马铃薯淀粉消化性能研究进展
不同高压处理下薯类食物消化特性研究进展
收稿日期:20230310基金项目:辽宁省社会科学规划基金办公室基金项目(L 20B J Y 018)㊂作者简介:王东伟(1965 ),女,辽宁昌图人,沈阳师范大学副教授,硕士;通信作者:杨宏黎(1982 ),女,山西霍州人,沈阳师范大学讲师,博士㊂第41卷 第6期2023年 12月沈阳师范大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g N o r m a lU n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n )V o l .41N o .6D e c .2023文章编号:16735862(2023)06054206不同高压处理下薯类食物消化特性研究进展王东伟1,董生忠2,杨玉霞1,修文依1,刘佳丽1,杨宏黎1(1.沈阳师范大学粮食学院,沈阳 110034;2.沈阳师范大学实验教学中心,沈阳 110034)摘 要:挤压膨化技术㊁超高压处理技术㊁高压湿热处理技术㊁高压均质技术作为物理改性技术,已广泛应用于食品物料改性研究中㊂综述了近年来国内外关于不同高压处理技术在薯类食物消化特性中的研究与应用㊂通过对比分析,探究不同高压处理条件对薯类食物消化特性的影响㊂挤压膨化技术处理后的物料适口性好,但会损失物料中的游离氨基酸和维生素;超高压处理技术作为非热物理改性技术,改性效果较好,但设备较为昂贵,产品后期贮藏条件较为严格;高压湿热处理技术操作相对简便,在高压湿热条件下有利于抗性淀粉生成,改性效果较好,应用较为广泛;高压均质技术因缺乏对薯类相关研究作为理论支撑,目前无法充分证明其对薯类消化特性的影响,但该技术应用于其他物料时呈现了良好的降低淀粉水解率的效果,物料中抗性淀粉含量增加,这为高压均质技术改性物料奠定了理论基础,也为今后的研究提供了思路㊂关 键 词:薯类;挤压技术;超高压;高压湿热;高压均质;消化特性中图分类号:T S 215 文献标志码:Ad o i :10.3969/j .i s s n .16735862.2023.06.010Re s e a r c h p r o g r e s so nd i g e s t i v ec h a r a c t e r i s t i c sof p o t a t ou n d e r d i f f e r e n t p r e s s u r e t r e a t m e n t c o n d i t i o n sWA N G D o n g w e i 1,D O N G S h e n g z h o n g 2,Y A N G Y u x i a 1,X I U W e n y i 1,L I U J i a l i 1,Y A N G H o n g l i 1(1.C o l l e g e o f G r a i n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,S h e n y a n g N o r m a l U n i v e r s i t y ,S h e n y a n g 110034,C h i n a ;2.E x p e r i m e n t a lT e a c h i n g C e n t e r ,S h e n y a n g N o r m a lU n i v e r s i t y ,S h e n y a n g 110034,C h i n a )A b s t r a c t :E x t r u s i o nt e c h n o l o g y ,u l t r a -h i g h p r e s s u r et r e a t m e n tt e c h n o l o g y ,h i g h p r e s s u r e w e t h e a tt r e a t m e n tt e c h n o l o g y ,h i g h p r e s s u r e h o m o g e n i z a t i o n t e c h n o l o g y a s p h y s i c a l m o d i f i c a t i o n t e c h n o l o g i e s ,h a v eb e e n w i d e l y u s e di nf o o d m a t e r i a l m o d i f i c a t i o nr e s e a r c h .I nt h i s p a p e r ,t h e r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f d i f f e r e n t h i g h -p r e s s u r e t r e a t m e n t t e c h n i q u e s o n t h e d i g e s t i v e c h a r a c t e r i s t i c s o f p o t a t o f o o d s a t h o m e a n d a b r o a d i n r e c e n t y e a r sw e r e r e v i e w e d ,a n d t h e i n f l u e n c eo f d i f f e r e n t h i g h -p r e s s u r e t r e a t m e n t c o n d i t i o n so nt h ed i g e s t i v ec h a r a c t e r i s t i c so f p o t a t o f o o d sw a s e x p l o r e dt h r o u g hc o m p a r a t i v ea n a l y s i s .T h e m a t e r i a lt r e a t e d b y e x t r u s i o nt e c h n o l o g y h a s g o o d p a l a t a b i l i t y ,b u ti t w i l ll o s ef r e ea m i n oa c i d sa n dv i t a m i n si nt h e m a t e r i a l ;A san o n -t h e r m a l p h y s i c a lm o d i f i c a t i o n t e c h n o l o g y ,t h em o d i f i c a t i o n e f f e c t o f u l t r a -h i g h p r e s s u r e t e c h n o l o g y i s b e t t e r ,b u t t h e e q u i p m e n t i sm o r e e x p e n s i v ea n dt h e s t o r a g e c o n d i t i o n so f p r o d u c t sa r em o r e s t r i c t .H i g h p r e s s u r ew e t h e a t t r e a t m e n t t e c h n o l o g y i sr e l a t i v e l y s i m p l e t oo p e r a t e ,a n di t i sc o n d u c i v et ot h e f o r m a t i o no f r e s i s t a n t s t a r c hu n d e r h i g h p r e s s u r ew e t h e a t c o n d i t i o n ,a n d t h em o d i f i c a t i o ne f f e c t i s g o o d ,a n d i t i sw i d e l y u s e d .D u e t o t h e l a c ko f r e l e v a n t r e s e a r c h e s o n t u b e r s a s t h e o r e t i c a l s u p po r t ,t h ei n f l u e n c eo fh i g h -p r e s s u r eh o m o g e n i z a t i o nt e c h n o l o g y o nt h ed i g e s t i b i l i t y c h a r a c t e r i s t i c so f t u b e r s c a n n o tb ef u l l yp r o v e da t p r e s e n t .H o w e v e r ,w h e ni t i sa p p l i e dt oo t h e r m a t