林親錄，符 瓊，周麗君

（中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004）

低聚異麥芽糖制備的研究進(jìn)展

林親錄，符 瓊*，周麗君

（中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004）

低聚異麥芽糖是一種集營(yíng)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(yīng)用，近年來其產(chǎn)量猛增，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)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(jīng)多酶協(xié)同作用制備而成。主要對(duì)低聚異麥芽糖制備方面的研究進(jìn)行了綜述。

低聚異麥芽糖，制備，α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶

低聚異麥芽糖（Isomaltooligosaccharide，簡(jiǎn)稱IMO）是指葡萄糖基以α-1，6糖苷鍵結(jié)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(chǎn)成本低［1］，具有理想的物理化學(xué)性質(zhì)、相對(duì)較低的甜味、低粘度和低膨脹性［2-4］。已開發(fā)用于預(yù)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(chǎng)的領(lǐng)頭羊［1，5］。本文就目前對(duì)IMO制備的研究作一概述。

1 IMO的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝

IMO是由日本東京大學(xué)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(guó)內(nèi)外IMO的工業(yè)化生產(chǎn)主要是采用耐高溫α-淀粉酶和真菌α-淀粉酶生產(chǎn)高麥芽糖漿［7］，再利用α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶進(jìn)行轉(zhuǎn)化生成IMO［1，8］，將葡萄糖去除后便成為高濃度的產(chǎn)品［9］，其工藝流程如下［10］：

淀粉→調(diào)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(diào)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(zhuǎn)苷（α-D-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶，1L/t淀粉，60℃，28h）→滅酶（80℃，5min）→初濾→脫色（活性炭，75～80℃，30min）→復(fù)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(chǎn)品。

但是采用上述工藝還存在諸多的問題，例如產(chǎn)品中的功能性糖分的含量不高，α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶的成本過高以及工藝復(fù)雜而難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)等，為此各國(guó)科學(xué)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(zhuǎn)苷酶、工藝的改進(jìn)和IMO的分離純化三個(gè)方面。

2 α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶的研究

α-葡 萄 糖 轉(zhuǎn) 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?qū)⒂坞x出的葡萄糖殘基轉(zhuǎn)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(chǎn)IMO的關(guān)鍵酶制劑，受到各國(guó)食品工業(yè)界的重視，由于其價(jià)格昂貴，故對(duì)其研究主要集中于高酶活菌種的選育及酶的重復(fù)利用方面。

2.1 α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶生產(chǎn)菌種的選育

Lee等利用Thermotoga maritima的α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶，以液化玉米糖漿為底物生產(chǎn)IMO，產(chǎn)率可達(dá)68%［2］；Kurimoto等研究了利用黑曲霉的α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶來生產(chǎn)IMO，經(jīng)體外實(shí)驗(yàn)證明該產(chǎn)品可被雙歧桿菌優(yōu)勢(shì)利用［14］；Duan等研究了利用炭黑曲霉的α-葡萄糖轉(zhuǎn)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(chǎn)率［15］。在國(guó)內(nèi)，童星等進(jìn)行了黑曲霉α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶基因的克隆及在畢赤酵母中表達(dá)的研究［16］；廣西大學(xué)的于嵐等通過RT-PCR的方法擴(kuò)增得到α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶cDNA，構(gòu)建重組質(zhì)粒并嘗試在大腸桿菌中表達(dá)［17］。此外，金其榮［18］、胡學(xué)智［12］、王歲樓［19］、陳必成［20］、蔣世瓊［21］等也進(jìn)行了α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶生產(chǎn)菌種的篩選、誘變育種和產(chǎn)酶條件等的研究。

2.2 α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶的重復(fù)利用

α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶是生產(chǎn)IMO的關(guān)鍵酶制劑，但該酶售價(jià)一直居高不下，國(guó)內(nèi)外學(xué)者為充分利用該酶，已做了許多研究工作，主要是將產(chǎn)酶細(xì)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(zhuǎn)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(chǎn)率為60%［22］，Yun等用裝填入柱式反應(yīng)器中的固定在海藻酸鈣上的短梗曲霉細(xì)胞，研究了從麥芽糖漿連續(xù)化生產(chǎn)IMO［1］；Asano，N等研究了以Chitopearl BCW-3570（日本Fuji spinning公司生產(chǎn)的一種多孔球狀殼聚糖）為介質(zhì)吸附固定化稻谷α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶［23］；在國(guó)內(nèi)，吳定等、岳振峰等、鄭孝賢也進(jìn)行了利用固定化α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶生產(chǎn)IMO的研究［24-26］。

