基本介紹
- 中文名：分枝低聚糖
- 外文名：Branchingoligosaccharides
- 又稱：α一葡聚糖
- 規格：IMO-50型和IMO90
- 分布：大麥、小麥、馬鈴薯等植物
- 性狀：無色或淺黃色，透明粘稠液體
簡介,營養作用,理化特性,化學結構,水份活度,發酵性,保濕性,滲透性,冰點下降,甜度,粘度,耐熱和耐酸性,著色性,生理功能,生產方法,套用,
簡介
商品低聚異麥芽糖產品規格主要有兩種：IMO-50型(IG2+P+IGs+Gn≥50%)和IMO90(IG2+P+IG3+Gn≥90%)。IMO-50型含有一定量葡萄糖、麥芽糖；而IMO一90型含葡萄糖和麥芽糖較少，產品純度較高。
異麥芽低聚糖廣泛存在於大麥、小麥、馬鈴薯等植物性飼料中，極少以游離狀態存在於自然界。楊曙明(1999)報導，低聚異麥芽糖的製取是以澱粉為原料經B一澱粉酶和僅一葡萄糖苷酶作用生產，也可以由麥芽糖經儀一轉葡萄糖或葡萄糖經逆向合成法生產。成品中含低聚異麥芽糖50%-70%，進入消化道後基本上能抵抗胃酸和消化酶的降解，順利通過胃及小腸而達到消化道後段。
低聚異麥芽糖廣泛存在於大麥、小麥和馬鈴薯等植物，在醬油、清酒、醬類、蜂蜜及果葡糖漿中也有少量存在，極少以游離狀態存在於自然界。低聚異麥芽糖由日本東京大學光知足教授首先研究發現；日本林原生化研究所首先成功開發葡萄糖轉苷酶商品化生產技術，而後，日本林原商事、日本食品化工、日本昭和產業、日本資糧工業先後參與低聚異麥芽糖產品研製與開發，1985年由日本昭和產業公司率先將其推入市場。我國從1994年開始進行低聚異麥芽糖開發研究，於1995年開始工業化生產。目前，歐洲一些國家、美國及中國台灣等也在大力研究和開發套用，是當前食品領域中使用最多、價格相對較低一種功能性低聚糖。
Miller等(1984)，Fischbein等(1988)的離體和體內試驗表明，許多工業生產的低聚糖如低聚果糖、低聚半乳糖等基本上能抵抗胃消化酶的降解，隨食糜進入腸道後段能被微生物所利用。Bailey等(1990表明，低聚糖不能被前段消化道降解，可直接達到後段腸道，這些物質不能在糞中檢出，說明了大腸微生物對低聚糖的發酵作用。幾種不可消化性碳水化合物被認為具有潛在的化學益生素的功能，有人建議把益生素與化學益生素合稱為協生素。動物營養學上也將其稱為微生態促進劑、微生態效應添加劑。
營養作用
Bailey等(1991）研究表明，IMO等低聚糖不能被前段消化道降解，可直接達到後段腸道，這些物質不能在糞中檢出，說明了大腸微生物對低聚糖的發酵作用。Fukuyasu等(1987)，Mathew等(1993)，Howard(1999對豬試驗結果表明，IMO有促進腸道雙岐桿菌、乳酸桿菌和抑制大腸桿菌的作用。張宏福等(200D對早期斷奶仔豬腸道主要菌群的測定表明添加IMO後大腸桿菌顯著下降①<0．05)，同時乳酸桿菌和雙岐桿菌已明顯升高①<o．05)，飼料中添加低聚糖對消化道微生物區系具有明顯的調節作用。但Gabert等(1994)的試驗結果沒有影響，可能與低聚糖的品種有關。
理化特性
低聚異麥芽糖糖漿為無色或淺黃色，透明粘稠液體，甜味柔和，無異味，無正常視力可見雜質。糖粉為無定型粉末，甜味柔和，無異味，無正常視力可見雜質。
化學結構
