入量与人类结肠癌的发生率有高度的负相关。有研究认为不消化的r s 摄入量的 增多是一个重要因素。r s 在结肠中发酵的代谢产物一方面维持肠道酸性环境，另一方 面促进毒素的分解和排出，从而预防结肠癌的发生【4 7 巧u 】。 ( 2 ) 抗性淀粉对糖尿病的预防功能 f a o 最新报告中认为r s 是膳食纤维的一部分，能影响血糖生成指数和胰岛素的 水平，这与其延缓胃排空有关。其原因是r s 在结肠中的难消化性可被用作缓慢释放 葡萄糖的载体，以控制体内葡萄糖的释放，控制餐后血糖升高和胰岛素的分泌。m u i r j c 【5 l 】研究表明，抗性淀粉能降低进食后血糖指数和胰岛素分泌，因而可有效控制i i 型糖尿病病情，但对i 型糖尿病无此作用。一般认为抗性淀粉具有较低的血糖生成指 数( g i ) 和胰岛素反应，从而有利于糖尿病患者的病情控制。 ( 3 ) 抗性淀粉的降脂降胆固醇功能 目前研究表明，r s 对胆固醇，甘油三酯在人体内的含量降低有一定的积极作用。 d ed e c k e r e 5 3 】研究发现，用含有一定量抗性淀粉的饲料喂养小鼠，小鼠的血浆胆固醇， 甘油三酯的含量可以调整到正常的水平。h s i n g h s i e nc h e n g l 5 2 】等用大米抗性淀粉饲喂 小鼠，实验结果表明：小鼠的血中总胆固醇值( t c ) 和甘油三酯( t g ) 明显降低；同时得 出血清中的丙酸含量与抗性淀粉的摄入量呈正相关。因此，有学者认为，r s 降t c 和 t g 的机理可能与丙酸有关，丙酸具有较好的调节脂类代谢作用；d ed e c k e r e 用含不 同剂量r s 的饲料来饲喂小鼠，其研究结果显示，抗性淀粉可降低大鼠血中t c 与t g 含量，抗性淀粉组小鼠粪便中胆汁酸含量明显增加，因此他们认为抗性淀粉的降t c 作用主要是因为胆汁醇酸类化合物排泄亢进而导致生物合成基质供给速度不平衡所 致，抗性淀粉的降t g 作用则与脂质吸收和合成有关；此后，用生马铃薯淀粉r s 2 和 马铃薯老化淀粉r s 3 及纤维素饲喂大鼠，结果发现：与纤维素组大鼠相比，r s 2 组大 鼠和r s 3 组大鼠的日总粪固醇排泄量大大增加，并且r s 3 组大鼠的日总粪固醇排泄量 几乎是纤维素组的2 倍，与纤维素组大鼠相比达到了极显著差异，进一步提示了抗性 淀粉是通过增加粪固醇的排泄量来达到降脂目的。 ( 4 ) 抗性淀粉促进无机盐吸收的功能 吉林农业大学以荞麦为原料制备r s 3 型抗性淀粉的研究 近年来动物实验表明，由于r s 在盲肠、结肠内的发酵，产生大量的s c f a ，降低 了肠道内的p h 值，从而提高了矿物质的吸收利用。r a n h o t r ag s t 蚓等人研究表明：r s 可促进大鼠盲肠对镁、钙的吸收，r s 促进镁、钙的吸收能力要比普通食用淀粉高3 5 倍；c h a r l e s l 5 5 1 等用动物实验证实r s 在结肠中的发酵产物短链脂肪酸( s c f a ) 使肠道 p h 值降低，促进上皮细胞增殖，促使镁，钙变成可溶性的而容易通过上皮细胞被人体 吸收。s c h u l z agm 【5 6 】试验发现，饮食中天然抗性淀粉r s 2 具有此功能，而r s 3 则不 具此功能。此外，最近还有研究表明，r s 具有排铅的作用，它可促进机体中有毒元素 铅的排出。 ( 5 ) 对体重的控制功能 r s 对体重的控制作用，主要来自两方面的作用：一是r s 通过增加脂质排泄从而 减少热量摄入；二是r s 本身几乎不含热量。有研究表明，r s 在体内产生的热量不及 淀粉的1 1 0 ，r s 在体内的低能量甚至不产生热量，是一种很有前景的减肥食品。 l i v e s e y t 5 7 】等对回肠造口术病人进行实验发现，高r s 含量的谷物食品可以通过某种与 增加脂肪排泄有关的机制对能量平衡产生影响。 1 2 6 抗性淀粉的应用 抗性淀粉应在食品工业中有着广泛的应用。由于抗性淀粉具有特殊的低持水性能， 不溶于水，便于加工控制，可用于低、中湿度的食品中。抗性淀粉具有与膳食纤维相 似的特点，但比膳食纤维更细腻，没有粗糙的口感，因此添加到面包中，不仅使膳食 纤维成分得到了强化，而且在气孔结构、均匀性、体积和颜色等感官品质方面均比添 加其他传统膳食纤维的营养强化面包好。其次，可在饼干、糕点中加入抗性淀粉制作 出以抗性淀粉为主要功能的保健食品。