3.6 抗性淀粉的安全性和应用
3.6.1 抗性淀粉的安全性
第一个抗性淀粉商品于1993年问世，该产品来源于高直链玉米淀粉原料，属RS2类型抗性淀粉，主要作为食品配料使用。1994年抗性淀粉配料开始应用于食品。此后，各种RS2和RS3抗性淀粉配料相继出现，Hi-Maize和Novelose品牌抗性淀粉系列产品已遍布世界。不仅是RS2和RS3，连经过化学变性的RS4也作为低能量保健营养配料应用于面包、谷物早餐、面条和乳制品等多种食品。多年来的实践在一定程度上表明了抗性淀粉产品的安全性。
天然存在于土豆、稻米和豆类等食物内的抗性淀粉应不存在安全性问题，但对于经过加工浓缩的抗性淀粉产品的安全性，目前各国的认识和处理方法仍然有所不同，美国将非化学变性得到的抗性淀粉产品当作“通常认为安全”（generally recognized as safe，GRAS）的一类，归入已有食品而不是新资源食品管理。欧洲和世界多数地区和国家认为，非化学变性类抗性淀粉产品是传统植物栽培方法得到的人类膳食的天然组分，不是新资源食物，因而法规容许不加限制销售。对于RS4，各国都将其归入变性淀粉管理。与上述做法显著不同的国家是加拿大，该国将非化学变性类抗性淀粉产品当作“新纤维”处理，在批准用作食品配料前必须经过安全性和功效审查，包括提供对矿物质代谢或肠胃黏膜的结构和功能无不利影响等安全性证据。
抗性淀粉产品的安全性和生理功能需要通过广泛的临床研究进行评价，下列是对高直链玉米淀粉制取的Hi-Maize产品进行的动物和人体安全性研究的一些结果。
（1）抗性淀粉产品安全性的动物研究
研究表明当Hi-Maize产品食用量不超过16.5g/（kg体重·d），不存在安全性问题；当用量达16.94g/（kg体重·d），出现食量减小和体重减轻现象。另一些研究表明，当白鼠食用Hi-Maize不超过24.3g/（kg体重·d），食用4周后并无健康影响；增加食用量可减慢生长速度，减轻体重，但不影响食量和其他健康状况。此外，随Hi-Maize食用量增加，动物结肠的长度和质量也会相应增加。
（2）抗性淀粉产品安全性的人体研究
考虑到抗性淀粉对人体健康的影响可能类似于非淀粉多糖，过量食用富含天然非淀粉多糖的食物会减少矿物质的生物利用率，引起肠胃不适，因此有学者对食用Hi-Maize人群的矿物质吸收和肠胃感觉进行了研究。结果表明，食用抗性淀粉不影响矿物质吸收。该试验中健康人群和超高胰岛素血症人群每天食用含普通淀粉食品和含30g抗性淀粉的食品，经过14周试验，两群人对钙、镁的吸收无明显不同，也不受食用不同淀粉的影响。
目前对人体抗性淀粉摄入量的估计存在一个较大的范围，从4g/d到20～30g/d，后者是按每人每日淀粉摄入量200～300g估计的。有调查表明，欧洲人抗性淀粉的摄入量为2～3g/d，而有的研究发现由于无法排除残留物中5%～42%的未知杂质，推测目前的数据可能低估了欧洲人群的实际摄入量。测得的意大利人抗性淀粉摄入量为7.2～9.2g/d，平均为8.5g/d。因此准确测定食物中实际发生作用的抗性淀粉，从而估计人体抗性淀粉摄入水平仍然是进一步研究的重点。
至于抗性淀粉对肠胃的影响，一些报道认为食用高含量抗性淀粉食品可引起肠胃气涨或轻微腹泻，另一些报道认为食用高直链玉米淀粉制取的抗性淀粉不会产生肠胃不适，即使每日抗性淀粉食用量达60g也无影响。肠胃反应可能与食用者肠胃的消化功能有关。
