3.4　抗性淀粉的生產(chǎn)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(guò)普通提取的方法得到的含量難以滿足市場(chǎng)需求。因此，越來(lái)越多的研究者致力于通過(guò)一些物理、化學(xué)方法來(lái)提高抗性淀粉的產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)抗性淀粉的工業(yè)化生產(chǎn)。

淀粉分子結(jié)晶區(qū)受到物理、化學(xué)或酶處理后可使大部分氫鍵斷裂、原有結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞、雙螺旋結(jié)構(gòu)展開(kāi)和解離，產(chǎn)生更高比例直鏈淀粉；在冷卻老化過(guò)程中，游離直鏈淀粉重新形成新的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。根據(jù)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(jīng)熱處理加工的過(guò)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(shè)定在淀粉糊化溫度以下的熱處理過(guò)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(jìn)行處理的過(guò)程。④減壓處理是指在短時(shí)間內(nèi)能夠進(jìn)行大批量的處理，沒(méi)有糊化的淀粉顆粒，熱穩(wěn)定性高，工業(yè)生產(chǎn)非常有潛力。⑤超高壓處理是指通過(guò)高壓處理使A型結(jié)晶在壓力的作用下，雙螺旋結(jié)構(gòu)重新聚集，部分轉(zhuǎn)為B型結(jié)晶，但是此處理不能導(dǎo)致分子量的降低。此處理淀粉顆粒糊化，但保持其顆粒結(jié)構(gòu)，不發(fā)生溶出現(xiàn)象。不同的處理?xiàng)l件對(duì)抗性淀粉的形成和得率具有不同的影響。在溫度、壓力或過(guò)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(guò)氫鍵相互締合，從而有利于抗性淀粉的產(chǎn)生。

研究壓熱法、濕熱法、韌化法對(duì)大米粉及其抗性淀粉成分微觀結(jié)構(gòu)、結(jié)晶學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)的影響時(shí)，結(jié)果表明經(jīng)壓熱處理的大米粉及其抗性淀粉晶型由A型轉(zhuǎn)變?yōu)锽型，晶體和熱穩(wěn)定性均提高；濕熱處理對(duì)大米粉結(jié)晶學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)有一定影響，但對(duì)抗性淀粉的結(jié)晶學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì)影響不大；韌化處理對(duì)大米粉及抗性淀粉結(jié)晶和熱力學(xué)性質(zhì)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(jīng)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(zhuǎn)變?yōu)锽型晶體，得到抗性淀粉。淀粉經(jīng)高壓蒸汽處理后變成糊狀，顆粒淀粉全部分解，再對(duì)淀粉進(jìn)行回生處理，直鏈淀粉分子間通過(guò)氫鍵形成穩(wěn)定的雙螺旋結(jié)構(gòu)。根據(jù)淀粉乳濃度、處理溫度及時(shí)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(shí)，影響因素主次為：壓熱溫度>淀粉乳濃度>放置時(shí)間>壓熱時(shí)間；利用紫山藥淀粉為原料時(shí)，影響抗性淀粉得率最重要的因素是淀粉乳濃度。研究還發(fā)現(xiàn)，淀粉回生循環(huán)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(chǔ)存24h，進(jìn)行三次循環(huán)之后，抗性淀粉的含量從1.5%增加到16%。研究熱蒸汽對(duì)抗性淀粉形成影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)壓熱處理可導(dǎo)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(huán)法提取高直鏈玉米淀粉中的抗性淀粉，抗性淀粉得率可達(dá)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(guò)程中僅涉及水和熱，既不會(huì)污染環(huán)境，又使得產(chǎn)品有較好的安全性，因此濕熱處理淀粉是一種環(huán)保綠色的制備手段。濕熱處理通過(guò)破壞晶體結(jié)構(gòu)及解離非晶區(qū)的雙螺旋結(jié)構(gòu)，來(lái)促進(jìn)聚合物鏈的相互作用，有利于淀粉在老化過(guò)程中的重排。這一過(guò)程受到淀粉來(lái)源、溫度、水分含量及時(shí)間等處理?xiàng)l件的影響。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)淀粉結(jié)構(gòu)和濕熱處理性質(zhì)的變化隨著淀粉來(lái)源而變化，例如塊莖淀粉已被證明比豆類或谷類淀粉對(duì)濕熱處理更敏感。

