資訊 > 專家原創(chuàng) > 異麥芽酮糖的生產(chǎn)與應(yīng)用
異麥芽酮糖又稱帕拉金糖,是蔗糖的同分異構(gòu)體,少量存在于蜂蜜、甘蔗汁等物質(zhì)中,能選擇性促進(jìn)人體腸道內(nèi)雙歧桿菌的生長(zhǎng),具有低熱量、防齲齒、抑制肥胖等功能特性。異麥芽酮糖分子式為C12H12O11·H2O,分子質(zhì)量為360.32,是由葡萄糖和果糖以α-1,6糖苷鍵連接形成的還原性二糖,其作為一種結(jié)晶狀的雙糖,含1moL的結(jié)晶水,且失去結(jié)晶水后不形成結(jié)晶,其結(jié)構(gòu)式如下圖所示。
異麥芽酮糖外觀和味道與蔗糖相似,呈白色結(jié)晶,甜度約為蔗糖的42%,不隨環(huán)境變化而改變。溶解度在室溫下僅為蔗糖的50%,溫度升高時(shí),溶解度急劇增加,80 ℃ 時(shí)達(dá)到蔗糖的85%。與蔗糖的熔點(diǎn)(160~185 ℃ )相比,異麥芽酮糖的更低(123~124 ℃)。
異麥芽酮糖還具有高穩(wěn)定性,主要表現(xiàn):(1) 耐酸水解性良好,pH 2.0時(shí),20%的異麥芽酮糖溶液沸騰1h也不發(fā)生水解反應(yīng),因此,在酸性食品中比蔗糖更穩(wěn)定;(2) 異麥芽酮糖添加到等滲或低滲飲料中能保持滲透壓的穩(wěn)定;(3) 異麥芽酮糖對(duì)大多數(shù)細(xì)菌和酵母有抗性,不易被利用,因而添加異麥芽酮糖的產(chǎn)品更易保持甜味。
異麥芽酮糖的生產(chǎn)制備
異麥芽酮糖在自然界中含量低,使用化學(xué)方法合成難度較大,因此,主要利用微生物轉(zhuǎn)化和酶異構(gòu)化蔗糖方式生產(chǎn)。其中酶異構(gòu)化蔗糖是一種利用蔗糖異構(gòu)酶 ( SIase,EC5. 4. 99. 11)催化蔗糖生成異麥芽酮糖的酶促反應(yīng),具有極大的商業(yè)潛力。
1、微生物轉(zhuǎn)化法
早期一般采用微生物轉(zhuǎn)化法來(lái)生產(chǎn)異麥芽酮糖,主要包括菌體發(fā)酵轉(zhuǎn)化蔗糖與菌體細(xì)胞固定化兩種方式。迄今已發(fā)現(xiàn)多種微生物能發(fā)酵蔗糖轉(zhuǎn)化異麥芽酮糖,如沙雷氏桿菌屬( Serratia plymuthica ATCC15928 )、歐文氏桿菌屬(Erwinia rhapontici NX-5)、克雷伯氏桿菌屬 ( Klebsiella sp. LX-3)等均有產(chǎn)異麥芽酮糖的能力。
① 菌體發(fā)酵法。菌體發(fā)酵蔗糖生成異麥芽酮糖的方法實(shí)質(zhì)是靠微生物體內(nèi)表達(dá)的SIase催化蔗糖的轉(zhuǎn)化來(lái)完成的。基于菌株性質(zhì)的不同,可將其分為原始菌株發(fā)酵、誘變菌株發(fā)酵和重組菌株發(fā)酵。菌株經(jīng)優(yōu)化培養(yǎng)條件或誘變處理后均能達(dá)到較高蔗糖轉(zhuǎn)化率,但這種菌體發(fā)酵轉(zhuǎn)化蔗糖的方法一般存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、發(fā)酵液成分復(fù)雜、分離純化目標(biāo)產(chǎn)物成本高等缺點(diǎn),無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),因此應(yīng)用較少。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中,多采用代謝工程的手段構(gòu)建 SIase 生產(chǎn)菌株,這種方法是將某種產(chǎn)異麥芽酮糖菌株中編碼SIase的基因?qū)肓硪环N微生物,再利用工程菌在生長(zhǎng)代謝過(guò)程中不斷產(chǎn)異麥芽酮糖。目前,最常用作SIase 表達(dá)載體的是大腸桿菌 ( E. coli)。
