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        海藻糖的特性分析及應(yīng)用優(yōu)勢

        2013-12-20 08:38:48孫常文李發(fā)財龐明利楊海軍
        發(fā)酵科技通訊 2013年3期
        關(guān)鍵詞:海藻食品

        孫常文,李發(fā)財,龐明利,楊海軍

        (保齡寶生物股份有限公司,山東 禹城 251200)

        0 前 言

        海藻糖,英文名Trehalose,是一種天然糖類,分子式 C12H22O11,化學(xué)名稱(α-D-glucosido-α-D-glucosidemycose),是一種安全、可靠的天然糖類。日常生活中食用的蘑菇類、海藻類、豆類、蝦類、啤酒及酵母中都含有較高的海藻糖。

        海藻糖是從淀粉中提取出的非還原性糖,其是由兩分子的葡萄糖通過α-1,1糖苷鍵構(gòu)成的非還原性二糖。當(dāng)生物本身處于高溫、高寒、干燥失水等極其惡劣的環(huán)境中時,生物體內(nèi)的海藻糖會大量增加,以類似保護(hù)膜的形式包裹在細(xì)胞的表面,保護(hù)蛋白質(zhì)分子不會變性失活。從而對生物體起到保護(hù)作用,證明海藻糖是一種典型的應(yīng)激代謝產(chǎn)物,具有抗逆的獨特生物學(xué)特性,以及良好的維持生命體的生命過程和生物特征的作用[1]。而且其自身性質(zhì)非常穩(wěn)定,耐熱、耐酸性極強,優(yōu)良的加工性能使其可以廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)的各個領(lǐng)域。

        1 海藻糖的理化性質(zhì)

        1.1 海藻糖的性狀

        海藻糖為白色晶體,含兩個水分子,易溶于水和熱乙醇中,不溶于乙醚。很難被其他酶水解,只能被特異性的海藻糖酶水解。強酸水解時會得到2個分子的葡萄糖[2]。

        1.2 海藻糖的甜度和甜質(zhì)

        海藻糖的甜度是砂糖的45%。甜味持久溫和,可以與其他甜味劑調(diào)和復(fù)配,可以改善產(chǎn)品味道,無不良后味。

        圖1 海藻糖的相對甜度

        1.3 防止褐變

        海藻糖是非還原性二糖,不發(fā)生美拉德反應(yīng)。在加熱過程中也不會與氨基酸、蛋白質(zhì)等產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),不會產(chǎn)生褐變。保持食品色澤,適合于須加熱處理或高溫保存的食品、飲料等。

        1.4 良好的加工穩(wěn)定性

        海藻糖具有極強的耐熱耐酸性能,是性質(zhì)很穩(wěn)定的天然雙糖,良好的耐熱耐酸性使海藻糖具有優(yōu)良的食品加工性能。即使在100℃,pH3.5~10.0條件下加熱24 h,不褪色不分解,保留率高達(dá)99%,可廣泛使用于食品加工行業(yè)。

        1.5 低吸濕性

        海藻糖放置在相對濕度90%以上的地方超過一個月,海藻糖也幾乎不會吸濕。固體飲料、粉末調(diào)味品、干燥食品等容易吸濕吸潮,導(dǎo)致產(chǎn)品變質(zhì),將海藻糖應(yīng)用于該類食品中可以降低食品的吸濕性,有效的延長產(chǎn)品的保質(zhì)期。

        1.6 玻璃化相變熱

        海藻糖有高達(dá)115℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

        2 生理功能

        2.1 低熱量值

        海藻糖是一種低熱量的糖,不易被人體消化吸收,可抑制血清,肝臟中的膽固醇積累,所以可以被糖尿病患者食用,不會引起血糖的升高。

        2.2 防止淀粉老化

        使用海藻糖能夠抑制淀粉的老化,改善產(chǎn)品的品質(zhì),延長如年糕、饅頭、餅干、面類、米飯、奶油類,調(diào)味汁和炸餅等食品的保質(zhì)期,尤其在低溫和冷凍條件下,防止淀粉老化的現(xiàn)象更明顯[3]。海藻糖防止淀粉老化效果要遠(yuǎn)高于其他糖類。

        圖2 海藻糖防止淀粉老化的效果

        2.3 抑制脂肪酸化

        脂肪等脂類物質(zhì)在酸化或受熱分解時會產(chǎn)生過氧化物以及揮發(fā)性醛等,會嚴(yán)重影響食品風(fēng)味,甚至無法食用。大部分食品都會含有一定的脂肪,抑制脂肪變質(zhì)是保證食品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。海藻糖在此環(huán)節(jié)能發(fā)揮其抑制脂肪變質(zhì)的效果。對于肉類、油炸類等含有較多脂肪的食品,海藻糖可以起到抑制脂肪酸化,保持食品優(yōu)良的品質(zhì)[4]。