3.6.2 抗性淀粉的应用
3.6.2.1 抗性淀粉商品
食品中存在的抗性淀粉主要是RS2和RS3。商品抗性淀粉中RS3和RS4更多。
市场上已有多种抗性淀粉商品出售，如Amylomaize（Cerestar公司），CrystaLean（Opta Food Ingredients公司）和Novelose（National Starch and Chemical Company），均为玉米抗性淀粉产品。Amylomaize Ⅴ、Amylomaize Ⅶ、Amylomaize Ⅸ是玉米杂交种amylose-extender（ae）的天然颗粒，分别含直链淀粉50%～60%、70%～80%和90%。CrystaLean是高度老化的RS3，由ae-Ⅶ糊化、脱支、老化制得，溶解温度105～145℃。含41%抗性淀粉的CrystaLean消化很慢，消化率是麦芽糊精的一半，早在20世纪90年代就进入市场，现在用于糖尿病食品中。Novelose已推出三代，主要是以玉米作为原料生产的抗性淀粉，含抗性淀粉40%～60%。Novelose 240（RS2），Novelose 260（RS2）和Novelose 330（RS3），熔解温度分别为99.7℃、114.4℃和121.5℃，能够耐受中等强度的加工，并且持水力低，能够很好地应用于食品加工领域。
Cerestar公司通过酶解木薯淀粉，脱支后回生、重结晶制备并推出的C*ActiStar，含抗性淀粉58%，主要是RS3，主要由α-1，4-葡聚糖直线多聚物组成，其中超过50%的多聚物其DP值在10～35。它是白而细腻、味淡粉末，可应用于对风味要求很高的食品。
2003年10月23日，美国MGPI公司（MGP Ingredients，Inc.）推出了非转基因小麦抗性淀粉FiberSymTM70，其总膳食纤维含量超过70%。这种抗性淀粉被应用到了各种低碳水化合物高蛋白的食品中，如添加于面包、意大利面食、饼干、玉米圆饼、早餐谷物等。持水力低，风味清爽、色白，细腻。用它做的玉米圆饼口味和质地俱佳，而且可以延长货架期，比普通的产品更柔软疏松。
2004年4月28日，MGPI公司宣布开始销售一种新的土豆抗性淀粉Fiber-SymTM 80 ST。MGPI和澳大利亚Penford公司签定协议由Penford公司用其专利技术进行生产。MGPI公司还与Cargill公司合作开发又一新的玉米抗性淀粉FiberSymTM HA。
澳大利亚联邦科学与工业研究组织CSIRO和Ascentia Pty公司一起开发了一个裸大麦新品种Himalaya 292。这个品种是通过化学突变改变基因序列中一个编译淀粉合成酶Ⅱa（EC2.4.1.21）的单核苷，从而使该淀粉合成酶Ⅱa失活，支链淀粉合成受阻，总淀粉量降低但胚乳中直链淀粉比例比母代高许多（大约70%），同时发现其他有益成分如NSP也增加。
