低聚糖及用薯芋類淀粉生產(chǎn)低聚糖

1、低聚糖及用薯芋類淀粉生產(chǎn)低聚糖梁智 周日尤(南寧市化工研究設(shè)計(jì)院，南寧)1低聚糖的性能及應(yīng)用1，1 性能 低聚糖(Oligosaccharide)又名寡糖，是指由二個(gè)或二個(gè)以上的單糖通過糖苷鍵聚合在一起(聚合度小于10)，形成鏈狀或環(huán)狀的碳水化合物。 低聚糖分為兩類：營養(yǎng)型和功能型。營養(yǎng)型的低聚糖如普通的二糖、麥芽三糖、麥芽四糖，可被機(jī)體消化吸收，不是腸道益菌雙歧桿菌的增殖因子，一般只能作甜味劑使用；功能型的低聚糖，又稱功甜陛低聚糖，人體腸道內(nèi)沒有水解這類低聚糖的酶，因而不能被消化吸收而優(yōu)先被腸內(nèi)雙歧桿菌利用，是雙歧桿菌的增殖因子。 · 功能性低聚糖的特點(diǎn)： 低熱低甜，低聚糖的甜度只

2、有蔗糖的70以下，隨著聚合度的增高其甜度也相應(yīng)降低。 不可消化，由于碳水化合物中的配合鍵是特殊結(jié)構(gòu)，大部分低聚糖難以被人體消化吸收，無法提供更多的能量，因此可以象糖醇一樣做為蔗糖的替代晶，滿足特殊人群的喜食甜晶的需要，如糖尿病、低血糖、肥胖癥患者。 水溶性膳食纖維作用，低聚糖屬于一類低分子量水溶性的膳食纖維，具有膳食纖維的功能，甜味適口，易溶于水，有較好的組織結(jié)構(gòu)和口感，在食品及飲料中使用不影響食品的原有特性，不易參與美拉德反應(yīng)，與大多數(shù)糖醇的差別是不具有緩瀉作用，因此整腸效果較明顯。不致齲齒，低聚糖對酸熱較穩(wěn)定，在口腔中不易被變異鏈球菌及產(chǎn)酸菌利用，可起到防齲作用。 增加雙歧桿菌的數(shù)量，雙歧

3、桿菌是腸內(nèi)有益細(xì)菌，無毒。健康者、病患者、特別是老年人，腸道內(nèi)雙歧桿菌都應(yīng)維持在一定數(shù)量上，以保持與其它腸道菌的平衡。由于功能性低聚糖具有以上諸多特性，其研究和開發(fā)已成熱點(diǎn)。12 應(yīng)用低聚糖不僅廣泛應(yīng)用于食品、保健品，同時(shí)在化工、醫(yī)藥、日化、飼料中都有大量使用。特別是飼料上，因?yàn)楣δ苄缘途厶菍θ梭w有的特殊功能效果，對動(dòng)物也有相似的作用，我國年產(chǎn)約6000萬噸飼料，若少量添加低聚糖，則需求量相當(dāng)可觀。功能性低聚糖和常用的蔗糖替代品功能性單糖、糖醇有著相似的防齲齒、不增加血糖和血脂值等特性，同時(shí)還具有獨(dú)特的促進(jìn)腸道內(nèi)有益菌群雙歧桿菌增殖的生理活性，因而備受食品業(yè)和保健品業(yè)的青睞，并被廣泛應(yīng)用于其中

4、。在國外，日本是較早開發(fā)成功功能性低聚糖的國家，自上世紀(jì)90年代以來，日本的功能性低聚糖市場日趨成熟，年消費(fèi)量日漸上升，表1列舉了日本19931999年間功能性低聚糖的消費(fèi)品種和數(shù)量。 表1 日本九十年代功能性低聚糖的消費(fèi)情況年份產(chǎn)品199319951997 1999 低聚異麥芽糖，9500 11000 11000  11000 低聚果糖 4000 4500 4800 4500 大豆低聚糖 1100 600 1000 1000 低聚半乳糖 6500 6500 6700 6000 低聚木糖 10 200 500 500 低聚乳果糖  2000 2

