3.4　抗性淀粉的生產方法

谷物、豆類、水果等食物中存在的天然抗性淀粉的含量都比較少，通過普通提取的方法得到的含量難以滿足市場需求。因此，越來越多的研究者致力于通過一些物理、化學方法來提高抗性淀粉的產率，實現抗性淀粉的工業化生產。

淀粉分子結晶區受到物理、化學或酶處理后可使大部分氫鍵斷裂、原有結晶結構被破壞、雙螺旋結構展開和解離，產生更高比例直鏈淀粉；在冷卻老化過程中，游離直鏈淀粉重新形成新的結晶結構。根據這種變化，可采用不同方法制備抗性淀粉；目前，主要有以下幾種制備方法。

3.4.1　熱處理法

按照熱處理溫度和淀粉乳水分含量的不同，淀粉的熱液處理可以分為以下5類：①濕熱處理（heat-moisture treatment，HMT），是指淀粉在低水分含量下經熱處理加工的過程，其含水量小于35%，溫度較高，一般為80～160℃。②韌化處理又稱退火處理（annealing，ANN），是指淀粉含水量大于40%，溫度設定在淀粉糊化溫度以下的熱處理過程。③壓熱處理（autoclaving），是指淀粉含水量大于40%，溶液在一定溫度和壓力下進行處理的過程。④減壓處理是指在短時間內能夠進行大批量的處理，沒有糊化的淀粉顆粒，熱穩定性高，工業生產非常有潛力。⑤超高壓處理是指通過高壓處理使A型結晶在壓力的作用下，雙螺旋結構重新聚集，部分轉為B型結晶，但是此處理不能導致分子量的降低。此處理淀粉顆粒糊化，但保持其顆粒結構，不發生溶出現象。不同的處理條件對抗性淀粉的形成和得率具有不同的影響。在溫度、壓力或過量水分含量的條件下，淀粉顆粒充分糊化，不同淀粉分子之間的直鏈淀粉通過氫鍵相互締合，從而有利于抗性淀粉的產生。

研究壓熱法、濕熱法、韌化法對大米粉及其抗性淀粉成分微觀結構、結晶學和熱力學性質的影響時，結果表明經壓熱處理的大米粉及其抗性淀粉晶型由A型轉變為B型，晶體和熱穩定性均提高；濕熱處理對大米粉結晶學和熱力學性質有一定影響，但對抗性淀粉的結晶學和熱力學性質影響不大；韌化處理對大米粉及抗性淀粉結晶和熱力學性質影響不大。

（1）壓熱處理法。壓熱處理法是目前制備抗性淀粉最常用的方法之一，將淀粉和水混合，經高溫、高壓處理、冷卻烘干等方法將淀粉充分糊化、老化，使淀粉由A型晶體轉變為B型晶體，得到抗性淀粉。淀粉經高壓蒸汽處理后變成糊狀，顆粒淀粉全部分解，再對淀粉進行回生處理，直鏈淀粉分子間通過氫鍵形成穩定的雙螺旋結構。根據淀粉乳濃度、處理溫度及時間不同，抗性淀粉的得率有較大的差異。而且不同原料其影響抗性淀粉得率的因素重要性不同。

用小麥淀粉壓熱制備抗性淀粉時，影響因素主次為：壓熱溫度>淀粉乳濃度>放置時間>壓熱時間；利用紫山藥淀粉為原料時，影響抗性淀粉得率最重要的因素是淀粉乳濃度。研究還發現，淀粉回生循環可顯著提高抗性淀粉的含量，香蕉淀粉在121℃高壓熱蒸汽條件下處理1h，在4℃的條件下儲存24h，進行三次循環之后，抗性淀粉的含量從1.5%增加到16%。研究熱蒸汽對抗性淀粉形成影響時，發現壓熱處理可導致淀粉顆粒完全破裂，使直鏈淀粉更易形成氫鍵，明顯提高抗性淀粉含量。用壓熱-冷卻循環法提取高直鏈玉米淀粉中的抗性淀粉，抗性淀粉得率可達39%。

