麥芽四糖研究新進展

唐玉,孫俊良,梁新紅,李元召,張永帥

（河南科技學院,河南新鄉(xiāng)453003）

麥芽四糖研究新進展

唐玉,孫俊良,梁新紅,李元召,張永帥

（河南科技學院,河南新鄉(xiāng)453003）

麥芽四糖一般是由麥芽四糖淀粉酶水解淀粉而得,因其獨特的理化特性,被譽為最有希望的麥芽低聚糖,有著很廣的應用和開發(fā)前景.對麥芽四糖的性質(zhì)、研究意義、制備方法及鑒定分析作了全面論述,并對麥芽四糖的前景進行展望,為今后新產(chǎn)品的開發(fā)提供了有力的依據(jù).

麥芽四糖；麥芽四糖酶；制備方法；應用

低聚糖集營養(yǎng)、保健、食療于一體,廣泛應用于食品、保健品、飲料、醫(yī)藥、飼料添加劑等領域,被譽為“未來型”新一代功效食品[1].目前產(chǎn)量最大、應用最廣的低聚糖主要來源于淀粉,通常稱為麥芽低聚糖.麥芽四糖是由α-1,4糖苷鍵連接的葡萄糖四聚體,是一種新型的麥芽低聚糖[2],一般不能用簡單的酸法或酶法水解得到,而必須采用專一的麥芽四糖淀粉酶水解淀粉來制備[3].日本等國家最先對麥芽四糖進行了研究,并取得了一些成果,少數(shù)產(chǎn)品已經(jīng)開始批量生產(chǎn).目前國內(nèi)對麥芽糖和葡萄糖的生產(chǎn)已做了很多研究,然而對麥芽四糖的研究還相對較少.

1 麥芽四糖的特性

1.1 麥芽四糖的性質(zhì)

麥芽四糖外觀呈無色、透明、粘稠狀液體,口感微甜、無任何不良異味,也無可見雜質(zhì).它具有保濕性好、吸濕性低、增稠作用強,有一定的耐酸和耐熱性,冰點作用小,易形成光澤皮膜等特點,因此具有良好的使用性.另外,麥芽四糖還具有防止食品中蛋白質(zhì)變性及保持速凍食品新鮮度等功能.日本學者Nakakuki稱其為最有希望的麥芽低聚糖,因其具有獨特的抗菌活性,同時,它還是很好的保健品,可作為“功能性食品”的原料,主要添加到家禽、家畜、魚等飼料中,還可使用于養(yǎng)蜂、養(yǎng)蠶等[4].

1.2 麥芽四糖淀粉酶的性質(zhì)

1971年Robyt和Ackerman發(fā)現(xiàn)了麥芽四糖酶.麥芽四糖淀粉酶是一種外切型淀粉酶,該酶作用于直鏈淀粉分子時,從非還原性末端開始,順序切割第4個α-1,4糖苷鍵,生成麥芽四糖.如果底物是由奇數(shù)個葡萄糖單位構(gòu)成,還可生成麥芽三糖或葡萄糖；如果底物是由偶數(shù)個葡萄糖單位構(gòu)成,并且不是4的整數(shù)倍,還可生成麥芽糖[5].該酶水解支鏈淀粉時的作用是不同的,在遇到分枝點α-1,6鍵時作用受阻,不能進一步水解,殘留下一定量的低聚糊精.然而絕大多數(shù)淀粉中都含有75%～85%的支鏈淀粉,所以要想提高麥芽四糖的產(chǎn)率,必須同時使用能切開支鏈淀粉中α-1,6糖苷鍵的切枝酶.該酶水解支鏈淀粉時,可使整個支鏈切下,成為相對分子質(zhì)量比較小的直鏈糊精,更有利于隨后麥芽四糖淀粉酶的水解作用.精致的麥芽四糖淀粉酶很難獲得,且價格昂貴.而粗酶需要經(jīng)過分離純化才能使用,麥芽四糖粗酶的純化過去多采用硫酸銨沉淀法和不連續(xù)聚丙烯酰胺凝膠電泳法.

