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異麥芽酮糖(6-O-α-D-吡喃葡糖基-D-果糖),又名異構蔗糖、巴糖、帕拉金糖,是蔗糖的同分異構體,分子式為C12H22O11·H2O,相對分子質量為342.32,是一種微量存在于甘蔗、甜菜和蜂蜜里的天然新型的功能性低聚糖,也是目前唯一沒有用量限定的甜味劑,是良好的食糖替代品。1957年生物化學家瓦伊登哈根首次在制糖母液里發現,20世紀70年代由西德南糖公司首先研究出來。因南糖公司位于帕拉金,后成立帕拉金糖公司,因而得名帕拉金糖(以下簡稱為帕糖)及帕拉金糖醇,被稱為“新世紀糖源”。美國FDA于2005年將異麥芽酮糖認證為公認安全(GRAS)的食品原料,可在食品生產中根據需要不限量地添加。我國國家食品藥品監督管理局于2005年批準異麥芽酮糖為食品添加劑,2014年6月12日,國家衛生計生委批準異麥芽酮糖擴大使用范圍或用量。
異麥芽酮糖是葡萄糖和果糖以a-1,6糖苷鍵相連的右旋糖(6-o-a-D吡喃葡糖基-D-果糖)是一種結晶狀的雙糖,含1mol的結晶水,失去結晶水后不成晶體狀。它的熔點為123-124℃,比蔗糖182℃要低很多。異麥芽酮糖沒有吸濕性,即使添加1.5%~15%的檸檬酸,其吸濕性也不會增加,而同樣條件下顆粒狀蔗糖的吸濕性卻大為增加。將異麥芽酮糖與檸檬酸混合,保溫貯藏22天也沒有發現轉化糖生成。這些特性表明,對于含有機酸或維生素C的食品來說,用異麥芽酮糖作增甜劑比用蔗糖要穩定。用異麥芽酮糖做糖果熬煮試驗表明,120℃時其甜味沒有變化,只出現了輕微的褐變;在高達140℃時,異麥芽酮糖開始出現褐變、分解和聚合等反應;繼續升溫至160℃以上,這些反應明顯加劇。因此,異麥芽酮糖的熱穩定性要比蔗糖略差些。室溫下異麥芽酮糖的溶解度只有蔗糖的一半,但隨著溫度的升高,其溶解度會急劇增加,80℃時可達蔗糖的85%。因此,在相對高的溫度下生產的含有異麥芽酮糖的食品于常溫下保存時,可能會出現結晶現象。濃度相同時異麥芽酮糖的黏度略小于蔗糖溶液。異麥芽酮糖具有與蔗糖類似的甜味特性,它對味蕾的最初刺激速度比蔗糖快,最強的甜味刺激與蔗糖一樣,終了時的甜味刺激則要比蔗糖弱。異麥芽酮糖無任何異味,其甜度是蔗糖的50%,而且不隨溫度變化而改變。將異麥芽酮糖應用在糖果和巧克力類食品中,沒有發現它與蔗糖間存在明顯的差異。
1)不會引起血糖和胰島素上升
攝取異麥芽酮糖后在體內血糖值的累積增加數較糖低很多,血中胰島素和血糖值的變化幅相平衡,說明異麥芽酮糖較蔗糖吸收速度慢很多,故可做糖尿病患者食用。
2)非致齲齒性,特別適合兒童食用
齲齒的產生是由于附著牙齒表面的牙垢內包藏著很多細菌,當食糖較多時,齒垢內的細菌如變形鏈球菌發酵蔗糖產酸,致使鈣質溶解,從而引起蛀蝕,此外變形鏈球菌還能將蔗糖合成不溶性、附著性很強的葡聚糖,該糖可附著牙齒,產生牙垢。異麥芽酮糖并不能被口腔引起蛀牙之微生物利用,當然也就不會產生不溶性葡聚糖。所以不會形成齒菌斑。造成蛀牙和引起牙周病問題。所以不會形成蛀牙。因此異麥芽酮糖不僅本身不會引起蛀牙,更有抑制由蔗糖引起的蛀牙效果。
3)適合高血壓、高血脂、肥胖及害怕肥胖的人群食用
低熱量,異麥芽酮糖可以像蔗糖一樣被消化吸收,它的熱量值大約為4Kacl/g,更加適合高血壓、高血脂、肥胖及害怕肥胖的人群食用。
4)適合體育運動員食用
緩慢的水解和吸收速度,比較適合體育運動員食用。運動員為了維持耐力減輕疲勞,需要補充長效能源。異麥芽酮糖進入人體后,可在小腸處由糖酶-異麥芽糖酶復合催化水解成與蔗糖分解物相同的葡萄糖和果糖,從而被消化吸收,由于其水解速度是蔗糖的五分之一,由此可推測異麥芽酮糖的吸收速度要比蔗糖慢得多,此外異麥芽酮糖能夠全部被消化吸收轉化為能量,故特別適合于給長時間的體育運動遠提供能量。
5)適合大眾人群
