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淀粉基膳食食品的消化特性和研究进展
工程7(2021)663研究食物安全及健康-检讨淀粉基膳食食品白宇翔a,b,c,李晓晓a,b,季航燕a,b,王宇a,b,郑丹妮a,b,王艳丽a,b,金正宇a,b,c,江南大学食品科学与技术国家重点实验室,无锡214122b江南大学食品科学与技术学院,无锡214122c江南大学江苏省食品安全与质量控制协同创新中心,江苏无锡214122阿提奇莱因福奥文章历史记录:收到2018年2018年12月1日修订2019年1月3日接受2020年12月24日在线提供关键词:糖淀粉纤维膳食食品A B S T R A C T碳水化合物主要存在于糖、淀粉和纤维中,是食物的主要成分之一,也是人类饮食中的主要能量来源在这三种主要来源中,淀粉是最丰富的碳水化合物储备之一。研究淀粉不仅可以增强我们对淀粉在人体中功能的理解,还有助于设计新型淀粉基膳食食品。本文首先对膳食淀粉的快速消化淀粉(RDS)、缓慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)进行了综述。此外,还讨论了淀粉基膳食食品消化率的体内和体外测定方法。基于目前的理解,目前的研究策略,设计新的淀粉基膳食食品,通过直接添加变性淀粉或改变加工条件的突出。并对今后淀粉类食品的研究方向提出了展望。©2020 THE COUNTORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇CCBY-NC-ND许可下的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)中找到。1. 介绍碳水化合物是自然界中使用最广泛的物质之一,也是食物的主要成分之一。膳食碳水化合物是人类膳食的主要能量来源,也是餐后血糖水平的主要决定因素(图1)。除了碳水化合物外,富含碳水化合物的食物在很大程度上还受到膳食纤维的数量和类型以及相应淀粉的物理结构的影响此外,这些食物可以调节体内血糖反应。血糖指数(GI)的概念于1981年首次引入,以处理这些因素[1]。GI量化了碳水化合物食物提高血糖水平的效力此外,它可以提供体内葡萄糖清除率的定量描述。除了GI之外,最近引入了“血糖负荷”(GL)的概念,GL的主要优点是能够量化富含碳水化合物食物的总体血糖效应[2]。*通讯作者。电子邮件地址:fpcenter@jiangnan.edu.cn(中)Jin)。碳水化合物构成了西方饮食中热量摄入的很大一部分,文献报告显示,碳水化合物几乎占热量摄入的一半;现代狩猎采集者饮食的22%-40%包含碳水化合由于碳水化合物丰富的食物的多样性,我们的营养状况和健康得到充分的满足。此外,这些食物增加了我们对食物的愉悦和享受。然而,除了富含碳水化合物的食物的有利特性之外,还存在与其可能的副作用相关的各种担忧。例如,据报道,这些食物对血糖控制和血浆脂质浓度有一些不必要的影响。更重要的是,报告显示,大量摄入精制碳水化合物食物会增加餐后血糖和胰岛素水平。此外,这也有助于增加餐后血浆甘油三酯水平,提高空腹,并降低高密度脂蛋白(HDL)胆固醇水平[5]。碳水化合物可以分为三种不同的类型:糖,淀粉和纤维(非淀粉多糖)。糖在人类历史上扮演着重要的角色,并且有大量关于糖在饮食模式中的重要作用的记录。这主要是由于糖在生物生命中的基础作用。例如,葡萄糖,尽管其结构简单,但却是由于世界卫生组织(世卫组织)在人类健康方面的核心作用,该组织的基本药物得到了广泛使用。虽然糖是https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.12.0072095-8099/©2020 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。可从ScienceDirect获取目录列表工程杂志首页:www.elsevier.com/locate/engY. Bai,X.Li,H.Ji等人工程7(2021)663664图1.