低聚異麥芽糖制備的研究進展

林親錄，符 瓊，周麗君

（中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院，湖南長沙410004）

低聚異麥芽糖制備的研究進展

林親錄，符 瓊*，周麗君

（中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院，湖南長沙410004）

低聚異麥芽糖是一種集營養(yǎng)、保健、療效于一體的功能性低聚糖，在醫(yī)藥、食品、飼料等行業(yè)有著廣泛的應用，近年來其產量猛增，國內外市場潛力巨大。目前，低聚異麥芽糖主要以淀粉或含淀粉的各類糧食為原料，經多酶協(xié)同作用制備而成。主要對低聚異麥芽糖制備方面的研究進行了綜述。

低聚異麥芽糖，制備，α-葡萄糖轉苷酶

低聚異麥芽糖（Isomaltooligosaccharide，簡稱IMO）是指葡萄糖基以α-1，6糖苷鍵結合而成的單糖數(shù)在2～6不等的類低聚糖，其主要成分為異麥芽糖（Isomaltose）、潘糖（Panose）、異麥芽三糖（Isomaltoriose）及異麥芽四糖等。IMO口味適宜，生產成本低［1］，具有理想的物理化學性質、相對較低的甜味、低粘度和低膨脹性［2-4］。已開發(fā)用于預防齲齒，作為糖尿病人砂糖代用品或用于改善腸道菌群［2］，在功能性食品中，IMO是膳食碳水化合物市場的領頭羊［1，5］。本文就目前對IMO制備的研究作一概述。

1 IMO的傳統(tǒng)生產工藝

IMO是由日本東京大學的光岡知足教授首先研究發(fā)現(xiàn)的［6］，天然存在于各種發(fā)酵食品及糖類中，例如清酒、醬油、蜂蜜等［1］。目前，國內外IMO的工業(yè)化生產主要是采用耐高溫α-淀粉酶和真菌α-淀粉酶生產高麥芽糖漿［7］，再利用α-葡萄糖轉苷酶進行轉化生成IMO［1，8］，將葡萄糖去除后便成為高濃度的產品［9］，其工藝流程如下［10］：

淀粉→調漿（30%，pH6.0緩沖溶液）→液化（耐高溫α-淀粉酶，0.67L/t淀粉，95℃，2h）→滅酶（煮沸，5min）→冷卻（60℃，調pH5.0）→糖化（β-淀粉酶，普魯蘭酶，真菌α-淀粉酶，各0.1L/t淀粉，60℃，2h）→轉苷（α-D-葡萄糖轉苷酶，1L/t淀粉，60℃，28h）→滅酶（80℃，5min）→初濾→脫色（活性炭，75～80℃，30min）→復濾→脫鹽（陰、陽離子交換樹脂）→二次脫色（弱堿性陰離子交換樹脂）→真空濃縮（50～58℃）→產品。

但是采用上述工藝還存在諸多的問題，例如產品中的功能性糖分的含量不高，α-葡萄糖轉苷酶的成本過高以及工藝復雜而難以實現(xiàn)連續(xù)化生產等，為此各國科學家都開展了大量的研究。目前的研究方向主要集中在α-葡萄糖轉苷酶、工藝的改進和IMO的分離純化三個方面。

2 α-葡萄糖轉苷酶的研究

α-葡 萄 糖 轉 苷 酶（ α-transglucodase，E.C3.2.1.20）又叫α-D-葡萄糖苷水解酶，它可以從低聚糖類底物的非還原端切開α-1，4糖苷鍵，釋放出葡萄糖；或將游離出的葡萄糖殘基轉移到另一糖類底物形成α-1，6糖苷鍵，從而得到非發(fā)酵性的低聚異麥芽糖或糖脂、糖肽等［11-13］，是生產IMO的關鍵酶制劑，受到各國食品工業(yè)界的重視，由于其價格昂貴，故對其研究主要集中于高酶活菌種的選育及酶的重復利用方面。

2.1 α-葡萄糖轉苷酶生產菌種的選育

Lee等利用Thermotoga maritima的α-葡萄糖轉苷酶，以液化玉米糖漿為底物生產IMO，產率可達68%［2］；Kurimoto等研究了利用黑曲霉的α-葡萄糖轉苷酶來生產IMO，經體外實驗證明該產品可被雙歧桿菌優(yōu)勢利用［14］；Duan等研究了利用炭黑曲霉的α-葡萄糖轉苷酶從麥芽糖合成IMO，由300g/L的麥芽糖在最適條件下可獲得55%的IMO產率［15］。在國內，童星等進行了黑曲霉α-葡萄糖轉苷酶基因的克隆及在畢赤酵母中表達的研究［16］；廣西大學的于嵐等通過RT-PCR的方法擴增得到α-葡萄糖轉苷酶cDNA，構建重組質粒并嘗試在大腸桿菌中表達［17］。此外，金其榮［18］、胡學智［12］、王歲樓［19］、陳必成［20］、蔣世瓊［21］等也進行了α-葡萄糖轉苷酶生產菌種的篩選、誘變育種和產酶條件等的研究。