e r i a l s ,t h e t e c h n o l o g y s h o w s a g o o de f f e c t o f r e d u c i n g t h eh y d r o l y s i s r a t eo f s t a r c ha n d i n c r e a s i n g t h e c o n t e n t o f r e s i s t a n ts t a r c hi nt h e m a t e r i a l s ,w h i c hl a i dat h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rt h e m o d i f i c a t i o no f m a t e r i a l sb y h i g h -p r e s s u r e h o m o g e n i z a t i o nt e c h n o l o g y a n d a l s o p r o v i d es o m ei d e a sf o rf u t u r e r e s e a r c h .K e y w o r d s :p o t a t o ;e x t r u s i o n t e c h n o l o g y ;u l t r a -h i g h p r e s s u r e ;h i g h p r e s s u r e h e a t a n dh u m i d i t y ;h i g h p r e s s u r eh o m o g e n i z a t i o n ;d i g e s t i v e c h a r a c t e r i s t i c s 近年来,随着人们对食品营养㊁合理膳食的重视,薯类逐渐为人们所关注㊂薯类作物富含多种人体所需元素,营养价值颇高[1]㊂甘薯中的蛋白质成分和普通水稻中的蛋白质成分接近,有很高的营养价值,甘薯中的淀粉也更易于被身体的消化系统吸取[2];红薯中的烟酸㊁胡萝卜素及钾㊁钙等矿物质元素浓度都较高,而且膳食纤维浓度也较高[3];紫薯的营养元素也比较齐全,不但具有一般红薯中的无机盐㊁糖㊁蛋白质等,而且还含有许多微量元素,其中有 抗癌大王 之称的 硒 的浓度最高[4];马铃薯具有一般粮食所缺乏的赖氨酸和色氨酸,并且马铃薯中还含有较高含量的抗坏血酸[5]㊂我国科学家目前已在马铃薯的种植栽培㊁生产利用和营养价值等领域取得大量科研成果㊂薯类中富含的优质纤维素和抗性淀粉不但可加快胃肠蠕动,还可延缓人体对淀粉的消化吸收,薯类从而成为控制主食食品升糖指数的关键作物[611]㊂1 薯类中的抗性淀粉及其与消化特性的关系在抗性淀粉的功能特性研究中,多项研究表明,抗性淀粉具有降低血糖和血脂的作用,对预防糖尿病也有一定的作用[12]㊂淀粉食品的升糖指数主要与淀粉颗粒的种类㊁水分浓度㊁糊化程度和生产环境等影响因素有关[13],同时上述影响因素还与抗性淀粉的产生有重要联系㊂富含抗性淀粉的食品不易被消化,能够调节血糖水平㊁降低胰岛素反应并利用储存的脂肪[14]㊂薯类所含淀粉中的抗性淀粉比例较高,由于其能量较小,而且对多种营养蛋白质的分解代谢有抗性,所以在人体中消化吸收缓慢,有助于保持血糖平衡,从而降低饥饿感,并减少血液中的胆固醇和甘油三酯的含量[15]㊂2 体外消化模型在薯类食物中的应用2.1 体外消化模型在测定薯类淀粉水解率中的应用抗性淀粉(r e s i s t a n t s t a r c h ,R S)是降血糖食物的重要成分,详细精确地计算食物中抗性淀粉的浓度极其重要㊂按照检测环境R S 的测定方法可划分为体内检测与体外检测㊂其中,体外检测方法按照实验要求划分为实验室方法和体外模型方法㊂实验室方法中又根据其所用的酶和酵解条件的不同划分为E n g l y s t 法㊁G o n i 法㊁B e r r y 法等㊂有关专家也做了仔细的对比,指出G o n i 法的检测条件比较贴近机体的消化吸收条件㊂表1为各评级法酶解条件的差异比较结果[1617]㊂表1 R S 测定方法使用酶及酶解条件对比T a b l e1 C o m p a r i s o no f e n z y m ea n de n z y m a t i c h y d r o l ys i s c o n d i t i o n s f o rR Sd e t e r m i n a t i o n E n g l ys l B e r r y B j o r c k G o n i水解非抗性淀粉p H=4.8,猪胰α-淀粉酶,普鲁酶,42ħ,16h p H=5.2,α-淀粉酶,普鲁兰酶,淀粉分解酶,42ħ,16h p H =4.8,耐热型α-淀粉酶,42ħ,16h p H =1.5,胃蛋白酶,40ħ,60m i n ,p H=6.9,α-淀粉酶,37ħ,16h 水解抗性淀粉p H=4.5,淀粉葡萄糖苷(AMG ),65ħ,60m i n p H=4.5,淀粉葡萄糖苷酶(AMG ),65ħ,60m i n p H =4.75,AMG ,60ħ,30m i n p H=4.5,淀粉葡萄糖苷酶(AMG ),65ħ,60m i n 2.2 体外消化模型在薯类蛋白质中的应用蛋白质体外消化模型一般以蛋白质的消化吸收率为重要参考,蛋白质的消化吸收率指食品中蛋白质被消化系统吸收的部分与总蛋白质数量之间的比例,是判断蛋白质营养的最重要指标[18]㊂消化吸收345 第6期 王东伟,等:不同高压处理下薯类食物消化特性研究进展445沈阳师范大学学报(自然科学版)第41卷率高的蛋白质在被消化或吸收后可以形成更高的氨基酸,从而具有更高的食品营养价值㊂近几年来,不同类型的蛋白质已被广泛用作体外消化模型的基础,其中常用的有大豆蛋白[19]㊁乳制品蛋白[20]和蛋清蛋白[21]等㊂但是对于人体的消化系统的复杂情况来说,多酶共同作用相比于单酶更加符合人体内的消化系统情况[22]㊂P r a n d i等[23]在对各种消化吸收酶系统开展深入研究时,对比了2种消化吸收酶系统(单纯酶消化体系和多酶消化体系)对薯类蛋白体外消化率的差异㊂科学研究还证实,通过模拟各种酶对蛋白质的消化吸收更有利于模拟蛋白质在胃肠道内的消化吸收情况㊂表2为各种体外消化吸收模型的优缺点㊂表2体外消化模型的优缺点T a b l e2A d v a n t a g e s a n dd i s a d v a n t a g e s o f i n v i t r od i g e s t i o nm o d e l s体外消化模型优点缺点单酶一步消化法[21]操作简便,耗时少酶相对单一,消化不充分胃蛋白酶-肠液一步消化法[22]较好地模拟人体的消化环境易受条件影响,操作难度大,实验重现性低胃-肠两步消化法[23]实验重现性较好耗时长,操作较复杂单酶作用[2425]简单易操作,模型更标准化消化率较低多酶体系[2627]接近实际情况,实用性较好考虑因素较多,没有单酶作用标准3不同高压处理方式对薯类食物消化特性的影响3.1挤压技术及其对薯类食物消化特性的影响挤压处理(挤压膨化)是将食品材料放在高温㊁高压的环境中,突然释放能量至常温常压,从而引起材料结构与性能的改变过程[28]㊂经升温㊁高压,淀粉粒子中大分子间氢键弱化,导致变性淀粉粒子部分解散,产生网纹组织,黏度增加,进而发生糊化㊂将压榨技术运用到抗性淀粉生产预处理过程时,由于在抗性淀粉生产处理过程中压榨技术具有预糊化功能,从而增加了变性淀粉糊化的可能性㊂只有使淀粉完全糊化,才能使淀粉酶与普鲁兰淀粉酶对其充分利用,生成必然长度的直链淀粉分子,通过调整蛋白酶的利用条件,进而增加抗性淀粉得率㊂挤压技术是指利用高压㊁髙温或高剪切作用,导致连接在化纤分子物质内部的化学键破裂,从而改变了分子结构的极性并且使分子剪切,使化纤内物料被完全的微粒化,也因此增加了物料与水分子间弥散的接触面积,从而增加了亲水性,减少了不可溶性的膳食纤维比例,从而增加了可溶性膳食纤维的浓度[29]㊂这一技术不仅改善了纤维物料的口感,而且也增强了物料的溶解性㊂水溶性膳食纤维可以有效控制葡萄糖被消化吸收时血糖的增加㊂挤压方法可提高制品的适口度,且成本低,但仍具有无法溶解物质㊁分解营养物质的缺点㊂倪文霞[30]通过比较纤维素酶和压榨工艺技术对红薯渣的改性,使酵解渣和压榨技术渣广泛地应用于生产面食和饼干,从而提高了面食和饼干中的膳食纤维的浓度㊂科学研究结果显示,红薯渣在经挤压技术的改良后,水溶性膳食纤维浓度显著提高,含量为19.23%㊂莎日娜[29]以马铃薯渣为原材料,分别探讨了纤维素酶和挤压处理方法对马铃薯膳食纤维的作用,实验结果显示,2种改性方式处理的马铃薯渣水溶性膳食纤维浓度均增加,而以挤压处理方式增加的水溶性膳食纤维浓度则高于以纤维素酶的处理㊂3.2超高压技术及其对薯类食物消化特性的影响超高压(h i g hh y d r o s t a t i c p r e s s u r e,HH P)处理工艺是通过100M P