内外源因素对淀粉消化特性影响的研究进展

王艳1,谢金晖1,孙立瑞1,刘天娇1,程美佳1,辛嘉英1,2,张娜1*

(1.哈尔滨商业大学食品与工程重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150076;2.中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室,甘肃 兰州 730000)

摘 要:不同种类的淀粉其消化特性不同,且淀粉经加工处理后其消化特性也会发生改变。因此,通过探究影响淀粉消化特性的因素来调控淀粉的消化特性至关重要。基于此,该文对影响淀粉消化特性内源因素(淀粉种类、结构和非淀粉组分等)和外源因素(加工条件和非淀粉添加物等)进行综合梳理和分析,为研发消化特性不同的淀粉及淀粉类食品提供参考和依据。

关键词:淀粉;淀粉消化特性;内源因素;非淀粉组分;外源因素

淀粉是人类获取能源的主要途径之一,淀粉被摄入后,人体内的淀粉消化酶能将淀粉水解为葡萄糖,为人们提供每日所需能量的45%~65%[1]。近年来研究发现,淀粉的消化性与许多慢性疾病密切相关,因餐后血糖应答取决于食物的种类、数量、消化特性,而具有缓慢消化性质的淀粉不仅可维持餐后血糖稳态,改善葡萄糖耐量,还可降低餐后胰岛素分泌,提高机体对胰岛素敏感性。

淀粉水解酶对淀粉的作用受到多种因素的影响,内源因素包括淀粉种类及颗粒形态和大小,结晶结构以及非淀粉组分等[2],外源因素包括加工条件、淀粉的改性和食品添加剂等。以往研究表明,淀粉的消化受非淀粉组分(蛋白质和脂质等)的影响,既受内源蛋白的限制,又受外源蛋白的限制,且水解物的抑制作用强于完整蛋白。食物中脂质的存在影响了酶的扩散和结合,从而导致淀粉的消化率降低[3];黄酮类化合物和膳食纤维对淀粉消化的抑制作用也已有报道[4]。除了淀粉中存在的内源因素的影响外,淀粉的消化也会受到外源因素的影响。例如,淀粉产品的真空干燥有利于形成有序的晶体结构,增加生板栗淀粉的抗性淀粉含量[5]。此外,煮沸和微波处理都能增加板栗淀粉中快速消化淀粉的比例[6],而热蒸汽处理会降低小麦淀粉的消化速率[7],加入食品添加剂也影响淀粉的回生趋势,改变淀粉的消化率。

本文全面归纳综述了内外源因素对淀粉消化特性影响的研究进展,以期在为后续淀粉消化特性的调控以及应用提供理论依据。

1 淀粉及其消化特性概述

1.1 淀粉

淀粉主要由直链淀粉和支链淀粉两种成分组成。直链淀粉是通过α-1,4 糖苷键连接的线性分子,位于淀粉的非晶区,而支链淀粉是由α-1,4 糖苷键和α-1,6 糖苷键连接的高度支化的分子,存在于淀粉的结晶区[8]。淀粉按结构层次组成分类,可分为分子结构、晶体结构、生长环和片层结构以及颗粒结构。淀粉的结构会影响其糊化特性、流变性和消化特性。淀粉的营养价值体现,应以适当的摄入形式和数量为前提[9],否则,淀粉摄入不当会对健康带来影响,如肥胖、糖尿病、心血管疾病和高血糖[10]。因此,了解和控制食品中淀粉的消化率对保障公众健康至关重要。

淀粉的种类不同,进而影响其消化特性也不同。根据淀粉的消化速度和程度,可将淀粉分为3 类,即快速消化淀粉(rapidly digestible starch,RDS)、慢速消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)和抗性淀粉(resistant starch,RS)[11]。其中,RDS 指在小肠中20 min 内消化的部分淀粉,在摄入后会导致血糖浓度急剧增加,这不利于健康;SDS 被定义为在小肠中20~120 min 内被消化的淀粉,摄入后会导致血糖浓度缓慢上升。SDS的内部结构比RDS 致密,对人体内淀粉消化酶有抵抗能力且能被缓慢分解,SDS 分解周期长,因此不会引发血糖水平的大幅度剧烈波动,而是缓慢且持久地为人体供能;RS 被定义为在小肠中未被消化,在大肠中能被细菌发酵降解的淀粉。RS 使人体不摄入能量却也能增加饱腹感。大量研究表明,在能量摄入充足的前提下,低含量的RDS 以及高含量的SDS 和RS 产品更有利于人体健康,可作为糖尿病和肠道疾病患者以及减肥人群的理想功能性食品。