一、能量平衡的各个组成部分和饮食碳水化合物之间的相互作用的示意图,以及高潮对人类健康的影响复制自Ref。[3]经牛津大学出版社许可,©2017。作为人体重要的能量供应者,摄入高剂量的糖是一种代谢挑战,并可能导致某些疾病[6]。目前,摄入超过推荐水平的糖(包括总糖、添加糖和游离糖)是全球公共卫生问题。因此,世界卫生组织已经审查了其糖摄入量指南;他们建议将成人和儿童的游离糖摄入量减少到总能量摄入量的10%以下[7,8]。游离糖包括单糖和二糖,它们由制造商、厨师或消费者添加到食品中,以及天然存在于蜂蜜、糖浆、果汁和浓缩果汁中的糖[8]。尽管它们对人类健康有不利影响,但新的寡糖是介于单糖和多糖之间的功能性寡糖(图11)。(2)有利于人体健康。这主要归因于其重要的物理化学和生理特性。因此,对增加减肥食品中低聚糖的量有很大的需求[9]。与单糖相比,功能性低聚糖具有独特的优势. 例如,功能性低聚糖不会刺激血糖或胰岛素分泌的增加,因为葡萄糖的轻微释放。此外,这些可以改变肠道微生物群并改善肠道环境[10,11]。腹泻的抑制和腹泻的症状也可以通过摄入功能性低聚糖来实现。此外,各种矿物质的吸附效率,包括钙,镁和铁,可以增加[12,13]。最后,还可以减少与生活方式有关的“文明病”,如结肠癌和肥胖症。因此,功能性低聚糖的摄入降低了上述风险[14](Fig. 3)。淀粉是碳水化合物中最丰富的储备之一,广泛存在于植物的不同器官中,如块茎、根、叶、果实和种子。在人类饮食中,大米、小麦和玉米的谷物或马铃薯和木薯的块茎是主食和主要的能量来源[17]。膳食淀粉实际上是一种葡聚糖,或者更具体地说,是一种通过糖苷键连接的D-葡萄糖单体链;一旦被肠道淀粉酶消化,它可以释放出葡萄糖,葡萄糖很容易被人体吸收[18]。食品加工业和消费者要求淀粉具有比天然淀粉更好的行为特征。幸运的是,天然淀粉的缺点可以通过化学,物理或酶改性来克服。功能性淀粉是已经被改性以具有特定功能性质的淀粉,例如生理功能、健康益处、吸收功能、持续缓慢的能量释放以及通过不同改性方法赋予的一直图二. 功能性低聚糖的常见单糖组分。经Elsevier B.V.许可,转载自参考文献[15],© 2017。Y. Bai,X.Li,H.Ji等人工程7(2021)663665图三. 低GI和富含纤维的食物的可能机制的总结。转载自参考文献[16],经Springer Nature许可,©2012。研究人员一直对开发制备功能性淀粉的新方法感兴趣,更强调酶和物理改性。功能性淀粉的多尺度结构和物理化学性质已被很好地利用现代分析技术确定。现代消费者对个人健康越来越感兴趣:对减肥食品的关键要求是不仅要美味诱人,而且要安全健康。因此,营养设计的食物是首选。非消化性碳水化合物,包括膳食纤维、低聚糖和抗性淀粉(RS),具有多种生理功能,已引起越来越多的关注。2. 膳食淀粉作为主要的膳食能量来源,淀粉具有生物聚合物功能,并在许多植物器官中充当储备碳水化合物。饭后,小肠中淀粉的消化率增加,血糖和胰岛素水平升高;这与营养高度相关。由于血糖反应的降低被认为是健康的,因此Englyst等人[19]将淀粉分为三种不同的部分-快速消化淀粉(RDS)、缓慢消化淀粉(SDS)和RS;这种分类基于相应的消化率。在本节中,详细讨论了三种膳食淀粉及其对人体的影响。此外,还解释了淀粉类食品的测定方法。2.1. 快速消化淀粉2.1.1. RDS的定义和生理特性RDS构成膳食淀粉的主要部分在湿热烹饪的淀粉类食物(面包和土豆)中发现了高水平的RDSRDS被定义为一种淀粉,(20分钟内)通过酶消化转化为葡萄糖分子[19]。RDS与基于GI的对体内餐后血糖反应的影响[20]。如果RDS在食物中的比例很高,它会迅速将葡萄糖释放到血液中,从而提高血糖和胰岛素水平;这对健康有害[21]。2.1.2. RDS的制备及应用淀粉的消化率受食品加工条件的影响很大[22,23],这进一步影响了淀粉的比例。RDS在食物中一般来说,糊化后RDS的比例增加。有报道表明,糯米淀粉糊化后RDS含量增加[24]。