3.6　抗性淀粉的安全性和應用

3.6.1　抗性淀粉的安全性

第一個抗性淀粉商品于1993年問世，該產品來源于高直鏈玉米淀粉原料，屬RS2類型抗性淀粉，主要作為食品配料使用。1994年抗性淀粉配料開始應用于食品。此后，各種RS2和RS3抗性淀粉配料相繼出現，Hi-Maize和Novelose品牌抗性淀粉系列產品已遍布世界。不僅是RS2和RS3，連經過化學變性的RS4也作為低能量保健營養配料應用于面包、谷物早餐、面條和乳制品等多種食品。多年來的實踐在一定程度上表明了抗性淀粉產品的安全性。

天然存在于土豆、稻米和豆類等食物內的抗性淀粉應不存在安全性問題，但對于經過加工濃縮的抗性淀粉產品的安全性，目前各國的認識和處理方法仍然有所不同，美國將非化學變性得到的抗性淀粉產品當作“通常認為安全”（generally recognized as safe，GRAS）的一類，歸入已有食品而不是新資源食品管理。歐洲和世界多數地區和國家認為，非化學變性類抗性淀粉產品是傳統植物栽培方法得到的人類膳食的天然組分，不是新資源食物，因而法規容許不加限制銷售。對于RS4，各國都將其歸入變性淀粉管理。與上述做法顯著不同的國家是加拿大，該國將非化學變性類抗性淀粉產品當作“新纖維”處理，在批準用作食品配料前必須經過安全性和功效審查，包括提供對礦物質代謝或腸胃黏膜的結構和功能無不利影響等安全性證據。

抗性淀粉產品的安全性和生理功能需要通過廣泛的臨床研究進行評價，下列是對高直鏈玉米淀粉制取的Hi-Maize產品進行的動物和人體安全性研究的一些結果。

（1）抗性淀粉產品安全性的動物研究

研究表明當Hi-Maize產品食用量不超過16.5g/（kg體重·d），不存在安全性問題；當用量達16.94g/（kg體重·d），出現食量減小和體重減輕現象。另一些研究表明，當白鼠食用Hi-Maize不超過24.3g/（kg體重·d），食用4周后并無健康影響；增加食用量可減慢生長速度，減輕體重，但不影響食量和其他健康狀況。此外，隨Hi-Maize食用量增加，動物結腸的長度和質量也會相應增加。

（2）抗性淀粉產品安全性的人體研究

考慮到抗性淀粉對人體健康的影響可能類似于非淀粉多糖，過量食用富含天然非淀粉多糖的食物會減少礦物質的生物利用率，引起腸胃不適，因此有學者對食用Hi-Maize人群的礦物質吸收和腸胃感覺進行了研究。結果表明，食用抗性淀粉不影響礦物質吸收。該試驗中健康人群和超高胰島素血癥人群每天食用含普通淀粉食品和含30g抗性淀粉的食品，經過14周試驗，兩群人對鈣、鎂的吸收無明顯不同，也不受食用不同淀粉的影響。

目前對人體抗性淀粉攝入量的估計存在一個較大的范圍，從4g/d到20～30g/d，后者是按每人每日淀粉攝入量200～300g估計的。有調查表明，歐洲人抗性淀粉的攝入量為2～3g/d，而有的研究發現由于無法排除殘留物中5%～42%的未知雜質，推測目前的數據可能低估了歐洲人群的實際攝入量。測得的意大利人抗性淀粉攝入量為7.2～9.2g/d，平均為8.5g/d。因此準確測定食物中實際發生作用的抗性淀粉，從而估計人體抗性淀粉攝入水平仍然是進一步研究的重點。

至于抗性淀粉對腸胃的影響，一些報道認為食用高含量抗性淀粉食品可引起腸胃氣漲或輕微腹瀉，另一些報道認為食用高直鏈玉米淀粉制取的抗性淀粉不會產生腸胃不適，即使每日抗性淀粉食用量達60g也無影響。腸胃反應可能與食用者腸胃的消化功能有關。