3 IMO生產(chǎn)工藝優(yōu)化的研究

IMO的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝存在工序多、時(shí)間長(zhǎng)、工藝參數(shù)控制困難、難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)等缺點(diǎn)，為此國(guó)內(nèi)外許多食品科學(xué)家進(jìn)行了大量的研究，其主要集中在對(duì)傳統(tǒng)工藝的改進(jìn)、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(chǎn)麥芽糖—淀粉酶（maltogaic amylase）和α-葡聚糖轉(zhuǎn)移酶（α-GTase）開發(fā)一種有效生產(chǎn)IMO的新工藝［2］；Mountzouris對(duì)用循環(huán)連續(xù)攪拌式（CSTR）膜反應(yīng)器連續(xù)生產(chǎn)IMO進(jìn)行了研究［28］；Kuriki報(bào)道了應(yīng)用淀粉生產(chǎn)IMO的新方法，新方法是基于新普魯蘭酶強(qiáng)大的α-1，6轉(zhuǎn)葡萄糖基反應(yīng)，同時(shí)還使用枯草桿菌糖化型α-淀粉酶使產(chǎn)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(jiǎn)單得多［8］。國(guó)內(nèi)的研究主要是對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。陳輝、江芳安等對(duì)用秈米淀粉制取IMO工藝進(jìn)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(duì)IMO的生產(chǎn)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(chǎn)的IMO產(chǎn)品，產(chǎn)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(yīng)用受到限制，故IMO的分離純化成為IMO生產(chǎn)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(chǎn)的IMO產(chǎn)品主要采用色譜分離技術(shù)，鮑元興也研究了采用色譜分離法分離純化IMO，使最終產(chǎn)品中IMO的純度達(dá)到了85%［35］；耿予歡等進(jìn)行了利用強(qiáng)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(jìn)行了酵母發(fā)酵法分離純化IMO的研究，其最終產(chǎn)品中IMO的純度分別達(dá)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(chǎn)品中的IMO含量達(dá)90%以上［39］。

5 結(jié)語

雖然目前IMO的生產(chǎn)工藝已經(jīng)比較成熟，但還有一些關(guān)鍵的問題急需突破，例如α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶的成本過高、不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)等。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，玉米、薯類和大米等淀粉資源非常豐富，價(jià)格低廉。故我們應(yīng)結(jié)合國(guó)情、加強(qiáng)IMO制備關(guān)鍵技術(shù)的研究，將豐富的淀粉資源轉(zhuǎn)化成高附加值的IMO來提高農(nóng)村和農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。

［1］Yun J W，Lee M G，Song S K.Continuous production of isomaltooligosaccharides from maltose syrup by immobilized cells of permeabilized Aureobasidium phllulans［J］.Biotechnology Letters，2005，16：1145-1150.

［2］Lee H S，Auh J H，Kim M J，et al.Cooperative action of α-glucanotransferase and maltogenic amylase for an improved process of isomaltooligosaccharides（IMO）production［J］.J Agric Food Chem，2002，50：2807-2812.

［3］Mountzouris K C，Gilmour S G，Grandison A S，et al. Modelling of oligodextran production in an ultrafiltration stirredcell membrane reactor［J］.Enzyme Microb Technol，2002，24：75-85.

［4］Robyt J F.Structure，biosynthesis and uses of non-starch polysaccharides：dextran，alternan，pullula and algin［J］. Developments in Carbohydrate Chemistry，2006，16：261-272.

［5］Crittenden R G，Playne M J.Production，properties and applications of food-grade oligosaccharides［J］.Trends Food Sci Technol，2005，7：353-361.

［6］畢金峰，劉長(zhǎng)江.高純度低聚異麥芽糖的研究進(jìn)展和應(yīng)用前景［J］.糧食與飼料工業(yè)，2002（3）：35-37.

［7］羅九甫.酶和酶工程［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，1996：176-181.

［8］Kuriki-T，Yanse-M，et al.A new way of producing isomaltooligosaccharide syrup by using the transglycosylation reaction ofeopullulanase［J］.Applied-Environmental-Microbiology，1994，59（4）：953-959.

［9］ Kohnoto T，F(xiàn)ukuiF，Takaku H，etal.Effectof isomaltooligosaccharides on human fecal flora［J］.Bifidobact Microflora，1998，7：61-69.

［10］鄒耀洪，孫佳.低聚異麥芽糖制備工藝研究［J］.常熟高專學(xué)報(bào)，2003（2）：41-46.

［11］胡學(xué)智，凌晨，武雯.葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶生產(chǎn)菌種的篩選［J］.工業(yè)微生物，1998，28（1）：1-6.

［12］Kita A，Matsui H，Somoto A，et al.Substrate specificity and affinities of crystallineα-glucosidase from Aspergillus niger［J］. Agric Biol Chem，2003，55（9）：2327-2335.

［13］Takewaki S T，Kimura A，Kubotra M，et al.Substrate specificity and subsite affinities of honeybee α-glucosidaseⅡ［J］.Biosci Biotech Biochem，2005，57（9）：1508-1513.

［14］Kurimoto M，Nishimoto T，Nakada T，et al.Synthesis by an α -glucosidase of glycosyl-trehaloses with an isomaltosyl residue［J］.Biosci Biotech Biochem，1997，61：699-703.

