（农产品加工及贮藏工程专业论文）抗性淀粉生物自适应现象的研究.pdf

摘要 摘要 抗性淀粉是指不被健康人体小肠吸收的淀粉及其分解物的总和。它具有调 节血糖、控制体重、促进矿物质的吸收等生理功能。但是，在研究抗性淀粉控 制血糖的实验过程中，发现含抗性淀粉的饲料在对s d 大鼠长期饲喂后会使得其 血糖又有升高的趋势，大大降低了抗性淀粉的生理功能。本论文通过改变抗性 淀粉的理化性质获得若干高抗淀粉产品，以长期动物试验方法实证克服抗性淀 粉的生物自适应的可行性。 首先，根据樊镇棣实验结果，采用了酶一重力法作为实验中抗性淀粉含量 的检测方法。 以抗性淀粉得率为指标，通过单因素和回归设计试验优化出了普鲁兰酶辅 助法提高藕、葛根、绿豆、大米淀粉中抗性淀粉得率的最佳工艺条件，其中藕 的最佳条件为：普鲁兰酶用量为2 7a s p u g 干淀粉、酶解时间为6 5n a n 、回生 时间为3 3h ，抗性淀粉得率为1 0 2 6 。同时采用正交试验法来研究四种淀粉提 高抗性淀粉含量的共同规律。试验结果表明：虽然淀粉的种类不同，提高抗性 淀粉含量的最佳因素水平也有所差异，但各因素的变化曲线比较一致。它们的 因素影响大小依次为淀粉乳浆浓度，回生温度，普鲁兰酶用量，普鲁兰酶解时 间。 本实验采用s t z6 5m g k g 腹腔注射诱导产生i i 型糖尿病大鼠模型，按照用 不同抗性淀粉种类的饲料饲养大鼠的方法进行。雄性s d 糖尿病大鼠随机分成四 组，正常鼠分三组，每组1 0 只，共饲养1 4 周，每周测定一次体重和血糖。实 验证明饲料的种类以及饲养的方式对正常组大鼠血糖没有明显影响，其血糖值 均在5m m o l l 左右；在用各类改性淀粉饲养s d 大鼠的第4 6 周，可看出，单 一藕物理改性淀粉降低血糖值的作用明显变缓，表明s d 大鼠可能对该淀粉产生 了适应性，而在饲养的后七周发现三类淀粉交换饲喂对控制大鼠血糖具有良好 的效果。从毛色上也可看出饲料交换组的呈微黄色，而2 藕物理淀粉组呈浅 黄色。很明显，多种不同种类的抗性淀粉交换饲喂大鼠通过调节其自适应能力， 有效地克服自适应现象的产生，因而可以在长期内改善大鼠的症状。 对增抗藕淀粉样品进行结构性质分析发现，淀粉处理前后的d s c 图谱明显 摘要 不同。经过处理后的物理改性和化学改性淀粉的相变高峰温度及相变焓均有较 大幅度的减小。通过x 射线衍射图得出，由于改性淀粉颗粒结晶区域有序的排 列被打乱，结晶结构受到一定程度的破坏，导致改性后淀粉的高级微晶含量低 于原淀粉。并且应用扫描电子显微镜( s e m ) 观察淀粉的颗粒结构发现，改性 后的淀粉颗粒结构受到严重破坏，已经失去了原淀粉的圆形颗粒结构。通过上 述仪器分析发现，淀粉结构性质的变化对大鼠血糖值的波动具有明显的影响。 那些糊化焓值低、结晶度低、结构破坏极为严重的改性淀粉降血糖的效果更为 显著。 关键词：藕淀粉；抗性淀粉；响应面：生物自适应；i i 型糖尿病 i i i a b s t r a ( 了r a b s t r a c t r e s i s t a n ts t a r c hi ss u mt o t a lo ft h es t a r c hw h i c hi sa b s o r b e db yt h eh e a l t h y h u m a nb o d ys m a l li n t e s t i n ea n di t sr e s o l v e n t ，w h i c hh a sk i n d so fp h y s i o l o g i c a l f u n c t i o n s ，s u c ha sa d j u s t i n gb l o o ds u g a r , c o n t r o l l i n gb o d yw e i g h ta n dp r o m o t i n gt h e d i g e s t i o no fm i n e r a ls u b s t a n c e h o w e v e r ，i nt h ee x p e r i m e n tp r o c e s so fr e s e a r c h r e s i s t a n ts t a r c hc o n t r o l l i n gb l o o ds u g a r , w ed i s c o v e rt h a ta f t e rf e e d i n gt h es dr a t s w i t ht h er e s i s t a n ts t a r c hf o ral o n gt i m e ，t h eb l o o ds u g a rl e v e lo ft h er a t st e n d st ob e i n c r e a s i n g t h i sp h e n o m e n o nh a sg r e a t l yr e d u c e dt h ep h y s i o l o g i c a lf u n c t i o n so f r e s i s t a n ts t a r c h t h ep a p e ro