3.2　抗性淀粉的理化性質和生理功能

3.2.1　理化性質

抗性淀粉耐熱性高，在高溫蒸煮后，幾乎沒有損失；持水能力低，僅為1.4～2.8g，是所有膳食纖維中最低的。

（1）抗性淀粉熱焓特性

物質發生物理和晶型變化時常伴隨熱量的變化，差示掃描量熱法（DSC）通過程序控溫測定高聚物的晶體熔點、結晶度、物態轉變的熱效應等，可應用于淀粉的糊化、老化、相轉變的定量分析以及淀粉顆粒內部晶體結構的定性分析。

研究發現，玉米抗性淀粉樣品的DSC曲線圖僅存在一個相變吸熱峰，與原淀粉相比，抗性淀粉的峰值溫度更高，吸熱焓更大，說明壓熱產生的晶體結構熱穩定性高，抗性淀粉的非晶化相變所需的熱量較高。Eerlingen等將糊化后的蠟質玉米淀粉分別在不同的溫度和時間下貯藏一段時間，采用DSC研究其熱力學特性，結果顯示隨著糊化淀粉在低溫下放置條件不同，其回生程度亦不一樣，且溫度越低、時間越長，回生程度越大，不同處理組回生后淀粉的熱力學特性差別越大。研究發現，蠟質玉米抗性淀粉DSC峰值溫度和熱焓隨抗性淀粉含量增加而增大。還有研究表明，淀粉DSC吸熱曲線不同于抗性淀粉，天然淀粉在糊化過程中僅能發生一次吸熱轉變，起始溫度約為79.79℃；而RS3會出現兩次吸熱轉變，第一次約在42～72℃范圍內，可能是支鏈淀粉熔融；隨糊化溫度升高，在約120～170℃內會出現第二次吸熱轉變，這是由于直鏈淀粉熔融。有研究者在對玉米抗性淀粉結構和性質研究中發現，玉米抗性淀粉DSC曲線只有一個明顯相變轉折點，轉變溫度為105.18～135.09℃。可見，抗性淀粉熔融溫度與淀粉鏈重組和新結構形成有關，經脫支酶處理會增加直鏈淀粉含量，使之在老化過程中重組形成結構緊密結晶體，從而提高抗性淀粉熱穩定性，這將更有利于食品加工生產。

（2）抗性淀粉黏度特性

黏度特性可用于評估抗性淀粉潛在應用價值。在高溫處理下，抗性淀粉不會像淀粉顆粒那樣，發生吸水溶脹及崩解，使直鏈淀粉分子逸出，而能呈現不同于淀粉的黏度特性。研究發現，大米抗性淀粉黏度性質與大米淀粉有明顯差異，抗性淀粉黏度基本消失。不同來源的抗性淀粉，黏度特性不同。有研究表明，與玉米抗性淀粉、小麥抗性淀粉相比，馬鈴薯抗性淀粉表現出較高黏度。抗性淀粉黏度會隨其含量增加而降低，而含量與直鏈淀粉成正相關。直鏈淀粉含量對黏度特性影響，目前仍存在不同觀點。有學者研究指出，直鏈淀粉含量與峰值黏度成正相關；但有研究者認為，最大黏度值和破損值與抗性淀粉含量呈負相關；同時也有研究者認為，峰值黏度與直鏈淀粉含量相關性并不很明顯。因此，抗性淀粉黏性與直鏈淀粉關系還有待于深入研究。在烹飪處理過程中，抗性淀粉糊化和黏度不會發生改變，抗性淀粉不僅能抵抗酶水解，且在大多數食品高溫加工處理時，仍可保持原有營養功能。

（3）抗性淀粉溶脹特性

淀粉的溶解度是指直鏈淀粉分子從有序態到擴散至溶液中轉變為無序態的過程，是結晶結構和無定形結構含量比率、直鏈分子間氫鍵結合程度的反映。淀粉的膨脹度反映了無定型區和結晶區淀粉鏈的結合程度，體現支鏈淀粉的糊化能力。淀粉溶解度和膨脹度可以直觀反映淀粉顆粒化程度以及直鏈淀粉與支鏈淀粉的組成情況，進而分析淀粉結構的變化。有學者研究發現，淀粉的溶解度與其親水性和直鏈淀粉含量密切相關，當溫度到達臨界點溫度以上時，淀粉分子開始吸水發生膨脹。淀粉的顆粒緊密度和結晶結構決定其溶解度大小，當淀粉分子排列有序時其溶解度和膨脹度較低，而當淀粉顆粒結構松散，分子排列無序時其溶解度和膨脹度較高。