a的电压,在常温或更低工作温度下对食物进行杀菌㊁物料改性及使食物发生生化反应等[31]的一种食物处理方法㊂超高压处理有结构均匀㊁运行稳定㊁费用较低等优点㊂淀粉经过超高压处理后,A型结晶受到高压影响,双螺旋部分重新聚集,部分变成了B型,所以和高温下糊化淀粉一样,经过超高压处理的淀粉显示出了不同的糊化程度和胶状特性,有一些淀粉在未产生糊化的情况下,由于淀粉颗粒仍保持了原有的分子结构,增加了R S 的含量[32]㊂超高压技术增加了货架期,保持了食物原有的风味和营养价值,提高了产品的价值㊂但该技术所应用的设备相对昂贵,而且大多数改造后的产品需要在冷冻的条件下贮存和运送;该技术也不适合面制品带有巨大气泡的产品㊂由于超高压技术需要将水当作压力传递介质,所以带有泡沫的产品也不适合㊂R a a d [33]研究了在超高压和酶解条件下马铃薯淀粉分子结构和生物化特征的变化,研究发现,在600M P a 以下,马铃薯淀粉等B 型淀粉是最耐高压的㊂超高压下α-淀粉酶处理可以同时改变R S 的结晶结构和理化性质,但改变程度受酶浓度和压力水平的影响㊂薛路舟[34]研究证实,通过超高压加工可使蛋白质分子的内部结构完全变化或使蛋白质分子内部结构的二㊁三㊁四级结构变化,在500M P a 下时,一级结构并没有发生改变㊂超高压处理过程也能够明显地影响淀粉的糊化程度㊂S u n 等[35]发现,随着加热温度和加热时间的增加,甘薯蛋白体外消化率显著增高,HH P 处理时压强的改变对消化率的影响较小或没有影响㊂HH P 处理增加了甘薯蛋白二次构成中β-折叠浓度,无规卷曲浓度明显减少㊂研究表明,甘薯蛋白结构的变化可能是影响甘薯蛋白体外消化率的主要原因,且热处理对甘薯蛋白的影响更为明显㊂3.3 高压湿热技术及其对薯类食物消化特性的影响压热处理(高压湿热处理)是在一定温度和压力条件下,对含水分量高于40%的淀粉溶液进行处理㊂在一般情况下,高温㊁高压和高含湿度条件有利于抗性淀粉的形成㊂这主要是由于在淀粉糊化充分后,直链淀粉的氢键断裂,发生凝沉所致㊂在高压高热影响下,部分不溶性膳食纤维转变为可溶性膳食纤维,可溶性膳食纤维吸收膨胀,形成高黏度的水溶胶或凝胶[36],葡萄糖的扩散速率减小,α-淀粉酶的活性也得到有效控制[3738]㊂压热技术常被用来做灭菌处理,其操作简便,且大量研究证明将其应用于物料改性后,改性效果良好㊂闫巧珍[39]应用体外消化法,探讨了物理处理方法对马铃薯全粉理化特性和消化吸收功能的影响,实验结果表明,经湿热处理的马铃薯全粉结晶性㊁可溶性㊁R S 和S D S (s l o w l y d i ge s t i b l e s t a r c h )浓度均有增加,而还原糖和R D S (r a p i d l y d i ge s t i b l e s t a r c h )的浓度则减少㊂当水分浓度约为30%时,溶解度㊁还原糖和R S 浓度均变大㊂在100ħ时,R D S 浓度最低,而R S 浓度最大㊂O n y a n g o 等[40]研究了在压热酸解法制备木薯的R S 过程中储藏时间及储藏温度对R S 3形成的影响㊂结果表明,当不加酸处理,压热时间为15m i n 时,以及加酸处理,压热时间为45m i n 时,R S 3得率最大;同时,在水环境压热条件下,R S 3晶体熔融的温度为158~175ħ,加酸处理则热转换不明显㊂W i t t a w a t 等[41]研究了湿热处理后蜡质淀粉和普通淀粉的微观结构和物理化学特性㊂在100ħ,水含量为25%的条件下,将玉米㊁大米和马铃薯淀粉样品处理16h ,结果发现只有大米淀粉表面胶化,蜡质马铃薯淀粉晶型发生由B 型到C 型的转变,在黏度变化方面,普通淀粉比蜡质淀粉明显,而糊化温度则恰好相反㊂3.4 高压均质技术及其对薯类食物消化特性的影响高压均质技术是一种以流体力学和超高压理论为基础的迅速㊁有效的动态高压处理技术[42]㊂其在几秒内就能形成超过200M P a 的压强,且处理时限极短,能进行连续性作业[43]㊂高压或均质作用中发生的剧烈的切割㊁冲击㊁震动,以及气穴效应导致了淀粉的分子结构被打破,淀粉的分子链断裂,淀粉分子结构也发生了变化,从而导致了淀粉的理化特性发生改变㊂因此,高压均质会引起淀粉的持水力㊁溶解度和膨胀度提高,并降低淀粉的黏度㊁糊化温度及糊化热焓值,改善淀粉的凝沉性和冻融稳定性[44]㊂高压均质机对材料的细化作用很强,其细化机理是依靠材料的作用,因为材料的发热量小,所以可维持材料的性质基本不变,但能耗高㊁易磨损且不易维护㊂高压均质技术目前多用于小麦㊁稻米等主粮作物,鲜有学者将其应用于薯类㊂孟爽[45]利用高压均质稳定技术成功生产了玉米淀粉类脂复合物,实验结果显示,动态高压均质固定技术改善了玉米淀粉分子,支链淀粉中的α-1,6-糖苷键被破坏,进而使得淀粉分子量减少和直链淀粉数量提高,经高压均质处理后的玉米淀粉亚麻酸复合抗消化性能增加㊂刘誉繁[46]采用高压均质固定工艺对水稻淀粉进行了物理修饰,并利用现代方法系统地研究了高压均质固定压力和均质次数对水稻淀粉链组织结构和聚态功能及其消化特性的影响,研究结果表明,水稻淀粉的R D S 数量下降,而R S 数量则上升㊂在高压均质稳定过程中,玉米淀粉分子链一方面因为受剪切力的影响而出现破裂,产生了分子量相对较小的微粒分子,玉米淀粉原有结构,包括与氢键作用结合形式㊁结构㊁双钉状结构和有序性结构均遭到了破坏,向不定型结构转化;另一方面,在剪切力的影响下分子链出现了取向的重新排列,通过氢键的作用产生了单螺旋结构㊁双螺旋结构等更近距离的新结构,或通过缠绕与聚集排列形成致密的微区结构域,从而降低545 第6期 王东伟,等:不同高压处理下薯类食物消化特性研究进展645沈阳师范大学学报(自然科学版)第41卷和屏蔽了淀粉酶在淀粉分子中的迁移速率和作用位点,抑制了淀粉的降解速度和程度㊂这也证明了高压均质技术在降低淀粉水解率方面的可行性,为今后将高压均质技术应用于薯类研究奠定了理论基础㊂4总结及展望通过综述不同高压处理对薯类食物消化特性的影响,发现不同的体外模型对薯类消化特性的影响不尽相同,且在不同高压方式处理下对体外消化率的影响也不尽相同㊂挤压技术利用高温和高剪切的作用效应,导致连接纤维蛋白质间的化学键破裂,使水溶性膳食纤维浓度增加,从而改变了薯类的消化特征,该技术可提高产品的适口性,降低生产成本,但同时也存在着产生不易消化吸收的产物㊁破坏营养平衡等不利因素㊂利用超高压处理技术作为非热处理使淀粉的生产过程显示出不同糊化和凝胶材料的特性,其中一些技术可在不产生糊化过程条件下,淀粉最大程度保留其原有颗粒结构并增加R S含量,虽然改性效果较好,但设备价格上相对昂贵㊁生产后期的贮存要求也相对严格㊂高压湿热处理作为物理改性技术改变了淀粉的结构,将淀粉分子链重排,形成的双螺旋结构更加牢固,抗酶解功能也得到提高,从而达到了对淀粉消化特性的调节目的㊂该技术操作简便,且大量研究证明,将其应用于物料改性后改性效果良好㊂高压均质过程中产生的强烈的剪切㊁撞击㊁振荡等作用使淀粉颗粒结构被破坏,淀粉的分子链发生断裂,改变了淀粉结构㊂高压均质机对材料的细化作用较强,可维持材料的性质基本不变,但均质机能耗较高㊁易磨损且不易维护,鉴于国内外目前将高压均质技术应用于薯类的研究较少,日后研究中可针对此项技术对薯类的影响进行更为系统的研究,同时,高压均质技术应用于其他物料时降低淀粉水解率的特性也为今后高压均质技术在薯类消化特性方面的研究提供了理论支撑㊂致谢沈阳师范大学校级大学生创新创业训练计划资助项目(X202310166250)㊂参考文献:[1]侯飞娜.马铃薯全粉营养特性分析及马铃薯小麦复合馒头专用品种筛选研究[D].乌鲁木齐:新疆农业大学, 2015:12.[2]田春宇.甘薯多糖分离纯化及生物活性研究[D].大连:大连理工大学,2011:12.[3]路飞,吴玥曈,郑家荣,等.杂粮馒头的营养价值及加工技术研究进展[J].沈阳师范大学学报(自然科学版),2021, 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马铃薯淀粉研究进展
马铃薯淀粉研究进展
翟玲侠;宋继玲;杨梦平;邢金月;娄树宝;秦猛;刘春生
【期刊名称】《中国瓜菜》
【年(卷),期】2024(37)5
【摘要】淀粉是马铃薯块茎干物质的主要成分,广泛应用在食品、制药、化工等行业领域。
随着中国马铃薯主食战略的推进,马铃薯的产量和品质越来越受到重视,如
何提高马铃薯淀粉的产量和品质也引起越来越多的关注。
概述了马铃薯淀粉的特点、合成与降解途径、主要应用及外部条件和内部因素对淀粉含量的影响,以期为今后
筛选马铃薯高淀粉种质资源及高淀粉育种提供方向和理论依据。
【总页数】6页(P12-17)
【作者】翟玲侠;宋继玲;杨梦平;邢金月;娄树宝;秦猛;刘春生
【作者单位】黑龙江省农业科学院克山分院
【正文语种】中文
【中图分类】S532
【相关文献】
1.盐对马铃薯淀粉及马铃薯淀粉-黄原胶复配体系特性的影响
2.马铃薯淀粉的物理
化学特性研究进展3.马铃薯淀粉凝胶形成及其品质影响因素研究进展4.马铃薯淀
粉改性技术的研究进展5.马铃薯抗性淀粉对T2DM调节作用的研究进展
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马铃薯抗性淀粉的制备及其体外消化性质研究
农产品加工2019年第1期摘要：以马铃薯淀粉为原料制备马铃薯抗性淀粉，并对制备出的马铃薯抗性淀粉进行红外光谱分析，利用人工胃液、人工肠液研究马铃薯抗性淀粉的体外消化性质。