高温熟化也增加了许多类型的谷物淀粉中RDS的量。使用微波炉、电饭煲、传统烤箱和高压锅烹饪的谷物含有较高比例的RDS[25,26]。2.2. 缓慢消化淀粉2.2.1. SDS的定义和生理特性SDS是指在小肠中具有缓慢消化速率的淀粉级分。体外Englyst试验显示SDS的消化速率为20由于这种低消化率,SDS被医学研究所(美国)认为是一种膳食纤维,参考植物中含有的难消化或不易消化的碳水化合物[28]。就SDS对人体的健康影响而言,SDS具有确保稳定的餐后葡萄糖代谢和降低糖尿病风险的能力;此外,它还确保更好的精神和生理表现。此外,与具有高GI的RDS相比,SDS具有中等至低GI,导致食品的GL降低[29]。与含有快速煮熟和易消化的玉米的膳食相比Y. Bai,X.Li,H.Ji等人工程7(2021)663666淀粉,含有缓慢消化的蜡质玉米淀粉的那些导致血浆葡萄糖和胰岛素的峰值浓度较低[30,31]。与RDS相比,SDS的摄入可使餐后血糖和胰岛素反应减弱。此外,这将潜在地导致随着时间的推移能量的更大供应和释放。根据大量报道的文献,在肥胖症患者中摄入缓慢可用的葡萄糖可改善代谢特征。这种情况尤其发生在餐后胰岛素血症中,同时循环中的甘油三酯和载脂蛋白中富含甘油三酯的脂蛋白水平较低[32]。一般来说,由于饮食中摄入过多的碳水化合物和脂质,糖尿病被认为是一种代谢紊乱。此外,由于血液中胰岛素的绝对或相对缺乏,2型糖尿病(T2DM)已成为常见的内分泌和代谢病症。文献报告表明,含SDS的食物可改善碳水化合物代谢,并促进胰岛素治疗的T2DM患者的胰岛素需求量同时降低[33]。在对健康志愿者进行的一项测试中,与快速获得的碳水化合物相比,主要含有SDS的早餐会导致早上的表现下降[34]。葡萄糖为大脑提供能量,对葡萄糖饮料的研究也显示了积极的影响:葡萄糖倾向于改善注意力过程8%(P0.07)[35]。这表明进食后稳定且低的胰岛素反应在饱腹感调节中起重要作用,这进一步支持SDS对饱腹感的有益作用。比较缓慢消化的大麦粒与白面包对照的研究显示了类似的结果[36]。因此,可以得出结论,SDS对饱腹感影响因素,即餐后血糖和胰岛素水平有影响。然而,饱腹感的其他机制应继续研究,包括吸收的特征,膳食的组成,肠道激素和与小肠的接触。2.2.2. SDS的制备及应用迄今为止,SDS主要通过酶、物理和化学方法生产。酶脱支处理通常使用α-淀粉酶、支链淀粉酶或异淀粉酶[37],导致淀粉分子中的α-1,4-和α-1,6-糖苷键水解,从而破坏淀粉的结构并产生较短的链。采用普鲁兰酶脱支-重结晶法对糯玉米淀粉进行糊化,制备高含量SDS[38]。结果表明,酶法脱支有利于SDS的生成方面在化学改性中,辛烯基琥珀酸酐(OSA)酯化是提高SDS最有效的改性方法之一。在人体试验期间,证实了OSA改性淀粉诱导的显著低血糖反应,这与SDS的延长葡萄糖释放特征一致[39]。 普通淀粉(直链淀粉27%)、糯玉米、角质糯玉米(直链淀粉0%)和高直链淀粉(直链淀粉50%)通过环氧丙烷交联或糊精化改性以制备SDS[40]。该研究报告称,甘薯淀粉的水分含量可调节50%;在55 °C下热处理12小时后,形成最大含量为31%的SDS [41]。此外,将糯米淀粉和非糯米淀粉的水分调节至20%(湿基),在结晶淀粉的熔融温度下微波加热1 h后,可获得热稳定性更好的SDS[42]。SDS可以添加到各种食品中,如蛋糕,面包,饼干,比萨饼,膳食补充剂和糖尿病相关产品,并可以帮助控制能量的释放此外,SDS产物能延长葡萄糖的释放,可能为葡萄糖的释放提供途径。让运动员有足够的能量,以避免与耐力体育活动相关的疲惫。热量相关的健康危害也可以通过用碳水化合物代替典型食物中的脂肪来避免[43]。鸡有能力通过增加淀粉的摄入来增加胰淀粉酶的分泌[44]。通过淀粉基质和化合物的官能团之间的相互作用,可以加强各种亲水性和疏水性化合物的结合和包封能力;这可以使相应的衍生物成为药物递送领域应用的理想候选物2.3. 抗性淀粉2.3.1. RS的定义和生理特性与其他两种淀粉不同,RS不能在小肠中消化,只能在结肠中发酵可在孵育20分钟内消化的淀粉级分称为RDS(使用体外Englyst测定法测定)。