（4）抗性淀粉碘吸收特性

淀粉碘復合物吸光度法是利用直鏈淀粉分子與碘形成有色復合物的特性來探究并了解直鏈淀粉的鏈長或其分子的大小。直鏈淀粉與碘溶液形成深藍色的直鏈淀粉-碘復合物，在600～640nm波長處會呈現最大吸收峰，而支鏈淀粉與碘溶液反應會形成紫紅色復合物，并在520～560nm波長處出現最大吸收峰。通過分析淀粉的碘吸收曲線可以分析抗性淀粉中直鏈淀粉、支鏈淀粉、聚合度等情況。基于淀粉易于吸收游離碘的原理，采用碘吸收法測定淀粉損傷，發現在游離碘溶液中，被損傷淀粉所吸收的碘越多，殘留的游離碘越少，以此分析淀粉損傷程度。

3.2.2　生理功能

大量研究表明，糖尿病、動脈粥樣硬化、冠心病等慢性疾病與個人飲食習慣密切相關。抗性淀粉作為新型膳食纖維，不僅口感、色澤優于一般膳食纖維，在維護腸道健康、控制體重、穩定餐后血糖和胰島素應答水平等方面同樣發揮重要作用。

（1）抗性淀粉的能值

抗性淀粉在小腸中抗消化，但可在結腸中被細菌發酵，產生的短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）經過結腸壁吸收進入血液后，可提供能量。有學者研究發現，每克抗性淀粉平均提供8.4kJ的能量。含高抗性淀粉的食物，大約能量的12%是由結腸發酵產生的短鏈脂肪酸提供的。有研究發現抗性淀粉還可降低食物的熱效應。

（2）調節血糖水平

基于碳水化合物對餐后血糖影響的研究，血糖指數（glycemic index，GI）表示含有50g有價值的碳水化合物的食物與相當量的葡萄糖相比，在一定時間內（一般為餐后2h）引起體內血糖應答水平的百分比值。不同食物血糖指數差異主要是由碳水化合物的消化或吸收速率造成的。淀粉類食物的生糖指數與淀粉顆粒的來源、水分含量、糊化溫度以及加工條件等因素密切相關，而這些因素與抗性淀粉的形成也有很大關系。富含抗性淀粉的食物作為典型的低GI食物，不易被消化，能夠調節血糖水平、降低胰島素反應和利用儲存的脂肪，因此在糖尿病人的飲食中增加抗性淀粉的含量將有助于糖尿病的控制。抗性淀粉在攝入5～7h后發生代謝，既增加了飽腹感，也有效降低了餐后血糖和胰島素濃度。抗性淀粉的種類和含量不同，對生糖指數和胰島素反應的影響也不同。RS2（綠香蕉）能夠有效降低Ⅱ型糖尿病人的體重、空腹胰島素濃度和胰島素抗性。RS3淀粉制劑（RS3占總淀粉含量的14%及以上）可以有效降低血清葡萄糖和胰島素水平，減少Ⅱ型糖尿病大鼠空腸和回腸中葡萄糖依賴性促胰島素多肽的釋放，進而改善Ⅱ型糖尿病的代謝調控。當人體分別攝入含1%～2%乙酰化的馬鈴薯淀粉（RS4）和含2%～3%β-環糊精的馬鈴薯淀粉之后，后者體內的血糖水平更低，這可能因為β-環糊精更多地被小腸末端吸收，延長了胃排空的時間。在人體試驗中，給體重指數為21.0～42.8的成人食用含60%RS5（直鏈淀粉與棕櫚酸復合物）的面包，對照組為含小麥面粉的白面包，餐后血漿葡萄糖濃度和胰島素反應顯著降低。因此，在食品中添加抗性淀粉可以降低食品中葡萄糖含量，能夠滿足糖尿病人的飲食需求，從而備受生產商的青睞。

（3）降低膽固醇含量

抗性淀粉能夠有效降低脂蛋白膽固醇和血漿膽固醇的水平，增加結腸中短鏈脂肪酸尤其是丁酸的濃度，并提高排泄物中膽固醇的含量。正常情況下，人體肝臟中的膽固醇轉換為小腸中的膽酸，膽酸完成脂類消化后再轉化為膽固醇回歸肝臟，完成脂類代謝循環。但小腸中未降解抗性淀粉與膽酸的結合，參與脂類代謝的膽汁酸減少，為維持循環，肝臟只能從血液中吸收膽固醇來保證膽酸-膽固醇循環。用含9.9%燕麥纖維和9.7%抗性淀粉的木薯淀粉喂養倉鼠，結果表明將兩者添加到食品中都能夠降低倉鼠血漿中膽固醇的含量，從而改善倉鼠的小血管健康。含抗性淀粉的食物（生馬鈴薯）能顯著增加大鼠盲腸中短鏈脂肪酸的含量和吸收率，降低甘油三酯的含量和血漿膽固醇的水平，當具有代謝綜合征的病人連續12周食用含抗性淀粉的食物（全谷物），病人體內血漿中甘油三酯的水平降低了43%。研究表明抗性淀粉可通過增加HMG-CoA（膽固醇合成的速率限制酶）的活性，減少FAS（脂肪酸合成酶）和GLUT4（葡萄糖轉運蛋白4）的表達，來降低血清膽固醇。這可能是由于膳食攝入的抗性淀粉改變了體內食物燃燒的次序，通常碳水化合物首先被使用，但抗消化的抗性淀粉代替了碳水化合物，使脂肪成為機體獲得能量的主要來源，潛在增加機體對脂肪的消耗，間接證明抗性淀粉對體重與脂質代謝具有積極作用。

