RS3 型抗性淀粉的制备及在食品工业中的应用研究进展

曹 策

（西南林业大学林学院，云南昆明 650224）

淀粉是由单一类型的糖单元组成的多糖，广泛分布于自然界植物中，具有产量高、无毒、生物兼容性好等优点。淀粉在人体内会被最终分解为葡萄糖，为机体提供能量，是一种重要的食品组分。摄入过多的淀粉可能会导致血糖升高、肥胖等健康问题。抗性淀粉（Resistant Starch，RS）是指在常规消化过程中抵抗消化酶分解的淀粉，它在小肠内不被消化吸收，进入大肠后，被肠道内的益生菌发酵生成短链脂肪酸从而间接被人体吸收[1]。RS3 型抗性淀粉是食品工业中应用较为广泛的一类抗性淀粉。目前，随着人们对健康饮食的关注，RS3 型抗性淀粉因其类似于膳食纤维，具有热量低、饱腹感强、消化率低、血糖生成指数（Glycemic Index，GI）低等优点，已作为一种新型食品原料及添加剂成为国内外学者的研究热点[2]。研究表明，RS3型抗性淀粉对肠道微生物菌群和肠道上皮细胞具有调节和保护作用，可促进肠道益生菌生长[3]。将RS3 型抗性淀粉代替传统淀粉摄入，能有效降低高血糖、肥胖症、结直肠癌、II型糖尿病（Type 2 diabetes，T2D）和慢性肾病（Chronic kidney disease，CKD）等疾病的患病风险。本文从RS3型抗性淀粉的制备方法出发，结合其相关性质，阐述RS3 型抗性淀粉在食品工业中的应用，为进一步提高抗性淀粉食品的营养价值和口感，以及研究抗性淀粉在食品制作中的应用提供参考。

1 抗性淀粉的类型

根据来源和形成原因，抗性淀粉可分为5 种类型。①RS1 型抗性淀粉主要存在于谷物、种子和腰果等食物中，RS1型抗性淀粉被植物纤维包裹，结构较紧密，消化酶难以进入，导致其不易在小肠中被分解消化[4]。②RS2 型抗性淀粉主要存在于未成熟的淀粉质食物中，如生香蕉和土豆等。这种淀粉结构高度有序，因此不易被人体消化酶分解，经过加热烹饪后，其结构会发生变化，从而变得易消化[5]。③RS3型抗性淀粉是一种经过加热处理后再冷却的淀粉，也称为复性淀粉。如土豆、米饭和面条被加热后冷却，其淀粉的结构发生变化，形成一种对消化酶有抵抗力的双螺旋结构。这种淀粉在冷藏的米饭和土豆沙拉中较为常见[6]。④RS4 型抗性淀粉是一种通过化学处理制成的淀粉，通常不会在天然食物中找到。RS4型抗性淀粉是通过改变淀粉的化学结构来增加其对消化酶的抵抗性[4]。⑤RS5 型抗性淀粉是脂质淀粉复合物，由直链淀粉与脂肪酸或脂肪醇复合而成，具有一定的热稳定性[7]。

与其他RS 相比，RS3 型抗性淀粉结构紧实，淀粉酶难以渗透，淀粉分子不易被水解，对消化系统具有高度抵抗力[8]。此外，RS3型抗性淀粉还具有绿色环保、可得性高、不引入有害化学基团等优点，在食品加工领域有相当的潜力。

2 RS3型抗性淀粉的制备方法

RS3 型抗性淀粉的形成机理：加热过程中淀粉吸收适量的水分，淀粉颗粒膨胀，导致其结晶区域被破坏，释放出直链淀粉分子；随后在冷却过程中，一定聚合度的淀粉分子相互纠缠，形成双螺旋结构；这些双螺旋结构通过分子间氢键进一步折叠，逐渐有序排列为紧密堆积的晶体结构，直链淀粉结晶区的出现会阻止淀粉酶靠近淀粉结晶区域，并阻止淀粉酶活性中心结合部位与淀粉分子的结合，从而赋予直链淀粉结晶的酶抗性，形成RS3 型抗性淀粉。形成过程如图1所示。