異麥芽酮糖是一種優良的雙歧桿菌增殖因子,雖然異麥芽酮糖不能被人體和絕大多數微生物的酶系所利用,但卻可以被人體腸道中的雙歧桿菌所分解利用,促進雙歧桿菌的生長繁殖,維持腸道的微生態平衡,有利于人體的健康,故異麥芽酮糖也適合大眾人群。
1)應用于運動食品開發:利用異麥芽酮糖不致齲齒、腸道唯一吸收、血糖值和胰島素較恒定、持續均衡提供能量的特性,使用它作為新糖源,加入植酸、K+、Na+、Cl-等主劑以及抗壞血酸、氨基乙磺酸、精氨酸等助劑,開發運動員飲料,以保持運動員電解質的平衡及疲勞的恢復,可在較長時間內保持運動員及重體力勞動者的能量供應。應用于調節血糖水平、調節膽固醇食品的開發:利用異麥芽酮糖可抑制其他二糖對血糖波動的影響,抑制血糖上升的特性,與其他具有調節血糖、調節膽固醇的食品原料搭配,可開發功能強化食品。
2)應用于學生食品、白領人士營養補充食品的開發:正常情況下,中小學生上課的時間為上午8~12點,下午3~5點半。食用一般的普通食品,在上課2.5~3小時后,相當多的學生就會由于大腦血糖不足而導致注意力不夠集中、思考能力下降,尤其是對于體能儲備不足的小學生而言更為明顯,影響了學習效果。如果采用課間餐的形式補充營養,也會由于課間餐后很快就開始上課而效果不好。利用異麥芽酮糖改善大腦功能、保持注意力集中的特性,與一些營養品合理搭配,可開發專門適用于中小學生的食品,幫助提高學習效果。對于需要持續、長時間進行腦力工作的白領而言,這一類的功能食品也是非常有益的。
3)應用于瘦身食品的開發:利用異麥芽酮糖抑制脂肪積累、促進脂肪氧化分解的特性,可把異麥芽酮糖作為原料之一,與一些健康而且具有瘦身作用的植物提取物搭配,開發出非常健康、有益于身體的瘦身食品。在日本已經有實際應用案例,在中國若采用大家公認的具有減肥功能的植物提取物來搭配,將有可能開發出口感良好的瘦身飲品。
4)應用于開發低G.I.和低I.I.的新健康概念功能食品:現在,人們已經較為充分的認識到高升糖指數G.I.和高胰島指數I.I.食物對人體健康的危害。低G.I.值食物可以有效防止肥胖、糖尿病、高血壓和心臟病的發生;高I.I.值食物會導致胰島素分泌過多,促使中性脂肪吸入脂肪組織,致使脂肪積累而發胖。目前國外已經測定了1000多種食物的G.I.值,中國有關機構已經測定了200多種,對I.I.值的研究和測定也在進行中。追求低G.I.、低I.I.特性的食品,正在逐漸成為新的健康流行趨勢。根據有關研究結論,異麥芽酮糖不僅能夠提供營養,而正是這樣一種具有平衡偏低的G.I.和I.I.值的糖,同時還可以平抑其它糖類的G.I.和I.I.值。因此,應用異麥芽酮糖為糖源,將有可能開發出符合“低G.I.和低I.I.”這一新健康概念的功能食品。澳大利亞和新西蘭以批準異麥芽酮糖作為食糖的替代品。
異麥芽酮糖和異麥芽酮糖醇屬于健康飲食發展趨勢下的前沿產品,具有非常大的市場潛力,同時由于經濟發展帶動健康飲食迅速發展的原因,這2款產品已經開始贏得發揮本身作用的市場,并將迎來快速的增長期。
異麥芽酮糖的生產可以通過幾種途徑來實現,但就目前的文獻報導化學方法生產異麥芽酮糖還是很困難的。也有少量文獻報導采用轉基因法生產異麥芽酮糖,如:將Erwininarhapontici中的蔗糖異構酶基因(palI)在植物中表達,從而將植物中的蔗糖轉化為異麥芽酮糖。但其技術尚不成熟,研究中還需要解
決很多問題,諸如:在轉基因的煙草植物中,蔗糖在成功轉化為異麥芽酮糖的同時,也造成了植物生產的停滯等[3],因此這種方式生產異麥芽酮糖也還不太可行。目前為止生產異麥芽酮糖的途徑主要還是通過來源于微生物的蔗糖異構酶轉化蔗糖,將蔗糖轉化成相同分子量的異麥芽酮糖的方式來實現的。
1. 產蔗糖異構酶的微生物