（2）濕熱處理法。濕熱處理作為物理制備抗性淀粉的一種方法，由于在處理過程中僅涉及水和熱，既不會污染環境，又使得產品有較好的安全性，因此濕熱處理淀粉是一種環保綠色的制備手段。濕熱處理通過破壞晶體結構及解離非晶區的雙螺旋結構，來促進聚合物鏈的相互作用，有利于淀粉在老化過程中的重排。這一過程受到淀粉來源、溫度、水分含量及時間等處理條件的影響。已經發現淀粉結構和濕熱處理性質的變化隨著淀粉來源而變化，例如塊莖淀粉已被證明比豆類或谷類淀粉對濕熱處理更敏感。

濕熱處理制備大米抗性淀粉時，在100℃條件下處理16h，大米淀粉起始糊化溫度與水分含量呈現正相關關系，而糊化焓與水分含量呈現負相關關系。有研究表明在處理前有選擇地進行水解有利于提高RS3得率，一般采用酸解法或熱解法對原淀粉進行處理。采用酸解-濕熱處理法制備甘薯及山藥RS3時，分析實驗結果發現，酸解-濕熱處理較濕熱處理可得到更高的抗性淀粉得率，且兩者結構之間存在顯著性差異。

3.4.2　脫支法

脫支法是將淀粉水解、切割產生長度均一的脫支分子片段，再通過分子間的相互締合作用形成穩定的結構。

（1）酶處理法

酶處理法是指淀粉經糊化后，加入脫支酶處理，在酶解產物中產生更多游離直鏈淀粉，直鏈淀粉分子在冷卻老化過程中重新纏繞成新的結晶體，增加抗性淀粉含量。

常用的脫支酶有耐高溫α-淀粉酶和普魯蘭酶，α-淀粉酶主要水解淀粉的α-1，4-糖苷鍵，普魯蘭酶是異淀粉酶的一種，它可以水解直鏈和支鏈淀粉分子中的α-1，6-糖苷鍵，且所切α-1，6-糖苷鍵的兩頭至少含有2個以上的α-1，4-糖苷鍵，從而使淀粉的水解產物中含有更多游離的直鏈分子，在淀粉老化過程中，更多的直鏈淀粉雙螺旋相互締合，形成高抗性的晶體結構。

在酶法處理過程中，酶用量、溫度、酶解時間以及pH對脫支效果具有顯著的影響。此外，更多的研究者采用復合酶對淀粉進行處理。Huanxin Zhang等研究酶法制備玉米抗性淀粉，先添加一定量α-淀粉酶，快速降低淀粉黏度，再添加12U/g普魯蘭酶水解玉米淀粉24h，可得58.87%抗性淀粉。趙凱等研究表明，添加α-淀粉酶和普魯蘭酶制備小麥抗性淀粉時，其含量要比壓熱法和酸法高。采用普魯蘭酶和纖維素酶共同處理玉米淀粉，抗性淀粉的得率高達28.1%。α-淀粉酶、糖化酶和纖維素酶兩兩聯合處理、三種酶共同處理均使馬鈴薯回生抗性淀粉產率降低；而纖維素酶處理可大大提高馬鈴薯回生抗性淀粉產率。因此，復合酶中酶的配比以及酶解順序對抗性淀粉制備也有一定的影響。

（2）酸水解法

酸法脫支也常被用于抗性淀粉的制備，酸解法是指利用鹽酸酸解作用處理淀粉使其充分糊化后，冷卻至室溫，再冷藏回生，脫水干燥后即可制得抗性淀粉。其中鹽酸的催化率高達100%，該方法處理后，非晶型部分被水解掉，留下的晶型部分很難被分解，從而提高抗消化率，使抗性淀粉含量增加。