        2.4 抑制蛋白質(zhì)變性

        對于魚類,蛋類等含有豐富蛋白質(zhì)的食品,海藻糖可以抑制蛋白質(zhì)的變性,保持該類食品良好的口感。

        圖3 海藻糖防止蛋白質(zhì)變性的效果

        2.5 非致齲齒性

        海藻糖不被口腔中變異鏈球菌所利用,不會產(chǎn)生引起齲齒的酸性物質(zhì)[5]。海藻糖不被齲齒菌所利用的功能與糖醇是相同的(赤蘚糖醇、木糖醇、山梨糖醇等),雖然海藻糖不是糖醇,屬于糖類,但它具有抗齲齒性,與糖醇具有同樣的意義。

        2.6 矯味作用

        海藻糖可以使食品的甜味、咸味、酸味等純正的味道得到保留、加強和改善,有力于味道的散發(fā),使口感更優(yōu);對苦味,澀味等不良味道海藻糖具有掩蓋和減輕的作用。在嬌味作用方面,海藻糖有很突出的特點,根據(jù)多種食材中加入少量海藻糖后的感官檢查結(jié)果,將海藻糖矯正味道和氣味的作用結(jié)果匯總在下表中[6]。

        表1 海藻糖對各種食品和原材料的矯味作用

        2.7 抑制體臭和汗臭

        對海藻糖抑制汗臭味檢查感官實驗:取實驗布料10塊,放入容器中,分別滴入1 mL人工汗水,37℃密封培養(yǎng),在相對濕度80%條件下放置2天;取出布料,經(jīng)過10名評價者采用五級評價(無臭;微臭;稍臭;相當(dāng)臭;極臭)進(jìn)行評價,結(jié)果顯示:海藻糖結(jié)合的纖維其臭氣強度為“稍臭”,而普通纖維的臭氣強度為“相當(dāng)臭”。證明海藻糖具有抑制體臭和汗臭的作用。

        圖4 海藻糖抑制汗臭的效果

        2.8 防止輻射

        10 mmol/L海藻糖可以使DNA耐受3.6倍γ射線和4.3倍β射線,雖然其他糖類也可防止輻射,但作為化妝品的有效組分,海藻糖的理化穩(wěn)定性等要優(yōu)于其他糖類。

        表2 使50%閉環(huán)雙鏈DNA殘留的射線劑量比例

        2.9 凍干保護(hù)劑

        據(jù)報道呂加平和其同事比較研究了用海藻糖、山梨醇、蔗糖、乳糖、麥芽糊精、甘露醇等幾種材料對乳酸菌的凍干保護(hù)效果。以嗜熱鏈球菌為供試菌株的結(jié)果,下圖為幾種凍干保護(hù)劑對嗜熱鏈球菌的凍干保護(hù)效果。

        圖5 多種凍干保護(hù)劑對嗜熱鏈球菌的凍干保護(hù)效果

        3 海藻糖生產(chǎn)方法

        3.1 從天然植物或藻類中直接提取海藻糖

        傳統(tǒng)工藝制備海藻糖,優(yōu)點是成本較低,步驟相對簡單。缺點是能源消耗較大。制備流程:活性干酵母→熱乙醇水溶液攪拌提取→冷卻和離心→取上清液→活性炭脫色→離子交換→超濾→濃縮→結(jié)晶→離心過濾→干燥→海藻糖成品[7]。

        在傳統(tǒng)方式提取海藻糖的基礎(chǔ)上,章銀良等采用新的思路和方法提高海藻糖的量。首先采用微波預(yù)處理破碎酵母細(xì)胞,然后通過水、乙醇、三氯乙酸提取海藻糖,實驗結(jié)果證明用微波處理后的酵母細(xì)胞中提取海藻糖的量要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)方法,既能提高提升效率又能節(jié)省成本[8]。

        3.2 酶促轉(zhuǎn)化法

        以葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、淀粉等為底物,通過相應(yīng)的酶作用于底物轉(zhuǎn)換為海藻糖,不同的酶催化控制相應(yīng)的合成環(huán)節(jié)。其中發(fā)現(xiàn)磷酸化酶很不穩(wěn)定,因此很難實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。而海藻糖生成酶或麥芽糖海藻糖轉(zhuǎn)換酶是目前發(fā)現(xiàn)的有應(yīng)用價值并適合工業(yè)化生產(chǎn)的酶,轉(zhuǎn)化率高達(dá)70%以上。麥芽糖苷基海藻糖生成酶和麥芽糖苷基海藻糖水解酶,以及新型葡萄糖轉(zhuǎn)移酶和a-淀粉酶均是適合工業(yè)化生產(chǎn)的酶[9]。

        3.3 微生物發(fā)酵法

        利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)海藻糖周期短,菌種和原料廣泛,而酵母菌和革蘭氏陽性菌是生產(chǎn)海藻糖的主要材料。此方法的關(guān)鍵步驟是通過誘變、細(xì)胞融合、基因重組等方式選育高產(chǎn)的菌株。之后利用高濃度的培養(yǎng)基得到含量較高的海藻糖產(chǎn)物。此法涉及菌種篩選、發(fā)酵工藝、后提取等方面[10]。

        3.4 利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)海藻糖

        利用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)海藻糖,將合成海藻糖的基因?qū)肫胀ㄖ参镏腥缣鸩?、馬鈴薯中,是植物在成長的過程中收獲積累大量的海藻糖[11]。