3.6.2　抗性淀粉的應用

3.6.2.1　抗性淀粉商品

食品中存在的抗性淀粉主要是RS2和RS3。商品抗性淀粉中RS3和RS4更多。

市場上已有多種抗性淀粉商品出售，如Amylomaize（Cerestar公司），CrystaLean（Opta Food Ingredients公司）和Novelose（National Starch and Chemical Company），均為玉米抗性淀粉產品。Amylomaize Ⅴ、Amylomaize Ⅶ、Amylomaize Ⅸ是玉米雜交種amylose-extender（ae）的天然顆粒，分別含直鏈淀粉50%～60%、70%～80%和90%。CrystaLean是高度老化的RS3，由ae-Ⅶ糊化、脫支、老化制得，溶解溫度105～145℃。含41%抗性淀粉的CrystaLean消化很慢，消化率是麥芽糊精的一半，早在20世紀90年代就進入市場，現在用于糖尿病食品中。Novelose已推出三代，主要是以玉米作為原料生產的抗性淀粉，含抗性淀粉40%～60%。Novelose 240（RS2），Novelose 260（RS2）和Novelose 330（RS3），熔解溫度分別為99.7℃、114.4℃和121.5℃，能夠耐受中等強度的加工，并且持水力低，能夠很好地應用于食品加工領域。

Cerestar公司通過酶解木薯淀粉，脫支后回生、重結晶制備并推出的C*ActiStar，含抗性淀粉58%，主要是RS3，主要由α-1，4-葡聚糖直線多聚物組成，其中超過50%的多聚物其DP值在10～35。它是白而細膩、味淡粉末，可應用于對風味要求很高的食品。

2003年10月23日，美國MGPI公司（MGP Ingredients，Inc.）推出了非轉基因小麥抗性淀粉FiberSymTM70，其總膳食纖維含量超過70%。這種抗性淀粉被應用到了各種低碳水化合物高蛋白的食品中，如添加于面包、意大利面食、餅干、玉米圓餅、早餐谷物等。持水力低，風味清爽、色白，細膩。用它做的玉米圓餅口味和質地俱佳，而且可以延長貨架期，比普通的產品更柔軟疏松。

2004年4月28日，MGPI公司宣布開始銷售一種新的土豆抗性淀粉Fiber-SymTM 80 ST。MGPI和澳大利亞Penford公司簽定協議由Penford公司用其專利技術進行生產。MGPI公司還與Cargill公司合作開發又一新的玉米抗性淀粉FiberSymTM HA。

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織CSIRO和Ascentia Pty公司一起開發了一個裸大麥新品種Himalaya 292。這個品種是通過化學突變改變基因序列中一個編譯淀粉合成酶Ⅱa（EC2.4.1.21）的單核苷，從而使該淀粉合成酶Ⅱa失活，支鏈淀粉合成受阻，總淀粉量降低但胚乳中直鏈淀粉比例比母代高許多（大約70%），同時發現其他有益成分如NSP也增加。

德國Protos-Biotech公司（Celanese合資企業）與美國和歐洲的研究機構和企業合作開發生產一種新的生物高聚物產品。用特有的微生物產生的酶（AmSu；Sucrose-glucan Glycosyltransferase/EC 2.4.1.4）來催化蔗糖制備Neo-amylose。該產品主要是α-1，4-葡聚糖直線多聚物，屬于RS3，含量高于90%，粒度約10～40μm，13C NMR分析顯示其聚合度為35～100，平均聚合度約為50。X射線衍射顯示晶體結構為B型，濕熱處理時轉變為A型，晶體熔點140℃以上，可用于高溫加工。與傳統方法制備的抗性淀粉產品相比，Neo-amylose具有很大的優點，即生產不依賴于原料來源，無臭、無味，不膨脹，不顯白堊。Neo-amylose獨特的特性，使其作為一種添加劑和有益于健康的活性成分用于食品和化妝品工業。