② 固定化細(xì)胞轉(zhuǎn)化。固定化細(xì)胞生產(chǎn)異麥芽酮糖的工藝已日趨成熟。與菌體發(fā)酵法相比,固定化細(xì)胞技術(shù)既利于細(xì)胞的循環(huán)使用、增強(qiáng)細(xì)胞機(jī)械強(qiáng)度,又利于提高蔗糖轉(zhuǎn)化率、降低分離下游產(chǎn)物的成本。用于固定化的載體種類眾多,典型的如海藻酸鈉、殼聚糖、聚乙烯醇等。利用海藻酸鈉作包埋劑,CaCl2作交聯(lián)劑的固定化細(xì)胞穩(wěn)定性好、可操作性強(qiáng)且成本低廉。
2、酶催化合成法
微生物轉(zhuǎn)化法中蔗糖底物濃度有限,蔗糖既是 SIase 的底物又是細(xì)胞生長(zhǎng)所需的碳源,即使能轉(zhuǎn)化蔗糖生成異麥芽酮糖,也無(wú)法避免細(xì)胞利用產(chǎn)生額外的蔗糖消耗,而且細(xì)胞壁的存在進(jìn)一步增大細(xì)胞傳質(zhì)阻力,導(dǎo)致反應(yīng)速度大幅降低。此外,這些異麥芽酮糖生產(chǎn)菌株缺乏食品級(jí)遺傳背景,各種未經(jīng)認(rèn)證的胞外產(chǎn)物的存在又使異麥芽酮糖的回收過(guò)程復(fù)雜化。 因此,直接利用 SIase 進(jìn)行異構(gòu)化反應(yīng)更適用于底物濃度較高及發(fā)酵產(chǎn)物難以分離的異麥芽酮糖生產(chǎn)過(guò)程。
① 固定化酶生產(chǎn)異麥芽酮糖。通常來(lái)說(shuō),野生菌株分泌的SIase 活性低,不能滿足異麥芽酮糖的生產(chǎn)??紤]到固定化酶有良好的操作性和存儲(chǔ)穩(wěn)定性,現(xiàn)已嘗試固定化SIase 以實(shí)現(xiàn)酶的重復(fù)利用。以殼聚糖為載體通過(guò)吸附交聯(lián)法制備的固定化酶具有廣闊前景,但這種固定化方法目前僅限于實(shí)驗(yàn)室研究階段,工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用仍有待研究。
② 細(xì)胞表面展示系統(tǒng)。細(xì)胞表面展示系統(tǒng)本質(zhì)上是酶應(yīng)用技術(shù)的延伸,這種技術(shù)的最大特點(diǎn)是微生物細(xì)胞表面酶分子的生成與自固定可同步進(jìn)行,同時(shí)因活體全細(xì)胞生物催化劑易制備,不需進(jìn)一步純化或固定酶,因此極具研究?jī)r(jià)值。雖然表面展示系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)顯現(xiàn)出良好的性能和應(yīng)用前景,但仍存在一些不確定因素影響此技術(shù)的普及:由于膜面積的限制,酶的產(chǎn)生量有限,展示的酶數(shù)量通常在103 ~104之間,部分催化反應(yīng)需要內(nèi)源性輔酶的參與才能進(jìn)行酶促反應(yīng),限制了酶的種類。因此,開發(fā)工業(yè)化的展示酶技術(shù),必須考慮酶的種類、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用等因素。
異麥芽酮糖的應(yīng)用
異麥芽酮糖具有與蔗糖類似的理化性質(zhì),其代替蔗糖應(yīng)用于奶油等產(chǎn)品具有與蔗糖相似的黏度和流體特征。異麥芽酮糖甜味純正,可以遮蔽異味,還可以平衡口感,改善食物風(fēng)味,為利用天然健康原料開發(fā)口味、口感良好的功能食品提供了便利,同時(shí)其緩慢釋放能量、不引起血糖升高、防止齲齒,改善大腦功能等的健康功效,使其廣泛應(yīng)用到特定人群食品中。
1、在乳制品中的應(yīng)用