1.2 淀粉的消化特性

一般来说,淀粉的消化始于口服,而大部分消化发生在胃肠道。食物中的淀粉在α-淀粉酶和胰酶的作用下逐渐被水解成葡萄糖,导致血糖水平升高。淀粉在口腔、胃和小肠消化以后,未消化部分进入大肠参与发酵。图1 总结了人体消化器官、消化环境和消化酶种类,以及它们在淀粉分解中的作用。

图1 人体消化器官、消化环境和消化酶种类,以及它们在淀粉分解中的作用
Fig.1 Human digestive organs,digestive environment,types of digestive enzymes,and their roles in starch breakdown

1.2.1 淀粉在口腔中的消化

人体消化淀粉从口腔开始,口腔内的唾液α-淀粉酶水解咀嚼的淀粉,在口腔中进行初步的消化,淀粉在口腔的停留时间短,所以唾液淀粉酶对淀粉的消化是有限的。咀嚼是淀粉在口腔中主要的消化方式,有助于后续淀粉在胃及肠道的消化。

1.2.2 淀粉在胃中的消化

经过口腔咀嚼后的淀粉随后进入胃中,使淀粉发生酸解的是胃酸,由于胃处于酸性条件下,可使胃液中的蛋白酶原转变成胃蛋白酶,进而对淀粉进行初步消化。胃蛋白酶的作用是水解淀粉中的部分蛋白质,胃消化淀粉的过程中,胃液的pH 值由酸性到中性是发生变化的。因此,当口腔中的唾液进入胃中时,其中的酶依然存在活力,可以继续参与淀粉的酶解,这对淀粉下一步在小肠中消化具有重要的意义[12]

1.2.3 淀粉在小肠中的消化

淀粉经过口腔咀嚼和胃部消化后,被运送至小肠,在小肠中水解淀粉的酶是胰淀粉酶,其能快速催化淀粉分子中的α-1,4 糖苷键的断裂,再将淀粉水解成麦芽糖等,其中,麦芽糖不能被淀粉酶继续进行水解,所以要通过小肠绒毛上皮细胞产生的酶(如麦芽糖酶、葡萄糖淀粉酶[13]等)继续消化,最终被降解为葡萄糖,进而参与机体代谢。

1.2.4 淀粉在大肠中的发酵

淀粉在经过口腔、胃和小肠3 个部位消化后,未消化的部分最后进入大肠,大肠中没有可以作用于淀粉的酶,所以淀粉在大肠中不会进行消化。在胃和小肠中难以消化的RS 在到达大肠后被大肠中多种微生物利用从而产生短链脂肪酸,并对人体健康有促进作用,如减轻炎症、降低结肠癌风险和改善肠道屏障功能。

2 内源因素对淀粉消化特性的影响

淀粉的消化对人体健康十分重要,鉴于高血糖人群的逐渐增加,影响淀粉消化特性的因素受到了广泛重视。淀粉颗粒的消化过程可以理解为酶向底物扩散及水解,在消化过程中,淀粉水解酶对淀粉的作用会受到多种因素的影响,内源因素主要包括淀粉种类及自身颗粒大小、结晶结构和非淀粉组分等。

2.1 淀粉种类及颗粒大小

淀粉根据其种类差异表现出结构和特性的不同。研究表明,A 型谷物类淀粉颗粒能够促进α-淀粉酶通过表面孔洞渗入至松散的颗粒内部并发生扩散,从内至外发生水解[14]。因此淀粉的消化特性与淀粉颗粒的孔洞分布存在一定的相关性,对于B 型块茎类淀粉及C 型淀粉,其颗粒表面呈光滑形态时,酶首先腐蚀颗粒表面,再逐渐进入到颗粒内,从外至内发生水解,是抗消化能力较强的原因之一。因此,与B 型淀粉及C 型淀粉相比,一般情况下A 型谷物类淀粉的消化率更高。淀粉种类及颗粒大小对淀粉消化特性的影响见表1。