Roquette公司最近開發了一種新的糊精Nutriose FB，它具有抗性淀粉的所有益處；另外，還是可溶性纖維。它在小腸中僅輕微消化然后在大腸中緩慢發酵，血糖響應低。Fibersol-2是ADM公司與Matsutani公司風險結合的產物，它是抗消化的麥芽糊精。Nutriose FB06的總膳食纖維含量為85%，Fibersol-2的總膳食纖維含量為90%。兩者均有利于豐富食品中的纖維含量，使之達到最適宜水平并滿足標簽標識的需要。

3.6.2.2　抗性淀粉在食品工業中的應用

通常富含膳食纖維的食物都比較粗糙，而含抗性淀粉的食物不僅沒有改變食物本身的口味，還改變了食物的品質特性，比如增加了食物的脆性，減少了油炸食物的含油量。抗性淀粉與傳統意義的膳食纖維相比，具有獨特的品質特性，如天然來源、顆粒大小、顏色、口味、低持水能力和高結合水能力、高糊化溫度，擠壓性能好等，使其被廣泛添加到功能性食品中。抗性淀粉應用于食品工業中主要基于兩方面優勢：一是其特殊的物理性質，抗性淀粉具有持水性低、不溶于水、粒徑小、賦形性能強，口感舒適、顏色淺等性質；二是其具有改善人體腸道功能、調節血糖和預防結腸癌等生理功能。這些性質賦予了抗性淀粉廣泛的食品應用價值。抗性淀粉可以作為湯料的增稠劑，添加了交聯度為1%的木薯淀粉的湯具有最佳凝膠和抗剪切力特性，有效改善了湯的感官品質。研磨、蒸煮以及膨化等加工過程會使RS1和RS2失去抗性，尤其是擠壓膨化使抗性淀粉的含量降低最為顯著，但RS3的含量并不會降低，甚至會隨著加工過程而增加。RS3具有熱穩定性，能夠增加油炸食物的膳食纖維含量，同時RS3在油炸過程中能夠阻止脂肪的吸收和水分流失。RS4能夠阻礙凝膠網絡的形成從而使硬度減小，也能夠降低淀粉的膨脹特性和水溶指數，可以作為功能性成分添加到烘焙食品和零食中。在抗性淀粉中，低持水能力和高結合水能力能夠降低食品的水活度從而延長貨架期。與傳統富含不溶性膳食纖維食品相比，抗性淀粉改善了某些產品的脆性、延展性和口感，這種特性使得產品更容易被消費者接受。

（1）在面類食品中的應用

目前，國外已將抗性淀粉作為食品原配料或膳食纖維的強化劑應用到面類食品中，如面包、饅頭、包子、通心面和餅干等。其中，最引人注目的是抗性淀粉在面包中的應用。添加抗性淀粉的面包不僅使膳食纖維成分得到了強化，而且在氣孔結構、均勻性、體積和顏色等感官品質方面均比添加其他傳統膳食纖維的營養強化面包好。抗性淀粉添加到通心粉和面條中可增加其耐煮性，有利于維持韌性結構，避免煮后出現粘連現象。

①面條

面食是日常飲食中的基本食品，具有很高的營養價值。與其他淀粉類的食物相比，意大利面的生糖指數較低，這可能是因為在擠壓過程導致蛋白質網絡結構被壓縮，限制了α-淀粉酶的接近，從而降低了淀粉的消化性。高品質的面條不僅對營養價值有較高的要求，對面條的最佳蒸煮時間、適宜的質構、低吸水能力等特性也有較高的要求。然而，市售富含小麥麩皮的面條因其質構和感官特性（如顏色、硬度、蒸煮損失）不佳而不受消費者青睞，其含有的小麥麩皮減弱了面條中蛋白質網絡結構從而使得蒸煮損失增加。另外，某些膳食纖維，如菊粉，也對面條的性質產生了不利影響。