b t a i n san u m b e ro fh i ! g hr e s i s t a n ts t a r c hp r o d u c t sb y c h a n g i n gt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fr e s i s t a n ts t a r c h ，a n dt e s tf e a s i b i l i t y t oo v e r c o m eb i o l o g i c a ls e l f - a d a p t e i v eo fr e s i s t a n ts t a r c h i na c c o r d a n c ew i t ht h ee x p e r i m e n t a lr e s u l to ff a nz h e n d i ，w ea d o p tt h ee n z y m e - g r a v i t a t i o n a lm e t h o dt om e a s u r et h ec o n t e n to fr e s i s t a n ts t a r c h t a k et h er e s i s t a n ts t a r c hr a t ea st h et a r g e t ，o p t i m i z e dc o n d i t i o nt oi m p r o v e r e s i s t a n ts t a r c hr a t eo fl o t u s ，k u e z u ，m u n gb e a na n dr i c eb yp u l l u l a n a s ea u x i l i a r y m e t h o d l o t u sr o o t s o p t i m u mc o n d i t i o n w a s d o s eo f p u l l u l a n c e o f2 7 a s p u g ，e n z y m i ct i m eo f 6 5m i l la n dc o l ds t o r a g et i m eo f 3 3ha n dt h er e s i s t a n ts t a r c h r a t eo f1 0 2 6 s i m u l t a n e o u s l y , u s c st h eo r t h o g o n a lt e s t i n gm e t h o dt os t u d yc o m m o n r u l eo fr a i s er e s i s t a n ts t a r c hc o n t e n t t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t et h a ti h e c h a n g i n gc u r v eo fe a c hf a c t o rh a sn os i g n i f i c a n tc h a n g e ，a l t h o u g ht h ek i n d so fs t a r c h a n dt h eo p t i m u mp a r a m e t e r sa r et o t a l l yd i f f e r e n t e a c hf a c t o r si n f l u e n c e sa r ei na n o r d e r ：m i l kd e n s i t yo fs t a r c h ，c o l ds t o r a g et e m p e r a t u r e ，t h ed o s eo fp u l l u l a n c e ，t h e e n z y m i ct i m eo fp u l l u l a n a s e t h i se x p e r i m e n ta d o p t ss t z6 5m g k gt oi n d u c ep r o d u c t i o no ft y p ei id i a b e t i c r a ta sm o d e l sb ya b d o m i n a lc a v i t yi n j e c t i o n , a n df e e dt h e s er a t sw i t hd i f f e r e n t r e s i s t a n ts t a r c h s dm a l ed i a b e t i cr a t sw e r er a n d o m l yd i v i d e di n t of o u rg r o u p s ，t h e n o r m a lr a t sa r ed i v i d e di n t ot h r e eg r o u p s ，e a c hg r o u po f1 0 ，k e e pr a i s i n gr a t sf o r1 4 w e e k s ，a