（4）控制體重

肥胖主要是由能量過度攝入引起的，因此通過減少能量的攝入可以達到減少體重的目的。研究表明增加飲食中膳食纖維的含量可以增加飽腹感，從而減少能量攝入和降低體重指數。抗性淀粉也能夠增加飽腹感、降低食欲、減少熱量的攝入，可以減少脂肪組織中CD11的表達從而降低脂肪組織的質量，并且可提高胰島素抗性從而達到控制體重的目的。此外有研究發現含5.4%抗性淀粉的食物能夠明顯增加餐后脂肪的氧化，長期食用可以減少脂肪的積累。

對嚙齒動物的大量研究表明抗性淀粉取代快消化淀粉可以減少脂肪和體重。對于飲食誘導的肥胖大鼠，膳食中富含抗性淀粉（23.4%）可減少40%的體重，但是抗性淀粉高達23.4%的食物在人類飲食中不可能達到。有研究將含4%、8%、16%的抗性淀粉喂養大鼠，結果發現抗性淀粉含量大于8%的飲食比不含抗性淀粉的飲食明顯降低了大鼠的體重，而且抗性淀粉的含量每增加4%，能量的攝入就減少9.8kJ/d。

目前有關抗性淀粉對體重影響的相關研究主要以肥胖大鼠為研究對象，對人體體重的影響并沒有得到證實，因此有待進一步研究。但是抗性淀粉能夠幫助控制人體體重的可能原因包括以下幾個方面。①用抗性淀粉取代快消化淀粉可以減少飲食能量密度，降低熱量的攝入。②在嚙齒動物的飲食中添加抗性淀粉可以增加飽腹感激素胰高血糖素樣肽1（glucagon like peptide 1，GLP 1）和肽YY（peptide YY，PYY）的分泌，從而增加飽腹感，減少食物的攝入，達到減輕體重的目的。給被試者分別提供低纖維含量的餅干和添加了抗性淀粉的餅干作為早餐，結果發現，含有抗性淀粉的餅干可以增強飽腹感。在成年男性的飲食中添加48g抗性淀粉，1天之內能量的攝入減少了1300kJ，但對主觀食欲卻沒有影響。最近，有研究表明在被試者的早餐中添加25g抗性淀粉，發現被試者1天中食物的攝入量和主觀食欲并沒有受到影響。③用抗性淀粉取代快消化淀粉會減少胰島素分泌從而促進脂肪的分解利用。

（5）預防結腸癌

研究表明，人類或動物日常攝入的膳食纖維大多無法被機體直接吸收利用，只有小部分（如抗性淀粉、低聚果糖、非淀粉多糖）被結腸益生菌發酵分解后，可參與機體循環。產物主要是一些氣體和短鏈脂肪酸。氣體能使糞便變得疏松，增加其體積，這對于預防便秘、盲腸炎、痔瘡、腸憩室病、肛門-直腸機能失調等腸道疾病具有重要意義。

人體大腸和盲腸中有大量的微生物，抗性淀粉在小腸中不能被發酵，進入大腸后被厭氧微生物發酵產生大量的丁酸和丁酸鹽，主要有甲酸、乙酸和丁酸，丁酸是大腸上皮細胞的主要能量底物之一，通過抑制細胞周期階段阻礙腫瘤細胞的生長和增殖，抑制其惡變從而預防結腸癌。

將抗性淀粉制劑喂養大鼠，結果發現大鼠排泄物體積增大，pH值降低，產生了更多的短鏈脂肪酸，降低了結腸癌的發病率；當大鼠結腸中間和末端發生促進期產生遺傳毒性致癌物時，抗性淀粉可以抑制結腸隱窩異常病灶的形成，這表明抗性淀粉可以阻礙結腸腫瘤病變的形成和生長。目前有研究證實RS5能夠有效抑制偶氮甲烷誘導的大鼠結腸的癌前病變，表明RS5能夠抑制結腸癌。喂養大鼠含RS5（直鏈淀粉-硬脂酸復合物）的食物，硬脂酸不能被大鼠吸收，而是通過糞便排出體外，這是由于RS5有助于增加大鼠糞便體積和疏水性，使得大量有毒化學物質從消化道排出體外，從而可以降低消化道中結腸病變細胞中有毒物質的含量。日常生活中，人體內膳食纖維的平均攝入量較低，若使飲食中膳食纖維的含量加倍，結腸癌的發病率最高可降低40%。當飲食中同時添加抗性淀粉和可溶性膳食纖維時，兩者結合使得抗性淀粉發酵位點能夠到達結腸的末端，從而更加有效地預防癌癥的發生，并且腸道內可以產生更多的短鏈脂肪酸。