德国Protos-Biotech公司（Celanese合资企业）与美国和欧洲的研究机构和企业合作开发生产一种新的生物高聚物产品。用特有的微生物产生的酶（AmSu；Sucrose-glucan Glycosyltransferase/EC 2.4.1.4）来催化蔗糖制备Neo-amylose。该产品主要是α-1，4-葡聚糖直线多聚物，属于RS3，含量高于90%，粒度约10～40μm，13C NMR分析显示其聚合度为35～100，平均聚合度约为50。X射线衍射显示晶体结构为B型，湿热处理时转变为A型，晶体熔点140℃以上，可用于高温加工。与传统方法制备的抗性淀粉产品相比，Neo-amylose具有很大的优点，即生产不依赖于原料来源，无臭、无味，不膨胀，不显白垩。Neo-amylose独特的特性，使其作为一种添加剂和有益于健康的活性成分用于食品和化妆品工业。
Roquette公司最近开发了一种新的糊精Nutriose FB，它具有抗性淀粉的所有益处；另外，还是可溶性纤维。它在小肠中仅轻微消化然后在大肠中缓慢发酵，血糖响应低。Fibersol-2是ADM公司与Matsutani公司风险结合的产物，它是抗消化的麦芽糊精。Nutriose FB06的总膳食纤维含量为85%，Fibersol-2的总膳食纤维含量为90%。两者均有利于丰富食品中的纤维含量，使之达到最适宜水平并满足标签标识的需要。
3.6.2.2 抗性淀粉在食品工业中的应用
通常富含膳食纤维的食物都比较粗糙，而含抗性淀粉的食物不仅没有改变食物本身的口味，还改变了食物的品质特性，比如增加了食物的脆性，减少了油炸食物的含油量。抗性淀粉与传统意义的膳食纤维相比，具有独特的品质特性，如天然来源、颗粒大小、颜色、口味、低持水能力和高结合水能力、高糊化温度，挤压性能好等，使其被广泛添加到功能性食品中。抗性淀粉应用于食品工业中主要基于两方面优势：一是其特殊的物理性质，抗性淀粉具有持水性低、不溶于水、粒径小、赋形性能强，口感舒适、颜色浅等性质；二是其具有改善人体肠道功能、调节血糖和预防结肠癌等生理功能。这些性质赋予了抗性淀粉广泛的食品应用价值。抗性淀粉可以作为汤料的增稠剂，添加了交联度为1%的木薯淀粉的汤具有最佳凝胶和抗剪切力特性，有效改善了汤的感官品质。研磨、蒸煮以及膨化等加工过程会使RS1和RS2失去抗性，尤其是挤压膨化使抗性淀粉的含量降低最为显著，但RS3的含量并不会降低，甚至会随着加工过程而增加。RS3具有热稳定性，能够增加油炸食物的膳食纤维含量，同时RS3在油炸过程中能够阻止脂肪的吸收和水分流失。RS4能够阻碍凝胶网络的形成从而使硬度减小，也能够降低淀粉的膨胀特性和水溶指数，可以作为功能性成分添加到烘焙食品和零食中。在抗性淀粉中，低持水能力和高结合水能力能够降低食品的水活度从而延长货架期。与传统富含不溶性膳食纤维食品相比，抗性淀粉改善了某些产品的脆性、延展性和口感，这种特性使得产品更容易被消费者接受。
（1）在面类食品中的应用
目前，国外已将抗性淀粉作为食品原配料或膳食纤维的强化剂应用到面类食品中，如面包、馒头、包子、通心面和饼干等。其中，最引人注目的是抗性淀粉在面包中的应用。添加抗性淀粉的面包不仅使膳食纤维成分得到了强化，而且在气孔结构、均匀性、体积和颜色等感官品质方面均比添加其他传统膳食纤维的营养强化面包好。抗性淀粉添加到通心粉和面条中可增加其耐煮性，有利于维持韧性结构，避免煮后出现粘连现象。
①面条