SDS的特征是消化时间在20 - 120分钟之间,RS是剩余的没有消化能力的部分[23]。RS是多种不同类型材料的混合物,可分为五类:物理不可及淀粉(RS 1)、未糊化淀粉颗粒(RS 2)、回生淀粉(RS3)、化学改性淀粉(RS 4)和RS已被发现对人体代谢和结肠健康具有有益作用-改善血糖和胰岛素反应,控制脂质代谢,调节肠道微生物群样益生菌,并预防结肠癌。本节从肠道健康、降血糖/降胆固醇作用、抑制脂肪堆积和胆结石形成等方面介绍RS对人体健康的益处。虽然RS不能在小肠中消化,但由于益生菌引起的发酵,它可以在大肠中消化;这可能导致短链脂肪酸(SCFA),有机酸和醇的释放。其中,丁酸盐具有降低结肠癌风险的特殊作用;此外,通过丁酸盐处理培养的结肠癌细胞,可以实现癌细胞增殖的抑制和细胞凋亡的刺激[48]。据报道,RS有潜力为了抵消这种风险,远端结肠和减弱红肉诱导的结肠直肠DNA损伤[49]。作为不可消化的碳水化合物,益生元通过选择性刺激胃肠道中益生菌的生长和/或活性而有益地影响宿主。由于它不在小肠中吸收,RS通过向它们提供能量来促进特定有利微生物群的生长[50]。例如,RS会导致双歧杆菌的生长,大鼠的胃肠道[51]和增强双歧杆菌在酸性缓冲液或胆汁酸溶液中的存活[52]。实验研究通过粪便和大肠SCFA谱的时间依赖性变化证实了益生菌和RS之间的有利相互作用[53]。已经进行了与RS的低血糖/低胆固醇血症作用相关的广泛研究与健康受试者中的其他碳水化合物相比,RS的消耗可以降低血清中的葡萄糖和胰岛素水平[54]。据报道,富含RS的食物可导致人类餐后血糖水平降低[55]。这表明这些食物可能在T2DM的代谢控制补充中发挥重要作用针对RS3对正常和高胆固醇血症大鼠胆固醇代谢影响的研究表明[56],RS对正常胆固醇血症大鼠的胆固醇代谢没有影响然而,它可能导致高胆固醇血症患者血浆中游离胆固醇和总胆固醇浓度Y. Bai,X.Li,H.Ji等人工程7(2021)663667大鼠同时,一项研究关注RS和纤维素对仓鼠血液和肝脏脂质的影响,结果表明RS可导致血清胆固醇水平降低16.2%,而纤维素可导致血清胆固醇水平降低13.5%[57]。尽管进行了大量研究,但RS对人体总胆固醇水平的影响仍存在争议。因此,需要更多的研究来了解RS对人类胆固醇代谢的影响。富含RS的食物引起的附睾和腹膜后脂肪减少可能导致体脂分布的显著变化[58]。此外,硫酸皮肤素通过增加胰岛素分泌显著影响胆结石形成;这又导致刺激胆固醇合成。因此,RS可降低胆结石形成的发生率[59]。由于碾磨过程增加了淀粉的消化率,大米和小麦是可消化淀粉的主要来源[60]。发达国家(如美国、欧洲和澳大利亚)RS的摄入量是发展中国家(如印度和中国)高淀粉食物人群的2-42.3.2. RS的制备及应用对RS的制备进行了多次修改。研究人员研究了热蒸汽对RS形成的影响,发现用热蒸汽处理豆类淀粉会增加RS的含量[63]。但处理时间稍长会导致淀粉水解和焦糖化,而且蒸汽处理成本高,限制了其推广应用。使用单螺杆挤出机使用芒果淀粉制备RS,并测定淀粉乳液挤出前后RS含量的变化[64]。研究人员通过糊化普通玉米淀粉并对其进行高压灭菌和酶水解处理,开发了一种热稳定的降血糖淀粉[65]。此外,据报道,马铃薯淀粉可以通过在热-冷却循环处理之前使用支链淀粉酶脱支处理而大大改善在另一项研究中[38],通过支链淀粉酶脱支对蜡质玉米淀粉进行糊化后,RS质量评分高达50.1%[67]。淀粉分子经普鲁兰酶脱支处理后,分子链碰撞、聚集以及形成致密晶体结构的几率大大增加,RS3的产率也有所提高。通过化学反应OSA改性来自木薯和马铃薯的两种不同的块茎淀粉,与RS4的形成相比此外,根据其酶水解速率评估了使用OSA和高直链淀粉玉米淀粉改性的普通玉米淀粉[68]。RS具有独特的物理化学益处,包括凝胶形成、细粒度、淡味、发白的颜色、溶胀指数、增加的粘度和保水性。因此,RS被广泛用于许多食品,如蛋糕和布朗尼。RS3通常用于油炸面糊食品,因为它能够承受高温。