自1950年德國南糖公司從甜菜廠的排水中分離到Protaminobacterrubrum,.顯示出很高的蔗糖異構酶活性,能高效的將蔗糖轉化為異麥芽酮糖,并發明了以蔗糖生產異麥芽酮糖的方法。迄今為止,已經發現的具有蔗糖異構酶活性的的微生物有沙雷氏桿菌屬(Serrati)、歐文氏桿菌屬(Erwinina)、克萊伯氏桿菌屬(Klebsiella)、泛生菌屬(Pantoeadispers)等這些菌都表現較高的蔗糖異構酶活性。
2. 蔗糖異構酶轉化蔗糖生產異麥芽酮糖的生產工藝蔗糖異構酶轉化蔗糖生產異麥芽酮糖需要經過轉化和結晶等幾步,其簡要的工藝流程如下:

1)發酵生產細胞
不同的微生物菌種所用培養基和培養條件不同,所產酶活也有差別,需采用較優的培養基及培養條件,現分別敘述如下:
(1)大黃歐文氏桿菌(ErwiniarhaponticiNCPPB1578)培養基為:蔗糖4%、蛋白胨1%,牛肉浸膏0.4%120轉/min,震蕩培養,30℃培養;
(2)紅色精朊桿菌(ProtanminobacterrubrumCBS574.77)培養基為:蔗糖5%玉米漿2%,(NH4)2HPO40.1%(w/v),29℃培養;
(3)普利茅斯沙雷氏菌(serratiaplymuthicaATCC15928誘變菌SG5)培養基為蔗糖4%蛋白胨1%,牛肉膏0.4%,30℃
(4)泛生菌屬(PantocadispersaUQ68J)蔗糖4%蛋白胨1.2%酵母粉2.4%甘油0.4%0.09mol/L磷酸鉀調PH7.4,30℃
(5)克萊伯氏桿菌屬(K.planticolaMX-I)蔗糖2.5%,玉米漿1.5%,酵母0.25%,磷酸鈉0.1%,氯化鈉0.15%PH6.5-7.0,28℃
2)固定化細胞
因產酶的微生物菌種不同,所用固定化細胞的工藝技術也就有較大差別。已報導的蔗糖異構酶固定化方法主要有以下幾種方法
(1)使用離心后的大黃歐文氏桿菌(ErwiniarhaponticiNCPPB1578)其固定化方法為海藻酸鈉5%,0.1mol/lCaCl2;
(2)單寧吸附,加入聚乙烯亞胺(PE1)絮凝,再加入鹵醇/多胺聚合物和戊二醛于培養液中,得到反應物,過濾和離心收集濕菌濾餅,于55℃下干燥即得固定化細胞酶制劑;
(3)將具有變位酶的固定化細胞包埋于海藻酸鈣后,再用聚乙烯亞胺和戊二醛處理;
(4)將高嶺土或硅藻土作為吸附劑或固定化細胞的支撐劑加入菌種對數生產即將結束的發酵液中,然后離心分離吸附于高嶺土或硅藻土上的細胞,再用海藻酸鈣包埋固定化,最后用戊二醛交聯處理[4]。
3)轉化
將蔗糖制成40%濃度的溶液,調pH=5.5,溫度25℃,以一定速度通過充填酶制劑的固定化細胞的填充塔[7]。通過調整流速得到含異麥芽酮糖的轉化液。也有把蔗糖濃度調成50%或55%的[1]。蔗糖異構酶將蔗糖轉化成異麥芽酮糖因菌種的不同,轉化率也有很大的不同ProtanminobacterrubrumCBS574.77在30℃轉化24h異麥芽酮糖的轉換率最高能達到94.5%[8];而PantocadispersaUQ68J37℃,25%蔗糖溶液PH6.0轉化20-40min其溶液中異麥芽酮糖的比率就可以達到80.1%[5];美國專利4359531采用大黃歐文桿菌轉化蔗糖,大約有70%-95%的蔗糖轉化成異麥芽酮糖;專利CN1434862涉及新加坡Klebsiellasp.LX3及LX2異麥芽酮糖的轉化最高達87%。
4)純化
蔗糖異構酶將蔗糖轉化成異麥芽酮糖的同時也會伴隨有副產物:海藻酮糖以及水解產物葡萄糖和果糖的產生,因此要得到高純度的異麥芽酮糖需經過純化及脫色、壓濾、離交、濃縮、結晶。活性炭脫色加入的活性炭量為物料總量的0.1-1.0%,攪拌30-60min,脫色溫度50-80℃陰離子和陽離子的交換溫度為25-40℃。經真空濃縮到溶液濃度為60-75%,然后開始結晶。加入異麥芽酮糖晶種,其加入量為濃縮體積的0.1-1.0%,結晶溫度10-40℃,結晶時間10-30小時。
[1] 食品添加劑手冊
[2] 生物發酵產業技術異麥芽酮糖的研究與應用
[3] 異麥芽酮糖的功能與應用