濕熱處理制備大米抗性淀粉時(shí)，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(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，而糊化焓與水分含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。有研究表明在處理前有選擇地進(jìn)行水解有利于提高RS3得率，一般采用酸解法或熱解法對(duì)原淀粉進(jìn)行處理。采用酸解-濕熱處理法制備甘薯及山藥RS3時(shí)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(jié)構(gòu)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(chǎn)生長(zhǎng)度均一的脫支分子片段，再通過(guò)分子間的相互締合作用形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

（1）酶處理法

酶處理法是指淀粉經(jīng)糊化后，加入脫支酶處理，在酶解產(chǎn)物中產(chǎn)生更多游離直鏈淀粉，直鏈淀粉分子在冷卻老化過(guò)程中重新纏繞成新的結(jié)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(gè)以上的α-1，4-糖苷鍵，從而使淀粉的水解產(chǎn)物中含有更多游離的直鏈分子，在淀粉老化過(guò)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(jié)構(gòu)。

在酶法處理過(guò)程中，酶用量、溫度、酶解時(shí)間以及pH對(duì)脫支效果具有顯著的影響。此外，更多的研究者采用復(fù)合酶對(duì)淀粉進(jìn)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(shí)，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(dá)28.1%。α-淀粉酶、糖化酶和纖維素酶兩兩聯(lián)合處理、三種酶共同處理均使馬鈴薯回生抗性淀粉產(chǎn)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(chǎn)率。因此，復(fù)合酶中酶的配比以及酶解順序?qū)剐缘矸壑苽湟灿幸欢ǖ挠绊憽?/p>

（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(dá)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(huì)功等采用壓熱法和酸水解法，分別制備小麥抗性淀粉，發(fā)現(xiàn)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(jī)擠壓作用使淀粉料與螺旋摩擦產(chǎn)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(fā)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(guò)程中具有成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，因此在國(guó)外有許多關(guān)于擠壓膨化法的研究與應(yīng)用。Jing Wang等利用雙螺旋擠壓機(jī)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(shí)發(fā)現(xiàn)，其抗性淀粉得率明顯高于未擠壓原料。目前國(guó)外采用擠壓膨化法工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品有美國(guó)Novelose系、Fiberstar系、Hi-Maize和英國(guó)Crystalean。而在國(guó)內(nèi)，采用擠壓膨化法制備抗性淀粉還處于研究階段，目前還無(wú)法進(jìn)行工業(yè)化的生產(chǎn)。

（4）氧化處理

淀粉經(jīng)化學(xué)方法進(jìn)行氧化處理（次氯酸鈉、過(guò)氧化氫、高碘酸鹽、氧氣、臭氧、高錳酸鹽等）過(guò)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(xù)氧化成羧基，增加的羰基和羧酸對(duì)消化酶產(chǎn)生位阻效應(yīng)，從而提高抗性淀粉含量。研究發(fā)現(xiàn)，黑豆淀粉經(jīng)過(guò)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(yīng)30min，抗性淀粉的含量從11.7%增至35.1%。此外，通過(guò)電離輻射產(chǎn)生的自由基對(duì)淀粉不斷地進(jìn)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(duì)馬鈴薯和白豆進(jìn)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(duì)抗性淀粉得率的影響較大，利用60Co對(duì)樣品進(jìn)行輻照，輻照劑量一般為每小時(shí)0.4～10kGy。與其他化學(xué)制備方法相比，輻照處理具有無(wú)殘留物污染、耗時(shí)短的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)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(shí)產(chǎn)生膨化效應(yīng)，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(guò)程中，分子間氫鍵重新形成，直鏈淀粉通過(guò)締結(jié)作用形成抗性淀粉結(jié)晶。微波法處理淀粉在相對(duì)較低的溫度下所需的時(shí)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(guān)。當(dāng)水分含量較低時(shí)，升溫速度非常快；當(dāng)水分含量較高時(shí)，升溫卻不顯著。

近幾年，微波法和微波酶法聯(lián)用技術(shù)制備抗性淀粉得到廣泛應(yīng)用。郝征紅等用超微粉碎-微波聯(lián)用技術(shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)11%，微波時(shí)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(shí)間24h。在該試驗(yàn)條件下，抗性淀粉得率最高值31.25%。Aparicio-Saguilán等通過(guò)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(yīng)用。隨著新技術(shù)的不斷發(fā)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(fā)展。

（6）超聲波法

超聲波可引發(fā)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(yīng)所產(chǎn)生的高溫高壓環(huán)境導(dǎo)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。