此外,RS可以改善烘焙或油炸食品的感官特征,如颜色、风味、油性和脆度。3. 淀粉基膳食食品消化率的测定血糖反应的持续时间和速率通常用于表示淀粉的消化率。 淀粉的体内和体外消化曲线如图4所示。有几种方法可用于准确测定淀粉基膳食食品的消化率,以监测淀粉消化的速率和程度以及淀粉衍生葡萄糖的肠道吸收。这使得制造商能够改变每种食物的葡萄糖反应,特别是在糖尿病治疗食品,糖尿病管理和碳水化合物代谢紊乱的情况下。详细介绍了淀粉类膳食食品消化率的主要测定方法和指标。3.1. 体内淀粉消化淀粉在口腔中受到唾液淀粉酶的作用,唾液淀粉酶是消化过程中作用于碳水化合物的第一种酶[69]。在相对较短的时间内,食物团通过食道蠕动进入胃,胃分泌HCl。胃液的pH值约为2.6,这会延缓α-淀粉酶的作用,但会增加淀粉的酸水解。从胃,摄入的淀粉进行到十二指肠。胰液含有两种重要的淀粉消化成分:碳酸氢盐和α-淀粉酶.前者将来自胃的液体的酸性中和至pH 8。此外,α-淀粉酶继续将淀粉水解成葡萄糖和低聚糖.所获得的低聚糖含有线性和支链结构,如果不进一步水解成葡萄糖,可能无法被吸收到血流中;因此,需要进一步的酶促过程[70]。见图4。 营养淀粉组分的生物利用度。(a)体内对RDS、SDS和RS的甘氨酸应答;(b)使用Englyst方法进行体外消化测定。G20和G120分别表示消化20和120分钟后的葡萄糖量复制自Ref。[23]经Taylor &Francis许可,©2015。Y. Bai,X.Li,H.Ji等人工程7(2021)663668未被α-淀粉酶消化的底物在小肠中被粘膜麦芽糖酶-葡糖淀粉酶和蔗糖酶-异麦芽糖酶降解成单个葡萄糖单位这些是外切葡糖苷酶,其催化α-1,4键和α-1,6分支键,确保非线性寡糖的进一步降解。获得的单糖通过次级主动转运穿过肠上皮细胞的顶膜被吸收到血流中,并穿过基底外侧膜从胃肠道排出[71]。未消化的多糖,如RS和可溶性纤维,通过大肠(结肠)中的发酵消化,其中含有非常大的微生物群。发酵导致SCFA的形成,其稳定血糖水平并抑制肝脏中的胆固醇合成[72,73]。GI是指受试食物中50 g有效碳水化合物部分的葡萄糖反应曲线下面积增量(餐后120分钟血糖水平的变化);其表示为同一受试者对标准食物(白面包或葡萄糖)中相同量碳水化合物的反应百分比[74,75]。新型淀粉产物的体外水解数据可以有效地用于预测体内血糖反应。血浆葡萄糖反应在很大程度上被认为与胰岛素分泌有关。有人建议,胰岛素指数(II)可用于糖尿病患者的饮食管理。计算II的公式与计算GI的公式相似,后者由Jenkins Granfeldt等人[76]开发。此外,使用体外方法发现水解指数与II之间存在显著相关性[76]。3.2. 体外淀粉消化Englyst et al.[19]开发了最广泛接受的方法来定量估计从复杂食品材料到纯淀粉的营养淀粉部分;该方法涉及刺激人体消化系统。采用胰淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶控制水解法葡萄糖氧化酶用于测量释放的葡萄糖。基于Englyst方法的计算公式如下所STS-120-GTG-GFG×0:9SRDS-120-GFG× 0:9SSDS-120-G20FG × 0: 9SRS¼S TS-S RDS-G SDS其中GFG、GTG和STS分别表示游离葡萄糖、总葡萄糖和总淀粉的量;G20和G120分别表示消化20和120 min后的葡萄糖量;SRDS、SSDS和SRS分别表示RDS、SDS和RS的量; 0.9表示考虑到每个葡萄糖单位一个水分子的再移动,从葡萄糖到淀粉的转换因子。此外,已经进行了许多尝试来修改这些方程。例如,荷兰应用科学研究组织(TNO)已经做出了两项重大改进:微生物酶的混合物和特定时间点葡萄糖释放量的分析。已发表的文献表明,使用TNO方法获得的GI值与人体研究(比较各种纯碳水化合物与不同种类的含碳水化合物食品)获得的结果一致[77]。无可否认,Englyst此外,淀粉特性和淀粉基食品的组成等因素也会影响淀粉的降解过程。体外淀粉水解。水解速率变化很大不同的食物中存在淀粉的含量:扁豆的含量最低,而煮土豆的含量最高。