n de x a m i n et h eb o d yw e i g h ta n db l o o ds u g a ro n c eaw e e k t h er e s e a r c h i v a b s t r a ( 了r p r o v e st h et y p e so ff e e d s t u f fa sw e l la sr a i s i n gw a y sd on o th a v eg r e a ti n f l u e n c eo n r a t s b l o o ds u g a ri nt h en o r m a lg r o u p ，a n dt h ea m o u n to fb l o o ds u g a ri sa b o u t5 m m o l l ；i nt h ef i r s t4 - 6w e e k so fr a i s et h er a t sw i t hv a r i o u st y p e so fm o d i f i e ds t a r c h ， w ef o u n dt h ee f f e c tr e d u c i n gt h eb l o o ds u g a rl e v e lo fs i n g l el o t u sr e s i s t a n ts t a r c h g r a d u a l l yd e c l i n e ，t h a ti n d i c a t e ss dr a t sm a yh a v eb e e na d a p t i v ef o rt h i ss t a r c h f u r t h e r m o r e ，i nt h el a s ts e v e nw e e k s ，w ed i s c o v e rt h a te x c h a n g i n gt h r e ek i n d so f s t a r c ht of e e dr a t sh a sag o o de f f e c to nc o n t r o l l i n gr a t s b l o o ds u g a r t h ec o a tc o l o r s s h o et h a tt h ef e e d s t u f fe x c h a n g eg r o u pr a t sw e r em i c r o - y e l l o w ，w h i l e2 r sl o t u s r o o tp h y s i c ss t a r c hg r o u pa r el i g h ty e l l o w i ti sc l e a rt h a te x c h a n g ef e e dr a t s 、v i t ht h e d i f f e r e n tk i n d so fr e s i s t a n ts t a r c hc a no v e r c o m es e l f - a d a p t i v ep h e n o m e n o ne f f e c t i v e l y c o n s e q u e n t l yt h ef e e d s t u f fi sa b l et oi m p r o v et h es y m p t o m so fr a t si nal o n gt e r m w ed i s c o v e r yt h a td s ca t l a sv a r yf r o ms t a r c hp r o c e s s i n gb y c o n s t i t u t i v e p r o p e r t ya n a l y s i so fl o t u sr o o tr e s i s t a n ts t a r c h t h et r a n s i t i o np e a kt e m p e r a t u r ea n d t r a n s i t i o ne n t h a l p yo ft h em o d i f i e ds t a r c h ，w h o s ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e sa r e m o d i f i e d ，a r ea l lr e d u c e d t h r o u g hx - r a yd i f f r a c t i o np a t t e r n s ，w ef o u n dt h a tt h eh i g h m i c r o c r y s t a l l i n ec o n t e n ti sl e s st h a n t h e o r i g i n a ls t a r c h b e c a u s e t h e o r d e r l y a r r a n g e m e n ti np a r t i c l e sc r y s t a l l