麦芽四糖研究新进展

唐玉,孙俊良,梁新红,李元召,张永帅

（河南科技学院,河南新乡453003）

麦芽四糖研究新进展

唐玉,孙俊良,梁新红,李元召,张永帅

（河南科技学院,河南新乡453003）

麦芽四糖一般是由麦芽四糖淀粉酶水解淀粉而得,因其独特的理化特性,被誉为最有希望的麦芽低聚糖,有着很广的应用和开发前景.对麦芽四糖的性质、研究意义、制备方法及鉴定分析作了全面论述,并对麦芽四糖的前景进行展望,为今后新产品的开发提供了有力的依据.

麦芽四糖；麦芽四糖酶；制备方法；应用

低聚糖集营养、保健、食疗于一体,广泛应用于食品、保健品、饮料、医药、饲料添加剂等领域,被誉为“未来型”新一代功效食品[1].目前产量最大、应用最广的低聚糖主要来源于淀粉,通常称为麦芽低聚糖.麦芽四糖是由α-1,4糖苷键连接的葡萄糖四聚体,是一种新型的麦芽低聚糖[2],一般不能用简单的酸法或酶法水解得到,而必须采用专一的麦芽四糖淀粉酶水解淀粉来制备[3].日本等国家最先对麦芽四糖进行了研究,并取得了一些成果,少数产品已经开始批量生产.目前国内对麦芽糖和葡萄糖的生产已做了很多研究,然而对麦芽四糖的研究还相对较少.

1 麦芽四糖的特性

1.1 麦芽四糖的性质

麦芽四糖外观呈无色、透明、粘稠状液体,口感微甜、无任何不良异味,也无可见杂质.它具有保湿性好、吸湿性低、增稠作用强,有一定的耐酸和耐热性,冰点作用小,易形成光泽皮膜等特点,因此具有良好的使用性.另外,麦芽四糖还具有防止食品中蛋白质变性及保持速冻食品新鲜度等功能.日本学者Nakakuki称其为最有希望的麦芽低聚糖,因其具有独特的抗菌活性,同时,它还是很好的保健品,可作为“功能性食品”的原料,主要添加到家禽、家畜、鱼等饲料中,还可使用于养蜂、养蚕等[4].

1.2 麦芽四糖淀粉酶的性质

1971年Robyt和Ackerman发现了麦芽四糖酶.麦芽四糖淀粉酶是一种外切型淀粉酶,该酶作用于直链淀粉分子时,从非还原性末端开始,顺序切割第4个α-1,4糖苷键,生成麦芽四糖.如果底物是由奇数个葡萄糖单位构成,还可生成麦芽三糖或葡萄糖；如果底物是由偶数个葡萄糖单位构成,并且不是4的整数倍,还可生成麦芽糖[5].该酶水解支链淀粉时的作用是不同的,在遇到分枝点α-1,6键时作用受阻,不能进一步水解,残留下一定量的低聚糊精.然而绝大多数淀粉中都含有75%～85%的支链淀粉,所以要想提高麦芽四糖的产率,必须同时使用能切开支链淀粉中α-1,6糖苷键的切枝酶.该酶水解支链淀粉时,可使整个支链切下,成为相对分子质量比较小的直链糊精,更有利于随后麦芽四糖淀粉酶的水解作用.精致的麦芽四糖淀粉酶很难获得,且价格昂贵.而粗酶需要经过分离纯化才能使用,麦芽四糖粗酶的纯化过去多采用硫酸铵沉淀法和不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳法.

