功能性低聚糖的开发

资源类型:pdf 资源大小:198.00KB 文档分类:工业技术 上传者:马海涛

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【作者】 孙华林 

【关键词】低聚糖 功能 开发 应用 

【出版日期】2003-07-05

【摘要】简要介绍了几种主要低聚糖的结构,讨论了功能性低聚糖的双歧因子、低热量、抗龋齿等主要功能及其开发应用前景。

【刊名】精细化工原料及中间体

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低聚糖(Oligosaccll翻ride)又称为寡糖,是由2一3个单糖通过糖昔键连接成直链或支链的低度聚合糖,它的分子量为2佣~2000。低聚糖由于单糖分子结合位置和结合类型不同,可分为多种,功能性低聚糖则是一种极好的功能性食品基料,我国已把满足不同人群需要的特殊营养品作为21世纪食品工业的发展重点,新型低聚糖将是这些特殊营养食品的一类重要的功能强化剂。这刺激了新型低聚糖的研究和开发。下面着重介绍几种功能性低聚糖的特点、功能及其开发应用前景。1、低聚糖的特点 目前已知的功能性低聚糖有1以刃多种,自然界中只有少数食品中含有天然的功能性低聚糖,并由于受到生产资源条件的限制,所以除大豆低聚糖等少数几种由提取法制取外,大部分是由来源广泛的淀粉原料经生物技术合成的。目前,国际上已研究开发成功的低聚糖有70多种,主要有:低聚异麦芽糖、大豆低聚糖、低聚木糖、低聚麦芽糖、帕拉金糖、乳酮糖、低聚半乳糖、海藻糖、藕合糖等等。 低聚异麦芽辘 又称分枝低聚糖,自然界中低聚异麦芽糖极少以游离状态存在,而作为支链淀粉、右旋糖和多糖等的组成部分,在某些发酵食品如酱油、酒或酶法葡萄浆中有少量存在。低聚异麦芽糖有甜味,异麦芽三糖、异麦芽四糖、异麦芽五糖随聚合度的增加,其甜味降低甚至消失。低聚异麦芽糖是功能性低聚糖研究开发中影响最大、产量最大的品种,一般以淀粉为原料,用全酶法进行生产。 大豆低聚糖 是大豆中所含寡糖类化合物的总称,主要成分为水苏糖、棉籽糖及蔗糖。大豆低聚糖是目前所有新型糖中唯一从植物中提取的。水苏糖、棉籽糖广泛布于植物中,特别是豆科植物中含量最多。大豆中含水苏糖2.7%、棉籽糖1.3%、蔗糖4.2%。在工业上,大豆低聚糖是以生产大豆蛋白的副产物大豆乳清为原料,经一系列处理制得。 低聚果糖 是指蔗糖分子的果糖残基上结合1一3个果糖的寡糖,其组成主要是蔗果三糖(GF2)、蔗果糖(GF3)、蔗果五糖(GF4)。日常食用的蔬菜与水果中也含有此类寡糖,尤其是洋葱、牛劳、芒笋和麦类中含量较高。工业上,低聚果糖有两种生产方法:以菊芋为原料酶法生产和以蔗糖为原料酶法生产。 低聚木糖 是由2~7个木糖以p一1,4糖昔键结合而成的低聚糖。一般以富含木聚糖的植物(米芯、蔗渣、棉籽壳和数皮)为原料,通过木聚糖酶的水解作用然后分离精制而成。有许多霉菌和细菌能产生木聚糖酶,工业上多采用球毛壳霉产生内切型林木糖酶进行木聚糖的水解,然后分离制得低聚木糖。低聚木糖产品的主要成分为木糖、木二糖、木三糖和三糖以上木寡糖,其中以木二糖为主要有效成分。低聚木糖的生产一18一弓卜月定乡旨洲厅精细化工原料及中间体2003年第7期工艺包括木聚糖的提取和精制,木聚糖的水解和低聚木糖的纯化。 海藻糖 广泛存在于微生物、低等动植物体内,如菇类、藻类、虾类及酵母中,海藻糖的存在赋予这些生物以抗干早、抗高温、抗冷冻的抗逆特性。海藻糖独特的抗逆保鲜功能使之成为国际范围的研究热点。现在已开发出了以淀粉为原料生产海藻糖的技术。 低聚半乳精 是以乳糖为原料,由p一半乳糖昔酶进行转移反应来生产半乳糖残基的供给体,同时也是接受体。 帕拉金枯 即。一D一毗喃葡萄昔一1,6吠喃果糖,从结构上看,它是异麦芽酮糖,是蔗搪的一种同分异构体,在德国的Palatine最初发现能大量生产这种糖果的微生物勿mtaminobacter rubrum)。后来研究可采用酶法合成这种糖。 藕合精 是由蔗糖分子的葡萄糖端结合1至数个葡萄糖分子所形成的几种寡糖的总称,可简写为GnF,工业生产是以淀粉和蔗糖为原料通过环状糊精合成酶作用而制得。