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抗性糊精的研究进展

发布:多吉利        来源:www.duojili.cn  

抗性糊精的研究进展

摘要:抗性糊精是一种新型的低热量葡聚糖,是现代食品工业中的一种重要低分子水溶性膳食纤维.介绍了抗性糊精的概念、功能特性及制备方法,概述了近几年国内外抗性糊精研究进展,并对目前抗性糊精制备过程中结合化学改性及现代高新技术的发展前景做了展望.

关键词:抗性糊精;研究;进展

0 前言

近年来,由于营养过剩或不平衡所造成的肥胖、糖尿病、冠心病等所谓“文明病”的发病率呈逐年增高趋势.这些疾病的发生往往与人体食物中膳食纤维的摄人不足有关.因此,膳食纤维在食品营养上和临床医学上的重要作用受到了越来越多人们的关注,被列入影响人体健康所必需的“第七大营养素” .

摄取足够的膳食纤维,就必须强化加工食品的膳食纤维含量.由于不溶性膳食纤维口感粗涩并且添加后给食品加工造成困难,而高分子水溶性膳食纤维,因其黏度高、凝胶性大,在食品加工中也难以取得理想的效果.近年来,出现了低黏度水溶性膳食纤维新概念 .它包括从糊精或糖稀里含有的难消化性淀粉分解物中提制出的抗性糊精、由胶质加水分解成的胶质分解物以及由昆布里的藻朊酸经过酵素分解而制成的低分子藻朊酸.这些物质可以像糖一样,很容易添加到加工食品中,使食物纤维变得容易吸收.在低黏度水溶性膳食纤维中,最具有代表性的是抗性糊精,它不仅具有膳食纤维的生理作用,而且作为食品原材料具有很多特点和用途.

1 抗性糊精的结构特点

抗性糊精为白色到淡黄色粉末,略有甜味,无其他异味,水溶性好,10% 水溶液为透明或淡黄色,pH值为4.0~6.0.抗性糊精的水溶液黏度很低,并且黏度值随剪切速率和温度变化而引起的变化微小 .抗性糊精热量低、耐热、耐酸、耐冷冻H ,可作为一种低热量可溶性食品原料,在食品工业中具有的广阔的发展前景.

抗性糊精由淀粉加工而成,是将焙烤糊精的难消化成分用工业技术提取处理并精炼而成的一种低热量葡聚糖,属于低分子水溶性膳食纤维 .通过甲基化分析已证明,它具有比原料淀粉更复杂的分支结构.据推测,这些分支结构是淀粉在加热分解过程中,其所含的还原性葡萄糖端基发生分子内脱水或被解离的葡萄糖残基转移到任意羟基形成的.抗性糊精和通常的淀粉酶分解物有所不同,除了淀粉原本拥有的a一1,4和a一1,6葡萄糖苷之外,还拥有a一1,2和a一1,3键合的萄萄糖苷结构,并在部分还原端上有分子内脱水的缩葡聚糖和β—1,6葡萄糖苷结构的存在,除直链部分外,尚有许多不规则结构,因为淀粉在酸热分解的同时,转移反应及逆合成反应同时进行,生成了新的结合 .

2 抗性糊精的功能特性

从抗性糊精所具有的抗消化酶作用特性来看,它是一种低热量食品原料,而且由于在消化道

中不会被消化吸收,可直接进入大肠,因此,可作为膳食纤维发挥各种生理作用.抗性糊精具有高消化耐受性,低血糖指数,低胰岛素指数,低热量,防止龋齿,极易溶解等特性.

2.1 降低血糖

抗性糊精延缓和抑制对糖类的消化吸收,并改善末梢组织对胰岛素的感受性,降低对胰岛素的要求.水溶性的抗性糊精随着凝胶的形成,阻止了糖类的扩散,推迟了在肠内的吸收,从而抑制了糖类吸收后血糖的上升和血胰岛素升高的反应,而摄取单糖(如葡萄糖、异构化糖)时则没有这样的效果.此外抗性糊精能改变消化道激素的分泌,如胰汁的分泌减少,从而抑制了糖类的吸收.

2.2 调节血脂

连续摄取抗性糊精,可降低血清胆固醇和中性脂肪浓度及体内脂肪量.抗性糊精可吸附胆汁酸、脂肪等而使其吸收率下降,也可达到降血脂的作用,能改善各种类型高血脂症患者的脂类代谢.