表1 淀粉种类及颗粒大小对淀粉消化特性的影响
Table 1 Effect of starch types and particle sizes on starch digestibility

淀粉种类大米淀粉小麦淀粉玉米淀粉大麦淀粉木薯淀粉马铃薯淀粉甘薯淀粉淀粉颗粒大小/µm 3~8 2~36 5~20 7~25 10~40 25~100 15~75淀粉颗粒形状有棱角,多边形盘状大颗粒规则球形圆盘状,球形半椭球体半椭圆形,多边形光滑的椭圆球形抗性淀粉/%0.5~2.5 0.5~2.5 3.3~7.2 0.5~2.9 1.12~2.76 1.5~3.19 0.75~2.5参考文献[15][16][17][18][19][20][21]

如表1 所示,不同种类的淀粉颗粒大小也存在差异。一般来说,不同生长环境、基因的淀粉颗粒大小不同[22]。马铃薯淀粉的颗粒较大,平均为25~100µm;而大米淀粉的颗粒较小,平均为3~8µm[23]。颗粒大小是影响淀粉消化特性的重要因素之一,另外,颗粒表面的孔洞、裂痕会增加颗粒表面积,从而增加酶与淀粉接触面积,加快淀粉消化速率。

2.2 淀粉结构对其消化特性的影响

2.2.1 直支链淀粉比例的影响

淀粉直支链淀粉比例是影响淀粉消化特性的因素之一。有研究表明,直链淀粉的分子大小和短直链淀粉的含量与淀粉的体外消化速率呈正相关,直链淀粉含量和消化率与慢消化淀粉含量呈负相关。直链淀粉主要集中在淀粉的非静态区域,并分散在支链淀粉分子之间,因其官能团紧密堆积使其具有坚固的分子结构,进而使得它不易被消化;另一方面,支链淀粉的尺寸大,每个分子的表面积都比线性片段大,因此对酶解十分敏感。

在淀粉类食品的热加工过程中,直链淀粉结构的变化会影响淀粉的消化特性,且直链淀粉含量的增加也会对不同种类的淀粉理化性质和颗粒性质产生影响。而长支链淀粉链由于回生而形成双螺旋结构,会降低淀粉的消化速率[24]。这主要是由于支链淀粉结构中丰富的长链限制了消化酶的活性。因此,淀粉消化速率的改变,不仅与直支链淀粉比例有关,也会受到淀粉颗粒性质的影响。

2.2.2 结晶结构的影响

表2 总结了结晶结构对淀粉消化特性的影响,不同的结晶结构会影响淀粉的消化特性,A 型晶体结构的淀粉双螺旋结构紧密,说明螺旋结构之间存在水分子;B 型结构是开放的,6 个螺旋结构中存在水分子[25]。由于A 型淀粉中双螺旋结构较短,因此内部微晶更容易受到酶的影响,B 型结晶结构可以穿过结晶簇进而使颗粒内部较长支链稳定,导致A 型结晶结构比B 型抗酶解能力弱。此外,淀粉分子结构的有序排列有助于消化酶缓慢地扩散到淀粉内部,从而导致更强的酶抗性。Wang 等[26-27]全面研究了从0%到100%的糊化程度与小麦淀粉体外消化率的关系。结果表明,以晶体结构破坏程度衡量的糊化程度不是决定淀粉消化速度和程度的主要因素,煮熟的小麦淀粉的消化速度主要是由酶对淀粉的访问/结合决定的,而不是随后的催化反应。

表2 结晶结构对淀粉消化特性的影响
Table 2 Effect of crystal structures on starch digestibility

序号1 2 3影响消化特性的结构特征双螺旋和晶体排列的能力存在除了α-1,4-α-葡萄糖苷键以外的其他键非线性链调控消化速率的机制人体α-淀粉酶不能有效结合和消化结晶淀粉结构人体α-淀粉酶只能降解α-1,4-糖苷键人体的α-淀粉酶只能容纳5 个与其活性部位线性排列的相邻葡萄糖单位调控消化速率的策略支链淀粉链的延长促进双螺旋结构的形成从淀粉中释放直链葡聚糖促进双螺旋形成缩短支链,提高支链密度α-1,4-α-葡萄糖苷键以外的键的引入环状或(高度)分支环状结构的形成分支点的引入