关键词：马铃薯抗性淀粉；红外光谱；益生特性中图分类号：TS235.2文献标志码：A doi ：10.16693/ki.1671-9646（X ）.2019.01.039Preparation and in Vitro Digestibility of Potato Resistant StarchLI Shanshan ，*YANG Ping ，XU Xin ，FAN M in ，LIU Che ，LUO Nan（School of Food Science ，Shenyang Normal University ，Shenyang ，Liaoning 110161，China ）Abstract ：Potato resistant starch was prepared from potato starch ，and analysed by infrared spectra.The digestibility of potato resistant starch in vitro was studied by using artificial gastric juice and artificial intestinal juice.Key words ：potato resistant starch ；infrared spectrum ；probitics马铃薯抗性淀粉的制备及其体外消化性质研究李姗姗，*杨平，徐昕，范敏，刘彻，罗南（沈阳师范大学粮食学院，辽宁沈阳110161）收稿日期：2018-10-11基金项目：创业训练项目（201710166220）。
作者简介：李姗姗（1996—），女，在读本科，研究方向为食品科学与工程。
马铃薯淀粉调研报告
马铃薯淀粉调研报告马铃薯淀粉调研报告（一）1. 背景和目的马铃薯淀粉作为一种常见的食品添加剂和工业原料，在食品、饲料、纺织、造纸等领域有广泛的应用。
本调研报告旨在了解马铃薯淀粉的生产和市场现状，分析其潜在的商业机会和挑战，并提出相关的建议和改进方向。
2. 调研方法本次调研采用了多种方法，包括文献研究、实地考察和市场调查等。
我们收集了相关的统计数据和行业报告，并与专家和从业者进行了深入的访谈，以获取全面的信息和资料。
3. 马铃薯淀粉生产情况通过对国内外马铃薯淀粉生产企业的调研，我们了解到马铃薯淀粉的生产过程主要包括原料处理、粉碎、提取、过滤、脱水和干燥等环节。
目前，国内马铃薯淀粉的主要生产地集中在北方地区，其中以山东和黑龙江省的生产规模最大。
4. 马铃薯淀粉市场现状根据市场调查和数据分析，马铃薯淀粉市场呈现出增长趋势。
其中，食品行业对马铃薯淀粉的需求量占据了主导地位，主要用于制作面点、方便食品和调味品等。
此外，饲料、纺织和造纸等行业对马铃薯淀粉也有一定的需求。
5. 商业机会和挑战在马铃薯淀粉市场中，存在着一些商业机会和挑战。
其中，生产工艺和产品技术的创新是提升竞争力和利润的重要途径。
此外，环保压力和原材料供应的波动也是需要重视的因素。
6. 建议和改进方向基于以上调研结果，我们提出以下建议和改进方向：- 加强技术创新和产品研发，提高产品质量和附加值；- 多样化产品结构，拓展新的应用领域；- 加强环保意识，推动绿色生产和循环利用；- 提高供应链的稳定性和可持续性，降低原材料成本。
通过深入的调研和分析，我们对马铃薯淀粉市场有了更全面的了解，同时也为未来的发展提出了一些建设性的意见和建议。
马铃薯淀粉的研究及应用
马铃薯淀粉的研究及应用摘要:介绍了马铃薯的生产概况、马铃薯淀粉的特性及其在各行业中的应用,展望了我国马铃薯淀粉行业的发展前景。
关键词:马铃薯淀粉；变性淀粉；应用Study on potato starch and its application in the industry Abstract:This article introduced the general situation of potato and potato starch, and the properties of potato starch and its application in the industry. The prospect of potato starch in our country was also foreseen.Keywords: potato starch；denatured potato starch；application马铃薯是一种广为种植的经济作物, 主要生长在北纬35°-50°、光照强、昼夜温差大、气候冷凉的沙质土壤带。
目前全球生产马铃薯的国家有100 多个, 主要分布在亚洲、非洲、欧洲及美洲等地, 中国、俄罗斯、波兰等是马铃薯的主要生产国, 总产约3×108 t（周庆锋，2006）。
2005 年12 月28 日, 联大在结束会期的最后一天通过决议, 宣布2008 年为“国际土豆年”, 以显示马铃薯在世界粮食生产中的重要性。
我国马铃薯种植分为华北、西北、东北、西南四大产区, 种植面积较大的省( 区) 有贵州、内蒙古、云南、甘肃等（李军等，2007）。
我国2005 年马铃薯种植面积488.09×104 hm2, 约占世界种植面积的25% , 单产14.5 t/hm2, 总产量7 086.5×104 t，分别占全世界总产量的19% 和亚洲的70% , 居世界首位。
马铃薯淀粉粒实验报告结论
马铃薯淀粉粒实验报告结论淀粉是马铃薯的主要成分之一，在食品及其他工业领域中有广泛的应用。
目前，对马铃薯淀粉颗粒结构的研究大多基于完整颗粒，对其性质的研究也基本以完整颗粒作为研究对象。
本课题主要从残存颗粒（去除淀粉颗粒外围糊化部分后获得的颗粒内部）入手，测定马铃薯淀粉的性质，分析酶水解作用对颗粒结构的影响;还研究了乙酰化后马铃薯淀粉性质的变化。
这不仅完善了马铃薯淀粉知识体系，而且为提高马铃薯淀粉的经济价值及新产品开发提供了理论基础。
室温下，用4molL的CaCl溶液，对30um~50um的窄分布马铃薯淀粉颗粒进行不同时间的外围糊化，机械搅拌去除外围糊化物，获得质量分别约为原颗粒70%和50%的残存颗粒。
原颗粒及所得70%和50%残存颗粒平均粒径分别为42um、33um 和21um;糊化时间越长，所获得残存颗粒的粒径越小。
扫描电镜观察到残存颗粒表面有明显的片层结构。
直链淀粉含量测定结果表明马铃薯淀粉原颗粒中间层直链淀粉含量高于外层和内层。
X-射线衍射分析显示残存颗粒与原颗粒均为B-型结晶结构，说明马铃薯淀粉颗粒外层、中间层和内层具有相同的结晶类型;同时测得颗粒中间层的相对结晶度最小，这与中间层直链淀粉含量最高的结果一致。
采用差示扫描量热(DSC）法以及快速黏度分析（RVA）法对马铃薯淀粉原颗粒及残存颗粒的糊化温度和黏度性质进行测定。
70%和50%残存颗粒的糊化温度均比原颗粒的高，而峰值黏度均比原颗粒的低。
对淀粉糊的透明度和凝沉性进行测定，结果显示残存颗粒淀粉糊的透明度比原颗粒的低，凝沉速率比原颗粒的大。
这些结果说明马铃薯淀粉颗粒的外层、中间层和内层的直链淀粉和支链淀粉分子结构存在差异。
在25℃下用淀粉酶对马铃薯淀粉原颗粒及残存颗粒进行水解,偏光显微镜和扫描电镜观察酶解后的颗粒显示，原颗粒表面出现了不同程度的侵蚀痕迹:部分颗粒表面被酶侵蚀程度较大，出现了很大的四陷和裂痕；还有部分颗粒内部被酶水解形成了空洞。
马铃薯淀粉颗粒结构及性质的研究的开题报告
马铃薯淀粉颗粒结构及性质的研究的开题报告题目：马铃薯淀粉颗粒结构及性质的研究一、研究背景：近年来，随着食品工业的不断发展，淀粉作为一种重要的食物添加剂被广泛使用。
马铃薯淀粉作为一种优质淀粉在食品工业中应用广泛。
但是，淀粉颗粒的结构和性质对食品品质有着重要的影响，因此对马铃薯淀粉颗粒的结构和性质进行深入研究，对于提高马铃薯淀粉的应用价值和开发潜力具有重要的意义。
二、研究内容：本研究拟从以下三个方面对马铃薯淀粉颗粒进行研究：1. 马铃薯淀粉颗粒的形态学结构研究，包括颗粒大小、形状、表面形态等方面的观察和描述；2. 马铃薯淀粉颗粒化学组成分析研究，主要针对淀粉成分及其他相关成分（如蛋白质、脂质等）的含量和组成进行分析；3. 马铃薯淀粉颗粒物理性质研究，包括淀粉颗粒的糊化温度、吸水性、黏度等性质的测定和分析。
三、研究方法：1. 马铃薯淀粉颗粒的形态学结构研究：采用光学显微镜、扫描电镜等仪器观察颗粒的形态学特征，并通过数字图像处理软件进行图像分析。
2. 马铃薯淀粉颗粒化学组成分析研究：采用化学方法对淀粉中的淀粉成分及其他相关成分进行分离和测定。
3. 马铃薯淀粉颗粒物理性质研究：采用热差示扫描量热法、粘度计等仪器对物理性质进行测定和分析。
四、预期成果：通过对马铃薯淀粉颗粒的结构和性质进行研究，预期可以得出以下结论：1. 马铃薯淀粉颗粒的形态结构和大小分布特征；2. 马铃薯淀粉中淀粉成分及其他相关成分的含量和组成；3. 马铃薯淀粉颗粒的物理性质，如糊化温度、吸水性、黏度等特征。
五、研究意义：通过本研究，可以对马铃薯淀粉颗粒的结构和性质进行深入了解，为其在食品工业中的应用提供参考和支持。
同时，也可以为进一步的研究提供基础和参考，拓展淀粉领域的研究方向和应用潜力。