Goñi等人[78]提出了一种改进的体外方法来研究淀粉在不同时间间隔的水解。提出了食品中淀粉水解过程的一级方程式,如下所示:C¼C11-e-kt其中C表示在时间t水解的淀粉的浓度,C1是表示平衡浓度的常数,并且k表示动力学常数。许多研究人员已经证实,淀粉粘度的变化影响消化率。淀粉颗粒的溶解程度和随后的酶水解可使用市售受控应力流变仪表征[79]。研究表明,在模拟消化过程中粘度会降低;此外,可以使用相对粘度预测部分消化的肠内容物的粘度增加的程度[80]。此外,还可以预测淀粉类食物的代谢行为。已经引入了一种用于测量产品中体外4. 新型淀粉基膳食食品4.1. 通过直接添加变性淀粉设计低GI食品随着生活水平的提高,饮食相关慢性代谢紊乱的发病率逐年上升[81]。食品的GI越来越受到人们的关注,相关研究也在不断扩大。研究表明,长期摄入高GI食物与肥胖、高脂血症、糖尿病、高血压及心脑血管疾病的发生密切相关。GI对某些慢性病的预防和控制具有很大的指导价值和很强的可操作性[82进一步的研究表明,目前采用的低GI食品制备方法,以低GI原料为特征,如变性淀粉和采用挤压技术制备的重组营养产品,其最终目的是提高产品中RS和SDS的含量GI不会在短时间内迅速增加。研究人员已经探索了基于改性淀粉的低GI食物,如大米,面包,面条,奶酪和饼干。微胶囊技术已被广泛用于保存挥发性、光和温度敏感性以及易氧化的食品成分。该方法保留了热敏SDS和RS;此外,发现使用包封的蜡质淀粉代替支链淀粉处理的蜡质玉米淀粉可以开发出具有高SDS水平和功能特性的新产品[85]。通过用聚葡萄糖代替起酥油作为脂肪替代品,使用RS增加膳食纤维含量,并添加双纤维素改良剂,结果表明,与对照组相比,饼干的总膳食 含 量 提 高 了 142.7% , 脂 肪 含 量 降 低 了 35% , 热 量 含 量 降 低 了28.25%。研究人员以低筋小麦粉为主要原料,添加RS、植物油等,Y. Bai,X.Li,H.Ji等人工程7(2021)663669开发中等GI产品的原材料[87]。RS饼干的水解指数和GI分别为49.19和66.72。Montesinos-Herrero 等 人 [88] 选 择 Novelose 240 ( N240 , 天 然RS)或Novelose 330(N330,降解RS)而不是脂肪据确定,超过一半的脂肪含量的制备的仿奶酪被取代RS,而熔融性保持不变。扫描电子显微镜(SEM)技术用于表征模拟奶酪的微观结构(图5)。然而,人们发现这种成分会导致奶酪变硬,RS被用来进一步取代高达90%的脂肪,以生产2%的脂肪奶酪。当含水量保持在60%时,硬度和抱合力值适合于切片、切碎和成形。虽然奶酪几乎没有脂肪,但它具有良好的可融化性[89]。评估了改良豌豆淀粉与小麦粉和高水平RS(PeaP)对面包产品的影响[90]。当PeaP在面粉替代品中的添加量高达10%-20%时当面粉替代率高达20%时,机械、拉伸和粘性参数保持不变,而不影响面团的可生产性[91]。总体而言,在体外消化率的RS面包显示,还原糖的释放是缓慢的,面包与RS4浓度增加表现出低的体外淀粉消化率。此外,相应的GI远低于普通面包,这在特殊饮食中可能至关淀粉的消化行为可以通过添加其他物质来改变。例如,研究了酚类化合物、蛋白质和多糖对淀粉消化的影响。一些研究人员报道,没食子酸(一种膳食多酚)可以与淀粉凝胶复合,以增加RS的含量,从而降低预测的GI[92]。其他人发现多糖(如普鲁兰多糖)可增加SDS和RS的总含量,同时降低RDS[93]。水胶体(例如,瓜尔胶),另一种类型的多糖,由于增稠效应,也可以减少体外消化过程中的淀粉水解,这降低了酶对淀粉底物的可及性[94]。据报道,大米蛋白有助于降低淀粉的消化率,因为蒸煮淀粉和淀粉V型结构的有序和聚集结构增加[95]。此外,平菇粉的添加提高了膳食纤维的含量,同时减小了形成的不均匀球形淀粉颗粒的尺寸。这与淀粉颗粒的完整性相互作用,导致淀粉对消化酶和饼干GI的敏感性降低[96]。4.2. 通过改变加工条件加工条件对食品质量和产品的消化率有重要影响[97]。