物理加工方法对淀粉及淀粉基食品中抗性淀粉含量的影响

唐 双，杨 英，谢琪琪，卓 俣，韩文芳 ，林亲录,，李 勃

(稻谷及副产物深加工国家工程研究中心；中南林业科技大学食品科学与工程学院1，长沙 410004) (江苏康之源粮油有限公司2，宿迁 223800)

抗性淀粉(resistant starch，RS)是指在健康人体小肠中不被消化吸收的淀粉或淀粉降解产物[1]，它作为功能性膳食纤维具有以下功能[2]：改变肠道激素和下丘脑食欲调节中心神经元活动，增强人体主观饱腹感、可防止肥胖症[3，4]；改变肠道菌群的组成，增加双歧杆菌、乳酸菌等益生菌的存活率，减轻肠道炎症[5]；使粪便中短链脂肪酸含量增加，有利于通过降低肠道pH增加矿物质溶解度，从而促进肠道对钙、镁、铁等矿物质的吸收[6]。抗性淀粉还具有降低餐后血糖、胆固醇并预防心血管疾病和保护肾脏功能[9]的作用。此外，将抗性淀粉应用于食品工业，不仅可以提高食品的营养保健价值，而且可以使食品呈现良好的外观、质地和口感品质，并具有优良的增粘、胶凝、保水、溶胀等物理加工特性。

抗性淀粉在天然食物中的含量通常较低，难以发挥其应有的营养保健作用。已有大量研究尝试采用高压蒸煮、湿热、退火、挤压、超声、微波等物理加工方法提高淀粉和淀粉基食品中的抗性淀粉含量，但缺乏对其提高抗性淀粉含量效果的归纳总结与对比分析。本文综述了物理加工方法对淀粉和淀粉基食品中抗性淀粉含量的影响规律，以期为提高食品中抗性淀粉含量提供高效的方法选择参考，从而促进抗性淀粉的实际应用。

1 高压蒸煮处理对淀粉中抗性淀粉含量的影响

高压蒸煮利用高温(通常为120～145 ℃)、高压作用于一定浓度的淀粉悬浊液，使淀粉充分糊化后经冷却回生形成抗性淀粉[10,11]。淀粉颗粒结构在加热糊化过程中崩解，失去完整颗粒状结构[12]，导致原有结晶结构遭到破坏并释放出呈现随机卷曲状的直链淀粉[13]，而直链淀粉在冷却回生过程中重新结晶形成双螺旋结构，使淀粉的结晶度和晶型发生改变，进而影响淀粉对酶的抗性。一般情况下，结晶度增大会增强淀粉的抗消化性。有研究表明，高压蒸煮可以使A型大米淀粉转变为V型[14]，而V型结晶的出现有利于提高淀粉分子的紧密度，进而增强淀粉的抗消化性[15]。

高压蒸煮处理对淀粉中抗性淀粉含量的提高效果如表1所示，高压蒸煮结合4 ℃冷藏处理大米淀粉可以使其抗性淀粉质量分数提高率超过600%，甚至达到了824.74%[13]。适当时长的高压蒸煮可以有效提高样品的抗性淀粉含量；高压蒸煮处理时间过短会使淀粉因糊化不充分而没有形成大量具有抗酶解特性的双螺旋结晶结构，而处理时间过长会增加淀粉水解度而产生大量运动过快的短直链淀粉分子，结果都不利于抗性淀粉的形成。另外，较高蒸煮温度具有更高的水结合值，而重复蒸煮-冷却可以使无定形或可消化淀粉重新分散并形成抗酶解的结晶结构，这些都有利于抗性淀粉的形成。也有研究表明高压蒸煮会降低糙米的抗性淀粉含量[16]，因此，可以通过适度提高高压蒸煮温度以及适当增加高压蒸煮-冷却循环次数提高淀粉中的抗性淀粉含量，从而制备出抗性淀粉含量更高的淀粉作为食品原料。

表1 高压蒸煮处理对淀粉中抗性淀粉含量提高效果的比较

2 湿热处理对淀粉中抗性淀粉含量的影响

湿热处理是一种常见的物理改性方法，是在低水分(<35%)、高温条件下加热淀粉0.25～16 h[18]。湿热处理后，淀粉颗粒仍保留其颗粒结构[19]，但内部结构重新排列，分子间流动性增强，促进双螺旋结构形成，增强了晶体结构内淀粉链之间的相互作用[20]，降低了酶作用敏感性。

