淀粉營養(yǎng)研究進展

apple12151007 2011-3-24 14:00

2052 6 原作者: 汪麗華王統(tǒng)石石滿倉來自: 中國畜牧人網(wǎng)站

簡介

能量是維持動物機體生命和生產(chǎn)、活動所必需的營養(yǎng)物質(zhì)。能量的來源主要包括淀粉和油脂。本文著重對淀粉的特性及研究進展進行簡單的介紹。

　　一、淀粉的種類
　　1、按照淀粉分子結構：直鏈淀粉與支鏈淀粉
　　從分子結構上可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種。直鏈淀粉是以α-1，4鍵結合，支鏈淀粉除α-1，4鍵外，還有α-1，6鍵。直鏈淀粉較支鏈淀粉分子小、連接葡萄糖鏈的氫鍵較強，且易與油脂(脂肪酸)等形成復合物。直鏈淀粉遇碘變藍，而支鏈淀粉遇碘變紫至紫紅色。普通玉米中支鏈淀粉占淀粉總量的73%，直鏈淀粉占27%;糯玉米胚乳中的淀粉100%為支鏈淀粉。直鏈淀粉又稱可溶性淀粉，溶于熱水后成膠體溶液，容易被消化吸收。支鏈淀粉是一種具有支鏈結構的多糖，它不溶于熱水中。
　　2、按照消化降解速度：快速消化淀粉(RDS)、緩慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)
　　表1 淀粉體外消化的分類(Egnlyst et al., 1992)

淀粉類型	舉例	小腸消化情況
快速消化淀粉(RDS)	新鮮煮熟的淀粉食品	快速消化
慢速消化淀粉(SDS)	大多數(shù)生的禾谷類原料	慢但是消化完全
抗性淀粉(RS)		抗性淀粉(RS)
物理包被淀粉	部分研磨的谷物及籽實、豆類	物理包被淀粉
生淀粉顆粒	生馬鈴薯和香蕉，高直鏈玉米淀粉	生淀粉顆粒
老化淀粉	煮熟后冷卻的土豆、面包和玉米片	老化淀粉
化學改性淀粉	磷酸化淀粉等	化學改性淀粉

　　按照消化速度，淀粉可分為快速消化淀粉(RDS)、緩慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)。而根據(jù)淀粉來源和抗酶解性的不同，又可將抗性淀粉(RS)分為4類：RSl、RS2、RS3、RS4。見表1。
　　RSl指的是由于機械加工而使淀粉顆粒發(fā)生物理屏蔽作用，被鎖在植物細胞壁上使其不能為淀粉酶所作用的部分。常見于輕度碾磨的谷類、豆類中，也稱為物理包埋淀粉。這類RS易受咀嚼或加工方式影響。
　　RS2主要見于未加工的或未蒸煮的馬鈴薯、香蕉(特別是綠色時)和高直鏈淀粉。因其物質(zhì)結構如結晶結構、密度大等特點而產(chǎn)生抗消化性。RSl和RS2經(jīng)過適當加工后仍可被淀粉酶消化吸收。
　　RS3(老化淀粉)是最重要也是最主要的抗性淀粉，是凝沉的淀粉聚合物。淀粉經(jīng)糊化后冷卻形成老化淀粉，分為RS3a和RS3b兩部分，其中RS3a為凝沉的支鏈淀粉，RS3b為凝沉的直鏈淀粉。RS3b的抗酶解性最強，而RS3a可經(jīng)過再加熱而被淀粉酶降解。
　　RS4包括化學改性、商業(yè)用的變性淀粉。主要由基因改造或化學方法引起的分子結構變化等所產(chǎn)生，如乙酰基、羥丙基淀粉，熱變性淀粉以及磷酸化淀粉等。見表2。
　　表2 一些碳水化合物的體外消化率 (g/100g 干物質(zhì)) (Englyst et al. 1992)

舉例	快速消化淀粉	慢速消化淀粉	抗性淀粉	總淀粉	淀粉消化指數(shù)	快速可利用葡萄糖
面粉	40	39	2	81	49	40
玉米	73	2	3	78	94	81
燕麥	57	6	2	65	88	49
生大米	60	12	6	78	93	81
煮熟大米	78	1	<1	79	98	86
土豆淀粉（生）	6	19	75	99	6	5
香蕉粉	3	15	57	75	4	6
Faba豆	27	16	6	49	55	8
豌豆	12	2	5	20	60	9
葡萄糖	100			100	100	100