超高压处理后草鱼的硬度、弹性和咀嚼性均高于新鲜鱼和冷冻处理鱼,表明超高压处理能显著提高草鱼的品质和消化率[98]。燕麦在正常蒸、高压灭菌、干烤和微波条件下的膳食纤维和蛋白质含量也会发生变化[99]。大米是全世界人类的主要能量来源,是膳食营养中不可缺少的碳水化合物在大米品种和碾磨精度一定的条件下,加工方法是影响米类食品血糖反应的重要因素,并可能通过影响大米的成熟度、淀粉组成和理化性质,进而影响碳水化合物的消化率,最终决定米类食品的血糖反应特性。有研究者发现,煮前浸泡、加水、延长煮制时间等方法,在煮制过程中淀粉消化率较高;冷藏后淀粉消化率明显下降[100]。此外,其他人还探索了在不同高温(80,100,120,140 °C)和压力(0、0.1、0.3和0.5 MPa)处理(图6和7)[101]。随着温度的升高,米饭外层的气孔减少;此外,米饭的外观(颜色和外观完整性)和质地也发生了显着变化。相比之下,烹饪压力对米饭的影响有限。米饭表面和内层的显微结构示于图 六、方便米饭的加工主要包括米饭的蒸煮和干燥,这涉及到淀粉的糊化和再生长。结果发现,与使用电饭煲制备的方便米饭相比,通过常规烹饪制备的方便米饭的RDS含量降低的程度更大,SDS含量显著增加[102]。直链淀粉含量低的稻米RDS含量较低,SDS和RS含量较高,而直链淀粉含量高的稻米SDS含量较低,RS含量较高。在常温常压蒸煮条件下,大米的蒸煮时间缩短了约30%[103]。动力学实验表明,在室温和常压下,浸泡前和未浸泡的大米都符合一级动力学方程。干燥也是影响稻米品质的重要因素,主要包括水分含量、干燥温度和表面速度。响应面法图五.含有(a)52%水分仿制品、(b)12.5% Novelose 240(500×)和(c)12.5% Novelose 330(800×)的奶酪的SEM图像(500×)。F:脂肪球; H:蜂窝状结构;S:淀粉。复制自Ref。[88]经Elsevier B.V.许可©2016.Y. Bai,X.Li,H.Ji等人工程7(2021)663670图六、在不同温度和压力下煮熟的米饭的外表面的SEM图像:(a)80°C, OMPa;(b)80°C, 0.5MPa;(c)100°C, OMPa;(d)100°C,0.5 lMPa;(f)120 °C,0·5MPa;(g)140 ° C,0·3MPa;和(h)140 °C,0.5 MPa。复制自Ref。[101]经Elsevier B.V.许可© 2006年。见图7。在不同温度和压力下煮熟的米饭的内层的SEM图像:(a)80°C, OMPa;(b)80°C, 0.5MPa;(c)100°C, OMPa;(d)100°C,0.5 lMPa;(f)120 °C,0·5MPa;(g)140 ° C,0·3MPa;和(h)140 °C,0.5 MPa。复制自Ref。[101]经Elsevier B.V.许可© 2006年。的方法来评价干燥条件对稻米品质的影响,从而提出干燥参数的优化建议[104]。这些结果表明,含水率是最重要的因素,而表面流速是最小的。干燥条件对大米的质地和口感有很大影响。此外,干燥温度影响稻米的色泽,但对干燥稻米的收缩率和复水能力无显著影响。根据SEM,不同温度下干燥的大米的形态相似,但与新鲜煮熟的大米不同[105]。4.3. 前景目前,在现代人的膳食结构中,加工食品大量存在,而水果、蔬菜和粗粮的摄入量有限。因此,膳食纤维往往不足。与此同时,心血管疾病、肠道疾病和糖尿病患者的数量逐年增加,强调了少吃糖、少吃零食的重要性。盐和更少的脂肪为了满足消费者的饮食习惯,可口可乐于2017年在日本推出了“Coca-Cola该产品不仅保留了原味,而且0卡路里,还含有5克水溶性膳食纤维,有助于减少餐后脂肪的吸收。此外,两种新型饮料都添加了抗性糊精,其是一种可溶性膳食纤维,它不仅能增加胃肠道的容积,引起饱腹感,而且还能加速排便。低能量、低热量食品日益成为一种新趋势,也为淀粉基膳食食品的发展提供了新的思路和方向。5. 