本文选自中国工程院院刊《Engineering》年第6期
作者：柏玉香，李晓晓，纪杭燕，王禹，郑丹妮，王艳丽，金征宇
来源：AReviewoftheDesignandArchitectureofStarch-BasedDietaryFoods[J].Engineering,,7(5):-.
编者按
碳水化合物是食物的主要成分之一，也是人类膳食的主要能量来源，通常包括糖类、淀粉和纤维。在这三大来源中，淀粉是储量最丰富的碳水化合物之一。研究淀粉不仅可以加深人们对淀粉在人体中的功能的理解，而且有助于开发设计新的淀粉基膳食食品。
中国工程院院刊《Engineering》年第5期刊发《淀粉基膳食食品的设计及其结构研究》，综述了国内外对快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉等的最新研究进展，介绍了淀粉基膳食食品消化率的体内和体外测定方法。在此基础上，提出了通过直接添加变性淀粉或改变加工条件来设计新型淀粉基膳食食品的研究策略。最后，展望了淀粉类食品未来的研究方向。
一、引言
碳水化合物是自然界中应用最广泛的物质之一，也是食品的主要成分之一。膳食碳水化合物是人类饮食的主要能量来源，也是决定餐后血糖水平的主要因素（图1）。除碳水化合物外，富含碳水化合物的食物也在很大程度上受膳食纤维的数量、种类及其相应的物理结构的影响。此外，这些食物还能调节体内的血糖水平。年，首次提出血糖生成指数（glycemicindex,GI）的概念。GI可以量化碳水化合物食物升高血糖水平的效能。同时，它可以提供体内葡萄糖清除率的定量描述。除GI外，最近还引入了“血糖负荷”（glycemicload,GL）的概念，为食物的GI与该食物中可利用的碳水化合物含量的乘积。GL的主要优点是能够量化高碳水化合物食物的总体血糖效应。
图1能量平衡时各组分与膳食碳水化合物之间的相互作用示意图，以及能量过剩对人体健康的影响
在西方饮食中，碳水化合物占热量摄入的主要部分，文献报道显示将近一半的热量摄入来自碳水化合物，而狩猎者饮食中22%~40%的热量也来自碳水化合物。受益于碳水化合物食物的多样性，我们的营养状况和健康可以得到充分满足。同时，这些食物也给我们带来了更多的乐趣和享受。然而，除了这些有利特性外，也出现了各种与这些食物可能产生的副作用有关的问题。例如，有报道称，这些食物对血糖控制和血脂浓度有一些不良影响。更严重的是，有报告表明，大量摄入精制碳水化合物食物会造成餐后血糖和胰岛素水平的提高。此外，还会导致餐后血浆甘油三酯增加，加速肥胖，高密度脂蛋白（highdensitylipoprotein,HDL）胆固醇水平降低。
碳水化合物包括三种不同的类型：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，关于糖在饮食模式中的重要作用有许多记载。这主要源于糖在生物生命中的基本作用。例如，葡萄糖，尽管其结构简单，但由于其在人类健康方面的核心作用，它仍是世界卫生组织（WHO）的基本药物之一。虽然糖是人体重要的能量供应者，但摄入高剂量的糖对人体代谢是一种挑战，并可能导致一些疾病。糖（包括总糖、添加糖和游离糖）的摄入量超过推荐水平目前是一个全球公共卫生问题。因此，WHO决定复审《成人和儿童糖摄入量指南》，该指南建议将成人和儿童的游离糖摄入量降至总能量摄入量的10%以下。游离糖包括制造商、厨师或消费者添加到食品中的单糖和二糖，以及蜂蜜、糖浆、果汁和浓缩果汁中的天然糖。尽管糖类对人类健康有不利影响，但新型糖是介于单糖和多糖之间的功能性低聚糖（图2），有利于人类健康，这主要归因于它们重要的物理化学和生理特性。因此，人们对膳食食品中低聚糖的需求量也越来越大。与单糖相比，功能性低聚糖具有独特的优势，例如，功能性低聚糖由于很少释放葡萄糖而不会刺激血糖应答或胰岛素分泌的增加。同时，它们还可以改变肠道菌群，改善肠道环境。通过摄入功能性低聚糖也可以达到抑制腹泻等症状的目的。此外，还可提高对钙、镁、铁等多种矿物的吸附效率，并且减少结肠癌、肥胖症等“都市病”。因此，食用功能性低聚糖可降低上述风险。
图2功能性低聚糖中常见的单糖
淀粉是世界上储量最丰富的碳水化合物之一，广泛存在于植物的块茎、根、叶、果实和种子等不同器官中。在人类饮食中，大米、小麦和玉米的谷粒，或者马铃薯和木薯的块茎，都是主食和重要的能量来源。膳食淀粉实际上是一种葡聚糖，或者更具体地说，是由糖苷键连接的D-葡萄糖单体链。一旦被肠道淀粉酶消化，它就会释放出容易被人体吸收的葡萄糖。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性。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。功能性淀粉是指通过不同的改性方法赋予特定功能特性的变性淀粉，如生理功能、健康益处、吸收功能、持续缓慢的能量释放等功能。研究人员对开发功能性淀粉制备的新方法有着浓厚的兴趣，其中更侧重于酶和物理修饰。功能淀粉理化性质和多尺度结构也已经通过现代分析技术得到了良好的评价。
现代消费者对个人健康越来越重视，其中对膳食食品的要求不仅是美味诱人，还要兼顾安全和健康。因此，消费者更倾向于选择有营养的食物。具有多种生理功能的抗消化类碳水化合物，包括膳食纤维、低聚糖和抗性淀粉，引起了大众的广泛
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