微波对马铃薯淀粉螺旋结构及消化性的影响
微波对马铃薯淀粉螺旋结构及消化性的影响罗志刚;徐小娟;陈永志【摘要】为研究微波对马铃薯淀粉单、双螺旋结构和消化性的影响及消化性与单、双螺旋结构之间的关系,分别以2.06 W/g和6.63 W/g的微波功率处理马铃薯淀粉,通过差示扫描量热仪、X射线衍射、13C CP /MAS NMR以及体外消化性测定等方法对微波处理前后淀粉的单、双螺旋结构和消化性进行比较分析.发现:随着微波功率的增加,淀粉的单、双螺旋含量降低,无定形含量增加,糊化热焓和相对结晶度降低;低功率(2.06 W/g)微波对消化性影响较小,而高功率(6.63 W/g)微波显著降低了马铃薯淀粉的抗性淀粉含量,相应地提高了慢消化淀粉SDS和快消化淀粉RDS的含量;微波会破坏淀粉内部单、双螺旋结构,使其含量降低,且随着功率的增加,破坏程度增大;淀粉内单、双螺旋含量的降低引起消化性的改变,低功率微波使其降低较少,因而对消化性影响较小,而高功率微波使其显著降低,因而显著改变了淀粉的消化性.%Potato starch was microwave-treated respectively with the power of 2.06 and 6.63 W/g, and the single and double-helical structures of native and microwave-treated starches and their digestibility were analyzed by means of DSC, XRD,13C CP/MAS NMR and in vitro digestion, so as to reveal the effects of the microwave treat-ment on the single and double-helical structures and digestibility of the potato starch as well as the relationship be-tween the single and double-helical structures and the digestibility.The results show that(1)as the microwave power increases,the contents of the single helix,the double helices,the gelatinization enthalpy and the relative crystallinity decrease, while the amorphous components increase;(2)the low-power(2.06 W/g)microwave has a small effect on thedigestibility, while the high-power (6.63 W /g)microwave significantly decreases the content of the resistant starch and correspondingly increases the contents of the slowly -digestible starch and the rapidly-di-gestible starch;(3)the microwave treatment destroys the internal single and double-helical structures of the starch and thus decreases their contents,and the extent of the destruction gradually increases with the increase of the mi -crowave power; and(4)the reduction in the contents of the single and double-helical components causes the starch digestibility to change.In addition, the low-power microwave rarely decreases the contents of the single and double-helical components and thus hardly influences the starch digestibility, while the high-power microwave sig-nificantly decreases the contents of the single and double-helical components and thus results in a drastic change in the starch digestibility.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(045)012【总页数】7页(P1-7)【关键词】微波;马铃薯淀粉;单/双螺旋;消化性;结晶度【作者】罗志刚;徐小娟;陈永志【作者单位】华南理工大学食品科学与工程学院,广东广州510640;华南理工大学食品科学与工程学院,广东广州510640;华南理工大学食品科学与工程学院,广东广州510640【正文语种】中文【中图分类】TS231淀粉是地球上含量最丰富的贮藏性多糖，在为人类提供能量和营养方面具有重要作用[1].淀粉颗粒主要由线型的直链淀粉和具有高度分支的支链淀粉组成，两者以一定的形式排列、堆积形成交替存在的结晶片层与无定形片层[2].结晶区主要由支链淀粉侧链形成的双螺旋结构有序排列构成，结晶结构的变化对淀粉的理化性质具有重要影响[3]，如消化性.根据淀粉在消化过程中的葡萄糖释放速率和释放程度，可将其分为快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)[4].目前，淀粉体外消化性测定常用的是Englyst方法[5]，测定的是生淀粉的消化性.淀粉在实际使用中并不都是糊化的，生淀粉也有广泛的应用，如：具有慢消化性的生玉米淀粉是糖原贮积症的主要治疗方法[6]；香蕉粉减肥茶中含有大量的生淀粉.慢消化淀粉由于可持续、缓慢并完全地释放出葡萄糖，对糖尿病、心血管疾病以及肝糖原贮积症等的控制和预防具有重要意义，广泛应用于食品及医药行业，因而受到密切关注[7],其制备方法也在不断发展，包括化学、物理、酶法以及复合改性方法[8].微波改性由于具有高效、节能、安全等优点，在食品加工领域受到广泛的关注[9].目前，大多数研究集中于微波对淀粉的形貌、偏光十字、黏度等理化性质的影响[10]；部分研究发现微波会导致淀粉分子链的断裂及重排[11]；但关于微波对淀粉内部单、双螺旋结构的影响及其引起的消化性改变的研究尚未见报道.因此，文中以马铃薯淀粉为研究对象，研究不同功率的微波处理对淀粉内部单、双螺旋结构和体外消化性的影响，并进一步分析淀粉消化性与单、双螺旋结构之间的联系.微波处理前后淀粉内部单、双螺旋结构的变化分别通过差示扫描量热仪(DSC)和X射线衍射(XRD)进行定性分析、13CCP/MAS NMR进行定量分析.1 实验1.1 材料与试剂马铃薯淀粉，云南云淀淀粉有限公司出品；猪胰α淀粉酶(VI-B型)和糖化酶，美国Sigma公司出品；葡糖糖试剂盒(GOPOD)，爱尔兰Megazyme公司出品；醋酸、醋酸盐和无水乙醇等均为分析纯.实验所用马铃薯淀粉原料参数如表1所示.表1 马铃薯淀粉原料的基本成分1)Table 1 Basic ingredients of potato starch used in this study %水分含量蛋白含量脂肪含量直链淀粉含量17.920.080.0923.601)各组分在淀粉中的质量分数.1.2 仪器与设备D8017TL-2W型微波炉，佛山市顺德区格兰仕微波炉电器有限公司出品；D8 Advance型多晶X射线衍射仪，德国Bruker公司出品；DSC8000型差示扫描量热仪，美国PE公司生产；AVANCE DRX 400型超导核磁共振波谱仪，德国Bruker公司出品；MR Hel-Tec型恒温磁力搅拌器，德国Heidolph公司出品.1.3 方法1.3.1 微波处理淀粉的制备称取干基70 g淀粉，调节水分含量至30%，混匀，密封，室温平衡24 h后，转移至微波加热容器中(容器直径为15 cm，淀粉铺平厚度约为1 cm)，置于微波炉中分别以低功率微波(2.06 W/g)和高功率微波(6.63 W/g)加热5 min.微波处理后的样品置于恒温鼓风干燥箱内40 ℃烘干，粉碎，过100目筛，即得微波处理淀粉，并分别记为MPS-L和MPS-H，马铃薯原淀粉记为NPS.1.3.2 热力学性质测定采用差示扫描量热仪测定淀粉的热力学性质.称取干基3.0 mg的淀粉样品于测试盘中，加入适量的蒸馏水使淀粉与水质量比为1∶2，压片密封，室温下平衡24 h.