2.3 内源非淀粉组分的影响

淀粉类食物的消化特性差异较大,但当淀粉从不同食物中被提取时,淀粉消化特性也有相似之处。比如,小麦粉的消化速率要显著高于绿豆粉,虽然小麦淀粉和绿豆淀粉组分间的差异明显,但两者之间的消化特性并无明显差异。因此,不同淀粉类食物之间消化特性的不同可能不是由淀粉种类的差异引起的,而是由内源非淀粉组分的差异引起的。

淀粉类食物中的内源非淀粉组分与外源添加的非淀粉组分相比,前者控制淀粉的消化特性的效果更加显著,非淀粉组分与淀粉间形成的结构对淀粉的消化特性可能有较大影响。去除淀粉类食物的内源非淀粉组分后,消化速率可显著加快。例如谷物去除麸皮后,消化速率变快,说明了内源性非淀粉组分的存在抑制了淀粉的消化。

淀粉类食品中含量多的非淀粉组分主要为蛋白质和脂质类物质。天然食品中内源性非淀粉组分对淀粉消化特性的作用方式不同,主要以抑制淀粉酶的活性和限制酶与淀粉接触为主。淀粉类食物中的白蛋白和球蛋白会抑制淀粉酶的活性,进而影响各类淀粉的消化特性。例如,大米中的脂质和蛋白质都会对淀粉的消化速率产生影响,但蛋白质的影响更为显著,这可能是在消化过程中淀粉颗粒仍被蛋白质包围,起到了物理屏障的作用,阻止了水解酶的可及性。而一些豆类的细胞壁可以抑制细胞内淀粉的消化速率,豆类细胞壁的主要抑制机制是其在淀粉颗粒表面构建的物理屏障可以有效抵抗淀粉酶的攻击。此外,小麦中的面筋蛋白在淀粉颗粒表面形成的结构也对限制淀粉颗粒与酶作用有显著影响,淀粉颗粒周围的蛋白质可以通过酶结合的活性部分来抑制消化酶。而同时去除薏仁中的蛋白质和脂质后发现将蛋白质和脂质同时去除后比单独去除某一种的影响更大,说明不同内源性非淀粉组分对消化特性的共同抑制效果强于单一性的抑制。淀粉类食物中非淀粉组分对淀粉消化特性的影响不仅由某一方面引起,也可能是由多种非淀粉组分之间引起的,因此需要进一步研究影响淀粉消化特性的内源因素。

3 外源因素对淀粉消化特性的影响

外源因素对淀粉消化特性的影响主要包括加工处理方法和外源非淀粉组分等。外源因素对淀粉消化速率的影响与淀粉内源成分的影响相似,但由于可以添加的量较大,其对淀粉消化特性的影响更显著。表3总结了加工处理对淀粉消化特性的影响。

表3 加工处理对淀粉消化特性的影响
Table 3 Effect of processing on starch digestibility

淀粉种类大米玉米高粱小麦大米重组大米加工方法烹饪,均质处理用羧甲基纤维素、高甲氧基果胶、魔芋葡甘聚糖和黄原胶处理玉米淀粉高粱饭与茶制品共同蒸煮在双螺杆挤出机中被挤压大米淀粉与不同浓度的葡萄籽原花青素在低温下共挤压以杨梅叶为原料,采用不同浓度的花色苷对淀粉进行共挤压作用机制烹饪促进了淀粉的糊化,均质处理减小了淀粉颗粒的大小,使其更容易受到酶的侵蚀淀粉水解率的降低可能是因为树胶与淀粉通过氢键结合在一起,这将改善淀粉的分子秩序,使其更耐消化多酚类物质和咖啡因使淀粉酶失活,延缓淀粉水解率挤压加工可能导致支链淀粉的变化,促进直链淀粉-脂肪复合体的形成原花青素的羟基与淀粉之间的相互作用可能导致多酚膨化大米消化缓慢稻米表面的裂隙促进了花青素化合物的释放,花青素化合物与消化酶相互作用,延缓了淀粉的水解对淀粉消化率的影响烹饪前后米饭的淀粉消化率有明显差异。此外,均质样品被快速消化每种胶的添加均能提高淀粉的抗性淀粉含量抗性淀粉含量由17.06%提高到25.04%挤压加工延缓了淀粉的体外消化率随着原花青素浓度的增加,淀粉的消化率显著降低膨化大米的淀粉水解率随原花青素浓度的增加而降低参考文献[28][29][30][31][32][33]