图1 RS3的形成原理

RS3 抗性淀粉的制备方法主要包括热处理法、酸法、酶法等。这些方法通过改变淀粉的颗粒结构、分子链长短、直链与支链淀粉比例及晶体结构等性能，进而制备出RS3型抗性淀粉[9]。随着科学技术的不断革新，RS3型抗性淀粉的制备方法正朝着高效、便捷、低能耗的绿色方向发展。

2.1 压热冷却循环处理法

压热冷却循环处理法是通过物理手段制备RS3型抗性淀粉的一种热处理方法，该方法能够显著提高RS3 型抗性淀粉的含量，制备过程未引入化学基团，不会对成品造成污染。但RS3 型抗性淀粉的得率与压热冷却循环次数成正比，一般需压热循环3次才能得到一定量的抗性淀粉，制备过程较繁琐且对能源的利用效率较低。压热冷却循环法制备中，RS3型抗性淀粉的形成过程主要包括晶核形成和晶体生长2 个阶段。在这个过程中，温度起到了关键作用。不同的温度条件对淀粉晶核的形成和生长具有不同的影响。高温增强淀粉分子之间的热运动，有助于淀粉大分子解开氢键连接，使淀粉晶体结构被破坏。低温促进淀粉分子在结构上的重排，使结构变得更加紧密。低温处理过程中，淀粉分子通过极性作用、氢键作用等形成晶核结构，为后续晶体生长提供了基础[10]。曹承嘉等[11]对10%青稞淀粉溶液进行了多次的压热冷却循环处理，4次循环处理后，抗性淀粉含量达到8.57%；其研究结果表明，通过高温高压试验，淀粉颗粒结构被完全破坏，颗粒从扁球型变为不规则块状，淀粉晶体结构由A型变为Y型。

2.2 酸解法

酸解法是制备RS3 型抗性淀粉的一种常用方法。该方法所需的材料成本较低，时间较短，没有过多的能源消耗，但易引入杂质，需对杂质进行分离操作。淀粉分子是由大量葡萄糖分子通过α-1，4糖苷键和α-1，6 糖苷键缩合而成，可通过酸水解切断淀粉中的糖苷键，从而得到抗性淀粉。不同的酸在淀粉水解中有不同的效果，因此需要选择合适的酸，并控制好水解度，以获得最佳效果。常用的酸有盐酸和硫酸，其中盐酸具有较高的水解效率，且水解完成后可用NaOH 中和，副产物易分离。邵颍等[12]使用1.5%的盐酸在45 ℃下酸解质量分数25%的板栗淀粉溶液3 h，获得了含量达8.72%的RS3型抗性淀粉。张伟等[13]利用超声波—酸解法制备银杏抗性淀粉，在淀粉乳浓度30.6%、HCl 质量浓度1.6%、超声波功率528 W 条件下处理20 min，得到含量达26.45%的银杏抗性淀粉。

2.3 酶解法

酶解法是一种简单高效的RS3型抗性淀粉制备方法，其操作简单，所需时间较短，抗性淀粉得率较高，不引入杂质，对能源的消耗较低，但酶解法所需的酶的价格较高，该方法经济成本较高。酶解法是通过酶解进行短化脱支改性处理，可增加形成抗性淀粉结构的淀粉链分子。耐高温α-淀粉酶和普鲁兰酶是2 种有效的淀粉酶，前者能降低淀粉分子链的聚合度，后者则能增加直链淀粉的含量。这2 种酶在抗性淀粉制备工艺中均能显著提高抗性淀粉的含量。张守花[14]以玉米淀粉为原料，采用普鲁兰酶添加量8 U/g 干淀粉，酶解4 h，耐高温α-淀粉酶添加量3 U/g干淀粉，酶解0.5 h，玉米淀粉中的抗性淀粉含量达到14.38%。王成祥等[15]的试验结果表明，在温度90 ℃，压热处理0.5 h，普鲁兰酶添加量4 npun/g干淀粉，酶解8 h后黑豆淀粉中抗性淀粉含量达到11.65%，进一步证实了利用酶水解法可提高抗性淀粉含量。

2.4 微波法和超声波法

微波法和超声波法是制备RS3型抗性淀粉的2种有效方法。微波法是通过微波的作用使淀粉糊化，并在冷却过程中形成RS3型抗性淀粉。姬小惠等[16]在微波输出功率480 W下处理20%质量浓度的蕨根淀粉乳1 min，抗性淀粉产率为14.21%。此外，有研究表明[17]，微波处理在高水分含量的淀粉中效果更好，在低水分含量的淀粉中效果较差。这一结果证实微波处理对高水分含量的淀粉效果尤其显著，且微波处理对淀粉的水分含量有一定的依赖性。