i n er e g i o no fm o d i f i e ds t a r c hw a sd i s r u p t e d ，a n dt o s o m ee x t e n d st h ec r y s t a l l i z a t i o ns t r u c t u r eg e t sd e s t r u c t i o n a n do b s e r v et h es t r u c t u r e o fs t a r c hg r a n u l e sb ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e m ) ，w ed i s c o v e rm o d i f i e d s t a r c hg r a n u l es t r u c t u r eg e t ss e r i o u sd a m a g ea n da l r e a d yl o s ec i r c u l a rs t r u c t u r eo f g r a n u l a ri nt h eo r i g i n a ls t a r c h t h r o u g ht h ea b o v ei n s t r u m e n t a la n a l y s i sd i s c o v e r y , c h a n g eo fs t a r c hc o n s t i t u t i v ep r o p e r t yh a st h eo b v i o u si n f l u e n c eo nb l o o ds u g a rv a l u e o fr a t s t h e s em o d i f i e ds t a r c h , l o wd e x t r i n i z ee n t h a l p yv a l u e 、l o wc r y s t a l l i n i t ya n d e x t r e m e l yd i s a r r a n g e m e n to fs t r u c t u r e ，h a v eab e t t e re f f e c to fl o w e r i n gb l o o ds u g a r v a l u e k e yw o r d s ：l o t u sr o o ts t a r c h ；r e s i s t a n ts t a r c h ；r e s p o n s es u r f a c em e t h o d ；b i o l o g i c a l s e l f - a d a p t i v ep h e n o m e n a ；t y p e2d i a b e t i c v 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，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，也不包含为获得壶昌太堂或其他教育 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谢意。 ， ， 学位论文作者签名( 手写) ：7 j ，产签字f i 期：衫年i 二月易日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名( 手写) ：奈下导师签名( 手写) ：础矽芯 签字日期： 略年l 月f 苫日 签字同期： 9 髟年，月万日 第1 章引言 1 1 抗性淀粉研究进展 1 1 1 抗性淀粉定义与分类 第1 章引言 1 1 1 1 抗性淀粉的定义 长期以来，淀粉一直被认为可以为人体完全消化吸收，原因在于人体排泄 物中未曾测到淀粉成分的残留。但是，在1 9 8 3 年，英国生理学家f l a n se n g l y s t 1 】 首次发现在人体小肠及胃中有一种不能消化的淀粉，并将其定义为抗性淀粉 ( r e s i s t a n ts t a r c h ，简称r s ) 。许多动物试验表明抗性淀粉不在小肠中消化，而在 大肠中被微生物发酵。1 9 9 3 年，欧洲抗性淀粉协会( e u r e s t a ) 将抗性淀粉( r s ) 定义为：不被健康人体小肠吸收的淀粉及其分解物的总和。从食品工艺学和食 品营养学的角度考虑，影响淀粉在小肠内消化吸收的因素有很多，如淀粉的糊 化和老化程度、淀粉颗粒的大小和形态及其它膳食成分的影响等，而且不同年 龄、不同生理状况乃至不同生活环境的正常人的淀粉消化能力也有差异，所以 对r s 的定义还需研究，应将测试条件具体化。 1 1 1 2 抗性淀粉分类 食物中存在的r s 可分为四类1 2 】： ( 1 ) r s i ：物理包埋淀粉( p h y s i c a l l yt r a p p e ds t a r c h ) ，是由于机械加工而使淀粉 颗粒发生物理屏蔽作用，被锁在植物细胞壁上使其不能为淀粉酶所作用的部分。 