2、低聚糖的功能 低聚糖的功能可分为初级、次级和三级。初级功能是指营养源;次级功能是指能提供甜味,低聚糖的甜度为庶糖的30厌,一50%;三级功能是指它的双歧因子、低热量、抗蛀牙等的作用。下面着重介绍其倍受关注的三级功能。 刺激双歧杆菌的增殖 双歧杆菌是人类的生理性细菌,双歧杆菌的存在和含t是人体健康的一个标志。双歧杆菌具有多方面的生理效应,根据研究表明:它可以调整肠功能的紊乱;可以调整腹泻与便秘;可起双向调节功能,降低血内毒素,降低胆固醇浓度,对防止动脉硬化和高血压起一定作用;抗肿瘤作用,提供机体免疫功能和延年益寿作用。 双歧杆菌从发现到现在已有100多年的历史,通过培养、发酵等生物技术,在全世界范围内生产了众多的双歧制品。双歧制品的生产需要双歧因子,双歧因子即指双歧杆菌生长发育所需要的生长因子,可作双歧因子的物质很多,但用的最多的是低聚糖。KAJ坪ARA实验证明:低聚果糖、低聚半乳糖、蜂蜜、菊粉等在体外均能促进长双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、两歧双歧杆菌、青春双歧杆菌的生长,而蜂蜜与菊粉中均含有许多低聚糖类。H.GANDHI将紫云蜂蜜加人到待发酵的牛奶中,并接种两种已商品化的双歧杆菌,在37℃下培养48h,测定了两种菌的生长、产酸及活力,并用葡萄糖、果糖作对照,结果表明:两种菌的生长速率随蜂蜜浓度的增加而加快。不同种类和数量的低聚糖对不同的双歧杆菌的增殖效果是不同的,成人每天摄人5一89低聚果糖,两周后每克粪便中双歧杆菌数可增加10-100倍,如食用低聚木糖0.79,就会有明显效果。用的最多的双歧因子有:低聚果糖、大豆低聚糖、菊糖、乳酮糖、低聚异麦芽糖等等。目前,有关功能性低聚糖作为双歧因子已引起了科学家和消费者的极大关注。 低热且 低聚糖很难或不能被人体消化吸收,所提供的能量值很低或根本没有,这是由于人体不具备分解消化低聚糖的酶系统。一些功能性低聚糖,如低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚乳果糖有一定程度的甜味,是一种很好的功能性甜味剂,可在低能量食品中发挥作用,如减肥食品、糖尿病患者食品、高血压病人食品。 抗龋病 龋齿是一种常发病,其发生是与口腔中的微生物有关,主要致病菌是突变链球菌,功能性低聚糖不是这些口腔微生物的合适底物,因此不会引起牙齿龋变。 其它 许多新型低聚糖具有神奇的加工保藏特性,能延长食品的货架寿命,这将有利于低聚糖在方便食品、保鲜食品的应用,低聚糖可作为非常规膳食纤维源,即它具有水溶性膳食纤维的部分功能,能降低血清胆固醇和预防结肠癌。由于它是小分子物质,所以它的加入通常不会改变食物的质构。日本和一些欧洲国家已批准将低聚果糖作为膳食纤维源。日本还准许下列低聚糖作为非常规膳食纤维标示:壳多糖、壳聚糖、葡甘露聚糖、乳酮糖、低聚龙胆糖、棉籽糖、水苏糖。其它国家对于以上这些不可消化的碳水化合物的接受程度不一。有些低聚糖如低聚果糖能促进钙、镁、铁等金属离子的吸收,某些低聚糖所具有的保温性、抗老化性、防结晶性、对酸、热和褐变的稳定性在食品保藏和加工中也具有重要意义。低聚异麦芽糖能使冷冻鱼浆的硬度提高、微结构的致密度2003年第7期精细化工原料及中间体弓卜月定乡旨洲厅一19-增加,因而低聚糖是冷冻鱼蛋白的一种非甜味保护剂。海藻糖通过外加的方式能对生物体和生物大分子起着良好的非特异性保护作用。在冻结、干燥、高渗透压等极端环境下,能安定细胞膜及其膜蛋白质,对生物体具有保护作用;用于食品的干燥保鲜可以使水果、蔬菜等复水后恢复其原有的颜色、味道、质地。在不同的湿度和含不同的金属离子条件下,海藻糖对p一半乳糖昔酶有保护作用,发现盐类对酶稳定性的影响是由于糖与阳离子的作用从而影响了糖的结晶形式。海藻糖还能延缓乳糖的结晶速度,乳糖的结晶会加速物理和化学的劣变反应,而乳糖的结晶等特性在生物、医学和食品科学中很重要。3、功能性低聚糖的开发应用前景 功能性低聚糖则是一种极好的功能性食品基料,我国已把满足不同人群需要的特殊营养品作为21世纪食品工业的发展重点,新型低聚糖将是这些特殊营养食品的一类重要的功能强化剂。