2 麦芽四糖的应用

2.1 促进枯草芽孢杆菌产α-淀粉酶

有机碳源是微生物生长代谢所必需的能量来源,严格制约着微生物代谢途径和调控,是决定发酵产量的关键因素.研究发现葡萄糖、麦芽糖、木糖等单糖能够促进枯草芽孢杆菌（B.subtilis）菌体快速生长,但是却不利于α-淀粉酶产生[6].而淀粉、糖原等多糖发酵微生物生长比较缓慢,但是有利于α-淀粉酶产生[7].目前,工业上主要采用淀粉水解至较高程度的产物（糖浆）作为枯草芽孢杆菌发酵产α-淀粉酶的碳源.研究中发现糖浆中淀粉的水解程度与α-淀粉酶产生水平有很大关系.有试验结果表明：DE值（也称葡萄糖值）16～22之间的糊精（淀粉水解产物）作为初始碳源,枯草芽孢杆菌发酵产α-淀粉酶水平最高；DE值过高或过低都会导致α-淀粉酶产生水平下降[8].进一步的研究表明,糊精中能够促使α-淀粉酶产生的主要成分是麦芽低聚糖（主要是麦芽三糖到麦芽七糖）,以麦芽四糖的促进效应最为显著[9].

2.2 在食品行业中的应用

麦芽四糖由于其良好的流动性、无色、无异臭味、微甜等特点,在食品行业被广泛应用,并且用量比例很高时,也不会掩盖产品原有食品的风味和香味,是一种优良的添加剂.麦芽四糖易溶于水,黏性适度,增稠性、胶黏性、抑制糖结晶和稳定泡沫的效果好,具有优良的乳化性能,有促进产品成型和调整产品组织结构的作用,可用于糖果、糕点、饮料、冷饮中,能防止晶体析出、抑制淀粉老化、增加粘稠感、提高食品的感官品质.其吸潮性低,不易结团,成模性也好,既能防止产品变形又可改善外观.麦芽四糖具有较好的耐酸盐和耐热性,并且不易褐变,在人体内的消化吸收非常好,可作为儿童病人及运动员的食品原料[10].人体长期食用,能有效抑制肠道中产气腐败菌和胡萝卜软腐欧文氏病原菌的增殖,具有净化肠道、增进健康的作用.因此,近年来麦芽四糖在食品行业中得到广泛的应用,是理想的食品基础原料.

2.3 在经肠营养剂方面的应用

近年来,随着物质文化水平的提高,人们对于营养的重要性也更加重视.经肠营养剂是专门为消化吸收机能低下和低营养状态的人群设计的一种营养品[11].因该营养物质是以经口、经管营养为主的营养剂,以补助营养为目的,可刺激食欲和调节胃肠道功能,并且安全易行,受到广泛的应用.然而经肠营养剂中的糖质以前多采用葡萄糖、蔗糖、麦芽糖等单糖或双糖,但由于这些糖质使用时渗透压很高,很容易引起渗透压性腹泻,所以都会同时加入调节渗透压的糊精.研究发现,麦芽四糖由于其分支结构少,并且属于直链状的低聚糖,低渗透压,能够以高效率分解、代谢,所以可以作为营养剂有效的糖质和能量来源.

3 麦芽四糖的制备方法

3.1 单酶法制备麦芽四糖

主要采用麦芽四糖淀粉酶分解淀粉得到.由于该酶具有的独特分子结构性质,淀粉需经预处理,使其DE值控制在8～12,添加麦芽四糖酶量应控制在0.02%,最适反应温度为58℃,最适反应pH值为6.8～7.0,最适反应时间6～7 h,得麦芽四糖粗水解液.粗水解液再经灭酶、冷却澄清、过滤、真空浓缩、喷雾干燥,成固体成品.该方法简单易行,且成本不高,被广泛应用.

3.2 普鲁兰酶协同作用制备麦芽四糖

普鲁兰酶是一种支链淀粉酶,它对支链淀粉和糖原等支点的α-1,6糖苷键具有很强的水解作用[12],生产低聚异麦芽糖时,大多以玉米和木薯淀粉为原料,淀粉经液化、糖化或再转苷,再经过滤、离子交换等处理得到具有一定浓度的糖浆或糖粉.利用酶法生产麦芽四糖,应适当加入普鲁兰酶作为协同酶.因为加入普鲁兰酶之后大多数淀粉糖的过滤速度都减慢了,但糖浆透射比增大,有利于提高糖的品质.