5、000 2000 棉子糖  100 100 100 乳酮糖 500 2000 2500 2800 低聚巴拉金糖   150 150 黑曲霉低聚糖    300 低聚龍膽糖    2200 可見日本在功能性低聚糖的開發(fā)和應(yīng)用早已走在了世界前列，同時(shí)不論是消費(fèi)總量還是應(yīng)用品種均在逐年提高。不僅廣泛應(yīng)用于食品，如飲料、糖果、餅干、調(diào)味醋、巧克力等，在柜臺(tái)上還有小包裝的顆粒型和糖漿型的低聚糖直接出售，以滿足顧客的不同用途需求。在歐洲功能性低聚糖起步雖晚于日本，但也有一段歷史，作為食品配料同樣廣泛應(yīng)用于各

6、類食品中。我國低聚糖的生產(chǎn)和應(yīng)用起步較晚。經(jīng)過二十世紀(jì)后期的逐步發(fā)展，才形成現(xiàn)在略具一定規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。在新千年初始，已有低聚糖商品上市，品種包括低聚異麥芽糖、低聚果糖、大豆低聚糖等。低聚木糖和水蘇糖也已完成中間試驗(yàn)。我國低聚糖主要應(yīng)用于含乳飲料，少量用于糖果等。還有部分作為保健品或保健品的配料應(yīng)用。很多食品還沒有涉及?？傁M(fèi)量也小，與日本相比差距很大。 我國低聚糖除起步晚、生產(chǎn)規(guī)模小外，消費(fèi)者對功能性低聚糖的認(rèn)識也較淺，因而制約了其開發(fā)、應(yīng)用與發(fā)展。隨著生活水平的提高，人們不僅注意食品的味道，還需要保健功能，同時(shí)我國肥胖癥患者達(dá)7000萬、糖尿糖患者有3000萬、10的兒童患有齲齒和已步人

7、老年社會(huì)，因此這幾類特殊人群的消費(fèi)潛力，為功能性低聚糖的開發(fā)和應(yīng)用提供了廣闊的空間。2低聚糖的種類以淀粉生產(chǎn)的低聚糖大至有：低聚麥芽糖、低聚異麥芽糖、海藻糖、低聚龍膽糖、環(huán)葡聚糖、甘露低聚糖、低聚果糖等，其生產(chǎn)方法及性質(zhì)分述如下。21低聚麥芽糖(Maltoooliosaccharide)葡萄糖以1，4糖苷鍵結(jié)合而得，聚合度37。以淀粉為原料，再用低聚糖酶糖化，然后經(jīng)脫色、脫鹽、濃縮等精制工序，噴粉得到白色粉末低聚麥芽糖產(chǎn)品。它是聚合度為小于6的混合物。低聚麥芽糖有滋補(bǔ)營養(yǎng)性，是低甜度、低滲透壓的新糖源。它易被吸收，能延長供能、增強(qiáng)機(jī)體耐力，當(dāng)人們長時(shí)間劇烈運(yùn)動(dòng)或用腦過度引起生理上一些不適的變化

8、，服用后可以得到緩解。它具有保濕性，可防止淀粉質(zhì)食品老化。由于它易被體內(nèi)消化酶所分解吸收，故它是非功能性低聚糖。22低聚異麥芽糖(1somaltoliosaccharide)又稱分枝低聚糖，葡萄糖以1，6糖苷鍵結(jié)合而得。以淀粉為原料，先用淀粉酶液化，再用p淀粉酶糖化，同時(shí)用葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶將麥芽糖轉(zhuǎn)化為異麥芽低聚糖，經(jīng)脫色、脫鹽、濃縮等精制工序而得。是異麥芽糖、異麥芽三糖、異麥芽四糖、異麥芽五糖和潘糖(panose)的混合物。低聚異麥芽糖耐酸耐熱性極好，具有較好的保濕性，并能抑制蔗糖、葡萄糖的晶體形成，可防止淀粉質(zhì)食品硬化和老化，延長食品的保存時(shí)間。由于其屬非發(fā)酵性物質(zhì)，不會(huì)被微生物利用，除可延