在面粉中添加RS2可以明顯改善面條的質量。添加50%RS2的面條亮度最大，添加20%RS2的面團變得更軟，同時面條消化性降低，這可能與抗性淀粉具有高的持水能力有關，但沒有改變硬度、韌度、咀嚼性、順滑度和口感等感官特性。當添加10%RS3時，面團的硬度增加而蒸煮損失沒有明顯變化。功能性面條的出現將有廣闊的市場。

②面包

長期以來，人們一直試圖將非淀粉多糖類膳食纖維添加到面包中，以生產膳食纖維強化面包，來改善人類飲食中膳食纖維攝入量低于營養要求的狀況。面包中常添加小麥麩皮和大麥粉等傳統的膳食纖維來改善面包功能性，但膳食纖維含量過高會造成面包顏色較深、體積小、口感差、風味不明顯等品質缺陷，使得消費者的滿意度下降，使用抗性淀粉有望解決這一問題。

在面包中添加20%玉米淀粉（含RS2）時，不會改變面團的醒發時間、體積以及面包皮的顏色參數。將質量分數為10%、20%和30%的RS2與質量分數為10%、20%、30%的RS3分別添加到面包中，結果發現添加了抗性淀粉的面包能夠吸收更多水分，更加松軟。在RS3的含量大于10%以及RS2的含量大于20%時，面包的體積減小，硬度增大；當添加30%的RS2和RS3時，面包的顏色值降低。在面粉中添加不同含量的改性豌豆淀粉（含大量RS1）來制作面包時，面粉的吸水量以及面包皮的硬度和咀嚼性都隨著豌豆淀粉含量的增加而增加，這可能與抗性淀粉具有高水結合能力和適宜的質構特性有關。當面團中添加20%和30%的改性豌豆淀粉時，面包的黏合性、膠黏度和硬度都隨之增加，但面團中添加30%的改性豌豆淀粉時，由于硬度太大而不利于面團的處理。總體來說，添加20%豌豆淀粉的面包更容易被消費者接受。所以，合理調配抗性淀粉的添加量，能夠使面包性能風味更佳，更能滿足消費者的需要。

（2）在油炸食品中的應用

RS3的熱穩定性高于其他種類的抗性淀粉，用20%RS3（Novelose 330）替代小麥粉可以使油炸食品中總膳食纖維的質量分數提高5.0%～13.2%。顏色是油炸食品主要性質變化，油炸食品的最佳顏色是淡黃色，代表了油炸的最佳時間。隨著RS3含量的增加，油炸食品的顏色也逐漸變深，硬度和脆性也隨之增加。盡管在油炸食品中添加RS2更容易被消費者接受，但添加RS3比添加RS2更能改善食品的顏色和營養價值。

（3）在焙烤食品中的應用

抗性淀粉已應用于許多面筋蛋白食品如蛋糕、餅干等。抗性淀粉不僅可作為膳食纖維的強化劑，也是一種良好的結構改良劑，賦予食品令人喜愛的柔軟性。含抗性淀粉的蛋糕在焙烤后，其水分損失量、體積、密度與加入膳食纖維、燕麥纖維的蛋糕相似。餅干類食品加工對面筋質量要求較低，可較大比例添加抗性淀粉。這樣稀釋的面粉面筋在焙烤時可減少褐變機會，使含抗性淀粉的餅干柔軟、疏松、色澤光亮，有利于制作以抗性淀粉功能為主的保健餅干。

（4）在膨化食品及其他脆性食品中的應用

抗性淀粉作為膨化和脆性食品的改良劑，除了可改善食品的結構特性外，還可提高擠壓谷物食品和休閑食品的膨化系數，使其具有獨特的質地。將添加抗性淀粉的膨化食品浸泡到牛奶等飲料中，其質地雖變軟但不會因吸水而崩潰，使谷物在浸泡中保持松脆。抗性淀粉還可以改善食品的脆性，尤其是冷凍后需要重新加熱的食品，其表面脆性是至關重要的品質。添加了抗性淀粉的食品，氣孔均勻，中心組織柔軟，體積、顏色等感官品質良好，且具有最佳脆性。