3.1 物理改性技术

物理改性方法影响淀粉的消化速率主要基于以下原理:淀粉的结晶结构改变;淀粉与非淀粉组分之间的相互作用。物理改性技术以绿色环保、成本低廉的优势被广泛认可,常用的物理改性方法包括挤压处理、微波辐射和高压均质方法等。

3.1.1 挤压

挤压是指在预先设定的条件下,使食品通过挤压机,然后在预设的条件下从模型中脱出,从而获得所需形状的物质[34],用于加工各种不同尺寸、形态、质地和风味的食品,目前已经在多个行业大规模应用。在挤压过程中,原料经过混合、煮熟、剪切和挤压后转变为所需形状,使其成为一项多工艺技术。挤压蒸煮是挤压技术与糊化和湿热处理相结合的技术,其会促使老化淀粉的形成,进而影响淀粉的消化特性。Ye 等[35]在体外消化条件下研究了挤压对大米消化速率的影响,发现经处理后的大米淀粉消化率低于对照大米。微观结构分析表明蛋白质和脂质通常附着在天然大米粉中淀粉的颗粒表面上,从而抑制它们与消化酶的接触。另外,蛋白质和脂质限制了淀粉颗粒的溶胀,这可能通过减少其表面积从而降低了淀粉的消化。

3.1.2 微波辐射

微波是一种电磁辐射,能穿透食物内部,由于食物中极性成分的高频振动而产生摩擦,导致温度骤然升高。玉米淀粉经过30 s 和90 s 的微波处理后,其抗性淀粉含量显著增加[36],这主要是由于微波辐射会提高聚合反应中直链淀粉的双螺旋结构的有序性。另外,微波处理后快速降温会抑制淀粉分子的再结晶,形成高度致密的分子结构,对淀粉水解酶具有很强的抵抗力,因而抑制了淀粉的消化。由此可见,微波处理会抑制淀粉的消化主要是由于淀粉双螺旋结构变得更为致密,晶体结构有序性提高所产生的。

3.1.3 高压均质

高压均质法是将淀粉通过高剪切力和高频率形成改性淀粉,使淀粉成为碎片,促进直链淀粉分子的溶解,随后重新组成紧密的分子结构。高压均质条件下淀粉与不饱和脂肪酸会通过非极性作用形成包合物[37]。大米淀粉和脂肪酸的包合物形成单一有序的螺旋结构,将淀粉链变成半结晶结构,从而抑制消化。此外,与短链脂肪酸相比,长链脂肪酸更容易与大米淀粉形成复杂的复合体,形成高度有序的螺旋结构,而淀粉水解酶不易接近这种螺旋结构。此外,短链脂肪酸由于其高流动性而与淀粉形成不稳定的络合物,因此很容易被消化酶所利用[38]。由图2 可见,高压均质能有效地促进淀粉-脂质包合物的形成,使其具有紧密有序的抗消化分子结构。

图2 淀粉-脂质复合体的合成及其与淀粉酶的相互作用示意图
Fig.2 Synthesis of starch-lipid complex and its interaction with amylase

3.1.4 湿热改性

湿热改性是指在淀粉水分含量较低,温度一定的条件下处理一段时间,使淀粉性质发生改变的一种物理改性方法。张天学[39]发现湿热处理使青稞淀粉中SDS、RS 总量由3.81%提高到18%。因为在湿热处理中,淀粉结晶区的氢键作用增强,且部分淀粉分子断裂为短链分子,小分子间发生交联作用;同时蛋白在湿热处理过程中会发生聚集反应,这些蛋白聚集物会延展开来,黏附在淀粉的表面,阻止酶与淀粉的接近,使其对淀粉酶敏感性降低,进而使淀粉中的SDS、RS 含量增加。闫巧珍[40]发现湿热处理使马铃薯淀粉中的RS含量升高,且当处理温度为100 ℃时,RS 淀粉含量达到最高。这可能是由于随着温度的升高,淀粉-脂肪、淀粉-蛋白质复合物形成,使淀粉不易被水解,因此RS含量增加。