常见于轻度碾磨的谷类、豆类等食品中，例如：淀粉颗粒因细胞壁保护而受限 于植物细胞中；或因蛋白质成分之遮蔽而使小肠淀粉酶不易接近，因此发生酶 抗性。此类型r s 容易受到饮食时咀嚼作用及加工过程中粉碎及碾磨作用的影响 而改变其含量。 ( 2 ) r s 2 ：抗性淀粉颗粒( r e s i s t a n ts t a r c hg r a n u l e s ) ，为有一定粒度的淀粉，通 常存在于生的薯类和香蕉中，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，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所消化吸 收。 第1 章引言 ( 3 ) r s 3 ：回生淀粉( r e t r o g r a d e ds t a r c h ) ，指糊化后的淀粉在冷却或储存过程 中部分重结晶的部分，如加工过程引起的淀粉化学结构、聚合度和晶体构象方 面的变化等，常存在于冷米饭、冷面包、油炸土豆片等食品中。这类淀粉即使 经加热处理，也难以被淀粉酶类消化，可常作为食品添加剂使用。r s 3 是最重要 也是最主要的抗性淀粉，国外对其研究较多。 ( 4 ) r s 4 ：化学改性淀粉( c h e m i c a l l ym o d i f i e ds t a r c h ) ，通过引入其它化学基团 改变了原淀粉的性质以及使得分子量增大，因而能抵抗a 淀粉酶的消化，如交联 淀粉，或者由于酶抑制剂及抗营养因子的存在而不能被消化的淀粉( 图1 1 ) 。 图1 1 化学改性淀粉 r s l 和r s 2 经糊化后其抗性消失，所以其应用意义不大。r s 3 及0 回生淀粉，是 经糊化后，再冷却回生形成。其中老化的直链淀粉极难被酶作用，需在1 5 4 1 7 1 的高温才能糊化完全，而老化的支链淀粉抗消化性差一些，且通过加热可以 发生逆转。由于r s 3 是膳食中抗性淀粉的主要组成部分，而且是通过食品加工而 形成的，因而具有较大的研究价值。 1 9 8 7 年，e n g l y s t 和c u m m i n g s 根据淀粉在人体内的消化特点，将淀粉分为三 类【l3 l ：易消化淀粉( r e a d yd i g e s t i b l es t a r c h ，r d s ) 可在小肠中快速消化的淀粉， 如刚煮熟的大米、马铃薯，定量测定时为酶水解2 0 分钟内放出的葡萄糖的量； 不易消化淀粉( s l o w l yd i g e s t i b l es t a r c h ，s d s ) 指能在小肠中被消化吸收但速度 较慢的淀粉，如玉米、生的谷类淀粉等；抗性淀粉( r e s i s t a n ts t a r c h ，r s ) 指不 被健康人体小肠吸收的淀粉。具体分类见表1 1 。 2 第1 章引言 r s 的分类仍在不断认识和变化中，r s l ，r s 2 或r s 3 常常是共存于一种食物 中。r s 2 4 均可以由淀粉在食物生产或食品加工过程中转化形成，不同类别的r s 可能对食品风味和特点有着重要意义。常见食物中的r s 含量见表1 2 。 表1 2 常见食物中抗性淀粉的含量【4 】 食物 干重( )总淀粉( 千重)r s ( g 淀粉) 面粉5 4 57 7l 玉米片 9 5 87 83 即食土豆 1 6 77 31 热熟土豆2 2 87 45 青香燕 9 9 17 55 7 煮熟香蕉 2 3 87 51 0 通心粉 2 8 37 9 5 青豆( 冻的，煮5 m i n ) 1 8 32 05 豆片9 3 64 9 6 生土豆淀粉9 7 56 4 9 高直链玉米淀粉 9 6 36 8 8 工业制造纯杭性淀粉9 6 2 7 2 6 3 第1 章引言 1 1 2 抗性淀粉结构研究方法 抗性淀粉是一种抗消化性的淀粉，它基本上能完全通过小肠进入大肠，并 在大肠中部分发酵产生短链脂肪酸及其它产物。抗性淀粉的特点是：具有较小 的分子结构，通常认为具有2 0 - 2 5 个葡萄糖残基的长度，以及以氢键连接的多 分散性的线性聚糖。 在抗性淀粉结构的研究方法上，越来越多的新技术起到了重要作用，大致 分为两类，第一类：物理特性的研究方法，比如，热分析法，x 射线衍射法， 电镜扫描法，n m r 法等；第二类：酶分析法，主要应用在食品中抗性淀粉含量 的测定。 1 1 2 1 热分析法 差示扫描量热分析法( d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t e r ，d s c ) 是热分析法中 最常用的一种，它是指在程序控制升温下，测量输入到试样和参比物的功率差 ( 如以热的形式) 与温度的关系。差示扫描量热仪记录到的曲线称d s c 曲线， 它以样品吸热或放热的速率，即热流率d h f d t ( 单位毫焦秒) 为纵坐标，以温度 t 或时间t 为横坐标，可以测定多种热力学和动力学参数，例如比热容、反应热、 转变热、相图、反应速率、结晶速率、高聚物结晶度、样品纯度等。该法使用 温度范围宽( 1 7 5 彳2 5 1 2 ) 、分辨率高、试样用量少，适用于无机物、有机化合 物及药物分析。 