面食是日常饮食中的基本食品，具有很高的营养价值。与其他淀粉类的食物相比，意大利面的生糖指数较低，这可能是因为在挤压过程导致蛋白质网络结构被压缩，限制了α-淀粉酶的接近，从而降低了淀粉的消化性。高品质的面条不仅对营养价值有较高的要求，对面条的最佳蒸煮时间、适宜的质构、低吸水能力等特性也有较高的要求。然而，市售富含小麦麸皮的面条因其质构和感官特性（如颜色、硬度、蒸煮损失）不佳而不受消费者青睐，其含有的小麦麸皮减弱了面条中蛋白质网络结构从而使得蒸煮损失增加。另外，某些膳食纤维，如菊粉，也对面条的性质产生了不利影响。
在面粉中添加RS2可以明显改善面条的质量。添加50%RS2的面条亮度最大，添加20%RS2的面团变得更软，同时面条消化性降低，这可能与抗性淀粉具有高的持水能力有关，但没有改变硬度、韧度、咀嚼性、顺滑度和口感等感官特性。当添加10%RS3时，面团的硬度增加而蒸煮损失没有明显变化。功能性面条的出现将有广阔的市场。
②面包
长期以来，人们一直试图将非淀粉多糖类膳食纤维添加到面包中，以生产膳食纤维强化面包，来改善人类饮食中膳食纤维摄入量低于营养要求的状况。面包中常添加小麦麸皮和大麦粉等传统的膳食纤维来改善面包功能性，但膳食纤维含量过高会造成面包颜色较深、体积小、口感差、风味不明显等品质缺陷，使得消费者的满意度下降，使用抗性淀粉有望解决这一问题。
在面包中添加20%玉米淀粉（含RS2）时，不会改变面团的醒发时间、体积以及面包皮的颜色参数。将质量分数为10%、20%和30%的RS2与质量分数为10%、20%、30%的RS3分别添加到面包中，结果发现添加了抗性淀粉的面包能够吸收更多水分，更加松软。在RS3的含量大于10%以及RS2的含量大于20%时，面包的体积减小，硬度增大；当添加30%的RS2和RS3时，面包的颜色值降低。在面粉中添加不同含量的改性豌豆淀粉（含大量RS1）来制作面包时，面粉的吸水量以及面包皮的硬度和咀嚼性都随着豌豆淀粉含量的增加而增加，这可能与抗性淀粉具有高水结合能力和适宜的质构特性有关。当面团中添加20%和30%的改性豌豆淀粉时，面包的黏合性、胶黏度和硬度都随之增加，但面团中添加30%的改性豌豆淀粉时，由于硬度太大而不利于面团的处理。总体来说，添加20%豌豆淀粉的面包更容易被消费者接受。所以，合理调配抗性淀粉的添加量，能够使面包性能风味更佳，更能满足消费者的需要。
（2）在油炸食品中的应用
RS3的热稳定性高于其他种类的抗性淀粉，用20%RS3（Novelose 330）替代小麦粉可以使油炸食品中总膳食纤维的质量分数提高5.0%～13.2%。颜色是油炸食品主要性质变化，油炸食品的最佳颜色是淡黄色，代表了油炸的最佳时间。随着RS3含量的增加，油炸食品的颜色也逐渐变深，硬度和脆性也随之增加。尽管在油炸食品中添加RS2更容易被消费者接受，但添加RS3比添加RS2更能改善食品的颜色和营养价值。
（3）在焙烤食品中的应用
抗性淀粉已应用于许多面筋蛋白食品如蛋糕、饼干等。抗性淀粉不仅可作为膳食纤维的强化剂，也是一种良好的结构改良剂，赋予食品令人喜爱的柔软性。含抗性淀粉的蛋糕在焙烤后，其水分损失量、体积、密度与加入膳食纤维、燕麦纤维的蛋糕相似。饼干类食品加工对面筋质量要求较低，可较大比例添加抗性淀粉。这样稀释的面粉面筋在焙烤时可减少褐变机会，使含抗性淀粉的饼干柔软、疏松、色泽光亮，有利于制作以抗性淀粉功能为主的保健饼干。
（4）在膨化食品及其他脆性食品中的应用
