《食品科学》：齐鲁工业大学（山东省科学院）徐慧研究员等：不同制备工艺对抗性糊精构效的影响

抗性糊精是一类冷水可溶的功能性膳食纤维，具有微甜、低热量、易储存、不易褐变等优良性质，可广泛应用于食品行业。 抗性糊精制备工艺中，淀粉的酸化处理是必需步骤，酸会破坏淀粉的晶形结构，也有研究证明酸处理过程中会有小部分新糖苷键的生成，即发生糊精化。目前， 各类抗性糊精制备工艺各有利弊，但目前优化抗性糊精品质的报道较少，故有必要对其进行深入研究。

齐鲁工业大学（山东省科学院）李泽润，田延军和徐慧*等人采用核磁共振光谱、扫描电子显微镜、凝胶渗透色谱、X射线衍射、模拟人体消化等技术对3 种工艺 （ 干热法、α-淀粉酶、α-淀粉酶及转苷酶法）制备的抗性糊精键 型结构、分子质量、理化性质、结晶结构、难消化性等进行表征，以期从分子层面阐明抗性糊精应用特性与加工特性的关系，为提升抗性糊精产品品质提供理论依据。

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抗性糊精的核磁共振光谱

如图1A～C所示，相比于原料淀粉，样品A的α-1,4糖苷键相对含量在酸热的作用下降低至70%左右，α-1,6糖苷键相对含量在酸热处理过程中没有降低，说明其可以耐受酸热制备条件。α-1,4糖苷键的存在表明样品A还保留着淀粉原有的半结晶层状结构。样品B中β-1,6无水端和α-1,2、β-1,2、β-1,4糖苷键以及β-1,6糖苷键相对含量变化并不明显，说明α-淀粉酶对这几种键型影响不明显。在α-淀粉酶的作用下，样品B中耐消化结构由于空间位阻的作用得以保留，α-1,6糖苷键在α-淀粉酶反应2 h时含量未降低，说明其耐受能力较强。因转苷酶主要作用位点是α-1,6糖苷键，样品C中α-1,6糖苷键含量最高，各键型较样品A和样品B均发生一定程度的改变。随着处理时间延长，样品C包括β-还原端在内的所有β键型相对含量均有提升的趋势，α-1,4糖苷键相对含量在样品C中明显降低，淀粉原有的结构被大幅改变。

糖苷键上的异头氢质子在δ 4.4～5.5范围内的共振峰除δ 4.75处水峰外均被认为是糖苷键对应质子，每个指定共振峰的面积百分率为每个峰的积分面积除以所有异常质子的积分面积之和。本实验中共振峰初步确定是3-酮1,6-无水-β-D-吡喃葡萄糖，在平均分支度、平均聚合度、平均链长的计算中不计入该峰值的面积。抗性糊精的分支结构被认为是其α-淀粉酶抗性增加的原因，在平均分支度比较中，样品C在转苷酶作用20 h时最高，说明该作用时间下对人体消化酶抵抗作用较强。平均分支度的整体排序是样品C＞样品B＞样品A，转苷酶加入后对游离葡萄糖的转糖苷作用使得抗性糊精分支度显著增加，最高达到55%，此时对人体消化酶抵抗作用最强。高温、酶解都有助于淀粉分子解聚，因α-淀粉酶的切割作用，样品B、C平均聚合度均低于样品A，样品C的α、β-还原端相对含量提升使其平均聚合度较低，解聚程度较高。样品A、B、C中平均分支度增加的同时平均链长减少，两者呈负相关关系。在糊精化和转糖苷过程中形成新的非淀粉糖苷键和分支点增加了平均分支度，但是新位点羟基反应活跃导致双螺旋结构彻底解聚，因而链长减少，两者呈现负相关。分支结构的形成表明新的糖基链和1,6-脱水-β-D-吡喃葡萄糖样品集中在短侧链上，不利于双螺旋结构的形成。人体消化酶在水解过程中与形成的短侧链结构反应后，继续水解淀粉结构的原α-1,4糖苷键主链，当到达α-1,6糖苷键密集连接区时被阻断。

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抗性糊精溶解度及水分活度

如表1所示，3 种工艺制备抗性糊精样品溶解度均大于95%且接近100%，主要由于酸添加量固定为基于淀粉干质量的10%，对淀粉催化水解的效果较好。B、C两种制备工艺中α-淀粉酶的加入能够切割部分糖苷键，使其分子质量降低，溶解度提升；转苷酶的加入也使得抗性糊精结构溶解性更好 。

如表1所示，各样品水分活度均低于0.3，表明各工艺下抗性糊精状态稳定，此时微生物活动、酶促反应、非酶反应都难以发生，食品储存期限远长于淀粉。

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抗性糊精含量

如表2所示，整制备结束时抗性糊精质量分数为样品C＞样品B＞样品A，三者质量分数差异整体较小，均大于90%。胃蛋白酶可以消化部分与淀粉相似的结构，人工胃液对样品A的消化作用最明显，样品A的制备过程中并没有酶的加入，部分结构在模拟消化阶段被相应酶降解。样品A整体形态类似于玉米淀粉，在人工肠液的消化过程中所剩余的糊精含量最低。由图1可知，因样品C的平均分支度最高且平均链长最短，此类空间位阻不利于消化酶的结合，故所剩余糊精含量最高，减少的幅度最小。