1 9 7 1 年s t e v e n s 和e l t o n 首次将d s c 应用于研究淀粉的老化和糊化过程中。 通过d s c 研究发现r s 晶体主要是由直链淀粉结晶形成【5 j 。因为抗性淀粉在1 5 0 有吸热反应，焓值为8 3 0m j m g l 6 s l ，加热到1 8 0 以上会引起碳水化合物的 部分热降解。在冷却过程中，放热反应开始于6 0 左右，焓值约为- - 2 2m j r a g ， 这是由于抗性淀粉的重新形成所导致，而且还发现r s 的焓变值随其产量的提高 而增大。 1 1 2 2x ! 射线衍射法 x 射线衍射( x r a yd i f f r a c t i o n ，x r d ) 是一种物理分析鉴定方法，尤其是研究 分析鉴定固体物质最有效、最普遍的方法。由于抗性淀粉颗粒是部分结晶体， 而x 射线的波长正好与物质微观结构中的原子、离子间的距离相当因而能被晶 体衍射。 通过对抗性淀粉进行x 射线衍射法分析，发现r s 分子在空间上呈现双螺 4 第1 章引言 旋结构。e e r l i n g e n l 9 】在分离的r s 衍射图谱中发现r s 分子显示b 型晶体结构， 而且还认为b 型晶体是糊化后老化过程中的最终类型。抗性淀粉之所以能抵抗 酶的水解，是由于聚糖( 含2 0 - - 2 5 个葡萄糖残基) 的葡萄糖残基链之间存在较强 的氢键缘故，该氢键在1 5 5 1 6 0 时具有4 0j 儋的烀1 0 j 。但是，s h u k l a 注 意到，西米和竹芋等具有c 型晶性的一些淀粉也具有抗酶水解的能力，这就对 通常认为b 型晶性是抗性淀粉主要结构的观点产生疑问。 x - 射线衍射技术虽然可以观察到有规则的重复性双螺旋结构，但这种技术 对于无规则的聚集体结构的敏感性比较差，得到的结果也容易受到所需物料的 数量，浓度和环境的影响。 1 1 2 3 电镜扫描法 扫描电镜( s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y , s e m ) 的原理是用扫描电子束投射到 样品上，以所产生的二次电子、反射电子、吸收电子以及透射电子等作为信息 并经电子线路放大，而后控制阴极射线管的辉度来显示成像。 由于淀粉粒s e m 照片富有立体感和真实观，几乎和我们用肉眼直接观察物 体相似，因此可用以研究淀粉粒的表面微观结构，测定淀粉颗粒的大小以及观 察变性淀粉颗粒结构变化情况等。 1 1 2 4 核磁共振法 核磁共振( n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e ，n m r ) 是磁矩不为零的原子核在外 磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过 程。核磁共振波谱学是光谱学的一个分支，其共振频率在射频波段，相应的跃 迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。应用在淀粉分析方面主要是以下两点。 ( 1 ) 淀粉衍生物的分子结构鉴定 在淀粉众多衍生物中，有许多产物的化学结构十分相似，仅仅是重复单元 数不同或原子排列次序不同，这些相似物用红外光谱无法区别，而运用碳谱能 明确区别其结构的微小差异 ( 2 ) 淀粉糖分子构象的鉴定 麦芽低聚糖有直链和支链之分，其连接葡萄糖分子的糖昔链不同，前者为 a 1 ，4 键，后者为a - l ，6 键，如麦芽糖和异麦芽糖。用1 3 c n m r 谱可对麦芽糖 和异麦芽糖等同分异构体作出准确判别。 1 1 3 抗性淀粉的生理作用 5 第1 章引言 1 1 3 1 调节血糖 抗性淀粉不能在小肠内分解为葡萄糖，因而不会提升体内的血糖浓度，对 胰岛素分泌的影响极小，宜于血糖不稳定或高血糖患者食用。b r y n e s 等 1 1 3 发现 抗性淀粉的摄入会导致胰岛素分泌的减少。在研究中，他们用抗性淀粉含量大 于2 0 的高直链淀粉日粮和低直链淀粉日粮分别饲喂老鼠，结果发现饲喂高直 链淀粉日粮的老鼠的胰岛素分泌要少于饲喂低直链淀粉日粮的老鼠。 1 1 3 2 减少肠机能失调及结肠癌发病率以及对肠道疾病的防止作用 抗性淀粉在结肠内发酵产生大量短链脂肪酸，从而降低结肠p h 值，对结肠 炎具有很好的防治作用。未被完全发酵的r s 可增加粪便体积，对于防止便秘、 盲肠炎、痔疮等有重要作用。r s 在大肠内也发酵产生大量丁酸。2 0 0 0 年， h s i n g h s i e nc h e n gn 2 3 等人通过大鼠试验研究表明，抗性淀粉的摄入与血清中的 丁酸含量呈正相关。现已证实丁酸在减少癌症发生过程中具有重要作用：控 制体内肿瘤细胞的阶段生长繁殖；诱导肿瘤细胞分化产生与正常细胞相似的 表型；改变某些致癌基因或它们产物的表达。同时，r s 能促进微生物生长， 合成更多的微生物蛋白，可减少胺类致癌物的产生。 1 1 0 3 3 控制体重 抗性淀粉可控制体重，主要来自两方面的原因：增加脂肪的排出，减少 热能摄入和脂肪的生成；r s 本身能量远低于淀粉的能量。因此，r s 可作为 减肥保健食品添加剂。 