3.4　抗性淀粉的生产方法

谷物、豆类、水果等食物中存在的天然抗性淀粉的含量都比较少，通过普通提取的方法得到的含量难以满足市场需求。因此，越来越多的研究者致力于通过一些物理、化学方法来提高抗性淀粉的产率，实现抗性淀粉的工业化生产。

淀粉分子结晶区受到物理、化学或酶处理后可使大部分氢键断裂、原有结晶结构被破坏、双螺旋结构展开和解离，产生更高比例直链淀粉；在冷却老化过程中，游离直链淀粉重新形成新的结晶结构。根据这种变化，可采用不同方法制备抗性淀粉；目前，主要有以下几种制备方法。

3.4.1　热处理法

按照热处理温度和淀粉乳水分含量的不同，淀粉的热液处理可以分为以下5类：①湿热处理（heat-moisture treatment，HMT），是指淀粉在低水分含量下经热处理加工的过程，其含水量小于35%，温度较高，一般为80～160℃。②韧化处理又称退火处理（annealing，ANN），是指淀粉含水量大于40%，温度设定在淀粉糊化温度以下的热处理过程。③压热处理（autoclaving），是指淀粉含水量大于40%，溶液在一定温度和压力下进行处理的过程。④减压处理是指在短时间内能够进行大批量的处理，没有糊化的淀粉颗粒，热稳定性高，工业生产非常有潜力。⑤超高压处理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型结晶，但是此处理不能导致分子量的降低。此处理淀粉颗粒糊化，但保持其颗粒结构，不发生溶出现象。不同的处理条件对抗性淀粉的形成和得率具有不同的影响。在温度、压力或过量水分含量的条件下，淀粉颗粒充分糊化，不同淀粉分子之间的直链淀粉通过氢键相互缔合，从而有利于抗性淀粉的产生。

研究压热法、湿热法、韧化法对大米粉及其抗性淀粉成分微观结构、结晶学和热力学性质的影响时，结果表明经压热处理的大米粉及其抗性淀粉晶型由A型转变为B型，晶体和热稳定性均提高；湿热处理对大米粉结晶学和热力学性质有一定影响，但对抗性淀粉的结晶学和热力学性质影响不大；韧化处理对大米粉及抗性淀粉结晶和热力学性质影响不大。

（1）压热处理法。压热处理法是目前制备抗性淀粉最常用的方法之一，将淀粉和水混合，经高温、高压处理、冷却烘干等方法将淀粉充分糊化、老化，使淀粉由A型晶体转变为B型晶体，得到抗性淀粉。淀粉经高压蒸汽处理后变成糊状，颗粒淀粉全部分解，再对淀粉进行回生处理，直链淀粉分子间通过氢键形成稳定的双螺旋结构。根据淀粉乳浓度、处理温度及时间不同，抗性淀粉的得率有较大的差异。而且不同原料其影响抗性淀粉得率的因素重要性不同。

用小麦淀粉压热制备抗性淀粉时，影响因素主次为：压热温度>淀粉乳浓度>放置时间>压热时间；利用紫山药淀粉为原料时，影响抗性淀粉得率最重要的因素是淀粉乳浓度。研究还发现，淀粉回生循环可显著提高抗性淀粉的含量，香蕉淀粉在121℃高压热蒸汽条件下处理1h，在4℃的条件下储存24h，进行三次循环之后，抗性淀粉的含量从1.5%增加到16%。研究热蒸汽对抗性淀粉形成影响时，发现压热处理可导致淀粉颗粒完全破裂，使直链淀粉更易形成氢键，明显提高抗性淀粉含量。用压热-冷却循环法提取高直链玉米淀粉中的抗性淀粉，抗性淀粉得率可达39%。

（2）湿热处理法。湿热处理作为物理制备抗性淀粉的一种方法，由于在处理过程中仅涉及水和热，既不会污染环境，又使得产品有较好的安全性，因此湿热处理淀粉是一种环保绿色的制备手段。湿热处理通过破坏晶体结构及解离非晶区的双螺旋结构，来促进聚合物链的相互作用，有利于淀粉在老化过程中的重排。这一过程受到淀粉来源、温度、水分含量及时间等处理条件的影响。已经发现淀粉结构和湿热处理性质的变化随着淀粉来源而变化，例如块茎淀粉已被证明比豆类或谷类淀粉对湿热处理更敏感。

湿热处理制备大米抗性淀粉时，在100℃条件下处理16h，大米淀粉起始糊化温度与水分含量呈现正相关关系，而糊化焓与水分含量呈现负相关关系。有研究表明在处理前有选择地进行水解有利于提高RS3得率，一般采用酸解法或热解法对原淀粉进行处理。采用酸解-湿热处理法制备甘薯及山药RS3时，分析实验结果发现，酸解-湿热处理较湿热处理可得到更高的抗性淀粉得率，且两者结构之间存在显著性差异。

3.4.2　脱支法

脱支法是将淀粉水解、切割产生长度均一的脱支分子片段，再通过分子间的相互缔合作用形成稳定的结构。

（1）酶处理法

酶处理法是指淀粉经糊化后，加入脱支酶处理，在酶解产物中产生更多游离直链淀粉，直链淀粉分子在冷却老化过程中重新缠绕成新的结晶体，增加抗性淀粉含量。

常用的脱支酶有耐高温α-淀粉酶和普鲁兰酶，α-淀粉酶主要水解淀粉的α-1，4-糖苷键，普鲁兰酶是异淀粉酶的一种，它可以水解直链和支链淀粉分子中的α-1，6-糖苷键，且所切α-1，6-糖苷键的两头至少含有2个以上的α-1，4-糖苷键，从而使淀粉的水解产物中含有更多游离的直链分子，在淀粉老化过程中，更多的直链淀粉双螺旋相互缔合，形成高抗性的晶体结构。