9、長食物的貯存期外，抗菌防齲性是其一大特點(diǎn)。它與蔗糖共用時(shí)，能阻止蔗糖被變異鏈球菌作用而產(chǎn)生水不溶性的高分子葡聚糖，抑制蔗糖的蛀牙性。異麥芽低聚糖中的潘糖對抑制牙垢形成也有明顯的效果。異麥芽低聚糖能有效地促進(jìn)人體內(nèi)有益細(xì)菌雙歧桿菌的增殖，是一種功能性低聚糖。23 海藻糖(Trehelose)二分子葡萄糖以1，1糖苷鍵結(jié)合而得，是非還原性二糖。以淀粉為原料，先用淀粉酶液化，再用支鏈淀粉酶，同時(shí)加入MTSase、MTHase兩種酶配合和協(xié)同作用就能得到含量高的海藻糖漿，經(jīng)脫色、脫鹽、濃縮結(jié)晶等精制工序可得結(jié)晶海藻糖和高海藻糖漿。海藻糖的化學(xué)名1ODglucosido1Dglucosidose，分子式

10、C12H22O11，分子量378含二結(jié)晶水糖熔點(diǎn)970C，熔解熱578KJmol，1300失水。無水結(jié)晶海藻糖熔點(diǎn)2105，熔解熱53，4KJmol，旋光度20D二1780(20，1水溶液)，對酸熱穩(wěn)定性好，不易發(fā)生美拉德反應(yīng)，在小腸中可被吸收消化，具有低吸濕性，為蔗糖甜度的045，易溶于水、熱乙醇，不溶于乙醚。海藻糖在食品工業(yè)上的應(yīng)用見表2。 表2 海藻糖在食品中的用途低甜度應(yīng)用范圍熱酸穩(wěn)定性糕點(diǎn)、糖果、口香糖、巧克力、冰淇淋等醬類、茶飲料、果汁飲料、非油炸方便食品等 抗淀粉老化淀粉質(zhì)食品等抗蛋白變性劑肉類制品、蛋類制品、乳制品等 低吸濕性脆米餅、快餐食品、營養(yǎng)糖、保健食

11、品等低呈色性無油蛋糕，甜餅，火腿口感改良劑冰淇淋保鮮新鮮蔬果等關(guān)于海藻糖的應(yīng)用研究目前許多科研機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行，研究論文和應(yīng)用專利常有發(fā)表，但海藻糖的應(yīng)用已不僅局限于食品工業(yè)上。人們早就注意到其獨(dú)特的生物學(xué)特征，它對生物體組織和生物大分子具有非特異性的保護(hù)作用，故已將研究的方向拓展到醫(yī)藥、分子生物學(xué)和基因工程領(lǐng)域，為醫(yī)藥、醫(yī)學(xué)及農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。24低聚龍膽糖(Gentiooligsaccharide)葡萄糖以1，6糖苷鍵結(jié)合而得低聚龍膽糖。以淀粉為原料，先用。淀粉酶液化，再用糖化酶糖化后，通過專用的葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶作用，經(jīng)脫色濃縮而得低聚龍膽糖漿。它是龍膽二糖、龍膽三糖、龍膽四糖的混合物。低