以空白盘为参比，放入样品盘，设定扫描温度范围为30～120 ℃，加热速率为10 ℃/min，N2流速为20 mL/min.1.3.3 XRD分析采用粉末衍射法，测试条件：Cu靶,Kα射线,=0.154 06 nm，管压40 kV，管流40 mA，扫描范围2θ=3°～35°，扫描速度为2 °/min，扫描步长为0.02°.1.3.4 13C CP/MAS NMR测试13C CP/MAS NMR测试由装备有CP/MAS 4 mm固体检测探头的固体核磁仪完成.13C的共振频率为75.46 MHz，扫描速率为20 Hz，魔角为54.7°，90°脉冲宽度为5 μs，接触时间1 ms，循环延迟时间为3 s，每个图谱至少累计扫描2 400次.无定形淀粉的制备：配制质量分数为2%的淀粉乳，在沸水浴中糊化1 h后，立即放于-80 ℃下迅速冷却，然后进行冷冻干燥即得无定形淀粉[12]，并标记为AMO.1.3.5 体外消化性测定淀粉的体外消化性测定参照Englyst方法[5]，并适当改进.准确称取干基200 mg 的不同淀粉样品于50 mL具塞离心管中，添加15.00 mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液(pH 5.2)和10颗玻璃珠(直径5 mm)，涡旋混匀，置于37 ℃水浴中预热10 min.然后加入5 mL混合酶液(290 U/mL猪胰α-淀粉酶和15 U/mL的糖化酶)，于37 ℃恒温水浴中搅拌(350 r/min)并准确计时，在20和120 min时分别从中吸取0.5 mL的酶解液于4.00 mL的无水乙醇中灭活.灭活的混合液4 000 r/min离心10 min，取0.1 mL上清液，采用GOPOD法测定葡萄糖含量.每个样品平行测定3次，RDS、SDS、RS含量计算如下：wRDS=[(G20-G0 )×0.9/TS]×100%，wSDS=[(G120-G20)×0.9/TS]×100%，wRS=[(TS-RDS-SDS)/TS]×100%.式中：G0为酶解前淀粉中的游离葡萄糖质量，mg；G20为淀粉酶解20 min后产生的葡萄糖量，mg；G120为淀粉酶解120 min后产生的葡萄糖含量，mg；TS为样品中的总淀粉质量，mg；0.9为葡萄糖转换为淀粉的转换系数.1.4 数据分析采用SPSS Statistics 进行显著性分析，P<0.05表示有显著性差异.实验数据均以x±s表示，x代表平均值，s代表标准偏差.采用 Origin 9.0分析结果并做图.2 结果与分析2.1 微波处理前后淀粉螺旋结构变化的DSC定性分析结果淀粉的糊化是淀粉分子由有序的单、双螺旋结构转化为无序结构的相转变过程，其热力学性质(糊化温度、焓值等)的变化可在一定程度上反映其内部单、双螺旋结构的变化[13].微波处理前后淀粉的热力学性质见表2.由表2可知，微波显著改变了淀粉的热力学性质.微波处理后，淀粉的糊化温度(to、tp和tc)升高，且与功率正相关.糊化温度反映的是双螺旋结构的稳定性，链长较长、结合较紧密的双螺旋结构需要更高的温度才能解离完全[14].在微波作用下，结构较脆弱的双螺旋优先被破坏，剩下具有较高稳定性的双螺旋，从而导致糊化温度升高[15].相比于原淀粉，微波处理淀粉的焓值(ΔH)降低，且与功率呈负相关.低功率微波处理淀粉的焓值为11.69 J/g，其焓值相比于原淀粉降低约2 J/g，而高功率微波处理淀粉的焓值相比于原淀粉降低近11 J/g.焓值主要反映淀粉中双螺旋结构解旋数量的多少[4].微波处理后，焓值降低表明双螺旋结构被破坏，使双螺旋结构数量减少，从而导致用于双螺旋解旋所需的能量降低.高功率微波对淀粉双螺旋结构的破坏作用更强，因而其焓值显著降低.表2 马铃薯原淀粉和微波处理淀粉的热力学特性1)Table 2 Thermal properties of native and microwave-treated potato starches样品to/℃tp/℃tc/℃tc-to/℃ΔH/(J·g-1)NPS65.09±0.15c69.45±0.72c77.94±0.25c12.56±0.25b13.76±0.07aMPS-L67.11±0.26b72.20±0.17b81.00±0.08b13.89±0.25a11.69±0.39bMPS-H81.72±0.31a84.04±0.45a88.65±0.90a7.48±0.90c2.93±0.14c1)同列不同的小写字母表示有显著性差异(P<0.05).微波处理后，淀粉的tc-to也发生了显著变化.相比于原淀粉，低功率微波处理淀粉的tc-to增大，而高功率微波处理淀粉的tc-to明显减小.tc-to反映淀粉中结晶结构的多样性，tc-to增加表明结晶结构不均一性增加，反之则减小[16].淀粉在微波电磁场作用下发生高频振动，对于低功率微波，其振动频率相对较低，因而仅仅增加淀粉分子链的流动性和不稳定性会导致结晶结构的不均一性增加；高功率下的高频振动则会使其一部分结构较弱的结晶破坏，剩下较稳定的结晶结构，结晶的均一性增加.2.2 微波处理前后淀粉螺旋结构变化的XRD定性分析结果淀粉颗粒中，直链淀粉和支链淀粉以一定形式排列、堆积，形成交替存在的结晶区与无定形区[2].结晶区主要由支链淀粉侧链形成的双螺旋结构有序排列构成，还包含少量的直链淀粉-脂质单螺旋有序结构，无定形区分子链则无序排列[3].XRD衍射谱图中，结晶结构(单螺旋和双螺旋)表现为尖峰，无定形区则表现为弥散峰[17].XRD图谱变化可定性反映淀粉内单、双螺旋结构的变化.马铃薯原淀粉和不同功率微波处理淀粉的XRD图谱如图1所示.由图1可以看出，马铃薯原淀粉在衍射角2θ为5.6°、17.0°、22.0°和24.0°处有尖峰，是典型的B型结晶结构，且在20°处出现较明显的衍射峰，是直链淀粉和脂质形成的单螺旋峰[18].从图中还可以看出，微波没有改变马铃薯淀粉的晶型，但会降低其相对结晶度.经计算，NPS、MPS-L、MPS-H的相对结晶度分别为29.4%、26.8%和8.4%，结晶度随着微波功率的增加而减小.相比于原淀粉，低功率微波处理淀粉的相对结晶度降低了2.6个百分点，而高功率微波处理淀粉的相对结晶降低了21个百分点，表现为其XRD图谱多处衍射峰消失.相对结晶度表示结晶区与无定形区的相对比例[7]，其值的降低表明微波作用破坏了马铃薯淀粉的有序结晶结构(单螺旋和双螺旋)，使分子链趋于无序化.随着微波功率的增加，破坏程度增加，结晶度随之降低.图1 马铃薯原淀粉和不同功率微波处理淀粉的XRD图谱Fig.1 X-ray diffraction patterns of native potato starch and microwave-treated starches at different powers2.3 微波处理前后淀粉螺旋结构变化的13C CP/MAS NMR定量分析结果为更直接地研究微波处理对淀粉单、双螺旋结构的影响，文中通过13C CP/MAS NMR进一步分析微波处理后淀粉内单、双螺旋含量的变化.NPS、MPS-L、MPS-H的13C CP/MAS NMR图谱如图2所示.图2 马铃薯原淀粉和微波处理淀粉的 13C NMR图谱Fig.2 13C NMR spectra of native and microwave-treated potato starches由图2可以看出，淀粉主要产生4个信号峰，分别为C1区(化学位移δ:96～106)，C4区(δ：80～85)，C6区(δ：58～65)以及C2、C3和C5叠加区(δ：68～78).其中，C1区δ为99～101处的信号峰主要与双螺旋结构有关，C4区信号峰主要与无定形结构有关[19]，在C1区δ为102和C4区δ为81处的信号峰与单螺旋结构有关[12].各个样品的无定形、单螺旋、双螺旋结构相对含量的计算过程主要分为两步：首先，利用差减法将原图谱分解为无定形图谱和结晶图谱，在此过程中，需对无定形淀粉的图谱进行调整(乘以一定的比例系数)，使得其从原图谱扣除后，所得的结晶图谱在δ为84处信号强度为0[12]；然后，分别对原图谱、无定形和结晶图谱进行分峰拟合.NPS、MPS-L、MPS-H的13C CP/MAS NMR图谱分解结果如图3所示.图4以NPS为例展示了分解后各图谱的分峰拟合过程.各个样品的无定形、单螺旋、双螺旋结构相对含量的计算结果见表3.由表3可见，微波处理后，淀粉的无定形含量增加，双螺旋和单螺旋结构含量减少.其中高功率微波处理淀粉的单螺旋结构含量仅有0.34%，双螺旋含量也由原淀粉的31.74%减少到了10.65%.上述结果表明，微波破坏了淀粉的有序结晶结构(双螺旋和单螺旋)，使其转为无序状态，且随着功率增加，破坏程度增大.分析其原因可能是：①在微波高频交变电磁场下，淀粉随之进行取向性振动，双螺旋发生解离，单螺旋发生解旋；②在振动过程中分子间的相互摩擦致使其分子链发生断裂，据Rocha等[2]报道，当淀粉分子链聚合度小于10时，则不能形成双螺旋；两者结合从而导致单、双螺旋含量的降低，以及相应地无定形含量的增加，这与DSC和XRD的研究结果相一致.