豐凡等研究酸解-水熱處理制備蕎麥抗性淀粉，可明顯提高蕎麥抗性淀粉含量。苑會功等采用壓熱法和酸水解法，分別制備小麥抗性淀粉，發現酸解法制備抗性淀粉較壓熱法得率高。

（3）擠壓法

擠壓法是指利用螺旋擠壓機擠壓作用使淀粉料與螺旋摩擦產生大量熱量和剪切作用，造成淀粉分子斷裂，其中直鏈淀粉分子易發生相互作用形成氫鍵，從而增加抗性淀粉含量。擠壓膨化法在制備抗性淀粉的過程中具有成本低、效率高的優點，因此在國外有許多關于擠壓膨化法的研究與應用。Jing Wang等利用雙螺旋擠壓機擠壓瓜爾膠淀粉制備抗性淀粉，其含量從6.23%增至14.21%。July等在研究單螺桿擠壓芒果淀粉時發現，其抗性淀粉得率明顯高于未擠壓原料。目前國外采用擠壓膨化法工業化生產的產品有美國Novelose系、Fiberstar系、Hi-Maize和英國Crystalean。而在國內，采用擠壓膨化法制備抗性淀粉還處于研究階段，目前還無法進行工業化的生產。

（4）氧化處理

淀粉經化學方法進行氧化處理（次氯酸鈉、過氧化氫、高碘酸鹽、氧氣、臭氧、高錳酸鹽等）過程中，淀粉葡萄糖單元中的羥基首先被氧化成羰基，然后繼續氧化成羧基，增加的羰基和羧酸對消化酶產生位阻效應，從而提高抗性淀粉含量。研究發現，黑豆淀粉經過臭氧處理后，抗性淀粉含量從36.2%增至44.7%，黑白斑豆RS含量從41%增至44.6%。以玉米淀粉為原料，加入6%的NaClO，在pH9.5，35℃的條件下反應30min，抗性淀粉的含量從11.7%增至35.1%。此外，通過電離輻射產生的自由基對淀粉不斷地進行氧化，增加淀粉中羰基的含量，能夠提高抗性淀粉的含量。對馬鈴薯和白豆進行輻照處理，馬鈴薯抗性淀粉含量從84.1%提高到86.0%，白豆抗性淀粉含量從56.3%增至65.9%。輻照劑量及輻照劑量率對抗性淀粉得率的影響較大，利用60Co對樣品進行輻照，輻照劑量一般為每小時0.4～10kGy。與其他化學制備方法相比，輻照處理具有無殘留物污染、耗時短的優點，近年來受到越來越多的關注。

（5）微波膨脹法

微波膨脹法是利用微波輻射打斷淀粉中的分子間氫鍵，淀粉在糊化的同時產生膨化效應，多孔網狀結構明顯，增加酶與淀粉的接觸面積，有利于酶解作用，形成更多的小直鏈。冷卻老化過程中，分子間氫鍵重新形成，直鏈淀粉通過締結作用形成抗性淀粉結晶。微波法處理淀粉在相對較低的溫度下所需的時間比濕熱處理短。微波處理受淀粉的加熱溫度以及水分含量的影響，尤其是水分與升溫速度顯著相關。當水分含量較低時，升溫速度非?？?；當水分含量較高時，升溫卻不顯著。

近幾年，微波法和微波酶法聯用技術制備抗性淀粉得到廣泛應用。郝征紅等用超微粉碎-微波聯用技術制備綠豆抗性淀粉，抗性淀粉得率32.80%。朱木林等用微波-酶法制備甘薯抗性淀粉，淀粉質量分數11%，微波時間300s，微波功率800W，普魯蘭酶添加量為78 ASPU/g（淀粉干基），脫支處理時間24h。在該試驗條件下，抗性淀粉得率最高值31.25%。Aparicio-Saguilán等通過高壓滅菌從香蕉淀粉中制得抗性淀粉。微波法制備抗性淀粉是常用的方法，大大提高了抗性淀粉的得率，值得推廣應用。隨著新技術的不斷發展，抗性淀粉的制備方法將朝著方便、高效和低能耗的方向發展。

（6）超聲波法

超聲波可引發聚合物的降解，一方面是由于超聲波加速了溶劑分子與聚合物分子之間的摩擦，從而引起C—C鍵裂解；另一方面是由超聲波的空化效應所產生的高溫高壓環境導致了鏈的斷裂。與其他降解法相比，超聲波降解所得的降解物的分子量分布窄小、純度高。