（6）作為益生元

益生元是指食品中不易被消化的成分，它是能夠選擇性地刺激細菌的生長活性，從而改善寄主健康的物質。典型的益生元有低聚果糖和菊粉兩種，主要存在于新鮮的蔬菜和水果中。抗性淀粉能促進腸道有益菌叢的生長、繁殖，是雙歧桿菌、乳酸菌等益生菌的增殖因子。抗性淀粉在腸道發酵過程中涉及多個細菌群，有分解淀粉的腸道細菌（如厚壁菌、擬桿菌和放線菌）、丁酸生成菌、雙歧桿菌等，菌群組成對分解產物類型有一定影響。抗性淀粉作為益生元在結腸內發酵可以產生對宿主有益的產物，如丁酸等短鏈脂肪酸。RS3可以促進雙歧桿菌在胃腸道中的生長和繁殖，此外高直鏈玉米淀粉可以提高雙歧桿菌在酸性條件下的存活率。由于抗性淀粉可以完全通過小腸，因此可以將其作為益生菌的生長基質促進有益細菌（如雙歧桿菌）的生長，由此可見抗性淀粉可作為益生元。

楊玥熹等通過模擬小鼠結腸環境，發現玉米抗性淀粉體外發酵產酸與外源腸道菌種有關，如嗜酸乳桿菌能夠促進發酵產生乙酸，青春雙歧桿菌和糞腸球菌則可促進發酵產生丙酸和丁酸，而大腸埃希氏菌會抑制產生丙酸和丁酸。在中國，抗性淀粉攝入量較高的地區其結腸癌發病率顯著低于抗性淀粉攝入量較低的地區。抗性淀粉在結腸內發酵創造的酸性環境，不僅會加速胺類等毒素的排出，還可以改善因不良飲食引起的鋅代謝紊亂。李敏等用大鼠實驗驗證了長期喂食富含抗性淀粉飼料大鼠的盲腸、結腸和糞便的pH值有明顯下降。Schulz等的研究發現RS2型淀粉在回腸中發酵分解，pH值降低，腸道內溶解的鎂、鈣、鋅等礦物質極易通過上皮細胞被人體吸收。而有研究者通過臨床試驗表明攝入富含膳食纖維的黑麥核面包可增加結腸發酵活性。大量研究表明，攝入適量抗性淀粉可改善腸道環境，促進腸道內有益菌生長，降低結腸癌的發病率。

抗性淀粉作為益生元被添加到功能食品中，主要有以下三種應用：①作為乳酸菌和雙歧桿菌的發酵底物來提供能量；②作為膳食纖維的成分對寄主產生有益的生理作用；③作為微膠囊材料提高食品的穩定性。

（7）降低膽結石的形成

快消化淀粉被人體消化吸收后能夠促進胰島素大量分泌，而胰島素的分泌又會促進膽固醇的合成，從而誘導膽結石的發生。抗性淀粉可以通過降低膽結石的發生，從而減少膽結石的發病率。在中國和印度，膳食纖維中抗性淀粉的攝入量是美國、澳大利亞的2～4倍，研究表明這4個國家膽結石的發病率有明顯差異。

（8）促進礦物元素吸收

現代研究發現，膳食纖維對食品中的礦物質、維生素的吸收有阻礙作用，主要是因為膳食纖維含量高的飲食，其植酸含量也較高，而抗性淀粉不含植酸，避免了膳食纖維的上述弊端。抗性淀粉增強大鼠和人類多種礦物質在回腸的吸收水平，在用富含抗性淀粉的食物飼喂大鼠后，在結腸中的發酵產物短鏈脂肪酸，使腸道pH降低，促進上皮細胞增殖，促進了Ca2+、Mg2+等離子的吸收率，與普通食物比較，添加16.4%抗性淀粉的飲食對人干預后，腸道吸收Ca2+、Fe2+水平提升。

總之糖、脂代謝紊亂和胰島素抵抗是代謝綜合征產生的主要誘因，抗性淀粉是最新公認的健康食品，抗性淀粉通過高比例直鏈淀粉含量發揮其潛在的生理學特性，能促進腸道微生物種群多樣性提高，激發抗炎、抗糖尿病與抗肥胖相關細胞信號通路，有效地改善糖脂代謝，減輕體重，增強胰島素的敏感性，達到預防代謝綜合征和慢性病的目的。