图3 马铃薯原淀粉和不同功率微波处理淀粉的13C CP/MAS NMR图谱分解Fig.3 Decomposition of the 13C CP/MAS NMR spectra of native potato starch and microwave-treated starches at different powers图4 马铃薯原淀粉13C CP/MAS NMR图谱分解后各图谱的分峰拟合(拟合系数>0.999 0)Fig.4 Peak-fitted profiles of the 13C CP/MAS NMR decomposition spectra of native potato starch(fitting coefficient>0.999 0)表3 微波处理前后马铃薯淀粉的13C NMR结果1)Table 3 Results of 13C NMR spectra of potato starches before and after microwave treatment样品相对含量/%无定形单螺旋双螺旋NPS65.762.5031.74MPS-L70.431.9827.59MPS-H89.350.3410.651)马铃薯淀粉中各结构的相对含量.2.4 DSC、XRD和13C CP/MAS NMR分析之间的联系由2.1-2.3节可知，DSC、XRD和13C CP/MAS NMR三者均可以分析淀粉内部单、双螺旋结构的变化.DSC和XRD是定性分析，而NMR则是进一步定量分析.DSC测量结果中，糊化温度反映的是双螺旋结构的稳定性[3]，焓值反映的是淀粉相变过程中双螺旋结构解旋数量的多少[4].XRD所测相对结晶度表示结晶区与无定形区的相对比例[7]，结晶区主要由支链淀粉侧链形成的双螺旋结构有序排列构成，还包含少量的直链淀粉-脂质单螺旋有序结构[3]，相对结晶度较高表明淀粉内单、双螺旋含量较多.NMR 测定结果直接反映淀粉内单、双螺旋结构和无定形结构的相对含量.因此，DSC、XRD和NMR均可反映淀粉内单、双螺旋结构的含量，三者在一定程度上可相互验证，若NMR所测单、双螺旋含量较高，则XRD所测相对结晶度较高，DSC所测焓值较大.2.5 微波处理对马铃薯淀粉体外消化性的影响微波处理前后淀粉的体外消化性结果如表4所示.由表4可见，马铃薯原淀粉RS 含量较高，达65.91%，主要是由于天然马铃薯淀粉颗粒表面没有微孔和通道，消化酶只能从结构较紧密的外表面开始水解，但其颗粒较大，比表面积较小，与消化酶的接触面积有限，从而导致其较难酶解[20- 21].表4 微波处理前后马铃薯淀粉的体外消化性1)Table 4 In vitro digestibility of potato starch before and after microwave treatment %样品wRDSwSDSwRSNP S10.97±0.94b23.12±2.59b65.91±3.53aMPS-L10.90±0.29b21.93±2.52b67.17±2.82aMPS-H17.65±0.10a42.03±1.05a40.08±1.14b1)同列不同的小写字母表示有显著性差异(P<0.05).微波处理后，马铃薯淀粉的消化性发生了一定程度的变化.低功率微波处理淀粉的各营养片段与原淀粉无显著性差异；而高功率微波处理淀粉的RS含量由原淀粉的65.91%显著降低到40.08%，相应地SDS含量显著提高了约19个百分点，RDS 含量也提高了约7个百分点.淀粉消化过程本质上是消化酶与淀粉分子链的活性部位结合并断裂糖苷键生成葡萄糖的过程[22]，RDS、SDS和RS相对含量的变化反映的是此过程淀粉水解速率的变化，其中酶的扩散以及酶与淀粉的有效结合是影响水解速率的重要因素[7].微波处理使淀粉内有序结晶结构(单螺旋和双螺旋)发生变化，导致消化酶的扩散以及与淀粉的结合难易程度发生变化，影响了淀粉的水解速率，从而改变了其消化性.由2.1-2.3节可知，低功率微波对淀粉有序结晶结构改变较小，因而对消化性影响较小.而高功率微波显著改变了淀粉的消化性，分析其原因主要是：①高功率微波严重破坏了淀粉内单、双螺旋结构，使得链间的相互作用力减弱，淀粉颗粒的结晶结构变得松散，提高了消化酶在淀粉外表面的攻击速率以及在淀粉内的扩散速率[7]；②高功率微波使得淀粉内螺旋结构解体，相邻螺旋链间和螺旋结构内的氢键断裂，从而暴露出更多的酶作用位点；③紧密排列的螺旋结构破坏后，空间位阻减小，易于消化酶与暴露出的酶作用位点结合；三者结合提高了淀粉的酶水解速率，从而导致高功率微波处理淀粉的RS含量显著降低，SDS和RDS含量提高.3 结论(1) 微波处理破坏了马铃薯淀粉的有序结晶结构，使双螺旋解离、单螺旋解旋，分子链趋于无序化，从而导致微波处理后淀粉的单螺旋和双螺旋含量减少，无定形含量增加，相应地导致淀粉焓值和相对结晶度的降低.并且随着微波功率的增加，单螺旋和双螺旋结构的破坏程度增加.(2) 微波处理会影响马铃薯淀粉的消化性，低功率微波(2.06 W/g)对马铃薯淀粉的消化性影响较小，高功率微波(6.63 W/g)则会显著降低马铃薯淀粉的RS含量，显著提高其SDS含量，同时RDS含量也有一定程度的增加.(3) 淀粉内有序结晶结构(单螺旋和双螺旋)的变化会导致消化性的改变.微波处理引起的消化性的变化主要是因为微波破坏了淀粉内的有序结晶结构.低功率微波(2.06 W/g)对马铃薯淀粉内部结构的破坏较小，因而对消化性影响较小.而高功率微波(6.63 W/g)显著破坏了马铃薯淀粉的单螺旋和双螺旋结构，使其内部结构变得松散，并释放出更多的酶作用位点，提高了消化酶的水解速率，因而导致RS含量显著降低，SDS和RDS含量增加.参考文献：[1] MIAO M,JIANG B,CUI S W,et al.Slowly digestible starch:a review [J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2015,55(12):1642- 1657.[2] ROCHA T S,GUNHA V A G,JANE J L,et al.Structural characterization of Peruvian carrot(Arracacia xanthorrhiza) starch and the effect of annealing on its semicrystalline structure [J].Journal of Agricultural & Food Che-mistry,2011,59(8):4208- 4216.[3] ZHANG G Y,VENKATACHALAM M,HAMAKER B R,et al.Structural basis for the slow digestion property of native cereal starches[J].Biomacromolecules,2006,7(11):3259- 3266.[4] HUANG T T,ZHOU D N,JIN Z Y,et al.Effect of repeated heat-moisture treatments on digestibility,physicochemical and structural properties of sweet potato starch [J].Food Hydrocolloids,2016,54:202- 210.[5] ENGLYST H N,KINGMAN S 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马铃薯淀粉消化性能研究进展王洁;徐同成;刘丽娜;杜方岭;董海洲;代养勇【摘要】对影响马铃薯淀粉消化率的因素、马铃薯慢消化淀粉和抗性淀粉的制备和检测方法,以及在食品中的应用进行综述,并对马铃薯慢消化淀粉和抗性淀粉的前景进行了展望.【期刊名称】《中国食物与营养》【年(卷),期】2016(022)005【总页数】4页(P34-37)【关键词】马铃薯;淀粉消化性;抗性淀粉;慢消化淀粉【作者】王洁;徐同成;刘丽娜;杜方岭;董海洲;代养勇【作者单位】山东省农业科学院农产品研究所,济南250100;山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安271000;山东省农业科学院农产品研究所,济南250100;山东省农业科学院农产品研究所,济南250100;山东省农业科学院农产品研究所,济南250100;山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安271000;山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安271000【正文语种】中文碳水化合物主要以淀粉的形式广泛储藏于植物中，尤其是在稻米、小麦、玉米、谷类的种子和薯类的贮藏组织。
Englyst[1]等人依据淀粉在人体中消化速率把淀粉分为：快消化淀粉(ready digestible starch，RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch，SDS)、抗性淀粉(resistant starch，RS)。