超声波法是通过超声波在水中的空化作用切断淀粉分子的糖苷键、降解长链淀粉分子，生成一定聚合度范围的淀粉分子链来改变淀粉的结构，从而生成RS3型抗性淀粉。胡方洋等[18]利用超声波处理豌豆淀粉、玉米淀粉和马铃薯淀粉，在糊化、超声、回生处理后，发现豌豆淀粉中抗性淀粉的含量最高，达到了原淀粉的1.88 倍。综上，微波法和超声波法都是制备抗性淀粉的有效手段，但存在能耗较高的缺陷，故常与酶解法、酸解法及压热冷却法等其他手段结合使用，以提升反应速率，在绿色、高效的制备条件下得到抗性淀粉。

3 RS3型抗性淀粉在食品工业中的应用

RS3 型抗性淀粉因具有类似于膳食纤维的功能、低GI 值等优点，在食品加工和健康领域有着广泛应用潜力。RS3型抗性淀粉在食品工业中的应用多种多样，结合不同的原料、选用合适的方法，可以制备出具有良好功能的RS3型抗性淀粉产品。

3.1 食品添加剂

RS3 型抗性淀粉作为一种天然食品添加剂，在食品工业中应用广泛。RS3型抗性淀粉能够增加食品黏度、改善食品质地和口感，并能延长食品的保鲜期。Acosta-Pérez等[19]将抗性淀粉添加到虹鳟鱼中，发现抗性淀粉可以提高鱼肉的白度，降低丙二醛含量，延缓脂肪氧化。赵凯等[20]研究表明，当抗性淀粉的添加量达到20%时，会稀释面粉中的面筋蛋白质，进而对面筋网络结构的形成产生负面影响。因此，适度添加RS3型抗性淀粉，可以改善食品品质，但需要注意添加量的控制，避免过量添加对食品品质产生负面影响。

3.1.1 着色剂与膨化剂着色剂用于改变食品的颜色，增加食品的吸引力和识别性；膨化剂用于改善食品的结构和质地，增加食品的稳定性。饼干是一种常见的零食，但饼干中过高的糖分会诱发糖尿病、高血压、高血脂等疾病，对人体健康有害。通过向饼干中添加RS3 型抗性淀粉可以改变饼干的质地、颜色，降低饼干热量从而降低人体血糖生成量。此外，抗性淀粉可以稀释饼干配方中的色素，使饼干表面颜色明亮，减少还原糖与氨基酸反应形成的类黑素。Laguna等[21]研究发现抗性淀粉的添加会导致面团的硬度降低，同时使饼干体积增大，质地柔软、松散，改善饼干的颜色。秦仁炳等[22]研究发现，在100 g小麦粉中混合16%抗性淀粉制备的饼干口感、风味良好，且体外消化率显著降低（P＜0.05），食用该饼干后血糖上升速度较缓，降低了食用者血糖过高的风险。

3.1.2 水分保持剂食品添加剂中能够增加食品持水能力的一类物质被称为水分保持剂。它们能够吸收并保持食品中的水分，延长产品保鲜期，改善质地和口感。抗性淀粉中的羟基能与肉制品中的游离水形成氢键水合物，提高肉糜的持水性。王兆龙等[23]研究发现，以抗性淀粉替代传统淀粉添加到香肠中，香肠的硬度、弹性和咀嚼性得到改善，当抗性淀粉替代量为40%～60%时，香肠的综合品质较好。此外，抗性淀粉可与肌球蛋白形成凝胶结构，从而保留肉制品的水分和汁液，提高肉制品的弹性。胡方洋等[24]将抗性淀粉添加到鸡胸肉中，抗性淀粉吸收了鸡胸肉肌原纤维蛋白凝胶中的水分，形成了致密均匀的三维网络结构，提高了鸡胸肉的持水性与蛋白凝胶强度。