［15］Duan K J，Sheu D C，Lin M T，et al.Reaction mechanism of isomaltooligosaccharides Synthesis by α-glucosidase from Aspergillus carbonarious［J］.Biotechnol Lett Chem，2006，19：341-354.

［16］童星，唐秋嵩，等.黑曲霉α-葡萄糖苷酶基因的克隆及其在畢赤酵母中的表達(dá)［J］.微生物學(xué)報(bào)，2009，49（2）：262-268.

［17］于嵐，張?jiān)崎_，蘇艷，等.黑曲霉α-葡萄糖苷酶cDNA的克隆及表達(dá)［J］.生物技術(shù)，2006，16（2）：5-8.

［18］金其榮，王曉晴.α-葡萄糖苷酶的初步研究及其在麥芽低聚糖漿生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.食品科學(xué)，1995，16（2）：20-24.

［19］王歲樓，張欣.α-葡萄糖苷酶生產(chǎn)菌的篩選及產(chǎn)酶條件的研究［J］.鄭州糧食學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，18（2）：69-73.

［20］陳必成，扈芝香.轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶生產(chǎn)異麥芽寡糖的研究［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，1999，25（4）：1-4.

［21］蔣世瓊，馬麗，楊海，等.異麥芽低聚糖的生產(chǎn)技術(shù)與應(yīng)用［J］.廣州食品工業(yè)科技，1999，15（3）：26-28.

［22］SheuD C，HuangC J，DuanK J.Productionof isomaltooligosaccharides by α-glucosidase immobilized in chitosan beads and by polymethyleneimine-glutaraldehyde treated mycelia of Aspergillus carbonarious［J］.Biotechnol Tech，2007，11：287-291.

［23］Asano N，Tanaka K，Matsui K.Enzymic synthesis of P-nitrophenyl α-glucosidase by use of native and immobilized rice α-glucosidase［J］.Carbohydrate Research，2001，217：255-264.

［24］吳定，鄒耀洪，王云，等.固定化酶生產(chǎn)低聚異麥芽糖工藝研究［J］.食品科學(xué)，2005，26（3）：125-127.

［25］岳振峰，彭志英，鄭衛(wèi)平.固定化酶法生產(chǎn)低聚異麥芽糖的研究［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2001，28（3）：6-9.

［26］鄭孝賢.固定化細(xì)胞法和固定化酶法生產(chǎn)低聚異麥芽糖［D］.南寧：廣西大學(xué)碩士論文，2005.

［27］Goulas A K，F(xiàn)isher D A，Grimble G K，et al.Synthesis of isomaltooligosaccharides and oligodextrans by the combined use of dextransucrase and dextranase［J］.Enzyme Microb Technol，2004，35：327-338.

［28］Mountzouris K C，Gilmour S G，Rastall R A.Continuous production of oligodextrans via controlled hydrolysis of dextran in an enzyme membrane reactor［J］.J Food Sci，2002，67：1767 -1771.

［29］陳輝.秈米淀粉制取低聚異麥芽糖技術(shù)研究［D］.長(zhǎng)沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士論文，2008.

［30］汪芳安，胡小泓，王尚玉，等.秈米生產(chǎn)低聚異麥芽糖的酶解技術(shù)研究［J］.江蘇調(diào)味副食品，2001，70：6-8.

［31］鄒耀洪，吳定，王云，等.多酶協(xié)同制備低聚異麥芽糖研究［J］.食品科學(xué)，2002，23（6）：38-40.

［32］李梵，曾凡駿，柳玲，等.大米制取低聚異麥芽糖工藝研究［J］.糧食與飼料工業(yè)，2007（6）：21-23.

［33］鮑元興，楊維亞，孫蔚榕.低聚異麥芽糖的質(zhì)量與工藝設(shè)備［J］.食品工業(yè)，1999（3）：8-9.

［34］郭家榮.玉米直接法制取麥芽低聚糖［J］.淀粉與淀粉糖，1999（3）：26-29.

［35］鮑元興，孫蔚榕，楊維亞.低聚異麥芽糖的納濾分離技術(shù)和色譜分離技術(shù)［J］.無錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，20（4）：351-355.

［36］耿予歡，張本山，高大維，等.強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂分離純化低聚異麥芽糖的研究［J］.食品科學(xué)，1995，20（5）：6-8.

［37］畢金峰，魏益民.酵母發(fā)酵法在分離純化低聚異麥芽糖中的應(yīng)用的研究［J］.中國(guó)食品學(xué)報(bào)，2005，5（3）：47-50.

［38］岳振峰，彭志英，鄭衛(wèi)平.固定化酵母發(fā)酵法分離純化低聚異麥芽糖［J］.武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（1）：9-13.

［38］鮑元興，韓亮，孫蔚榕，等.低聚糖的納濾分離技術(shù)［J］.食品工業(yè)，2002（1）：46-47.

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(dǎo)師，教授，研究方向：食品生物技術(shù)及糧食深加工。

國(guó)家863課題項(xiàng)目（2006AA10Z341）；湖南省重大科技專項(xiàng)（2007FJ1007）。