        3.5 膜法酵母提取海藻糖

        膜分離技術(shù)作為新型的分離純化技術(shù)。以壓力作為推動,使各組分物質(zhì)進(jìn)行分離、濃縮的純化方法。膜分離技術(shù)的優(yōu)點是分離效率高,能耗小,操作簡單,清潔等優(yōu)點[12]。

        4 在食品及相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用

        4.1 食品工業(yè)

        海藻糖是一種能夠改善食品風(fēng)味的天然食品添加劑,它可應(yīng)用于焙烤制品類、糖果類、飲料、奶粉、蔬菜汁、風(fēng)味調(diào)料等領(lǐng)域。

        海藻糖能夠抑制食品中的不良?xì)馕?,在魚類、肉禽類加熱時會產(chǎn)生三甲胺,有強烈的腥臭味,使用前加入適當(dāng)海藻糖可降低三甲胺的生成,掩蓋其產(chǎn)生的異味和臭味,而且海藻糖還能夠抑制脂肪酸化、蛋白質(zhì)變性,可以保持此類食品的營養(yǎng)價值和特定風(fēng)味。

        海藻糖在食品工業(yè)中應(yīng)用的其他優(yōu)勢有:具有低熱值、優(yōu)質(zhì)甜味、防齲齒、酸熱穩(wěn)定、抑制蛋白變性、低吸濕性、抗淀粉老化、抑制美拉德反應(yīng)、保鮮等作用而廣泛的應(yīng)用于食品的各個領(lǐng)域。對食品保護(hù)性能全面,其保鮮作用能夠維持食品剛制出來的新鮮狀態(tài)。海藻糖還可以作為甜味劑、保鮮劑、抗變性劑、脫水劑、多功能調(diào)味劑使用。

        4.2 生物工程領(lǐng)域

        海藻糖用于生物制品的保存,由于海藻糖具有穩(wěn)定蛋白質(zhì)等生物大分子的功能并具有保鮮的作用,所以海藻糖廣泛的應(yīng)用于多種生物制品中,作為保護(hù)劑、穩(wěn)定劑,海藻糖在保存藥品及生物制品方面有很強大的功效,如保存疫苗、血液制品、病毒、酶、細(xì)胞、組織器官、單克隆抗體等。由于冷藏設(shè)施的缺乏,導(dǎo)致第三世界國家每年有約90%的疫苗失去活性,從而造成相當(dāng)大的損失。用海藻糖作為保存劑可以延長了這些生物制品的活性,甚至使這些生物制品在常溫條件下進(jìn)行干燥保存也成為可能。

        4.3 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域

        海藻糖具有穩(wěn)定生物膜結(jié)構(gòu)的作用和提高生物對低溫、高溫、干旱、鹽堿等逆境環(huán)境下的抗性,通過生物工程技術(shù)將含有海藻糖的轉(zhuǎn)基因植物培育成抗寒、抗旱、耐鹽堿的轉(zhuǎn)基因植物,如果將海藻糖合成酶基因?qū)爰Z食作物中,能提高糧食植物的抗旱性和抗寒性,若轉(zhuǎn)基因植物是蔬菜水果還能使其加工后顯得更鮮,風(fēng)味更佳,延長其保質(zhì)期。

        海藻糖還可用于家畜以及飼養(yǎng)動物的飼料中,使動物更加喜食。已有研究成果,利用大腸桿菌的海藻糖合成酶基因?qū)胩鸩?、馬鈴薯中,在獲得大量海藻糖的同時,也增強了植物的抗旱性和耐寒性。

        4.4 化妝品領(lǐng)域

        海藻糖具有保濕作用,在皮膚化妝品中應(yīng)用可以抑制皮膚干燥。也可以用于口腔芳香劑、口腔清涼劑、品質(zhì)改良劑等。

        4.5 海藻糖在新型食品開發(fā)中的參考用量

        表3 海藻糖在新型食品開發(fā)中的參考用量

        5 結(jié) 論

        海藻糖功能強大,既可以作為食品添加劑、甜味劑使用還可以作為生物制品藥物(酶制劑,疫苗等)的保護(hù)劑,用在食品行業(yè)中可以防止食品變質(zhì),海藻糖沒有還原性,與蛋白質(zhì)或氨基酸一起加熱時不發(fā)生美拉德反應(yīng),不發(fā)生褐變,而且耐酸熱穩(wěn)定性好,加熱過程中不分解,具有優(yōu)良的加工特性,海藻糖具有和赤蘚糖醇等糖醇類物質(zhì)具有相同的非致齲齒性。作為安全、天然的食品及食品原料,海藻糖的應(yīng)用研究正在逐步發(fā)展,海藻糖的應(yīng)用前景極其廣泛,相信在不久的將來海藻糖會走進(jìn)千家萬戶。

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        [4]彭亞鋒,周耀斌,李勤,等.海藻糖的特性及其應(yīng)用[J].中國食品添加劑,2009(1):65-69.

        [5]王蕾,鄭璞.新型食品添加劑海藻糖的生產(chǎn)方法及其應(yīng)用[J].食品科技,2002(2):36-37.

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