3.1.3 增稠剂增稠剂用于增加食品的黏度和稠度，改善食品的质地和口感。酸奶是通过发酵牛奶或其他动物奶制成的乳制品。抗性淀粉的存在能改善酸奶的口感和感官品质，使其更加顺滑且酸甜适口。He等[25]研究指出，将抗性淀粉作为增稠剂可以增加酸奶的不透明度和悬浮度，提高乳清析出量，从而提高酸奶的整体品质。此外，张嫚[26]研究发现，酸奶中加入1.2%的抗性淀粉可以促进乳酸菌的繁殖和存活，提高酸奶的酸度和黏稠度。

3.2 食品原料

目前，将RS3 型抗性淀粉作为食品原料是食品行业的一种趋势。RS3 型抗性淀粉缓慢释放能量、促进大肠菌群活动的特点使其成为符合现代健康饮食观念的理想选择。通过使用RS3 型抗性淀粉，食品制造商可提供更多低糖、低能量的食品选择，满足现代消费者对健康和营养的需求[27]。然而，RS3 型抗性淀粉在食品制造中的应用存在一定的问题。例如，部分人群无法耐受大量的抗性淀粉，摄入过量抗性淀粉会引发腹胀、腹泻等消化问题[28]。此外，抗性淀粉的存在会影响食物中其他营养物质的吸收，需要在食品中添加其他营养物质以确保营养均衡。

3.2.1 面条面条作为中国传统主食之一。RS3型抗性淀粉作为一种不能被人体消化酶分解的淀粉，能够在人体肠道中发挥有益作用，以RS3型抗性淀粉为原料制备的面条对人体健康有益。Punia等[29]将5%的抗性淀粉加入面条中，发现添加抗性淀粉可以降低面条的黏弹性，使面条更易咀嚼，但RS3型抗性淀粉的粉质特性使其难以用传统的面条生产工艺制作出高质量的面条。因此，目前的研究重点是如何改进面条的生产工艺，在保持面条口感的同时提高抗性淀粉含量。在面条的制备过程中，常添加适量的食盐、食碱、磷酸盐等，改善抗性淀粉面条的持水性，增加面条延伸性、筋性及口感。陈冬纯[30]的研究表明，在RS 含量为8%的挂面生产中，添加3%谷朊粉作为增筋剂能改善RS 挂面的品质和口感。

3.2.2 面包在食品行业中，面包是一种消费广泛的食品。为改善人们日常饮食中膳食纤维较少的问题，在面包制作中常添加大麦粉一类的传统膳食纤维，提高面包的营养价值。然而，膳食纤维含量过高会导致面包的颜色变深，口感粗糙，掩盖面包原本的香味。RS3 型抗性淀粉作为替代材料可解决这些问题。Maziarz 等[31]的研究表明，使用抗性淀粉代替部分面粉制作的面包不仅含水率增加、质地更干更紧实，密度更大，而且口感并未受到影响。Homayouni 等[32]在采用豌豆抗性淀粉制备面包的过程中发现，抗性淀粉的添加可增强面粉的吸水率，同时提高面团的黏着性和硬度，增加了面包的咀嚼性。

3.2.3 油炸食品油炸食品在烹饪过程中会发生淀粉糊化、蛋白质变性和非酶褐变等，导致食品营养品质下降。通过添加抗性淀粉可以有效避免油炸食品中营养成分的不利变化，显著改善产品的质量，实现产品低脂化[33]。抗性淀粉的添加能提高油炸食品的酥脆度，增加其外壳的黄度值和脆性。Sanz 等[34]研究发现，将RS3 用作小麦粉的替代品能够显著提高油炸食品中总膳食纤维的质量分数；随着RS3 含量的增加，油炸食品的硬度和脆性相应增加，颜色逐渐变深。RS3型抗性淀粉的添加能改善油炸食品的颜色和营养价值，为生产出外观鲜亮、口感松脆的低脂、高纤维油炸食品提供了更具潜力的选择。

4 前景与展望

随着人们对健康饮食的关注，RS3 型抗性淀粉在食品工业中的应用越来越广泛。通过作为食品添加剂类和食品原料的应用，展示了RS3 型抗性淀粉在改善食品质量、提高营养价值以及延长食品保存时间等方面的潜力。但RS3型抗性淀粉的生产工艺仍不完善，此外，不同来源的RS3型抗性淀粉的生理功能是否存在差异，仍需要进一步研究。未来的研究方向将会集中在优化RS3 型抗性淀粉的生产工艺，同时在不同种类的RS3 抗性淀粉间进行功能对比，以实现其在食品行业中的广泛应用。