4 麦芽四糖的鉴定分析

关于低聚糖的分析实例,近来国内已有不少文献报导[13].陈洪用HPLC法测定了饴糖中的低聚糖,发现饴糖中的低聚糖以麦芽糖为主,含量为25%～39%,另外还含少量的葡萄糖、麦芽三糖和麦芽四糖.蒋世琼[14]、张忠兰等[15]报导了蔗果低聚糖合成液的高效液相色谱分析法.王清等[16]报导了高效液相色谱法测定异麦芽低聚糖的组分.罗发兴等[17]对氨基键合柱和离子交换柱两种液相色谱柱分析低聚糖的结果鉴定进行了比较研究.

利用高效液相色谱法测定麦芽四糖含量已经成为了新趋势[18].其原理主要是溶于流动相中的各组分经过固定相时,试样组分基本上按分子大小受到不同阻滞而先后流出色谱柱,从而实现分离目的[19].该方法样品预处理简单,分离度比较高,重现性好,分析时间也较短,明显提高了检测效率,并且该方法准确性和重复性也非常好.而采用传统的鉴定方法,耗时长,过程复杂,水解条件不易控制.

5 麦芽四糖制备的前景展望

酶的固定化技术是食品行业最早发展起来的一个领域,其中最著名、规模最大的就是利用固定化葡萄糖异构酶生产高果糖浆[20].其优点有：易于将固定化酶与底物、产物分开,有利于后续工艺的分离和纯化；可以在较长时间内连续生产；酶反应条件容易控制；酶的稳定性和最适反应温度提高；酶的使用效率提高；可以增强产物的收率,提高产物质量；使用成本降低；适于产业化、连续化、自动化生产.由此可以看出,如果将麦芽四糖酶固定化后用于麦芽四糖的制备,不但可以降低生产工艺成本,还可以提高麦芽四糖的产率.

麦芽四糖具有低甜度、强功高效、持续供能、提高消化和吸收能力等特点,近几十年来,国内外均投入了大量的人力物力进行研究开发,新产品不断问世,风行国际市场.其产品工业化生产的成功,不仅为我国医药、食品、发酵等领域提供了新型糖源,而且也将促进营养、保健、功能性食品的发展.

[1]FogartyWM,Kelly CT.RecentAdvancesin MicrobialAmylases[M]//FogartyWM,Kelly CT.MicrobialEnzymesand Biotechnology. 2nd ed.London：Elsevier Applied Science,1990：71-132.

[2]朱明,王利平.麦芽四糖产品的性质、组成和结构分析[J].无锡轻工大学学报,2000,19（2）：187-189.

[3]朱明.用麦芽四糖淀粉酶生产麦芽四糖[J].无锡轻工大学学报,1997,16（4）：34-37.

[5]余晓红,严自正,李梅.产碱菌麦芽四糖淀粉酶的纯化及性质[J].微生物学报,1993,33（5）：339-346.

[6]SalvaTJG,Moraes IO.Effectofthecarbonsourceonalpha-amylaseproductionby Bacillussubtilis BA-04[J].RevistadeMicrobilogia, 1995,26（1）：46-51.

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[8]Asghera M,Javaid A M,Rahman SU,et al.A thermostable a-amylase from amoderately thermophilic Bacillus subtilis strain for starch processing[J].Journalof Food Engineering,2007,79：950-955.

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[10]刘文慧,王颉,王静,等.麦芽糊精在食品工业中的应用现状[J].中国食品添加剂,2007（2）：183-186.

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[16]王清,郭家荣,张露.高效液相色谱法测定异麦芽低聚糖的组分[J].食品与发酵工业,1998,24（4）：30-32.

[17]罗发兴,周家华.高效液相色谱分析低聚糖类[J].食品工业科技,1995,91（5）：63-66.

[18]张雪荣,池利民,李素霞.高效液相色谱法测定麦芽糖含量[J].安徽农业科学,2009,37（24）：11343-11344.

[19]李明元.高效液相色谱法及其在食品分析中的应用[M].北京：北京大学出版社,1998：258-266.

[20]陈冬梅.固定化酶及其在食品工业中的应用[J].现代农业科技,2010（19）：330-332.

（责任编辑：邓天福）

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,河南渑池人,硕士研究生.主要从事食品生物技术研究.

孙俊良（1964-）,男,河南新乡人,教授.主要从事食品生物技术与酶工程研究.

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