　　二、淀粉的糊化與老化
　　1.淀粉糊化
　　淀粉糊化過程是在一定溫度、水分條件下進行的，完全糊化需要淀粉與水分和熱的充分接觸。糊化反應可分為三步：第一步：淀粉的非結晶區(qū)開始發(fā)生水合作用，水分子介入其間，破壞原有的氫鍵，所以此時淀粉粒體積及粘度開始增大;第二步：不定形、非結晶區(qū)的水合作用達到某一極限;第三步：水分子進入結晶區(qū)域，完全破壞淀粉的固有物性。在淀粉糊化的過程中，淀粉糊粘度先升高達到高峰后開始下降。
　　淀粉的糊化溫度在不同品種間存在差別，同一種淀粉在大小不同顆粒間也存在差別。大顆粒易糊化，糊化溫度低;小顆粒難糊化，糊化溫度高。所以糊化溫度是一個范圍，相差約10℃。低溫為糊化開始溫度，高溫為糊化完成溫度。見表3。
　　表3 幾種淀粉糊化溫度

淀粉	糊化溫度
普通玉米	62-72
糯玉米	65-75
小麥	58-64
大米	68-78
高粱	68-78
馬鈴薯	56-68
木薯	52-64
甘薯	58-74

　　2、淀粉老化(回生)
　　淀粉老化是淀粉糊化的逆過程，此類淀粉屬于RS3類。完全糊化后的淀粉，若讓其自然冷卻，就會發(fā)生氫鍵再度結合，使淀粉膠體內(nèi)水分逐漸脫離，即發(fā)生離水作用，最終形成難以復水的結晶物，這就是老化的淀粉。其實質(zhì)為直鏈淀粉分子相互靠近，通過分子間氫鍵形成雙螺旋，許多雙螺旋相互疊加形成許多微小的晶核，晶核不斷生長、成熟，成為更大的直鏈淀粉結晶(RS3b)。直鏈淀粉結晶區(qū)的出現(xiàn)會阻止淀粉酶靠近淀粉結晶區(qū)域的α—1，4葡萄糖苷鍵，并阻止淀粉酶活性中心的結合部位與淀粉分子結合，從而賦予了直鏈淀粉結晶抗淀粉酶的消化能力。直鏈淀粉分子結晶后，支鏈淀粉分子的一些側鏈也通過氫鍵連接開始緩慢結晶，但這種由支鏈淀粉形成的結晶可以緩慢的被消化(RS3a)。糊化的淀粉在2～4℃時最易老化。 Mee Ra Kweon等(1997)研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)糊化再冷卻處理后的淀粉所產(chǎn)生的抗性淀粉會隨著淀粉分子中直鏈淀粉含量的增加而增加，直鏈淀粉含量與抗性淀粉的得率成正比。
　　三、提高淀粉消化率的方法
　　1、化學方法
　　1.1 酶制劑
　　主要用于飼料工業(yè)的淀粉酶有α—淀粉酶、支鏈淀粉酶和葡萄糖淀粉酶。支鏈淀粉酶的特點是，能專一性的切開支鏈淀粉和糖原等分支點的α—1，6糖苷鍵，形成直鏈淀粉。Siversides等(1999)，Summers(2001)等報道了在肉雞玉米-豆粕型日糧中使用復合酶制劑(淀粉酶，蛋白酶和木聚糖酶)后，提高了飼料的代謝能值和蛋白質(zhì)消化率。
　　1.2 化合物
　　化合物影響淀粉的糊化難易。氫氧化鈉、尿素、二甲基亞砜、水楊酸鹽、硫氰酸鹽、碘
　　化物等促進糊化，糊化溫度降低;硫酸鈉、氯化鈉、碳酸鈉、蔗糖等則相反。見表4。
　　2、物理方法：促進淀粉糊化，減緩糊化淀粉的老化
　　糊化處理使淀粉分子本身的結構發(fā)生變化，容易接受酶的作用，消化率增加。使淀粉糊化的最常用方法有蒸、煮、炸等。小規(guī)模養(yǎng)殖，可以使用煮、蒸和炸的方法。但在日趨集約化的今天，機器的使用則提高了淀粉糊化的效率，包括熱滾法、噴霧法、擠壓膨化、脈沖噴汽和微波法。熱滾法是利用滾筒干燥機，分為配漿、糊化、稠化和干燥四步;噴霧法是在連續(xù)的噴射蒸煮器中，用高壓蒸汽同淀粉乳混合糊化，然后快速干燥;脈沖噴氣法是用頻率為250/S的脈沖噴氣燃氣機將含水35%的淀粉霧化、糊化和干燥;微波法是用微波將淀粉糊化，干燥，然后經(jīng)過粉碎得產(chǎn)品。擠壓膨化法最為常見，下面重點介紹。見表5。
　　表4 化合物對淀粉糊化溫度的影響