12、聚龍膽糖最具特色的是有柔和的提神苦味，苦味比柑桔皮所具有的柚皮苷苦味更豐富更微妙，且還會(huì)在口腔中滯留，用于糖果、飲料、冷飲中可使其甜味更純。它比蔗糖和麥芽糖漿的吸濕性強(qiáng)，可以保持各類食品中的水分，防止淀粉類食品的老化，延長貨架期。它是低熱、低甜物質(zhì)，難被人體消化酶所分解，因而可以促進(jìn)雙歧桿菌的生長，從而起到改善結(jié)腸狀況的作用。25 環(huán)葡聚糖環(huán)葡聚糖通常由79個(gè)葡萄糖分子構(gòu)成中空籠狀化合物，其分子中間有一定空隙?？芍苯永闷暇厶亲髟?，以CI合成酶，即葡萄糖轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)化成為環(huán)葡聚糖。據(jù)日本有關(guān)資料報(bào)道，也可直接以淀粉為原料加入一種新近從土壤微生物中分離的葡聚糖水解酶和CI合成酶轉(zhuǎn)化而得。環(huán)葡聚糖是

13、一種無色無味的低聚糖，具有優(yōu)異的抗齲作用，只要在蔗糖中加入140的微量環(huán)葡聚糖即可顯現(xiàn)。這可能與環(huán)葡聚糖的結(jié)構(gòu)有關(guān)，因?yàn)榄h(huán)葡聚糖能阻止蔗糖中的葡萄糖基轉(zhuǎn)移，從而抑制了口腔細(xì)菌的繁殖，達(dá)到防齲作用。環(huán)葡聚糖作為食品添加劑直接加人糖果、口香糖、飲料、糕點(diǎn)等食品中，不會(huì)影響食品的原有風(fēng)味和甜味。它不含熱量，不被人體消化吸收，安全可靠。環(huán)葡聚糖另一引人注意的特性是其分子中間有一定的空間，可用來包封某些苦味、難溶或易氧化藥物或其他化學(xué)物質(zhì)，以提高藥物利用率、穩(wěn)定性或改善口感。環(huán)葡聚糖在制藥和食品工業(yè)都將有廣闊的應(yīng)用前景。26甘露低聚糖(Mannooligsaccharide)又稱葡甘聚糖，是甘露糖與葡萄

14、糖1，4糖苷鍵結(jié)合而得。甘露低聚糖是魔芋塊莖中的主要成分，其含量占干重的4050，天然不變形的魔芋葡甘聚糖是由D葡萄糖和D甘露糖組成，呈分枝狀。故以魔芋粉為原料用甘露聚糖酶作用，經(jīng)澄清脫色、脫味、離交、濃縮結(jié)晶等精制工序可得結(jié)晶甘露低聚糖。人體不能直接吸收甘露低聚糖，服用后它還會(huì)引起血糖值升高。作為雙歧桿菌的增殖因子，它可改善腸道菌群比例，抑制有害菌增殖，它的纖維性，還可刺激腸道蠕動(dòng)，吸附有害物質(zhì)，起到調(diào)節(jié)腸道功能，具有護(hù)肝、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫力、降低膽固醇、抗衰老等生理活性，適用于便秘、腹瀉、消化不良、肚炎熱、營養(yǎng)不良等各種腸道疾病的輔助治療，也適用于老人、兒童的日常保健。27 低聚果糖(Fr

15、uctooliosaccharide，F(xiàn)OS)又稱蔗果低聚糖，是由13個(gè)果糖基通過(21)糖苷鍵與蔗糖中的果糖基結(jié)合生成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖等的混合物。100克干重菊芋中約有6070克菊粉，菊粉是通過線性的2，1糖苷鏈連接的果聚糖，其末端為一蔗糖基。故以菊芋粉為原料用菊糖內(nèi)切酶水解作用，經(jīng)精制最終可得低聚果糖漿。低聚果糖除具有一般功能性低聚糖的物理化學(xué)性質(zhì)外，最引人注目的生理特性是它能明顯改善腸道內(nèi)微生物種群比例，它是腸內(nèi)雙歧桿菌的活化增殖因子，可減少和抑制腸內(nèi)腐敗物質(zhì)的產(chǎn)生，抑制有害細(xì)菌的生長，調(diào)節(jié)腸道內(nèi)平衡；能促進(jìn)微量元素鐵、鈣的吸收與利用，以防止骨質(zhì)疏松癥；可減少肝臟毒素，能在