抗性淀粉作为膨化和脆性食品的改良剂，除了可改善食品的结构特性外，还可提高挤压谷物食品和休闲食品的膨化系数，使其具有独特的质地。将添加抗性淀粉的膨化食品浸泡到牛奶等饮料中，其质地虽变软但不会因吸水而崩溃，使谷物在浸泡中保持松脆。抗性淀粉还可以改善食品的脆性，尤其是冷冻后需要重新加热的食品，其表面脆性是至关重要的品质。添加了抗性淀粉的食品，气孔均匀，中心组织柔软，体积、颜色等感官品质良好，且具有最佳脆性。
（5）在奶制品及乳饮料中的应用
抗性淀粉应用于奶制品与乳饮料中可有效改善酸奶存放中的乳清析出、风味、口感及品质。其产品营养价值丰富，且抗性淀粉保留率较高。添加玉米抗性淀粉等制作的酸牛奶具有其本身的香气，组织结构均匀细腻，口感清新；其次，玉米抗性淀粉可促进发酵过程中嗜热链球菌的增长，而保加利亚乳杆菌的数量没有显著变化。添加马铃薯抗性淀粉与适量的果胶、琼脂制得的酸奶，呈现出良好的滋味及气味，组织均匀细腻，富有弹性等，且酸奶的总体品质较佳。
在20世纪90年代，奶酪业引进了新的低脂肪产品。马苏里拉奶酪一般包括20%～27%的脂肪，在比萨饼中广泛应用，所以，抗性淀粉是替代脂肪最好的选择。研究显示，在酸奶中添加RS2或RS3能够减少50%的脂肪，而且抗性淀粉的加入使奶酪光滑且质构均匀又不影响含水量。所以，奶酪中添加抗性淀粉符合健康要求，值得推广。
以苦荞米为原料，添加脱脂奶粉等辅料，经烘焙、浸泡等工艺制备的高抗性淀粉含量的苦荞乳饮料，其口感细腻，具有适宜的烤米香味以及奶香味。而以宜糖米为原料，添加奶粉等辅料，经烘焙、糊化等工艺制备的抗性淀粉米乳饮料，其口感柔和，外观均匀无沉淀，在保证风味和营养的同时，相应地提高了宜糖米中的抗性淀粉含量。
（6）在保健食品中的应用
抗性淀粉在小肠中不被消化，在大肠中被部分细菌发酵利用而产生一系列短链脂肪酸，如丁酸等。丁酸可降低肠内及排泄物的pH值，并可增加粪便体积、促进肠道蠕动，对于便秘、炎症、痔疮等疾病有良好的预防作用。
抗性淀粉可增加脂质排泄，将食物中脂质部分排除，且抗性淀粉本身几乎不含热量，作为热量添加剂加到食品中去，可减少对热量的摄取，从而有效控制体重。此外，它还有降低血液中血糖含量、防治糖尿病的作用。以上优点及特殊生理功能使抗性淀粉在食品营养学研究领域中的地位显得十分重要。
（7）在微型胶囊技术中的应用
微胶囊技术是一种将细小颗粒（固体、液体或气体）封存在半透膜内来保存封闭生物结构的技术。在食品工业中，微胶囊技术用来保护敏感物质，如颜色和生物大分子（包括抗氧化剂、矿物质、维生素），对提高益生菌活性的作用尤为明显。微胶囊技术在食品科学中三个主要的目标是延缓活性剂在人体内的释放、提高益生菌的活性和延长乳制品的货架期。抗性淀粉是众多微胶囊材料中的一种，抗性淀粉的B型结晶结构存在大量水通道，能够包埋这些敏感的化学物质，降低其消化率，从而作为一种稳定的运输工具有利于食品工业中控制生物活性分子的释放，延长敏感化合物的货架期等。
藻酸钙被广泛应用于固定乳酸菌，可以降低成本，而且不影响人体健康。抗性淀粉与藻酸盐在胶凝过程中具有协同作用，可以强化固定细菌细胞。在4℃条件下贮存8周后，添加2%RS2与藻酸盐混合时可以显著提高乳酸菌的数量，而4%RS2与藻酸盐混合时乳酸菌数量没有显著影响。贮存8周之后，游离培养基中乳酸菌和双歧杆菌的数量比添加了RS2后微囊化培养基中下降得更加明显。