化合物（%）	糊化溫度（℃）
NaOH 0.2	56-60
0.3	49-65
NaCL 1.5	68-73
3.0	70-79
6.0	75-83
Na2CO3 5.0	64-75
10.0	67-76
20.0	78-87
30.0	92-103
蔗糖 5.0	61-72
10.0	60-74
20.0	65-78
30.0	70-81
40.0	72-85
50.0	76-91
60.0	84-97

　　2.1 擠壓膨化法
　　擠壓膨化法是利用螺旋擠壓機使淀粉糊化，再由小孔以爆發(fā)式噴出，干燥得產(chǎn)品。淀粉經(jīng)過膨化后，其淀粉結構發(fā)生變化，表現(xiàn)在支鏈淀粉和直鏈淀粉的比例發(fā)生了變化，其總淀粉含量降低(淀粉糊精化)，同時其支鏈淀粉含量也降低，而直鏈淀粉含量卻增加。最常見的就是玉米的擠壓膨化。
　　當玉米粉與蒸汽和水混合時，淀粉顆粒開始吸水膨脹，通過膨化腔時，迅速升高的溫度及螺旋葉片的揉搓使淀粉顆粒加速吸水，晶體結構開始解體，氫鍵斷裂，膨脹的淀粉粒開始破裂，變成一種粘稠的熔融體，在膨化機出口處由于瞬間的壓力驟降，蒸汽(水分)瞬間散失使大量的膨脹淀粉粒崩解，淀粉糊化。高溫、高壓及機械剪切使擠壓膨化比其它加工方式產(chǎn)生的淀粉糊化更徹底，一般糊化度可達80%～100%，與常規(guī)的煮熟工藝相比，能使植物細胞壁破裂，淀粉鏈更短，從而更有效地提高消化率。但是值得注意的是：完全糊化后的淀粉，若在80～120℃高溫下迅速脫水干燥，則可以防止其分子長鏈間有太多機會產(chǎn)生新的氫鍵結合，防止糊化的淀粉老化。但是完全糊化的淀粉還是會有小部分發(fā)生老化現(xiàn)象。例如饅頭和面包中分別含有約1%和2%的老化淀粉。
　　影響玉米膨化的因素比較多，主要是水分、膨化溫度、膨化壓差及腔內(nèi)機械剪切力，這也是目前膨化生產(chǎn)中可以控制的幾個因素。玉米擠壓膨化分為干法和濕法兩種。所謂濕法是指蒸汽預調(diào)質(zhì)后再膨化，干法是沒有蒸汽預調(diào)質(zhì)，直接膨化。一般地，濕法生產(chǎn)比干法生產(chǎn)效率高，但需要蒸汽鍋爐，投資要比干法大一些。
　　表5 生玉米與不同加工方式對淀粉糊化度(%)的影響