16、腸中生成抗癌的有機(jī)酸，有顯著的防癌功能；且口味純正香甜可口，具有類似脂肪的香味和爽口的滑膩感。近幾年低聚果糖的產(chǎn)品風(fēng)靡日、歐、美等保健品市場。3 薯芋類淀粉生產(chǎn)低聚糖31 淀粉生產(chǎn)低聚糖獲得低聚糖的途徑主要有：從天然植物中提取、化學(xué)合成、酶工程等。以淀粉為原料生產(chǎn)低聚糖大部分采用生物工程中的酶工程來制備。以淀粉為原料生產(chǎn)低聚糖類產(chǎn)品，是淀粉深加工的另一途徑，也是利用淀粉生產(chǎn)甜味劑的新途徑。這是目前生產(chǎn)低聚糖的主要方法。32 薯芋類淀粉生產(chǎn)低聚糖的意義低聚糖與普通的甜味劑相比，雖然在物理化學(xué)性質(zhì)上有著相似的地方，但在生理代謝上卻有著較大的差別，兩者不易相互替代，只能互補(bǔ)。低聚糖做為新興產(chǎn)業(yè)，具有

17、較好的發(fā)展前景，而以薯芋類淀粉開發(fā)低聚糖，更是意義重大。321 原料來源充足薯芋類在我國種植面積較大，總產(chǎn)量居世界第二木薯是較大薯類種植作物，全國總栽培面積約40萬公頃，總產(chǎn)鮮薯400多萬噸。廣東和廣西的栽培面積最大，福建和臺(tái)灣次之，云南、貴州、四川、湖南、江西等省亦有少量栽培。木薯除直接使用如作飼料外，余下則大都加工成淀粉，國內(nèi)年產(chǎn)木薯淀粉近40萬噸。木薯的種植和加工已初具規(guī)模。我國甘薯種植面積和總產(chǎn)量分別約占世界的70和85，年種植面積約600萬公傾，總產(chǎn)量達(dá)11億噸。種植面積最大的是四川省，其次是河南省、安徽省、重慶和山東省。我國甘薯大部分直接食用或作飼料。全國馬鈴薯種植面積約440萬公

18、傾，總產(chǎn)量約5600萬噸，種植面積最大的是內(nèi)蒙。全國除年產(chǎn)馬鈴薯淀粉800kt外，90以上馬鈴薯都是直接食用。除了以上三大薯類外，洋芋、菊芋、魔芋即是較具特色的芋類作物。魔芋適種范圍廣，生命力強(qiáng)，較易栽培和加工，在我國云南、貴州、四川、湖北和湖南的西部、陜西南部等地適宜魔芋種植，目前已有一定的規(guī)模，僅湖北省魔芋種植面積就達(dá)41萬畝。魔芋的主要成分是葡甘露聚糖，該糖是天然植物中分子量最大的一種物質(zhì)，具有水溶、增稠、膠凝、成膜、粘結(jié)、穩(wěn)定、懸浮等數(shù)十種理化特性，用途非常廣泛。魔芋是自然界唯一能大量提供葡甘露聚糖的植物，其特殊屬性為魔芋產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了非常廣闊的市場前景?？梢姡覈S富的薯芋類植物資源，為薯芋類淀粉生產(chǎn)低聚糖提供了原料保障。322 發(fā)展薯芋類深加工，規(guī)?；N植和工業(yè)化生產(chǎn)，是脫貧致富的有效途徑 眾所周知，木薯、甘薯等薯芋類作物總是由邊遠(yuǎn)地區(qū)的貧窮農(nóng)民種植。我國薯芋集中分布地區(qū)基本上都是貧困地區(qū)。薯芋類植物具有耐瘠薄、濫種等特點(diǎn)，其分布范圍主要集中在我國西、南部地區(qū)，且大多是山區(qū)，這些都是我國貧困地區(qū)最為集中的地方。同時(shí)，發(fā)展薯芋