1 1 3 4 促进矿物质的吸收 有研究表明，膳食纤维由于其中的植酸影响会抑制食物中c a 、m g 等矿物 质的吸收。而对于抗性淀粉则无不良影响，近年来有动物实验表明，r s 2 能有效 地促进c a ，m g 的吸收。 1 1 3 5 降脂作用 h s i n g - h s i e nc h e n g 研究表明，大米抗性淀粉饲喂大鼠具有良好的降低血中 胆固醇的作用。同时，抗性淀粉的摄入量与血清中的丙酸含量呈正相关。有学 者认为，丙酸具有较好的调节脂类代谢作用。b y r n e s 等人也证实了r s 有降低胆 固醇与甘油三酯的效果，他们认为r s 的降胆固醇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。 6 第1 章引言 1 2 藕淀粉简介 本文主要是研究藕淀粉的改性工艺及生理功效研究，用藕淀粉来做动物试 验原料具有它的优越性，不仅因为它淀粉含量很高，而且还具有多种生理功能。 藕( 1 0 t u sr o o t ) ，又称莲藕，属睡莲科植物。藕原产于印度，后来引入我国， 迄今已有三千余年的栽培历史。藕在我国南方诸省均有栽培，藕的品种有两种， 即七孔藕与九孔藕。江浙一带较多栽培七孔藕，该品种质地优良，它的根茎粗 壮，肉质细嫩，鲜脆甘甜，洁白无瑕，人们均爱食它。莲的各部分名称不同， 均可供药用，莲的地下茎名藕。藕中含有近8 0 的水份，蛋白质含量较低，只 有l - - 2 ；粗纤维含量约为1 ；淀粉含量占1 0 1 2 ，其余为可溶性 糖，果胶类的胶体物含量很少。莲藕的主要营养成分见表1 3 。 表1 3 莲藕的营养成分列表 在块茎类食物中，莲藕含铁量较高，故对缺铁性贫血的病人颇为适宜。又 含有大量的维生素c 和食物纤维，对于肝病、便秘、糖尿病等一切又虚弱之症的 人都十分有益。藕中还含有丰富的维生素k ，具有收缩血管和止血的作用，对于 淤血、吐血、尿血、便血的人以及孕妇极为适合。鲜藕洗净切成丝，用纱布挤 汁，煮沸稍凉温饮，是凉血补血、健脾开胃的佳饮；藕汁也有润肺、镇静的功 能f 1 3 1 4 1 。 从莲藕中提取的淀粉称为藕粉，藕淀粉颗粒多为长1 0 - - - 5 0 胛，宽4 - 1 5 胛 7 第1 章引言 的长粒形，平均粒径长为2 45 2 68a m 。表面有轮纹( 图1 2 ) 1 1 5 1 ，淀粉颗粒的 端有偏光十字( 图1 3 ) ，藕淀粉的糊化温度为6 8 0 8 1 _ 5 。 图1 26 0 0 p a 光学显微照相( 杭州产藕淀耢) 图1 _ 3 偏振光显微j ! l 相 不同品种的淀粉在颗粒大小和形状方面存在着差异，根据这些差异可以区 别和确定淀粉种类1 1 6 - 2 2 1 。淀粉的理化和功能性质因品种、产地、栽培条件的不 同而变化。淀粉的应用领域极为广泛，随着经济发展，对淀粉的需求也逐年增 加。莲藕中的淀粉相对于其他的营养成分来讲，含量占第一位，对其特性的研 究与开发有着实际的意义。 表14 藕淀粉的化学组成和直链淀粉含量l 1 3 抗性淀粉生物自适应现象 1 3 1 生物自适应现象的定义 当生物体处于一定外界环境条件的刺激下，在生物体内的d n a 或其他遗传 物质不发生改变的前提下，生物本身能够产生自我调节的能力，改变自己原有 的习性，以适应新环境的一种特征，我们称之为生物自适应现蒙。直观地说， 生物体能修i t 自己的特性以适应不断变化的环境。这种外界环境包括温度、水、 饲养条件、饲养方式等。作为外部环境对生物体的影响，可以等效地用许多扰 第1 章引言 动来表示，这些扰动通常是不可预测的。面对这些客观存在的各式各样的坏境， 生物体如何调节自己的行为，使得能最大程度地适应新的环境，这主要取决于 生物本身。拿s d 大鼠来说，在实验过程中，用多种类的改性淀粉作为原料饲喂 大鼠一段时间后，在其体内某些遗传效应d n a 片段未发生改变的情况下，大鼠 能够依据饲养的变化以及饲喂方式的转变，不断地调节自己的行为来逐步适应 外部环境的变化。从其表现指标即血糖值变化观察得到，大鼠在单一饲料饲喂 的条件下，血糖值经过初期的下降后呈现上升的趋势：而在多种类淀粉饲喂环 境条件下的大鼠血糖值在后期一直处在一个低的水平。同时也应当指出，外部 环境变化的频率也对生物自适应能力产生了比较大的影响。 1 3 2 抗性淀粉生物自适应现象的提出 由于抗性淀粉生成的因素同时也是影响食物血糖指数的因素，二者的概念 是一致的，它们是描述同一问题的不同方面。抗性淀粉是未被小肠消化而进入 大肠的那部分淀粉，而血糖生成指数描述的是淀粉在小肠内的消化速度。在对 抗性淀粉进行含量测定时，体内与体外方法从原理和实际都存在很大差异。与 此相反，g i 的体内外测定原则上一致，结果也很相近鉴于上述原因，我们不 仅把抗性淀粉得率作为评价淀粉生理功能的指标，而且还要考虑到g i 值的情况。 食物血糖生成指数( g l y c e m i ci n d e x ，g i ) 指的是人体食用一定量食物后会引 起多大的血糖反应讲1 。食物g i 值是通过人体试食实验得出的数据，它所反映 的是食物对血糖影响的综合情况。那些血糖生成指数低的食品不仅适用于糖尿 病等息者，而且对于每一个希望健康的正常人都有非常重要的意义。