研究表明，RDS会导致血糖波动较大从而引起许多慢性疾病的发生；SDS则可以控制血糖波动幅度，具有持续缓慢释放能量、稳定血糖、提高机体对胰岛素的敏感性的特殊生理功能；RS不能被健康人体小肠利用进而提供葡萄糖，但其能在大肠中被肠道内的微生物发酵产生丁酸等短链脂肪酸，有利于有益菌群生长，具有促进肠道蠕动的作用[2]。
2015年初国家提出马铃薯主粮化发展战略，使马铃薯成为继小麦、水稻、玉米之后第四大主粮作物。
马铃薯的种植在中国已有400年之久，但至今仍处于加工利用初级阶段。
在马铃薯深加工中，加工的比例最高的是淀粉，约60%～70%。
马铃薯淀粉具有其他淀粉所不能替代的特性，其RS含量较高，同时，还含有部分SDS，因此对马铃薯淀粉的消化性能和抗酶解性能研究具有重要意义。
本文对影响马铃薯淀粉消化性的因素，国内外关于马铃薯SDS、RS的制备及测定方法，马铃薯SDS、RS在食品中的应用等研究进展进行综述。
马铃薯淀粉性质和结构对淀粉消化速率的影响至关重要，比如淀粉品种、淀粉粒度、晶体结构、结晶类型、直链淀粉含量与分子聚合度、直链淀粉与脂质形成的包被复合物等。
张攀峰等[3]对国内不同品种马铃薯淀粉中RS2含量的研究表明，RS2含量与马铃薯淀粉品种有直接的联系，进而与马铃薯淀粉结构的致密性、完整性、结晶结构、半结晶层结构等结构因素有关。
Snow P等[4]指出，淀粉颗粒大小对消化速率影响较大，颗粒大则消化速率高。
薯类淀粉颗粒普遍大于谷类淀粉颗粒，马铃薯淀粉在薯类淀粉中粒径最大的，平均粒径约33μm。
淀粉的结晶构型对淀粉的消化性有着重要影响，依据X射线衍射图谱，玉米淀粉等具有A型结晶结构的谷类淀粉，消化速率较高[5]。
多数块茎类淀粉消化速率较低，其具有B型结晶结构，如马铃薯淀粉。
Gallant等[6]提出亚颗粒“blocklet”结构，这种淀粉结构模型由双螺旋支链淀粉侧链组成结晶区，这些侧链与无定形区相互缠绕，亚颗粒“blocklet”结构有组织的膨大后形成球形，因此，淀粉对α-淀粉酶的敏感性随着“blocklet”结构的增大而减弱。
Fannon等[7]研究证明了大多数淀粉中微孔和空腔的存在，这种结构可以使酶快速通过空腔渗透到淀粉内部，加速了酶对淀粉颗粒水解作用，而马铃薯淀粉颗粒就不存在微孔和空腔结构。
直链淀粉含量、链长、分子聚合度及支链淀粉的线形化对RS的形成有着重要的影响，通过提高淀粉中直链淀粉与支链淀粉比率可提高RS含量。
脱支法制备RS的原理就是通过增加淀粉中直链淀粉的含量，用酶或者酸水解淀粉分子中的α-1，6 糖苷键，生成游离的聚合度小的直链淀粉，在淀粉老化过程中，由支链淀粉生成的短直链和原有直链淀粉在氢键和范德华力的作用下，共同形成双螺旋结构，最终形成RS。
淀粉中其他成分如直脂复合物、蛋白质、金属离子对RS含量的也会产生一定程度的影响，大多起降低作用。
内源脂以游离脂肪酸和结合脂两种形式存在于淀粉中，并能与直链淀粉相结合。
Eliasson等[8]发现，直链淀粉和单甘酯构成的直脂复合物抑制了直链淀粉分子之间相互结合而导致的淀粉回生；杨光等[9]研究指出，内源脂质可一定程度影响RS的形成，高脂含量具有到降低RS的作用，通过对淀粉适当脱脂处理，可提高RS的产量；Mercier认为，大多数脂质如单甘酯、油酸、磷脂和大豆油都会使RS产量下降，他们还发现一种由马铃薯直链淀粉与油酸构成的直脂复合物可提高RS含量，然而，将十二烷基磺酸钠和油酸加入马铃薯直链淀粉中又会使RS的含量降低。
蛋白质存在于淀粉表面，具有保护淀粉的作用，可防止淀粉回生老化，从而减少RS含量。
Escarpa等[10]发现，向糊化后的淀粉中添加Ca2+、K+等金属离子可减少RS含量，金属离子被直链淀粉分子吸附后，淀粉分子之间不易形成氢键，从而阻碍淀粉老化。
近年来，国内外对RS制备方法的研究较为丰富。
关于RS的制备技术，主要集中在回生老化抗性淀粉的研究上，其形成机理为：淀粉糊化冷却后，直链淀粉分子在末尾区域形成双螺旋结构，双螺旋结构在氢键和范德华力的作用下相互接近构成螺旋聚集体，从而形成稳定的晶体结构。
衣杰荣等[11]用分子排阻色谱的方法研究了大米淀粉和马铃薯淀粉形成回生抗性淀粉的能力，研究表明马铃薯淀粉比大米淀粉更适合用来生产RS。
压热处理是常用的制备RS方法之一，高温高压下淀粉乳完全糊化，经老化回生后进而得到RS。
Phillips[12]等将淀粉乳在170℃和5MPa下，水浴0.5～6h后，4℃冷藏12h，干燥粉碎后制备RS。
聂凌鸿[13]等对马铃薯RS压热制备条件进行研究：淀粉乳浓度30%、pH值6、120℃热处理40min条件下，可获得9.77%的RS得率，若增加加热-冷却处理次数则会增加RS产量。
在压热处理基础上可增加酶法处理可以进一步提高RS产量。
当支链淀粉侧链上至少存在2个葡萄糖残基时，脱支酶如普鲁兰酶可水解a-1，6糖苷键。
另外，α-淀粉酶可切断α-1，4 葡萄糖苷键，从而迅速切断淀粉分子链，生成短链更有利于晶体结构生成。
张灵超[14]等以马铃薯淀粉为原料采用压热法与酶解相结合制备RS，经压热处理后加入耐高温α-淀粉酶、普鲁兰酶，使RS产率显著上升。
结果表明：淀粉乳浓度10%、120℃处理60min、a-淀粉酶用量1U/g、普鲁兰脱支酶用量2U/g，RS得率上升到19.46%。
韧化处理是指配成水分含量40%以上的淀粉乳，在玻璃化转化温度与糊化温度之间(马铃薯淀粉约50℃)处理淀粉的一种方法。
韧化处理过程促进RS的形成主要是实现淀粉晶体内部重新排列，使得结晶度提高，结晶构型更为紧密，从而增强抵抗酶的作用。
刘滕[15]等对玉米淀粉、木薯淀粉及马铃薯淀粉进行韧化处理，试验发现：马铃薯淀粉晶型由B型转变为A+B型，亚微晶区的累积衍射强度增加，相比与其他两种淀粉，韧化处理对马铃薯淀粉影响最大，制备的RS含量最高。
原淀粉在低温下配成一定浓度的淀粉乳，用无机酸处理适度时间，可形成RS，其原理是淀粉颗粒采用稀盐酸等水解，无定型区可完全反应，而结晶区则以反应残余物的形式保留下来。
聂凌鸿[16]等采用酸水解的方法处理马铃薯淀粉，试验表明：淀粉乳浓度10%、酸解1.5 h、盐酸添加量2%、50℃水浴处理2.5 h、冷藏时间36h，RS得率13.87%。
与原淀粉相比，制备的马铃薯RS耐酶解性显著增强，同时吸湿性也有所增强。
微波处理可增加直链淀粉的含量，原因是微波处理降解部分支链淀粉，产生新的分子量小的直链淀粉，微波辐射处理使温度上升迅速，淀粉糊化冷却后有利于淀粉晶核形成。
李周勇等[17]用微波-酶解复合法在熔融温度下制备马铃薯RS，确定最佳的微波-酶解工艺，结果表明：淀粉乳浓度为15%、微波处理时间90s、微波功率800W、普鲁兰脱支酶添加量0.10PUN(G)/g、55℃下处理解6h、耐高温a-淀粉酶添加量10CU/g、酶解30min、4℃冷却处理24h条件下，RS得率为17.2%。
超声波由于具有空化作用、热作用，可产生机械力化学效应，其产生高温高压断裂分子链，利用超声波可降解淀粉，使结晶型态改变，同时超声作用可改变淀粉分子量，使分子量分布范围更窄。
超声处理往往与酶处理相结合，从而提高酶解速率，缩短了RS制备的时间。
目前，测定RS、SDS含量的方法仍无统一标准，普遍分为体外测定法与体内测定法，由于体内测定法成本较高，对人体造成一定程度的影响，不适合作为常规检测方法。
而且，人体自身情况不同，肠道内消化酶的种类、含量对淀粉酶解影响较大，测试结果重复性差。
国内外研究人员更加侧重于体外测定方法的研究。
根据淀粉的酶解处理方式，可分为Goni 法、AOAC法、Champ法等。
目前，国内外通常采用AOAC法和Goni法测定RS的含量，两种方法在测定RS含量时，相同点都是先除去可溶性淀粉，再将RS溶解于KOH或DMSO中，然后酶解RS，再测定生成葡萄糖的含量，最后换算成淀粉。
但Goni需先将蛋白质去除，增加了加入胃蛋白酶这一环节，另外两种方法处理所使用的酶液也不同，在酶解处理可溶性淀粉时，AOAC法用胰α-淀粉酶与葡萄糖淀粉酶混酶进行处理，而Goni法利用单一胰α-淀粉酶，薛慧[18]等通过试验得出，Goni法比AOAC法测定结果偏高，这是因为Goni法没有使用葡萄糖淀粉酶在酶解可溶性淀粉时，从而导致可溶性淀粉水解不完全，测定结果偏高，AOAC法通过两种酶的联合作用会水解更加彻底，数据准确性高、重复性更好。
SDS测定其基本原理是使用α淀粉酶水解淀粉，测定20min内快消化淀粉与120min内可消化淀粉的量，二者作差求得SDS含量。
国内外常用的方法有Guraya法、Englyst法等。
测定SDS含量国内常使用Englyst法，但由于这种方法步骤复杂，采用混合酶进行消化，重复性较差，研究者往往对Englyst法中的混合酶进行改进后进行测定。
而Guraya法采用单一猪胰α-淀粉酶水解淀粉，操作简单、经济，但它测量值偏低。
这是因为Guraya法没有加入淀粉葡糖苷酶，直接测定的是麦芽糖生成量，而α-淀粉酶受生成的麦芽糖影响，抑制其酶解活性[20]。
由于RS、SDS对人体具有特殊的生理功能，将RS、SDS适量添加到食品中，对食品的感官、质地可产生一定程度的影响，而且可以制成不同特色的功能食品。
当前RS、SDS在食品领域中的应用越来越受到国内外的关注，它作为食品添加剂和功能性食品基料，具有很大的潜力。