抗性淀粉除了可改善食品的质构特性外，还可 提高挤压谷物和小吃食品的膨化系数。抗性淀粉还具有较好的黏度稳定性、高流变特 性及低持水性，可以作为食品增稠剂使用。它还可用于汤料、乳制品中。又由于抗性 淀粉为水不溶性物质，在黏稠不透明的饮料中可用抗性淀粉来增加饮料的不透明度及 悬浮度，不会产生沙砾感，也不会掩盖饮料风味【5 7 1 。 1 3 抗性淀粉的生产方法 1 3 1 压热处理 p h i l l i p sj 【5 9 】等用压热处理( 或称湿热处理) 生产抗性淀粉。他将淀粉和水混合，高 温高压处理，最高温度达1 7 0 ，最高压力达到5 m p a ，恒温0 5 6 h 冷却，恒温储存 1 2 h 以上，烘干，粉碎。b e r r yc s 【3 0 】以高直链玉米淀粉为材料，经压热处理( 1 3 4 ， 水分含量6 7 ) 后，冷却，8 0 c 下烘干，研磨成0 8r n m 粉末，可生产出含2 5 抗性淀 8 吉林农业大学以荞麦为原料制各r s 3 型抗性淀粉的研究 粉的产品。 1 3 2 微波辐射 微波辐射会对淀粉的理化性质产生影响，进而影响淀粉的结晶程度，从而影响抗 性淀粉的形成。将淀粉和水混合后，进行微波辐射，处理一定时间后，冷却，烘干， 粉碎。低水分含量淀粉样品( 水分0 2 0 ) ，接受微波辐射后，温度迅速上升，5 0 m i n 内达到1 7 0 ，其x 射线衍射晶体类型没有变化，溶解度没有变化，表明原淀粉中的 结晶区未完全破坏，测定抗性淀粉的含量为4 1 6 0 1 。 1 3 3 螺杆挤压法 挤压已成为食品加工的一种重要手段。挤压过程中的高温、高压和高剪切力使淀 粉发生物理化学变化，一些糖苷键断裂，分子大小和分子量分布发生变化。挤压可以 促进抗性淀粉的形成，但是产品中抗性淀粉含量较低，一般难以超过6 【6 1 1 。 1 3 4 脱支法 普鲁兰酶是一种来自芽孢杆菌属的热稳定性较高的酶，能催化普鲁兰和淀粉中的 a - 1 ，6 糖苷键的水解，条件是侧链上至少应有2 个葡萄糖残基存在。在压热处理前， 用普鲁兰酶进行脱支处理，可以得到更高的抗性淀粉含量。也可以用其它内切g t 1 ， 6 葡萄糖水解酶，如异淀粉酶，它也能使a 1 ，6 糖苷键断裂【4 9 1 。 1 3 5 蒸汽加热法 t o v a rj 和m e l i t oc 【6 2 】对黑豆、红豆和菜豆进行蒸汽加热，然后提纯淀粉，测定， 发现含有1 9 3 l 坂干基) 的抗性淀粉，比生豆提纯的淀粉高3 5 倍，表明回生导致淀粉 消化性变差。可以得出结论，蒸汽加热是生产抗性淀粉的有效方法。 1 2 6 超声波处理 超声波是一种频率很高( 1 0 5 1 0 8 h z ) 的声波。高强度的超声波可引发聚合物的降解， 一方面是由于超声波加速了溶剂分子与聚合物分子之间的摩擦，从而引起c c 键裂解； 另一方面是由于超声波的空化效应所产生的高温高压环境导致了链的断裂。与其它降 解法比较，超声降解所得的降解物的分子量分布窄小，纯度高。超声波处理可应用于 制备抗酶解淀粉，因为在抗性淀粉的制备过程中，淀粉分子的降解与酶解是必不可少 的过程，超声波在降解淀粉的同时，可以使酶解速度增加，缩短抗性淀粉的制备时间， 通过控制反应条件，取得制备抗性淀粉的最佳工艺条件【5 羽。 1 3 7 其它方法 9 吉林农业大学 以养麦为原料制备r s 3 型抗性淀粉的研究 p a r c h u r 等【6 3 】以大米淀粉为材料，采用多种方法如沸水煮、烤、炒、转鼓干燥、挤 压来制备抗性淀粉，结果表明：沸水煮和压热处理提高了抗性淀粉含量，而其它方法 都使抗性淀粉含量减少。 1 4 本研究意义 国外发达国家对抗性淀粉进行了多层次的深度加工和综合利用，生产出系列产品， 已有c r y s t a l i n e 和n o v e l o s e 2 4 0 两种抗性淀粉商品上市，而抗性淀粉商品国内市场还 是一片空白，所以是否能够利用我国现有的资源生产抗性淀粉产品成为研究的热点。 在我省，对粮食资源，特别是小杂粮资源进行深度加工和综合利用，不仅是发展 我省食品工业的需要，而且也是为农业产业化发展所急需，通过综合加工和深度利用， 使企业的经济效益有较大的提高，为人民提供更加丰富的食品。 荞麦籽粒除富含蛋白质、脂肪和淀粉，同时含有丰富的维生素、矿物质和黄酮类 等物质，具有营养和保健的双重功效。荞麦由于营养价值高，对心脑血管病、糖尿病 等具有一定的治疗和保健作用