3.1.5 超高压

超高压处理法是指通过高压处理使A 型结晶在压力的作用下,双螺旋结构重新聚集,部分转为B 型。周中凯等[41]研究表明,对高直链玉米淀粉进行超高压处理,200~600 MPa 压力处理后的淀粉消化率随着压力的增加不断下降,800~1 000 MPa 压力处理后的淀粉消化率不断增加。

物理法改性淀粉主要利用热、机械力、电场、磁场等物理场作用于淀粉,通过使淀粉颗粒的层状结构重组,有序化、无序化结构改变,直链/支链比例、淀粉颗粒形貌改变来实现调控淀粉消化特性。物理改性方法不使用化学试剂,仅涉及水和热等纯天然资源,安全性高于化学改性,减少对环境的污染,有较好的应用前景。

3.2 化学改性技术

化学改性技术近年来因其具有效果显著的优势而得到广泛关注。淀粉分子中具有大量的醇羟基,醇羟基主要作用为先与化学试剂发生反应,随即生成不同类型的改性淀粉。例如,使用辛烯基琥珀酸酐(octenyl succinic anhydride,OSA)对淀粉进行改性处理,此时淀粉酶会抑制与淀粉的接触,使淀粉抗酶解性增强,可能是由于淀粉链与OSA 发生交联反应,进而形成更复杂的淀粉链,从而影响淀粉对酶的抗性。此外,还有很多化学试剂与醇羟基反应可影响淀粉与酶接触敏感性,然而由于化学试剂对人体健康不利,对环境安全具有不确定性,因此化学试剂的使用在食品领域的发展备受争议。图3 主要概括了化学改性技术对消化特性的影响。

图3 化学改性技术对消化特性的影响
Fig.3 Effect of chemical modification on digestibility

3.3 酶改性技术

酶改性技术因其具有绿色高效的性质近年来广受关注,如图4 所示。其中,应用较为广泛的酶为普鲁兰酶,普鲁兰酶在改性淀粉中主要的作用为脱支。使酶解的淀粉发生重结晶,进而改变淀粉对酶的敏感性,对支链淀粉进行脱支可以使淀粉中直链淀粉含量增加,随即发生分子链的重排,形成更加密实的双螺旋结构,从而改变淀粉的消化速率。淀粉经葡萄糖苷酶和普鲁兰酶脱支处理后,其中抗性淀粉含量明显增加[42]。因此,经酶法改性处理是调控淀粉消化特性的重要手段。

图4 酶法调控淀粉消化特性的结构示意图
Fig.4 Structure of enzymatically modified starch digestibility

3.4 烹饪

大米、小麦、玉米、土豆等,通常在烹饪后食用,淀粉、蛋白质、脂肪等营养素可以通过烹饪来增加。烹饪这些作物对淀粉消化特性的影响尤为重要。在烹饪过程中,淀粉颗粒爆裂释放直链淀粉和支链淀粉,这两种物质会被酶解。因此,烹饪时间也决定了淀粉的消化速率,过度烹调淀粉类食物,消化速率可能会变快,因为烹饪时间过长会导致淀粉的进一步水解。如煮5~10 min 的意大利面比煮更长时间的意大利面消化速率略低。烘干的方法也会影响淀粉的消化速率,与新鲜木薯粉相比,干木薯粉的消化速率有显著差异,显然是因为水分的损失导致了淀粉的部分糊化,使消化率降低,因此,烹饪在调控淀粉消化速率方面也具有重要影响。

3.5 外源非淀粉组分

多酚类化合物具有多种功能,其中类黄酮和酚类化合物意义较大,因为他们能够与蛋白质等大分子结合,影响消化酶的活性从而改变淀粉的消化速率。如绿茶提取物会抑制淀粉的消化,有效延缓葡萄糖的释放。小豆提取物同样可以抑制淀粉的消化,具体机制是小豆提取物中的类黄酮化合物会与淀粉中的支链淀粉形成络合物,进而抑制了酶与淀粉的接触,从而降低了淀粉的消化率。

食品中的多肽也显示出对淀粉水解酶的抑制作用,且多肽比天然蛋白对淀粉水解酶的抑制作用更显著。它们在竞争性抑制过程中,阻止底物分子与酶的活性部位结合,并延缓淀粉的消化速率。然而,在非竞争抑制过程中,这些多肽与活性部位以外的酶-底物复合体结合,从而降低酶的活性,此外,多肽还表现出双重作用,降低了酶的水解率。这主要是由于多肽或游离氨基酸与淀粉形成络合物,这种相互作用可能加强了淀粉的有序结构,并对消化酶具有抵抗力。