微胶囊在食品运输以及贮存过程中为益生菌创造一个抵抗恶劣条件的微环境，从而提高益生菌的存活率，使其在消化道内合适的位点释放从而发挥有益的生理作用。如微胶囊技术可以保护乳制品中的益生菌抵抗胃肠道内较低的酸性环境。通常将高直链玉米淀粉与益生菌相结合封存到微胶囊材料里实现益生元-益生菌的共生，在微胶囊化之前将1%～2%可溶性淀粉颗粒加入到益生菌-胶体的前体里，可以更好地维持益生菌的活性。将干燥的益生菌微胶囊添加到干燥食品中，如谷物制品、饮料粉，对食品的贮存也有重要的作用。将抗性淀粉用于微胶囊技术，具有巨大的应用价值。
3.6.2.3 抗性淀粉在其他工业中的应用
抗性淀粉除了在食品工业中应用外，还有其他应用，如在医药学中，调节血糖水平、预防结肠癌、降低胆固醇含量、控制体重、作为益生元降低胆结石的形成、增加矿物质的吸收等作用，为医药学领域的发展提供基础和参考。
（1）抗性淀粉在医药行业中的应用
抗性淀粉具有抗消化的特性，并且无毒、性质稳定，不会对人体造成副作用，所以在医药行业可以用作药物缓释的载体，起到减少药物降解及损失、降低副作用、提高生物利用度的作用。
抗性淀粉作为药物、益生菌缓释载体。益生菌需要在人体大肠中定植才能发挥其益生作用，这就要求益生菌在通过人体消化道的过程中不能被胃酸及肠道酶类所杀灭，当前肠道菌研究火热，如何将活菌投送到大肠特定位置还存在很多困难，抗性淀粉因其不能被小肠内的消化酶降解而直接到达大肠，因此，可用它作为载体包埋药物或活菌而达到在特定位点释放的目的。有学者研究发现糊化和交联处理之后的玉米淀粉抗性淀粉含量增加，可作为靶向结肠的药物载体，从而使药物定点释放。此外，用抗性淀粉与海藻酸钙搭配制成微胶囊壁材，可以更好地强化固定细菌，提高细菌的存活率，利用这种壁材将奶酪和酸奶进行包埋后，奶酪和酸奶中乳酸杆菌和双歧杆菌存活率均明显高于未包埋的。这种方法一旦成熟可用于人体肠道菌群移植，把健康人群的肠道菌群制成胶囊，口服即可达到菌群移植的目的，能减轻灌肠给病患带来的痛苦，降低医疗成本，同时也是安全和有效的。
（2）在宠物食品、动物保健品中的应用
宠物食品是专门为宠物、小动物提供的食品，介于人类食品与传统畜禽饲料之间的高档动物食品。其作用主要是为各种宠物提供最基础的生命保证、生长发育和健康所需的营养物质。抗性淀粉作为一种保健食品原料添加到动物保健食品中可有效刺激胃肠蠕动，改善动物肠道环境。
抗性淀粉作为一种新兴的膳食纤维资源，其本身具有极低的热量，有调节血糖、防止心脑血管疾病、预防结肠直肠癌的作用，具有广泛的保健意义，符合现代人们饮食结构要求，具有广阔的市场前景。但是关于抗性淀粉的研究仍待进一步深入，包括：①进一步完善其理化性质及结构组成，并对其抗酶解特性及稳定性作进一步的探讨；②抗性淀粉作为一种食品，存在营养缺乏的问题，随着RS5（淀粉-脂类复合物）的发现，可深入研究淀粉与其他营养物的复合物，如淀粉-蛋白复合物等；③改善制备提纯工艺，改进实验条件，完善工艺路线，缩短制备周期；④强化其药理性研究，并进行系统的功能评价，提出抗性淀粉对各种疾病的预防和治疗方案；⑤目前，抗性淀粉主要应用于食品行业，可进一步开发其在其他领域的应用，实现多领域的应用研究。