2.3 促进消化道益生菌生长繁殖

抗性糊精可被人体消化道中的有益微生物利用,刺激益生菌生长繁殖,为人体提供一些有用的调节物质,提高人体机能,包括免疫系统和肠道功能,同时抑制肠道有害微生物的生长繁殖.

2.4 增强肠道功能

抗性糊精作为新型的低热量功能性食品基料,它与膳食纤维一样不被小肠吸收,直接进入大肠,被部分肠道菌利用,发酵产生短链脂肪酸,产酸量较同等膳食纤维多.这些短链脂肪酸能阻止癌细胞的生长与繁殖,与直肠癌的预防密切相关.抗性糊精能促进肠道有益菌丛的生长、繁殖,是一种双歧杆菌增殖因子,能增加粪便体积,促进肠道蠕动,对于便秘、痔疮、结肠癌等疾病有良好的预防效果.

3 抗性糊精的研究现状

抗性糊精以其优点及特殊的生理功能.引起了许多科学家极大的兴趣和广泛的关注,成为近年来国内外食品科学界研究的热点.

抗性糊精是各种淀粉在盐酸存在下,高温加热分解后变成焦糊精,焦糊精溶解在水中,经过一淀粉酶和糖化酶水解,再经过脱色、脱盐精制等工艺制成 .在抗性糊精生产过程中,淀粉酸热处理方式和酶处理方式是影响抗性糊精产量和质量的主要因素.

国外对抗性糊精的制备和性质研究较少,Ya—Jane Wang,Ronald Kozlowski等 以高直链玉米为原料,采用化学改性的方法制备了抗性糊精,研究了直链淀粉的含量和化学改性对抗性糊精含量的影响.Kazuhiro Ohkuma,Isao Matsuda等 以玉米淀粉为原料,用酸热处理法制备了低热量糊精,制得的糊精所含热量为1172.304 kJ/100 g.日本的松谷化学工业公司开发出一种抗性糊精,因其具有高消化耐受性、低血糖指数、低热量、耐酸热稳定性等生理功效而获得日本政府特定保健用食品原料的认定.

国内近几年才开始有抗性糊精的相关研究报道,寇秀颖,黄东东等 以玉米淀粉为原料,通过上述方法制成抗性糊精,研究表明,淀粉酸热处理过程中产生了不能被a一淀粉酶和糖化酶降解的难消化成分.增加盐酸的添加量和热处理温度以及延长热处理时间均有利于淀粉在酸热处理过程中低分子成分的重新聚合和糖基转移反应的产生,使不能被a一淀粉酶和糖化酶降解的难消化成分的含量增加.付银龙等⋯对抗性糊精的质量标准、使用安全性及在食品领域中的应用进行了概述.

4 抗性糊精在食品中的应用

人们一直在致力于开发一种具有与砂糖或糖粉有着同样粉状特性和加 适应性的低黏度水溶性膳食纤维.抗性糊精基本满足上述要求且使用方便,黏度和甜度均比较低,还具有优越的耐酸、耐热性,可广泛用于乳制品、保健品、面制品、肉制品中.

4.1 在乳制品中的应用

抗性糊精可以像砂糖或糖类一样简单的添加,又不会影响食物原有的风味,从而应用到制作食物纤维强化乳制品或补充食物纤维的乳饮料中.由于抗性糊精与脂肪有相似的口感,热量低,也可作为与乳制品风味匹配适当的低热量麦芽糊精来使用,例如,可替换一部分砂糖或脂肪来调制低热量冰淇林、低脂肪型酸奶饮料等.近年来,发酵乳和乳酸饮料消费量递增,抗性糊精的添加使得抗性糊精和乳酸菌、双歧杆菌等肠内有益菌的生物机能更加充分的被发挥出来,从而产生了极大的相乘效果 .

4.2 在保健品中的应用

4.2.1 糖尿病人保健食品

适当调整饮食结构,是防治糖尿病的最主要方法.水溶性膳食纤维可延缓胃排空,在胃肠中形成一种粘膜,使食物营养素的消化吸收过程减慢,不溶性膳食纤维会吸附葡萄糖而减慢吸收.这样,血液中的糖分只能缓慢增加,或胰岛素稍有不足,也不致马上引起血糖浓度增加,水溶性膳食纤维还具有抑制血糖素分泌的作用.研究表明,每日摄人一定量的水溶性膳食纤维可以有效防止糖尿病人的症状.