湿热处理对淀粉中抗性淀粉含量的提高效果如表2所示，提高率一般可达27%以上，最高可达到303%[20]。在湿热处理过程中，含水量、温度以及时间是影响抗性淀粉含量的关键因素。适当的含水量可以破坏淀粉的结构，促进淀粉分子的迁移，增加无定形区直链淀粉与支链淀粉之间的交互作用，从而提高抗性淀粉产率。研究表明，淀粉含水量为20%～35%[20，21]时，对抗性淀粉含量的提高效果较为显著。湿热处理在不破坏淀粉结晶结构的温度条件下，温度提高至约90～130 ℃制备效果更为显著，是由于温度过低时淀粉中的直链淀粉不能充分释放，不利于抗性淀粉的形成，而温度过高可能会使淀粉分子降解为小分子糊精，使抗性淀粉产率降低。此外，适当的湿热处理时间可以有效提高抗性淀粉含量，部分研究发现湿热处理12 h后抗性淀粉含量最高，提高率可达303.57%[20]，但湿热处理时间过长会导致淀粉分子降解，不利于抗性淀粉形成。

表2 湿热处理对淀粉中抗性淀粉含量提高效果的比较

3 退火处理对淀粉中抗性淀粉含量的影响

退火处理是以高于玻璃化转变温度、低于糊化温度对含过量水分(>60%)或中等水分(40%)的淀粉颗粒处理一定时间的物理方法[23]。退火处理没有显著改变淀粉颗粒的结构[24]，但提高了抗性淀粉的含量(表3)，一般可以使抗性淀粉质量分数提高20%～80%。在退火处理过程中，适当提高淀粉的含水量以及处理温度，可以增加淀粉颗粒分子链的流动性，促进双螺旋结构的移动，实现晶体内部重排，提高结晶紧密程度和完整性，进而促进抗性淀粉的形成，并增加抗性淀粉的热稳定性，从而减少抗性淀粉的蒸煮损失。

表3 退火处理对淀粉中抗性淀粉含量提高效果的比较

4 挤压处理对淀粉中抗性淀粉含量的影响

挤压是将未熟化的食物经高温、高压和剪切力作用后挤出的一种热加工方法，具有高温、高压、短时的特点。由于挤压膨化操作简单、成本低且可连续稳定生产[27]，利用挤压加工提高抗性淀粉含量已成为食品工业领域的一个研究重点。

目前，挤压处理对淀粉中抗性淀粉含量的影响有2种不同的研究结果。如表4所示，一方面有研究表明挤压处理会降低抗性淀粉的含量，例如，Yan等[28]对玉米淀粉进行挤压处理，挤压后抗性淀粉质量分数从83.18%降低到63.03%。其原因可能是淀粉的颗粒结构在高温、高压以及剪切力作用下被破坏[29]，暴露更多的酶解位点，从而提高了淀粉的酶解率。另一方面也有研究发现挤压处理可以提高抗性淀粉含量，如樊佳玫等[30]利用螺杆挤压马铃薯淀粉使其抗性淀粉质量分数提高了142.42%，但提高后的抗性淀粉质量分数也只有1.84%，难以满足实际应用的需求。原因是植物中存在的天然抗性淀粉RS2在挤压过程中受高温易被降解，经挤压蒸煮和干燥后，通过凝胶化和重结晶转化为更多的RS3[31]，另外，挤压过程中直链淀粉在无定形区局部紧密堆积或形成直链淀粉-脂质复合物，会抑制淀粉酶解，进而促进抗性淀粉的形成。由研究结果可知，挤压处理不是提高淀粉中抗性淀粉含量的优选方法。

表4 挤压处理对淀粉中抗性淀粉含量提高效果的比较

5 超声辅助处理对淀粉中抗性淀粉含量的影响

超声处理是一种通过空化泡膨胀产生高剪切力和压力使周围介质发生变化的加工方法，具有反应时间短、反应效率高、环境友好等优点，因此常作为辅助手段与其他加工方法联用制备抗性淀粉。超声处理可以破坏淀粉内部的晶体结构，也会使淀粉样品表面呈现孔状结构，导致部分淀粉分子的糖苷键断裂，形成一定数量长度适宜的分子链，并且会增加直链淀粉分子的溶出，促进双螺旋结构的形成[32]，最终提高抗性淀粉含量。

超声辅助处理提高淀粉中抗性淀粉含量的效果如表5所示，该辅助处理可以使抗性淀粉含量进一步提高15%以上，最高可达75.90%。超声辅助不同方法时其作用原理不同：辅助化学处理时会使淀粉颗粒溶胀性、渗透性增加，促进交联剂分子进入淀粉颗粒，加速交联反应；辅助酶处理时会促进淀粉分子链的有序排列，从而提高抗性淀粉含量；辅助高压蒸煮时，剪切作用会破坏淀粉颗粒，并将长链切割成适当长度的分子链，从而促进抗性淀粉的形成。超声处理的频率、功率和时间都会对辅助处理效果产生重要的影响，这些参数条件过高或过低都不利于形成抗性淀粉，因此选择适宜的参数条件是发挥超声辅助处理作用的关键。