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抗性糊精分子质量

如图2所示，样品A抗性糊精的分子质量整体较高，酸热水解作用下淀粉颗粒的无定形区和结晶区都遭到破坏，与淀粉相比分子质量大幅下降，与样品B、C两组相比，样品A制备过程中没有α-淀粉酶的水解，分子质量较高。样品B、C在α-淀粉酶作用下分子链被切断，导致原有的淀粉主链结构解聚，特别是α-1,4糖苷键含量减少，造成分子质量降低 。样品C制备过程中游离的小分子糖苷键在转苷酶作用下连接到糊精中，结构发生再聚合反应，因此分子质量整体高于样品B。结合表1可知，样品B、C由于淀粉原有层状结构改变更加彻底，且存在分子重排和成链现象，导致分子质量降低的同时溶解度更高，全部接近100%，分子质量降低更利于抗性糊精溶解 。

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X射线衍射结构分析

如图3所示，样品A的衍射曲线峰位与淀粉的峰位相似，衍射峰的位置分别位于15.2°、17.25°和23.5°，经拟合分析可知其相对结晶度约为20%，远低于淀粉的相对结晶度。在α-淀粉酶的作用下，原有淀粉的α-1,4糖链结构遭到破坏，故样品B和C的有序晶体结构被破坏，导致晶峰完全消失。样品B和C在2θ＝20°附近只有一个较宽的峰，表现为分散的无定形衍射峰，表明抗性糊精的结构不是淀粉中葡聚糖双螺旋的原始结构，抗性糊精存在许多不规则支链和分支位点，在α-淀粉酶和转苷酶作用下支化结构产生。

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微观结构观察结果

由图4可知，样品A抗性糊精颗粒呈不规则球型，表面光滑且无裂痕，与玉米淀粉颗粒形态的椭圆形类似。样品B抗性糊精的颗粒呈现不规则片状结构，局部隆起或塌陷，这是由于α-淀粉酶作用下，包含α-1,4糖苷键在内的许多糖苷结构被切割，不能再形成有规律的片状结构。由于空间位阻的作用，包含部分α-1,4、α-1,6糖苷键在内的键型结构留存，构成了类似于蜂窝状的颗粒结构，与现有抗性糊精颗粒形貌差别较大。高温（170 ℃）加热后淀粉分子发生降解，加入α-淀粉酶使淀粉分子发生解聚，降解后留存的小分子葡萄糖又在转苷酶作用下发生聚合反应，形成的样品C颗粒表面致密，在表面有“缝合”连接节点。

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结论

抗性糊精对人体消化酶具有较强的耐受性，这与分支结构和糖苷键连锁组成有关。本实验旨在比较3 种工艺制备抗性糊精样品的结构和性质，以确定最不易消化的结构及促进分支结构增加的制备方法。首先酸水解淀粉无定形区和结晶区后，使不同条件下制备的抗性糊精具有良好的溶解度，几乎100%溶于水，所有样品的水分活度均小于0.3，此时各种微生物不容易移动，因此不会引起酶促反应、非酶促褐变或其他影响食品质量的反应。X射线衍射分析结果表明，高温酸性条件伴随热处理过程中时 ，H+ 加 速了淀粉晶体结构的破坏，使淀粉分子由有序晶体转变为无序晶体。样品A保留了淀粉的3 个衍射峰，但结晶度大幅降低。样品A与淀粉的原始颗粒结构最为相似，样品B、C在糊精化过程中无序晶体促进水解释放的小分子聚合和抗性糊精链的糖基转移反应。样品B和C的X射线衍射峰的形成是由于聚合反应中自由小分子的再结合，结合糖苷键及分子质量分析结果可知，在α-淀粉酶的作用下，样品B、C的分子质量均降低，转苷酶将小分子糖聚合到糊精分子上，导致支化程度更高，样品C分子质量高于样品B。样品A中脱水的1,6-β-D-吡喃葡萄糖是主要的淀粉链末端，与淀粉结构相比，形成α-1,6、β-1,6、α-1,2和β-1,2糖苷键在内的新糖苷键，是对消化酶产生抵抗作用的原因，α-1,6糖苷键在其中起主要作用。酶解过程中，抗性糊精的平均分支度与平均链长呈负相关，添加转苷酶后支化程度加剧，平均分支度整体升高，可达到55%，消化剩余糊精含量更高，故对人体消化酶的抵抗作用更强。未加酶制备的抗性糊精已经支化，具备新支化位点和短侧链。加入α-淀粉酶后存在再聚合过程，形成的抗性糊精分子体积更大，但其结构内部存在空隙，故分子质量低于未加酶制备抗性糊精，此时支化程度上升，由于空间位阻作用，部分侧链和新键型得以保留。在转苷酶作用下，侧链得到小分子糖，进一步聚合连接在分支状聚合物周围致使平均链长减小，此时支化程度达到最高，对人体消化酶抵抗作用最强。本实验对抗性糊精难消化性的评价侧重于结构分析，并未对实际志愿者或动物实验进行血糖、血糖生化指标等效果验证。未来可以从各种工艺实际应用的降糖效果、炎症因子降低效果、结构与肠内代谢产物鉴定以及抗性糊精对肠道菌群的影响等方面继续进行研究 。

本文《不同制备工艺对抗性糊精构效的影响》来源于《食品科学》2023年44卷第11期79-85页，作者：李泽润，田延军，黄艳红，聂玉朋，孙 萍，王珊珊，干邵波，徐 慧*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220502-011。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑；河北农业大学大学食品科技学院 王紫娟；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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