2 麥芽四糖的應用

2.1 促進枯草芽孢桿菌產(chǎn)α-淀粉酶

有機碳源是微生物生長代謝所必需的能量來源,嚴格制約著微生物代謝途徑和調(diào)控,是決定發(fā)酵產(chǎn)量的關鍵因素.研究發(fā)現(xiàn)葡萄糖、麥芽糖、木糖等單糖能夠促進枯草芽孢桿菌（B.subtilis）菌體快速生長,但是卻不利于α-淀粉酶產(chǎn)生[6].而淀粉、糖原等多糖發(fā)酵微生物生長比較緩慢,但是有利于α-淀粉酶產(chǎn)生[7].目前,工業(yè)上主要采用淀粉水解至較高程度的產(chǎn)物（糖漿）作為枯草芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)α-淀粉酶的碳源.研究中發(fā)現(xiàn)糖漿中淀粉的水解程度與α-淀粉酶產(chǎn)生水平有很大關系.有試驗結(jié)果表明：DE值（也稱葡萄糖值）16～22之間的糊精（淀粉水解產(chǎn)物）作為初始碳源,枯草芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)α-淀粉酶水平最高；DE值過高或過低都會導致α-淀粉酶產(chǎn)生水平下降[8].進一步的研究表明,糊精中能夠促使α-淀粉酶產(chǎn)生的主要成分是麥芽低聚糖（主要是麥芽三糖到麥芽七糖）,以麥芽四糖的促進效應最為顯著[9].

2.2 在食品行業(yè)中的應用

麥芽四糖由于其良好的流動性、無色、無異臭味、微甜等特點,在食品行業(yè)被廣泛應用,并且用量比例很高時,也不會掩蓋產(chǎn)品原有食品的風味和香味,是一種優(yōu)良的添加劑.麥芽四糖易溶于水,黏性適度,增稠性、膠黏性、抑制糖結(jié)晶和穩(wěn)定泡沫的效果好,具有優(yōu)良的乳化性能,有促進產(chǎn)品成型和調(diào)整產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)的作用,可用于糖果、糕點、飲料、冷飲中,能防止晶體析出、抑制淀粉老化、增加粘稠感、提高食品的感官品質(zhì).其吸潮性低,不易結(jié)團,成模性也好,既能防止產(chǎn)品變形又可改善外觀.麥芽四糖具有較好的耐酸鹽和耐熱性,并且不易褐變,在人體內(nèi)的消化吸收非常好,可作為兒童病人及運動員的食品原料[10].人體長期食用,能有效抑制腸道中產(chǎn)氣腐敗菌和胡蘿卜軟腐歐文氏病原菌的增殖,具有凈化腸道、增進健康的作用.因此,近年來麥芽四糖在食品行業(yè)中得到廣泛的應用,是理想的食品基礎原料.

2.3 在經(jīng)腸營養(yǎng)劑方面的應用

近年來,隨著物質(zhì)文化水平的提高,人們對于營養(yǎng)的重要性也更加重視.經(jīng)腸營養(yǎng)劑是專門為消化吸收機能低下和低營養(yǎng)狀態(tài)的人群設計的一種營養(yǎng)品[11].因該營養(yǎng)物質(zhì)是以經(jīng)口、經(jīng)管營養(yǎng)為主的營養(yǎng)劑,以補助營養(yǎng)為目的,可刺激食欲和調(diào)節(jié)胃腸道功能,并且安全易行,受到廣泛的應用.然而經(jīng)腸營養(yǎng)劑中的糖質(zhì)以前多采用葡萄糖、蔗糖、麥芽糖等單糖或雙糖,但由于這些糖質(zhì)使用時滲透壓很高,很容易引起滲透壓性腹瀉,所以都會同時加入調(diào)節(jié)滲透壓的糊精.研究發(fā)現(xiàn),麥芽四糖由于其分支結(jié)構(gòu)少,并且屬于直鏈狀的低聚糖,低滲透壓,能夠以高效率分解、代謝,所以可以作為營養(yǎng)劑有效的糖質(zhì)和能量來源.

3 麥芽四糖的制備方法

3.1 單酶法制備麥芽四糖

主要采用麥芽四糖淀粉酶分解淀粉得到.由于該酶具有的獨特分子結(jié)構(gòu)性質(zhì),淀粉需經(jīng)預處理,使其DE值控制在8～12,添加麥芽四糖酶量應控制在0.02%,最適反應溫度為58℃,最適反應pH值為6.8～7.0,最適反應時間6～7 h,得麥芽四糖粗水解液.粗水解液再經(jīng)滅酶、冷卻澄清、過濾、真空濃縮、噴霧干燥,成固體成品.該方法簡單易行,且成本不高,被廣泛應用.