4.2.2 便秘人群保健食品

水溶性膳食纤维目前广泛用于调节微生态平衡、润肠通便的保健食品.抗性糊精作为水溶性膳食纤维的一种,能促进肠道双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌,同时产生大量短链脂肪酸,如乙酸、醋酸、叶酸和乳酸,改变肠道pH值,改善有益菌群的繁殖环境,从而加快肠道蠕动,减少便秘发生.

4.3 在婴幼儿食品中的应用

婴幼儿特别是断乳后体内双歧杆菌骤减,导致腹泻厌食、发育迟缓、营养成分的利用率降低.食用水溶性抗性糊精食品,可以提高营养素的利用率和促进对钙、铁、锌等微量元素的吸收.

4.4 在面制品中的应用

在面包、馒头、米饭和面条中添加不同种类的膳食纤维,可以增加和改善面包色泽,添加量为面粉的3% ~6% 的膳食纤维可使面团筋力强化,出笼馒头口感良好,有特殊香味,面条添加后生面条的强度有所减弱,但煮熟后强度增加,一般添加处理后的面条韧性良好,耐煮耐泡.饼干和糕点在配制中糖油量较多,水分含量相对低,更有必要添加膳食纤维.饼干烘焙对面粉筋力质量要求很低,便于大比例地添加抗性糊精,更有利于制作以纤维功能为主的多种保健饼干;糕点则是在制作中含有大量水分,烘焙时会凝固成松软产品影响质量,水溶性抗性糊精添加在糕点中,可保持产品绵软、滋润,增加保质期,延长货架存放时间.

4.5 在肉制品中的应用

膳食纤维与蛋白通过食盐和疏水键相互作用形成了热稳定性凝胶,可溶性膳食纤维与蛋白相互作用形成的络合物是一种新型的胶凝体.并且,膳食纤维还能吸咐香味物质,防止香味物质的挥发.添加一定量的膳食纤维可提高产品出品率,增强口感和质量;水溶性膳食纤维可以作为一种优良的脂肪替代品,生产出高蛋白、高膳食纤维、低脂肪、低盐、低热量具有保健功能的火腿肠.

5 抗性糊精的发展趋势及前景展望

抗性糊精作为一种新型的食品功能成分在食品工业中具有广阔的发展空间.利用化学改性等现代高新技术相结合制备抗性糊精,如将微波膨化技术用于淀粉的前处理,超声波技术用于加速酶解等.这些应用既可加速反应进程,提高制备抗性糊精过程中的科技含量,又可扩大高新技术的应用领域.

5.1 物理改性在制备抗性糊精中的应用

5.1.1 湿热处理法

湿热处理可使晶体的无定形区改变成为独立的无定形态以及链淀粉与类脂形成络合物,从而使淀粉性质改变.观察经减压湿热处理的马铃薯和玉米淀粉颗粒形貌时,发现在淀粉颗粒中央有一约1/3颗粒直径大小的空洞,颗粒表面呈错层环状结构 .湿热处理过程中淀粉表面的结晶结构被破坏以及表面凹坑的形成,增大了酶吸附的表面积,使湿热处理淀粉在酸、酶作用初期水解率比原淀粉大;到后期,湿热处理后淀粉链之间重新结合,形成新的双螺旋结构,结合更紧密,酸、酶难于作用,水解率比原淀粉小.

5.1.2 预糊化法

预糊化淀粉是将原淀粉在一定量的水或亲水溶剂存在下加热,利用水或亲水溶剂使其分子间氢键断裂,破坏规律排列的胶束结构,完全糊化后,在高温下迅速干燥得到的一种氢键断开的、无明显结晶的变性淀粉.这种淀粉具有高分散性、高水合速度、高黏度和高膨胀性等特点,有利于酶液进人淀粉颗粒内部反应,增加了酶作用的位点,从而可以加快酶反应效率.