異麥芽酮糖在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于乳制品中,異麥芽酮糖應(yīng)用在乳制品中可以遮蔽異味,同時(shí)賦予乳制品一定的健康功效,這為兒童和中老年乳制品食品開發(fā)提供了幫助。如舒理他推出活性酸奶,其甜味劑使用異麥芽酮糖和三氯蔗糖,韓國(guó)的Maeil 功能性黑芝麻豆奶也添加異麥芽酮糖用來(lái)掩蓋豆?jié){的不良風(fēng)味。
2、在烘焙食品中的應(yīng)用
GB2760-2014規(guī)定異麥芽酮糖應(yīng)用于面包、糕點(diǎn)、餅干等烘焙食品中的限量要求是按照需要適量添加。國(guó)內(nèi)已有企業(yè)在餅干、手撕面包等產(chǎn)品中添加了異麥芽酮糖,異麥芽酮糖應(yīng)用于烘焙食品可以改善產(chǎn)品味道和儲(chǔ)存穩(wěn)定性,由于異麥芽酮糖幾乎不吸濕,將其用于華夫餅,可明顯改善制品結(jié)構(gòu)。
3、在糖果巧克力中的應(yīng)用
異麥芽酮糖物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、低吸濕性、易于精制研磨等優(yōu)良特性使其在糖果巧克力中的應(yīng)用具有很大優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用于硬糖果可防止糖果粘結(jié)在一起,也不易于糖果變形,異麥芽酮糖硬糖果玻璃化溫度高,具有很高的溫度穩(wěn)定性,即使在潮熱氣候地區(qū)使用也非常理想;用作包衣原料可制備軟糖果、巧克力豆、果仁糖、凝膠型產(chǎn)品,異麥芽酮糖的低加工溫度(45℃~55℃)能順利的對(duì)熱敏性的芯料完成包衣;異麥芽酮糖具有與蔗糖相媲美的口感且不受冷效應(yīng)影響,用于巧克力使甜味自然,并能與脂肪替代物及填充物結(jié)合,使巧克力具有穩(wěn)定的流動(dòng)性質(zhì)。
4、用于特定人群食品開發(fā)
異麥芽酮糖低GI值(升胰島素指數(shù))的特性為其用于糖尿病人食品提供了依據(jù)。應(yīng)用異麥芽酮糖開發(fā)運(yùn)動(dòng)食品在國(guó)外也十分廣泛,如日本井村屋出品的 Sports Yo-Kan 運(yùn)動(dòng)羊羹,是一種即食能量補(bǔ)充羊羹(紅豆糕),能輕松補(bǔ)充能量,內(nèi)含帕拉金糖 TM(異麥芽酮糖)和麥芽糊精,是一種持續(xù)提供能量的食品。比利時(shí)3 Action sports nutrition 系列產(chǎn)品,以異麥芽酮糖作為主要原料,可持久提供能量和動(dòng)力。
利用異麥芽酮糖抑制脂肪積累,加速脂肪氧化的功效特性,把異麥芽酮糖作為原料之一,與其他健康配料配伍可開發(fā)出具有減肥瘦身功效的產(chǎn)品,同時(shí)低 GI 和低 GL(血糖負(fù)荷)飲食有助于減肥后體重的維持。
參考資料:
[1]高學(xué)秀,李寧,袁衛(wèi)濤等.異麥芽酮糖研究進(jìn)展[J].中國(guó)食品添加劑,2022,33(01)
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作者簡(jiǎn)介:
小泥沙,食品科技工作者,食品科學(xué)碩士,現(xiàn)就職于國(guó)內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司,從事營(yíng)養(yǎng)食品的開發(fā)與研究。
磷脂酰絲氨酸(PS)作為能輔助認(rèn)知健康的原料,不僅能解決銀發(fā)群體的核心痛點(diǎn),更成為布局銀發(fā)食品賽道的關(guān)鍵抓手。
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