2.2 α-葡萄糖轉苷酶的重復利用

α-葡萄糖轉苷酶是生產IMO的關鍵酶制劑，但該酶售價一直居高不下，國內外學者為充分利用該酶，已做了許多研究工作，主要是將產酶細胞或酶固定化以便循環(huán)利用。Sheu等將炭黑曲霉部分純化的α-葡萄糖轉苷酶固定在戊二醛活化的殼聚糖珠上制得固定化酶，以300g/L的麥芽糖為原料，IMO的產率為60%［22］，Yun等用裝填入柱式反應器中的固定在海藻酸鈣上的短梗曲霉細胞，研究了從麥芽糖漿連續(xù)化生產IMO［1］；Asano，N等研究了以Chitopearl BCW-3570（日本Fuji spinning公司生產的一種多孔球狀殼聚糖）為介質吸附固定化稻谷α-葡萄糖轉苷酶［23］；在國內，吳定等、岳振峰等、鄭孝賢也進行了利用固定化α-葡萄糖轉苷酶生產IMO的研究［24-26］。

3 IMO生產工藝優(yōu)化的研究

IMO的傳統(tǒng)生產工藝存在工序多、時間長、工藝參數(shù)控制困難、難以實現(xiàn)連續(xù)化生產等缺點，為此國內外許多食品科學家進行了大量的研究，其主要集中在對傳統(tǒng)工藝的改進、優(yōu)化和探索新的工藝。Goulas等研究利用L.mesenteroides的葡聚糖蔗糖酶和Pen.lilacinum葡聚糖酶從蔗糖合成IMO［27］；Lee等利用產麥芽糖—淀粉酶（maltogaic amylase）和α-葡聚糖轉移酶（α-GTase）開發(fā)一種有效生產IMO的新工藝［2］；Mountzouris對用循環(huán)連續(xù)攪拌式（CSTR）膜反應器連續(xù)生產IMO進行了研究［28］；Kuriki報道了應用淀粉生產IMO的新方法，新方法是基于新普魯蘭酶強大的α-1，6轉葡萄糖基反應，同時還使用枯草桿菌糖化型α-淀粉酶使產量從45%提高到60%，與傳統(tǒng)工藝需要4種酶相比，新方法只需要使用2種酶，故工藝簡單得多［8］。國內的研究主要是對傳統(tǒng)工藝進行改進優(yōu)化。陳輝、江芳安等對用秈米淀粉制取IMO工藝進行了研究［29-30］；鄒耀洪等優(yōu)化了傳統(tǒng)制備IMO的工藝［31］；另外，李梵、鮑元興、郭家榮等都對IMO的生產工藝做了深入研究［32-34］。

4 IMO分離純化的研究

以麥芽糖或淀粉為底物，采用酶法生產的IMO產品，產物中不可避免地存在一定量的葡萄糖和麥芽糖，由于葡萄糖和麥芽糖屬于易消化性糖，不具備IMO的生理特性，因此使IMO的應用受到限制，故IMO的分離純化成為IMO生產廠家亟待解決的研究課題。目前，IMO的分離純化主要有三種方法：色譜分離法、微生物發(fā)酵分離法和納濾分離法。日本生產的IMO產品主要采用色譜分離技術，鮑元興也研究了采用色譜分離法分離純化IMO，使最終產品中IMO的純度達到了85%［35］；耿予歡等進行了利用強酸性陽離子交換樹脂分離純化IMO的研究［36］；畢金峰等、岳振峰等分別進行了酵母發(fā)酵法分離純化IMO的研究，其最終產品中IMO的純度分別達到了99%和98%［37-38］；鮑元興等研究了采用納濾法分離純化IMO，使產品中的IMO含量達90%以上［39］。

5 結語

雖然目前IMO的生產工藝已經比較成熟，但還有一些關鍵的問題急需突破，例如α-葡萄糖轉苷酶的成本過高、不能實現(xiàn)連續(xù)化生產等。我國是一個農業(yè)大國，玉米、薯類和大米等淀粉資源非常豐富，價格低廉。故我們應結合國情、加強IMO制備關鍵技術的研究，將豐富的淀粉資源轉化成高附加值的IMO來提高農村和農民的經濟收入。

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Research pragress in the isomaltooligosaccharides production

LIN Qin-lu，F(xiàn)U Qiong*，ZHOU Li-jun
（College of Food Science and Engineering，Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China）

lsomaltooligosaccharide is a kind of nutritional，healthful and curing effective oligosaccharide，and used widely in food，medicine and feed industries.Recent years saw their fast boost in output and market potentiality at home and abroad.At present，isomaltooligosaccharide are normally produced by using starch or all kinds of starchy grains as raw material with the aid of multi-enzymes.The progress in production of isomaltooligosaccharide was summarized.

isomaltooligosaccharide；production；α-transglucodase

TS201.2+3

A

1002-0306（2011）02-0398-03

2009-12-25 *通訊聯(lián)系人

林親錄（1966-），男，博士，博士生導師，教授，研究方向：食品生物技術及糧食深加工。

國家863課題項目（2006AA10Z341）；湖南省重大科技專項（2007FJ1007）。