（5）在奶制品及乳飲料中的應用

抗性淀粉應用于奶制品與乳飲料中可有效改善酸奶存放中的乳清析出、風味、口感及品質。其產品營養價值豐富，且抗性淀粉保留率較高。添加玉米抗性淀粉等制作的酸牛奶具有其本身的香氣，組織結構均勻細膩，口感清新；其次，玉米抗性淀粉可促進發酵過程中嗜熱鏈球菌的增長，而保加利亞乳桿菌的數量沒有顯著變化。添加馬鈴薯抗性淀粉與適量的果膠、瓊脂制得的酸奶，呈現出良好的滋味及氣味，組織均勻細膩，富有彈性等，且酸奶的總體品質較佳。

在20世紀90年代，奶酪業引進了新的低脂肪產品。馬蘇里拉奶酪一般包括20%～27%的脂肪，在比薩餅中廣泛應用，所以，抗性淀粉是替代脂肪最好的選擇。研究顯示，在酸奶中添加RS2或RS3能夠減少50%的脂肪，而且抗性淀粉的加入使奶酪光滑且質構均勻又不影響含水量。所以，奶酪中添加抗性淀粉符合健康要求，值得推廣。

以苦蕎米為原料，添加脫脂奶粉等輔料，經烘焙、浸泡等工藝制備的高抗性淀粉含量的苦蕎乳飲料，其口感細膩，具有適宜的烤米香味以及奶香味。而以宜糖米為原料，添加奶粉等輔料，經烘焙、糊化等工藝制備的抗性淀粉米乳飲料，其口感柔和，外觀均勻無沉淀，在保證風味和營養的同時，相應地提高了宜糖米中的抗性淀粉含量。

（6）在保健食品中的應用

抗性淀粉在小腸中不被消化，在大腸中被部分細菌發酵利用而產生一系列短鏈脂肪酸，如丁酸等。丁酸可降低腸內及排泄物的pH值，并可增加糞便體積、促進腸道蠕動，對于便秘、炎癥、痔瘡等疾病有良好的預防作用。

抗性淀粉可增加脂質排泄，將食物中脂質部分排除，且抗性淀粉本身幾乎不含熱量，作為熱量添加劑加到食品中去，可減少對熱量的攝取，從而有效控制體重。此外，它還有降低血液中血糖含量、防治糖尿病的作用。以上優點及特殊生理功能使抗性淀粉在食品營養學研究領域中的地位顯得十分重要。

（7）在微型膠囊技術中的應用

微膠囊技術是一種將細小顆粒（固體、液體或氣體）封存在半透膜內來保存封閉生物結構的技術。在食品工業中，微膠囊技術用來保護敏感物質，如顏色和生物大分子（包括抗氧化劑、礦物質、維生素），對提高益生菌活性的作用尤為明顯。微膠囊技術在食品科學中三個主要的目標是延緩活性劑在人體內的釋放、提高益生菌的活性和延長乳制品的貨架期。抗性淀粉是眾多微膠囊材料中的一種，抗性淀粉的B型結晶結構存在大量水通道，能夠包埋這些敏感的化學物質，降低其消化率，從而作為一種穩定的運輸工具有利于食品工業中控制生物活性分子的釋放，延長敏感化合物的貨架期等。

藻酸鈣被廣泛應用于固定乳酸菌，可以降低成本，而且不影響人體健康。抗性淀粉與藻酸鹽在膠凝過程中具有協同作用，可以強化固定細菌細胞。在4℃條件下貯存8周后，添加2%RS2與藻酸鹽混合時可以顯著提高乳酸菌的數量，而4%RS2與藻酸鹽混合時乳酸菌數量沒有顯著影響。貯存8周之后，游離培養基中乳酸菌和雙歧桿菌的數量比添加了RS2后微囊化培養基中下降得更加明顯。