項目	生玉米	烘烤	爆裂	蒸汽壓片	擠壓膨化	制粒	膨脹
糊化度	28.57	30.6	46.1	60-70	80-100	25-40	40-70

　　2.2 蒸汽壓片
　　蒸汽壓片一般是將谷物100―110℃蒸汽調(diào)質(zhì)30―60分鐘，使谷物水分含量達到16%―20%，然后用預熱后的壓輥碾壓成特定密度的谷物片。干法壓扁是使干谷物通過直徑較大的壓輥(>45.7cm)壓成一些小塊(類似于粗粉碎)，堆積密度約為0.52―0.64kg/l。
　　2.3 減緩糊化淀粉的老化
　　對已經(jīng)糊化的淀粉采取措施防止或延緩老化，間接提高淀粉的消化率。一般可采取低水分含量，進行瞬時脫水干燥，以及添加油脂、蔗糖、乳化劑等方法來控制淀粉的老化速度。單苷酯可與直鏈淀粉形成復合物減少抗性淀粉RS3的含量，磷脂、油酸和大豆油等都會使抗性淀粉RS3含量降低，馬鈴薯直鏈淀粉與油酸的復合物抗消化性非常高，但在馬鈴薯直鏈淀粉中同時加入油酸和十二烷基磺酸鈉，則又會使抗性淀粉RS3的含量降低。
　　四、淀粉的消化吸收
　　1、豬
　　小豬剛出生時，α-淀粉酶活性很低，4周齡后則增長很快。相比較，唾液α-淀粉酶活性在新生豬和成年豬中都很低。而且唾液α-淀粉酶在酸性條件下不穩(wěn)定，在胃中可被快速降解。所以唾液α-淀粉酶對淀粉的降解作用并不顯著。安裝豬回腸瘺管的絕大多數(shù)研究表明當食糜到達小腸末段時大多數(shù)淀粉已經(jīng)被吸收。
　　2、雞和鴨
　　雞唾液和胃內(nèi)含較少淀粉酶，淀粉到達小腸之前是沒有發(fā)生酶解的。嗉囊黏液的軟化、腺胃的混合、肌胃的磨碎，使得淀粉進入小腸后能與淀粉酶更好地接觸而被消化，抗性淀粉則進入大腸發(fā)酵。小腸是淀粉進行消化和吸收的主要場所。小腸明顯的逆蠕動常使食糜往返于腸段之間，甚至逆流入肌胃。在α- 淀粉酶(空腸處活性最強)的作用下，直鏈淀粉被逐漸降解為麥芽糖、麥芽三糖;支鏈淀粉被逐漸降解為麥芽糖、麥芽三糖和α-糊精。小腸表面刷狀緣釋放的異麥芽糖酶進一步降解α-糊精中的α-1,6糖苷鍵。這些二糖然后經(jīng)寡糖酶徹底分解為單糖，最終轉(zhuǎn)化為葡萄糖，由腸壁吸收進入血液而參與體內(nèi)中間代謝。
　　鴨與雞類似。
　　3、反芻動物
　　淀粉在反芻動物中的應用研究較多。淀粉在瘤胃內(nèi)大部分被微生物發(fā)酵為揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，一部分VFA作為碳架，被整合為微生物蛋白;另一部分VFA經(jīng)瘤胃吸收進入血液參與代謝。未被瘤胃降解的淀粉直接進入皺胃和小腸(過瘤胃淀粉)，在消化酶的作用下分解為葡萄糖后被吸收利用。小腸中未被消化吸收的淀粉和葡萄糖，在進入到大腸后又被微生物發(fā)酵,部分吸收后，排出體外。
　　關于處理后淀粉消化降解的研究，結果不盡一致。Goelema(1999)認為：膨化處理時的剪切力造成顆粒變小，而顆粒大小與淀粉凝膠化、瘤胃內(nèi)蛋白質(zhì)和淀粉的降解率呈負相關。Peisker(1993)報道，給奶牛飼喂膨化飼料比飼喂未膨化飼料產(chǎn)奶量提高。但有相反的結論，Arieli等(1995)研究認為膨化處理導致淀粉在瘤胃的降解率減少。也有人發(fā)現(xiàn)，用蒸汽壓片處理玉米時，提高淀粉消化率的效果要比細粉碎處理好，但出現(xiàn)了瘤胃pH值和纖維素消化率降低的現(xiàn)象，盡管提高了產(chǎn)奶量，但乳脂率有所下降。
　　4、人
　　人的淀粉消化吸收的研究，目前主要集中于抗性淀粉。Cairns P(1998)，趙凱等(2002)和王萍(1999)報道抗性淀粉對糖尿病患者具有較少的胰島素反應，能降低糖尿病患者飯后的血糖值，尤其對于非胰島素依賴型病人，經(jīng)攝食抗性淀粉，可延緩餐后血糖上升，將有效控制糖尿病病情。Baghurst(1996)認為抗性淀粉還可以增加糞便體積，對于便秘、肛門直腸疾病等癥狀有良好的預防效果。此外隨糞便體積增加，還可將腸道中有毒物質(zhì)稀釋以防癌癥疾病的發(fā)生。Marlett等(1996)研究發(fā)現(xiàn)抗性淀粉在人體腸道內(nèi)微生物作用下，還可產(chǎn)生短鏈脂肪酸代謝物，降低結腸pH值，減少腸道運送排泄物的時間，增加排便量等。此外抗性淀粉也被推薦為減肥食品。抗性淀粉對體重的控制來自兩方面：Ranhotra (1996)認為是增加脂肪排除，減少能量攝入，減少肥胖的發(fā)生;De Deckere(1993)認為是抗性淀粉本身所含熱量遠低于淀粉的能量值。
　　參考文獻略
　

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