在酶法处理过程中，酶用量、温度、酶解时间以及pH对脱支效果具有显著的影响。此外，更多的研究者采用复合酶对淀粉进行处理。Huanxin Zhang等研究酶法制备玉米抗性淀粉，先添加一定量α-淀粉酶，快速降低淀粉黏度，再添加12U/g普鲁兰酶水解玉米淀粉24h，可得58.87%抗性淀粉。赵凯等研究表明，添加α-淀粉酶和普鲁兰酶制备小麦抗性淀粉时，其含量要比压热法和酸法高。采用普鲁兰酶和纤维素酶共同处理玉米淀粉，抗性淀粉的得率高达28.1%。α-淀粉酶、糖化酶和纤维素酶两两联合处理、三种酶共同处理均使马铃薯回生抗性淀粉产率降低；而纤维素酶处理可大大提高马铃薯回生抗性淀粉产率。因此，复合酶中酶的配比以及酶解顺序对抗性淀粉制备也有一定的影响。

（2）酸水解法

酸法脱支也常被用于抗性淀粉的制备，酸解法是指利用盐酸酸解作用处理淀粉使其充分糊化后，冷却至室温，再冷藏回生，脱水干燥后即可制得抗性淀粉。其中盐酸的催化率高达100%，该方法处理后，非晶型部分被水解掉，留下的晶型部分很难被分解，从而提高抗消化率，使抗性淀粉含量增加。

丰凡等研究酸解-水热处理制备荞麦抗性淀粉，可明显提高荞麦抗性淀粉含量。苑会功等采用压热法和酸水解法，分别制备小麦抗性淀粉，发现酸解法制备抗性淀粉较压热法得率高。

（3）挤压法

挤压法是指利用螺旋挤压机挤压作用使淀粉料与螺旋摩擦产生大量热量和剪切作用，造成淀粉分子断裂，其中直链淀粉分子易发生相互作用形成氢键，从而增加抗性淀粉含量。挤压膨化法在制备抗性淀粉的过程中具有成本低、效率高的优点，因此在国外有许多关于挤压膨化法的研究与应用。Jing Wang等利用双螺旋挤压机挤压瓜尔胶淀粉制备抗性淀粉，其含量从6.23%增至14.21%。July等在研究单螺杆挤压芒果淀粉时发现，其抗性淀粉得率明显高于未挤压原料。目前国外采用挤压膨化法工业化生产的产品有美国Novelose系、Fiberstar系、Hi-Maize和英国Crystalean。而在国内，采用挤压膨化法制备抗性淀粉还处于研究阶段，目前还无法进行工业化的生产。

（4）氧化处理

淀粉经化学方法进行氧化处理（次氯酸钠、过氧化氢、高碘酸盐、氧气、臭氧、高锰酸盐等）过程中，淀粉葡萄糖单元中的羟基首先被氧化成羰基，然后继续氧化成羧基，增加的羰基和羧酸对消化酶产生位阻效应，从而提高抗性淀粉含量。研究发现，黑豆淀粉经过臭氧处理后，抗性淀粉含量从36.2%增至44.7%，黑白斑豆RS含量从41%增至44.6%。以玉米淀粉为原料，加入6%的NaClO，在pH9.5，35℃的条件下反应30min，抗性淀粉的含量从11.7%增至35.1%。此外，通过电离辐射产生的自由基对淀粉不断地进行氧化，增加淀粉中羰基的含量，能够提高抗性淀粉的含量。对马铃薯和白豆进行辐照处理，马铃薯抗性淀粉含量从84.1%提高到86.0%，白豆抗性淀粉含量从56.3%增至65.9%。辐照剂量及辐照剂量率对抗性淀粉得率的影响较大，利用60Co对样品进行辐照，辐照剂量一般为每小时0.4～10kGy。与其他化学制备方法相比，辐照处理具有无残留物污染、耗时短的优点，近年来受到越来越多的关注。

（5）微波膨胀法

微波膨胀法是利用微波辐射打断淀粉中的分子间氢键，淀粉在糊化的同时产生膨化效应，多孔网状结构明显，增加酶与淀粉的接触面积，有利于酶解作用，形成更多的小直链。冷却老化过程中，分子间氢键重新形成，直链淀粉通过缔结作用形成抗性淀粉结晶。微波法处理淀粉在相对较低的温度下所需的时间比湿热处理短。微波处理受淀粉的加热温度以及水分含量的影响，尤其是水分与升温速度显著相关。当水分含量较低时，升温速度非常快；当水分含量较高时，升温却不显著。

近几年，微波法和微波酶法联用技术制备抗性淀粉得到广泛应用。郝征红等用超微粉碎-微波联用技术制备绿豆抗性淀粉，抗性淀粉得率32.80%。朱木林等用微波-酶法制备甘薯抗性淀粉，淀粉质量分数11%，微波时间300s，微波功率800W，普鲁兰酶添加量为78 ASPU/g（淀粉干基），脱支处理时间24h。在该试验条件下，抗性淀粉得率最高值31.25%。Aparicio-Saguilán等通过高压灭菌从香蕉淀粉中制得抗性淀粉。微波法制备抗性淀粉是常用的方法，大大提高了抗性淀粉的得率，值得推广应用。随着新技术的不断发展，抗性淀粉的制备方法将朝着方便、高效和低能耗的方向发展。

（6）超声波法

超声波可引发聚合物的降解，一方面是由于超声波加速了溶剂分子与聚合物分子之间的摩擦，从而引起C—C键裂解；另一方面是由超声波的空化效应所产生的高温高压环境导致了链的断裂。与其他降解法相比，超声波降解所得的降解物的分子量分布窄小、纯度高。