在日本和欧美已有十多种新型低聚糖的产业化生产,广泛用于各种功能保健品、婴幼儿食品中,而且产量、生产品种和应用范围都迅速增加。据悉,日本需低聚糖4.7万叮a,价值100亿日元;欧洲各国120万t,价值25亿美元;我国的需求量也逐年增加。低聚糖衍生的产品更是不胜枚举,日本的“OUGO CC”功能性饮料年销900万瓶,法国的“PPB”糖年销6侧X众,比利时的“F’Y0S,,、西班牙的“SVEL TESS,,、美国的“GATORLODE”、“nRSTFOOD”均为市场占有率较高的国际名牌产品,国内也有一些添加低聚糖的产品,价格较贵。 M.llNDLEY等在1999年IFT年会上指出:从四碳糖、五碳糖、六碳糖、二糖和葡萄糖浆制得的寡糖将是食品工业的一种很好的甜味剂替代品,低聚果糖具有很好的开发前景,海藻糖和异麦芽糖有待开发。 我国最近提出了对甜味剂管理的新办法:糖精、甜蜜素、AK糖等高倍甜味剂的生产使用将受到限制,对因病不易摄人食糖的病人,所用的食糖应提倡使用对健康有益的糖醇和低聚糖等替代品。低聚糖独特的生理功能使得研究开发和生产新型低聚糖具有很好的市场需求。 获得低聚糖的途径主要有以下几种:从天然原料提取;利用转移酶、水解酶催化的转移反应合成;·天然多糖的酶水解反应;天然多糖的酸水解;化学合成。从食品工业的角度看,低聚糖作为一种大t使用的功能性基料,必须考虑到生产成本,因此,较好的方法是利用生物技术,即酶法水解或酶法转移来生产各种低聚糖。科学家已基本达成共识,使用酶可能是大量合成低聚糖的唯一有效途径。新型低聚糖的生产一般包括酶的发酵生产、低聚糖的酶法合成、分离精制三个过程,每个过程都与生物技术和化学工程技术密切相关。可利用现代生物技术对酶进行基因工程改造,以提高酶的活力和产量;运用现代酶发酵技术和新型生物反应器,达到最优化控制来提高酵酶的产量;可利用固定化酶或固定化细胞技术来连续化生产,降低成本;利用膜分离技术和层析技术来分离纯化低聚糖,可使低聚糖产品增多。生物工程技术在食品工业中的应用将使工业上大规模生产低聚糖成为可能。 大豆将是21世纪的食品,大豆将有助于大豆低聚糖的提取。目前在美国,大豆食品行业是美国增长最快的食品企业一。FDA在2仪幻年10月同意了含大豆蛋白食品的保健作用。美国的大豆食品潜在市场很大,2001年有28亿美元。大豆食品在美国等西方国家逐渐畅销的原因就是对其功能的逐步发现和认识,大豆含有多种活性组分,有必要对大豆进行综合开发,以期物尽其用。如进行组分提取时,可依次提取,例如,大豆蛋白的生产过程中将产生大量的大豆乳清,使用膜分离技术来处理这些大豆乳清,可以提取大豆低聚糖,不但变废为宝,而且符合环保要求。 我国功能性低聚糖的开发和生产具有得天独厚的优势,因为我国农副产品资源较为丰富,如蔗糖、玉米、薯类、玉米芯、蔗渣等,价格低廉、产量大、产地集中,从综合考虑,将使农产品实现产后增值,提高农村的经济效益。因此,功能性低聚糖附加值高,有极大的开发价值和应用潜力,其市场前景十分广阔。 参考文献 【l]郑建仙,功能性食品,北京:中国轻工业出版社,1995,88一99 [z]彭志英,食品生物技术,北京:中国轻工业出版社,1999,62一74 [31岳振峰等,功能性低聚糖研究进展,食品科学,1990,20(9):21一24 [4]蒋世琼等,功能性低聚糖的制造与生物技术,食品工业科技,1999,20(3):64一65功能性低聚糖的开发@孙华林$江苏南通医学院!南通 226001简要介绍了几种主要低聚糖的结构,讨论了功能性低聚糖的双歧因子、低热量、抗龋齿等主要功能及其开发应用前景。低聚糖;;功能;;开发;;应用[1] 郑建仙,功能性食品,北京:中国轻工业出版社,1995,88-99 [2] 彭志英,食品生物技术,北京:中国轻工业出版社,1999,62-74 [3] 岳振峰等,功能性低聚糖研究进展,食品科学,1990,20(9) :21-24 [4] 蒋世琼等,功能性低聚糖的制造与生物技术,食品工业科技,1999,20(3) :64-65

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