因此,酚类物质与多肽具有重要作用,多酚主要通过抑制淀粉酶水解、与淀粉相互作用调控消化速率,多肽通过竞争性或非竞争性抑制调控淀粉消化特性。表4 主要总结了外源添加物对淀粉消化特性的影响。

表4 外源添加物对淀粉消化特性的影响
Table 4 Effect of exogenous additives on starch digestibility

淀粉种类大米淀粉马铃薯淀粉小麦淀粉大米淀粉大米淀粉玉米淀粉小麦淀粉外源添加物黄原胶、羧甲基纤维素、高甲氧基果胶果籽多糖脂肪酸乳清、豌豆蛋白花青素大豆蛋白儿茶素作用机制与淀粉链形成氢键,抑制淀粉链重新聚集,限制水解酶对大米淀粉的可及性竞争有效水分,抑制淀粉的膨胀,淀粉糊化不完全;形成物理屏障,阻止酶与淀粉分子接触形成复合物,空间位阻影响酶与淀粉结合形成物理屏障,阻碍淀粉水解抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性蛋白含亲水性的基团与淀粉形成氢键,体系黏度增大,降低淀粉酶水解与淀粉竞争性结合α-淀粉酶对消化特性的影响RDS、SDS 降低,RS 升高RDS、SDS 降低,RS 升高RS 升高水解速率降低RDS 降低、SDS、RS 升高RDS、SDS 降低,RS 升高水解速率降低参考文献[43][44][45][46][47][48][49]

4 结语

近年来高血糖人群与日俱增,随着大众健康意识的提高,众多学者开始关注对淀粉类食品消化速率的调控,目前在消化特性的测定方法、淀粉消化特性的相关机理、原料选择及加工方式等方面展开深入研究。然而,目前的研究还存在不足,例如消化特性测定方法有待进一步规范和标准化;淀粉结构与消化特性的相关机理研究不够深入;内外源因素对消化特性的影响还存在许多不同点。

因此,今后在以下方面仍需进一步探究:1)消化特性测定方法中的体内试验和体外试验还需在测试食物用量标准、测试过程等方面形成统一的标准;2)淀粉自身结构及外源因素交互作用对消化特性影响的研究需要进一步强化;3)外源因素对淀粉消化特性的影响可从食物内源因素变化上进行探索,以便根据淀粉种类选择更合适的加工方法和参数。总之,深入研究影响各类淀粉消化特性的因素,对于广泛应用淀粉类食品并指导人体健康具有重要的意义。

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Research Progress on Effects of Endogenous and Exogenous Factors on Digestibility of Starch

WANG Yan1,XIE Jinhui1,SUN Lirui1,LIU Tianjiao1,CHENG Meijia1,XIN Jiaying1,2,ZHANG Na1*
(1.Key Laboratory of Food and Engineering,Harbin University of Commerce,Harbin 150076,Heilongjiang,China;2.State Key Laboratory for Oxo Synthesis and Selective Oxidation,Lanzhou Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou 730000,Gansu,China)

Abstract: Different kinds of starch have their digestibility,which may change after the starch is processed.Therefore,it is important to regulate the digestibility of starch by exploring its factors.In this study,the endogenous factors(starch type,structure,non-starch components,etc.)and exogenous factors(such as processing conditions and non-starch additives)for the digestibility of starch were comprehensively sorted out and analyzed to provide a necessary reference and basis for the development of starch and starch-based foods with different digestibility.

Key words: starch;starch digestibility;endogenous factors;non-starchy fractions;exogenous factors

DOI: 10.12161/j.issn.1005-6521.2024.24.027

基金项目: 黑龙江省自然科学基金(LH2021C051);哈尔滨商业大学青年创新人才项目青年后备人才专项(2019CX33);黑龙江省“百千万”工程科技重大专项支撑行动计划子课题(2021ZX12B07-2)

作者简介: 王艳(1984—),女(汉),教授,博士,研究方向:食品生物技术和微生物发酵技术。

*通信作者: 张娜。

引文格式:

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责任编辑:张璐

收稿日期:2023-08-07