它是食物 的一种生理学参数，是衡量食物引起餐后血糖反应的指标，它表示含1 0 0g 碳水 化合物的食物和1 0 0g 葡萄糖在食入后一定时间内( 一般为2 小时) 体内血糖应答水 平的百分比值，公式表示如下： g i = 含有1 0 0 酮是水化合物的食物的餐后血糖应答x 1 0 0 锓后血糖应答值一般用血糖应答曲线下的面积来表示。 一般认为：血糖生成指数在5 5 以下的食物为低g i 食物，如藕粉、扁豆、 葡萄等；血糖生成指数在5 5 - - 7 5 之间的食物为中等g i 食物，常见的有橘子汁、 芒果、菠萝：血糖生成指数在7 5 以上的食物为高g i 食物，如大米饭、牛肉面。 但食物的血糖生成指数受多方面因素的影响，如受食物中碳水化合物的类型、 9 第1 章引言 结构、食物的化学成分和含量以及食物的物理状况和加工制作过程的影响等。 高g i 的食物，进入胃肠后消化快、吸收率高，葡萄糖释放快，葡萄糖进入 血液后峰值高：低g i 食物，在胃肠中停留时间长，吸收率低，葡萄糖释放缓慢， 葡萄糖进入血液后的峰值低，下降速度慢，而且能为肠内益生菌提供合适的底 物和丰富的能量来源，使益生菌迅速增殖，有利于双歧杆菌等的生长，并减少 肠道内氨的吸收：同时短链脂肪酸能够阻止细胞生长、促进细胞分化、促使发 生d n a 损伤的细胞凋亡晒1 。因此，了解食物的血糖生成指数，合理安排膳食， 对于调节和控制人体血糖水平发挥着重要作用。食物血糖生成指数不仅可以用 于对糖尿病患者、高血压病人和肥胖者的膳食管理，也可应用于运动员的膳食 管理、食物研究以及社区居民膳食状况与慢性病关系研究等多个方面。一些经 常食用食物的g i 值见表1 5 。 表1 5 部分食物的血糖生成指数( 葡萄糖= 1 0 0 ) c 2 6 食物 g i 食物 g i 食物 g i 大米饭 养麦面条 牛肉面 大麦粒( 煮) 燕麦 烙饼 小麦饼干 大豆 冻豆腐 四季豆 煮土豆 牛奶 苹果汁 猕猴桃 樱桃 鲜桃 糯米饭 通心面 黑麦粒 甜玉米( 煮) 油条 黑米 米饼 五香蚕豆 魔芋 青刀豆 土豆泥 酸乳酪 橘子汁 芒果 李子 苹果 。般小麦面包 白小麦面面包 全麦粉面包 混合谷物面包 二合面窝头 白小麦面馒头 达能闲趣饼干 扁豆 藕粉 绿豆 土豆粉条 油炸土豆片 可乐 西瓜 柚子 葡萄 垄生 gll：! ! 鏊蔓堑翌塞垄! ! _ _ l _ _ - _ _ _ - _ _ _ - l _ _ - 一_ - - _ - _ _ _ - _ - - i - - _ _ _ _ _ _ _ _ l _ _ _ _ _ _ l - - _ l _ l _ _ - - i _ l - _ - - o l _ _ _ _ _ _ l i l l l _ l 。一 从表1 5 可知藕粉的血糖生成指数g l 较低，为3 2 5 ，属于低g i 食物。当我 1 0 嘶姗毋帖m蚍蚍；呈一舶砒；墨们铊巧钌 盯帖 卯鲐m粥舵 姗 剪 为弘 卯鲐钇孙鼯娜嘶笛努傩衢擂嬲荔：8刀乱配挖勰 第1 章引言 们通过循环老化法提高其抗性淀粉含量时，其含热量快速降低，且在小肠中不 能被消化吸收，使得藕抗性淀粉在体内分解形成葡萄糖的速率大大减缓，g i 进 一步下降。当糖尿病大鼠饲喂这种食物时，由于消化慢，吸收率偏低，葡萄糖 释放缓慢，可以避免血糖的大幅度变化。同时又由于降低了游离脂肪酸的浓度， 葡萄糖在循环中迅速消耗到机体内部。后果是，虽然小肠内还处在继续吸收过 程，但是其血糖曲线已经逐步走入基线，有效地控制了大鼠的血糖。一般认为 抗性淀粉具有较低的血糖生成指数和胰岛素反应，有利于糖尿病的病情控制。 我们可以通过餐后血糖值应答实验来检测大鼠进食后，高r s 淀粉对血糖变化的 影响规律。 我们通过腹腔注射链脲佐菌素( s t z 法) 建立i i 型糖尿病大鼠模型，并对 模型大鼠、正常大鼠饲喂不同抗性淀粉含量的饲料，证明r s 与动物血糖值有着 密切的关系粥。从樊镇棣3 2 3 试验结果看，在第四周后，抗性淀粉降低血糖 值的作用逐步变缓，可能是由于大鼠对此种r s 饲料产生了适应性。因此，继续 饲喂原来r s 饲料时，稳定血糖的效果不会很明显。我们以多种类淀粉生产的抗 性淀粉为饲料，通过长时期的饲喂r s 来求证上述问题。 1 4 本研究的目的意义、主要研究内容和创新性 1 a 1 本研究的目的意义 抗性淀粉含热量和持水能力均低，而且粒度很小，这对于生产低水分食品 是极为有利的。众多研究表明抗性淀粉具有调节血糖、控制体重、降低血中胆 固醇、促进矿物质的吸收等多种生理功能。抗性淀粉具有的多种功能性质使得 抗性淀粉在不同的领域中得到广泛的应用。它可应用到挤压食品、焙烤食品和 早餐食品如饼干、面包、膨化食品和麦片等，以增加膳食纤维的含量a 由于r s 研究是一个较新的领域，国内外研究还不很深入。尤其对于长期饲 喂一种抗性淀粉是否会使动物产生相应的生物自适应现象以及如何克服此现象 还有待研究。而生物自适应性是抗性淀粉进入实质性生产和消费阶段的瓶颈， 该问题不克服，含抗性淀粉的食品无法取得长期而稳定的控制血糖值水平的效 果，只能停留在科研阶段和作为质构改进食品添加剂。 本课题先以藕淀粉、大米淀粉、葛根淀粉、绿豆淀粉为试验材料，对其淀 第1 章引言 粉增抗的因素进行