5.2 酶改性和复合改性在制备抗性糊精中的应用

淀粉酶与普鲁兰酶对淀粉作用生成一定长度的直链淀粉分子,耐高温 一淀粉酶能够在淀粉糊化状态下把淀粉水解为麦芽糖、麦牙三糖、低聚糖及极限糊精等,普鲁兰酶能水解支链结构和直链结构中的a~1,6糖苷键,它能水解含a一1,6糖苷链的葡萄糖聚合物.通过调节酶作用条件,再结合其他化学或高新技术从而提高抗性糊精得率.Guraya H S等 采用普鲁兰酶脱支处理大米淀粉制备缓慢消化淀粉.其制备工艺为每100 g蜡质淀粉用10 g普鲁兰酶处理4 h后在1 oC储藏.ChoiH J等报道,用异淀粉酶水解蜡质高粱淀粉8 h,存1℃ 储藏3 d,可以得到缓慢消化淀粉含量为27.0%的产品,从而较大的降低了淀粉的消化速率.Han Xian—zhong等 通过将普通玉米淀粉糊化后进行压热和酶水解复合处理,来制备热稳定的低血糖淀粉.

5.3 化学改性在制备抗性糊精中的应用

通过化学改性不仅使被取代的片断不能消化,还可以促进分子问的聚集而提高抗性糊精的得率和效益,主要有交联、酯化等化学改性方法.交联淀粉是淀粉的醇羟基与交联剂的多元官能团形成二醚键或酯键.交联作用能使2个或2个以j二的淀粉分子“架桥”而呈多维空间网络结构,能加强淀粉颗粒之间的结合作用,使之较稳定存在 .同时,淀粉分子链的成倍增长束缚了淀粉分子的运动,即使在高温糊化条件下,共价键的高键能仍使淀粉分子连接在一起,分子运动速率减慢,水分子不易进入淀粉分子间形成氢键,产生了抑制膨胀和抗酶解的效应.酯化作用为淀粉分子链上接上了酰基基团,酰基基团在提高淀粉亲水性的同时,也改变了淀粉分子的空间结构,增加了淀粉链的分枝长度.李晓玺等 人研究了三氯氧磷交联术薯淀粉的消化性能、酶降解程度以及交联程度对小薯淀粉体外消化性能和抗消化淀粉形成的影响,结果表明,交联淀粉颗粒的消化速度随交联度的增大而降低,高交联淀粉中抗酶解淀粉禽量随着交联度的增加而明显的增加.

5.4 高新技术在制备抗性糊精中的应用

5.4.1 微波对抗酶解性的影响

微波处理对淀粉本身的性质具有很大的改变作用,能极大的提高淀粉对酶的敏感性,且其对原淀粉结晶结构改变的效果与湿热处理是一致的.微波处理可以使淀粉颗粒出现爆裂孔,其数量和孔径随着原淀粉含水量的增加而逐渐增多、增大.爆裂孔的存在提高了淀粉的反应活性,使酶从外部很容易进入颗粒内部进行水解,为酶的作用提供了通道,提高了酶解速率以及孔的性质 .李晓玺,陈玲等 研究了微波对高链玉米淀粉颗粒抗消化性能的影响,结果表明,高链玉米淀粉经微波改性后,颗粒形貌发生改变,表面出现凹凸、小孔,当抗消化淀粉质量分数达22.0%时,大部分淀粉颗粒已经发生破损、崩裂.在微波场中,水分质蛙分数和微波温度对高链玉米淀粉抗消化性能的影响较大.

5.4.2 超声波对抗酶解性的影响

高强度的超声波(105~l08 Hz)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问的摩擦,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.与其他降解法比较,超声降解所得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性糊精,因为在抗性糊精的制备过程中,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,缩短抗性糊精的制备时间,通过控制反应条件,取得制备抗性糊精的最佳工艺条件.

综上所述,抗性糊精具有许多独特的功能和良好的物性,几乎各方面的特性均优于非淀粉多糖类膳食纤维和不溶性膳食纤维,是一种值得开发的新型的食品添加剂,可作为食品的膳食功能成分,广泛应用于碳水化合物、脂肪质食品中,而且抗性糊精利用的原料可以使用直链淀粉含量高的玉米淀粉,它的生产可使玉米获得更高层次的利用.随着人民生活水平的提高,人们对具有保健功能的营养因子或食品更加青睐,抗性糊精为低热、高膳食纤维含量功能食品成分可为人们提供崭新的功能性产品.

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