微膠囊在食品運輸以及貯存過程中為益生菌創造一個抵抗惡劣條件的微環境，從而提高益生菌的存活率，使其在消化道內合適的位點釋放從而發揮有益的生理作用。如微膠囊技術可以保護乳制品中的益生菌抵抗胃腸道內較低的酸性環境。通常將高直鏈玉米淀粉與益生菌相結合封存到微膠囊材料里實現益生元-益生菌的共生，在微膠囊化之前將1%～2%可溶性淀粉顆粒加入到益生菌-膠體的前體里，可以更好地維持益生菌的活性。將干燥的益生菌微膠囊添加到干燥食品中，如谷物制品、飲料粉，對食品的貯存也有重要的作用。將抗性淀粉用于微膠囊技術，具有巨大的應用價值。

3.6.2.3　抗性淀粉在其他工業中的應用

抗性淀粉除了在食品工業中應用外，還有其他應用，如在醫藥學中，調節血糖水平、預防結腸癌、降低膽固醇含量、控制體重、作為益生元降低膽結石的形成、增加礦物質的吸收等作用，為醫藥學領域的發展提供基礎和參考。

（1）抗性淀粉在醫藥行業中的應用

抗性淀粉具有抗消化的特性，并且無毒、性質穩定，不會對人體造成副作用，所以在醫藥行業可以用作藥物緩釋的載體，起到減少藥物降解及損失、降低副作用、提高生物利用度的作用。

抗性淀粉作為藥物、益生菌緩釋載體。益生菌需要在人體大腸中定植才能發揮其益生作用，這就要求益生菌在通過人體消化道的過程中不能被胃酸及腸道酶類所殺滅，當前腸道菌研究火熱，如何將活菌投送到大腸特定位置還存在很多困難，抗性淀粉因其不能被小腸內的消化酶降解而直接到達大腸，因此，可用它作為載體包埋藥物或活菌而達到在特定位點釋放的目的。有學者研究發現糊化和交聯處理之后的玉米淀粉抗性淀粉含量增加，可作為靶向結腸的藥物載體，從而使藥物定點釋放。此外，用抗性淀粉與海藻酸鈣搭配制成微膠囊壁材，可以更好地強化固定細菌，提高細菌的存活率，利用這種壁材將奶酪和酸奶進行包埋后，奶酪和酸奶中乳酸桿菌和雙歧桿菌存活率均明顯高于未包埋的。這種方法一旦成熟可用于人體腸道菌群移植，把健康人群的腸道菌群制成膠囊，口服即可達到菌群移植的目的，能減輕灌腸給病患帶來的痛苦，降低醫療成本，同時也是安全和有效的。

（2）在寵物食品、動物保健品中的應用

寵物食品是專門為寵物、小動物提供的食品，介于人類食品與傳統畜禽飼料之間的高檔動物食品。其作用主要是為各種寵物提供最基礎的生命保證、生長發育和健康所需的營養物質。抗性淀粉作為一種保健食品原料添加到動物保健食品中可有效刺激胃腸蠕動，改善動物腸道環境。

抗性淀粉作為一種新興的膳食纖維資源，其本身具有極低的熱量，有調節血糖、防止心腦血管疾病、預防結腸直腸癌的作用，具有廣泛的保健意義，符合現代人們飲食結構要求，具有廣闊的市場前景。但是關于抗性淀粉的研究仍待進一步深入，包括：①進一步完善其理化性質及結構組成，并對其抗酶解特性及穩定性作進一步的探討；②抗性淀粉作為一種食品，存在營養缺乏的問題，隨著RS5（淀粉-脂類復合物）的發現，可深入研究淀粉與其他營養物的復合物，如淀粉-蛋白復合物等；③改善制備提純工藝，改進實驗條件，完善工藝路線，縮短制備周期；④強化其藥理性研究，并進行系統的功能評價，提出抗性淀粉對各種疾病的預防和治療方案；⑤目前，抗性淀粉主要應用于食品行業，可進一步開發其在其他領域的應用，實現多領域的應用研究。