表5 超声辅助处理对淀粉中抗性淀粉含量提高效果的比较

6 微波辅助处理对淀粉中抗性淀粉含量的影响

作为食品加工领域常见加热方式之一的微波处理也是制备抗性淀粉的一个重要辅助手段。微波处理主要通过降解支链淀粉分子促进淀粉形成双螺旋结构而起到提高抗性淀粉的作用[36，37]。微波常用于辅助物理方法制备抗性淀粉，提高效果如表6所示，其中辅助高压蒸煮以及退火处理效果较佳，可以使淀粉中抗性淀粉质量分数进一步提高30%左右[36，38]。微波辅助处理时，高功率长时间和低功率短时间处理都能较好地提高淀粉中抗性淀粉的含量，但居中的功率和时间条件对抗性淀粉的提高效果较差，这可能与RS2降解和RS3形成的平衡点相关。

表6 微波辅助处理对淀粉中抗性淀粉含量提高效果的比较

7 其他物理处理方式对淀粉中抗性淀粉含量的影响

除物理加工方式外，球磨、脉冲电场、高压均质等处理也会影响淀粉中抗性淀粉的含量。球磨处理利用摩擦、碰撞、剪切等机械活动破坏淀粉的颗粒结构和结晶结构，使淀粉酶更容易进入淀粉颗粒内部，从而降低淀粉的抗消化性[40]。脉冲电场是对金属电极间的物料反复施加高压的短脉冲，通过破坏分子间作用力使淀粉颗粒结构受损和结晶度降低[41]，从而降低淀粉的抗消化性。高压均质主要利用剪切、撞击、振荡等作用，使淀粉分子链断裂，诱导淀粉分子重组，从而改变淀粉的消化性能。刘誉繁等[42]高压均质处理大米淀粉后，提高了大米淀粉的抗消化性能。

8 物理烹饪方式对淀粉基食品中抗性淀粉含量的影响

淀粉基食品的抗性淀粉含量受蒸煮、烘焙、油炸等物理烹饪方式的影响。其中，蒸煮通常会降低抗性淀粉含量[17，43]，而烘焙和油炸对抗性淀粉含量的影响比较复杂。

报道较多的富含抗性淀粉的淀粉基食品是面包和饼干，其抗性淀粉含量会受烘焙条件的影响。研究结果表明，低温长时间(120 ℃和4 h)相比高温短时间(150 ℃和3 h)烘焙更能有效提高面包中抗性淀粉含量，究其原因是，直链淀粉的结晶发生在玻璃化转变温度和熔融温度(约150 ℃)之间，采用相对较低的温度120 ℃进行长时间烘焙更有利于形成直链淀粉结晶[44]。此外，低温长时间烘焙(120 ℃，4 h)可相对延长内源酶的失活时间，有利于通过降解支链淀粉促进抗性淀粉的形成[45]。不过，长时间低温烘焙会增加生产成本，并且对抗性淀粉含量的提高效果不显著，应慎重选用。

油炸是食品工业中常见的加工方法之一，有研究者认为油脂的存在可以增加直链淀粉与脂质复合的概率，从而通过形成RS5提高油炸食品的营养价值[46]，但实际上普通油炸食品的浅层油炸过程不太可能促使直链淀粉-脂质复合物的形成。部分研究表明，油炸会降低抗性淀粉含量[45, 46]，油炸造成的水分缺失也会抑制直链淀粉结晶，从而导致油炸食品中抗性淀粉含量进一步减少[45]。因此，油炸不适合用于提高淀粉基食品中的抗性淀粉含量。

9 总结与展望

物理加工方法主要通过热、机械等手段改变淀粉原有的形态、结构，使淀粉经过分子间氢键断裂、支/直链淀粉比例改变而发生分子重排后，具有更多的双螺旋淀粉分子结构，进而形成更完整的晶体结构，从而具有更强的抗消化性。在各种物理加工方法中，高压蒸煮、湿热处理和退火处理是提高淀粉中抗性淀粉含量的有效方法；超声和微波处理可以辅助其他处理方法更有效地提高淀粉中抗性淀粉的含量；挤压、烘焙和油炸处理不是提高淀粉及淀粉基食品中抗性淀粉含量的优选方法。此外，需关注抗性淀粉热稳定性问题，富含抗性淀粉的食品会因消费者烹饪或复热而导致抗性淀粉损失。通过促进形成热稳定性高的RS3和RS4型抗性淀粉，或改变加工条件增强直链和支链淀粉之间的交联强度，可以提高食品中抗性淀粉的热稳定性。