结论随着人们对健康食品的迫切需求和对开发新型膳食食品的兴趣日益增加,Y. Bai,X.Li,H.Ji等人工程7(2021)663671淀粉的研究引起了相当大的关注。本文从淀粉的基本化学结构到淀粉基膳食食品消化率的体内外测定方法,综述了淀粉的主要前沿研究课题。淀粉不像纯化学试剂那么简单;它是一种复杂的生物材料,包含三种不同的材料:RDS,SDS和RS。通过应用各种表征技术,如电子显微镜,淀粉研究取得了长足的进步,从而可以直接阐明淀粉基膳食食品的微观形态。基于对淀粉的基本认识,人们设计合成了新型淀粉基膳食食品,以满足现代人的需求。例如,通过直接添加改性淀粉或通过改变加工条件可以成功地获得低GI食品。因此,在不久的将来,基础研究和新的加工技术的结合将是必要的,以设计和生产健康的淀粉基膳食食品。确认本工作得到了国家自然科学基金(31701644和32072268)、江苏省科技支柱计划(BE2018304)、食品科学与技术国家一级学科计划(JUFSTR 20180203)的资助。遵守道德操守准则Yuxiang Bai 、 Xiaoxiao Li 、 Hangyan Ji 、 Yu Wang 、 DanniZheng、Yanli Wang和Zhengyu Jin声明他们没有利益冲突或财务冲突需要披露。引用[1] Jenkins DJ,Wolever TM,Taylor RH,Barker H,Fielden H,Baldwin JM,等. 食物的糖化指数:碳水化合物交换的生理学基础。是临床营 养 学 杂 志 1981;34(3):362-6。[2] SalmerónJ,Manson JE,Stampfer MJ,Colditz GA,Wing AL,Willett WC.膳食纤维、血糖负荷和女性非胰岛素依赖型糖尿病风险。JAMA1997;277(6):472-7.[3] Smith HA,Gonzalez JT,Thompson D,Betts JA.膳食碳水化合物,能量平衡的组成部分,以及相关的健康结果。Nutr Rev2017;75(10):783-97。[4] Cordain L,Miller JB,Eaton SB,Mann N,Holt SH,Speth JD.全球狩猎采集者饮食中植物-动物生存比率和常量营养素能量估计。 美国临床营养杂志2000;71(3):682-92。[5] SacksFM,Katan M. 膳食脂肪和碳水化合物对血浆脂蛋白和心血管疾病影响的随机临床试验。美国医学杂志2002;113(增刊9 B):13-24。[6] 吉布森含糖软饮料与肥胖:来自观察性研究和干预措施证据的系统性综述 NutrRes Rev 2008;21(2):134-47。[7] 布朗斯湾世卫组织指南:“成人和儿童的糖摄入量”提出了一些疑问。 农业食品工业高新技术2015;26(4):34-6.[8] 世界卫生组织。全球健康风险:某些主要风险造成的死亡率和疾病负担。日 内瓦 :世卫组织出版社; 2013年。[9] Kunz C,Rudloff S.牛奶低聚糖的健康促进作用。 国际乳品杂志2006;16(11):1341-6.[10] 博德湖人乳低聚糖的功能生物学 Early HumanDev 2015;91(11):619-22.[11] 马毅,彭X,杨J,乔瓦尼V,王C.功能性低聚糖对免疫抑制小鼠肠道免疫调节的影响。Saudi J Biol Sci 2020;27(1):233-41.[12] Monchois V,Willemot RM,Monsan P.葡聚糖蔗糖酶:作用机制和结构-功能关系。FEMS Microbiol Rev 1999;23(2):131-51.[13] NgoDN,Kim MM,Kim SK. 甲壳素寡糖抑制活细胞中的氧化应激。碳水化合物聚合物2008;74(2):228-34.[14] Marionneau S,Cailleau-Thomas A,Rocher J,Le Moullac-Vaidye B,RuvoënN,Clément M,et al. 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