3.2 普魯蘭酶協(xié)同作用制備麥芽四糖

普魯蘭酶是一種支鏈淀粉酶,它對支鏈淀粉和糖原等支點的α-1,6糖苷鍵具有很強的水解作用[12],生產(chǎn)低聚異麥芽糖時,大多以玉米和木薯淀粉為原料,淀粉經(jīng)液化、糖化或再轉(zhuǎn)苷,再經(jīng)過濾、離子交換等處理得到具有一定濃度的糖漿或糖粉.利用酶法生產(chǎn)麥芽四糖,應適當加入普魯蘭酶作為協(xié)同酶.因為加入普魯蘭酶之后大多數(shù)淀粉糖的過濾速度都減慢了,但糖漿透射比增大,有利于提高糖的品質(zhì).

4 麥芽四糖的鑒定分析

關于低聚糖的分析實例,近來國內(nèi)已有不少文獻報導[13].陳洪用HPLC法測定了飴糖中的低聚糖,發(fā)現(xiàn)飴糖中的低聚糖以麥芽糖為主,含量為25%～39%,另外還含少量的葡萄糖、麥芽三糖和麥芽四糖.蔣世瓊[14]、張忠蘭等[15]報導了蔗果低聚糖合成液的高效液相色譜分析法.王清等[16]報導了高效液相色譜法測定異麥芽低聚糖的組分.羅發(fā)興等[17]對氨基鍵合柱和離子交換柱兩種液相色譜柱分析低聚糖的結(jié)果鑒定進行了比較研究.

利用高效液相色譜法測定麥芽四糖含量已經(jīng)成為了新趨勢[18].其原理主要是溶于流動相中的各組分經(jīng)過固定相時,試樣組分基本上按分子大小受到不同阻滯而先后流出色譜柱,從而實現(xiàn)分離目的[19].該方法樣品預處理簡單,分離度比較高,重現(xiàn)性好,分析時間也較短,明顯提高了檢測效率,并且該方法準確性和重復性也非常好.而采用傳統(tǒng)的鑒定方法,耗時長,過程復雜,水解條件不易控制.

5 麥芽四糖制備的前景展望

酶的固定化技術是食品行業(yè)最早發(fā)展起來的一個領域,其中最著名、規(guī)模最大的就是利用固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿[20].其優(yōu)點有：易于將固定化酶與底物、產(chǎn)物分開,有利于后續(xù)工藝的分離和純化；可以在較長時間內(nèi)連續(xù)生產(chǎn)；酶反應條件容易控制；酶的穩(wěn)定性和最適反應溫度提高；酶的使用效率提高；可以增強產(chǎn)物的收率,提高產(chǎn)物質(zhì)量；使用成本降低；適于產(chǎn)業(yè)化、連續(xù)化、自動化生產(chǎn).由此可以看出,如果將麥芽四糖酶固定化后用于麥芽四糖的制備,不但可以降低生產(chǎn)工藝成本,還可以提高麥芽四糖的產(chǎn)率.

麥芽四糖具有低甜度、強功高效、持續(xù)供能、提高消化和吸收能力等特點,近幾十年來,國內(nèi)外均投入了大量的人力物力進行研究開發(fā),新產(chǎn)品不斷問世,風行國際市場.其產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)的成功,不僅為我國醫(yī)藥、食品、發(fā)酵等領域提供了新型糖源,而且也將促進營養(yǎng)、保健、功能性食品的發(fā)展.

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（責任編輯：鄧天福）

New advances in maltotetraose

（Henan InstituteofScienceand Technology,Xingxiang453003,China）

The maltotetraose generally derived by the maltotetraose amylase hydrolysis of starch,because of its unique physical and chemical properties,known as the most promising maltooligosaccharide,has a wide application and development prospects.Maltotetraose nature,significance of research,preparation methods and identification analysis were given a comprehensive discussion and maltotetraose prospects are described to provide a strong basis for the future development of new products.

maltotetraose；maltotetraose enzyme；preparationmethods；application

Q535

A

1008-7516（2013）04-0014-03

10.3969/j.issn.1008-7516.2013.04.004

2013-03-31

唐玉（1987-）,女,河南澠池人,碩士研究生.主要從事食品生物技術研究.

孫俊良（1964-）,男,河南新鄉(xiāng)人,教授.主要從事食品生物技術與酶工程研究.

Tang Yu,Sun Junliang,Liang Xinhong,Li Yuanzhao,Zhang Yongshuai