麥芽糖是兩個葡萄糖分子以α-I，4糖苷鍵相聯接雙糖，異麥芽糖則是兩個葡萄糖分子α一1，6糖苷糖而被稱為異麥芽糖。異麥芽三糖是三個葡萄糖分子以α-I，6糖苷鍵聯接起來三糖；潘糖是一種三糖，葡萄糖分子由α-I，4和a一1，6糖苷鍵相聯接。
水份活度
水分活度是表示食品中微生物可利用水量值，若水活性小，則微生物能利用水分少，微生物生長發育受抑制。在溫度25℃時，質量分數為75%低聚異麥芽糖水分活度(Aw=0．75)比蔗糖(0．85)、高麥芽糖漿(0．77)都要低，而一般細菌、酵菌、黴菌都不能在Aw≤0．8環境中生長，這表明低聚異麥芽糖具有較佳防腐效果。由於低聚異麥芽糖水分活度與蔗糖接近，在部分食品配方中可代替蔗糖，換算頗為方便。
發酵性
是一種酵母和乳酸菌難以利用糖類，用於麵包、優酪乳等發酵食品時不能被酵母菌、乳酸菌發酵利用，而殘留在食品中仍發揮其各種特性和抗齲齒性，同時促進腸道內雙歧桿菌發育。特別在發酵乳品中不會妨礙正常乳酸菌發酵，低聚異麥芽糖不發酵性是其在食品中發揮保建功能前提基礎。低聚異麥芽糖不為鏈球菌作用，所以產生酸少，牙齒不易被腐蝕；其與蔗糖並用能強烈抑制由蔗糖生成葡聚糖，低聚異麥芽糖中潘糖對阻礙齒垢形成效果極為明顯。
保濕性
具有高度保濕能力，對各種食品濕潤和品質維持效果較好，並能抑制蔗糖結晶，可防止麵包、點心等澱粉食品老化從而延長食品貨架期。
滲透性
顯示出比蔗糖高的滲透化，因此可推斷在各種商品套用時，在對於組織滲透性、防腐性等方面，會具有與蔗糖同等以上效果。
冰點下降
冰點下降與蔗糖接近，凍結溫度高於果糖。用於冷飲品製造，凍結較快。低聚異麥芽糖冰點下降度大，說明使其溶液凍結溫度低，即顯示其難於凍結性質，但比蔗糖水易於凍結。一般而言，分子量越大，凍結溫度越低。低聚異麥芽糖在製造冷凍食品時，結冰較早，使生產效率提高，又成一大優點。
甜度
甜度為蔗糖40%～50%，且甜味柔和醇美，口感較爽，將其與蔗糖混和可用以代替部分蔗糖，降低食品甜度，改善食品味質。
粘度
低聚異麥芽糖粘度高於同濃度蔗糖液，低於麥芽糖，食品加工時比麥芽糖易於操作，對糖果、糕點等組織與物理性質無不良影響，其粘度比蔗糖高，更易於保持結構穩定。
耐熱和耐酸性
耐熱、耐酸性極佳。在pH3和120℃下長時間加熱也不會分解，適用於飲料、罐頭、及高溫處理或低pH值食品。
著色性
低聚異麥芽糖分子末端有還原基團，可與蛋白質或胺基酸共熱發生曼拉德(Maillard)反應而產生褐變著色。著色程度受糖濃度、蛋白質或胺基酸種類、pH值、加熱溫度及時間長短等影響，所以，採用低聚異麥芽糖加工食品，應考慮上述諸因素結合。
生理功能
低聚異麥芽糖屬於非消化性低聚糖類，其生理功能可分為直接效應和間接效應。直接效應是低聚異芽麥糖食用後可直接產生一些生理功能效應；間接效應是由於低聚異麥芽糖促進有益菌生長後，由有益菌所產生許多生理效應。
1直接生理效應
(1)低聚異麥芽糖難以被胃酶消化，甜度低、熱量低，基本上不增加血糖血脂。低聚異麥芽糖產品不含單糖或單糖含量很低，其熱能僅為蔗糖1/6。低聚異麥芽糖很難通過消化酶而分解吸收，經與單獨口服葡萄糖人群對照實驗後證明，空腹口服低聚異麥芽糖人群，血糖與胰島素均未上升，這說明低聚異麥芽糖在胃中不被吸收、利用，全部進入腸道。因此，若長期食用，既不會增加血糖，也不改變血中胰島素水平，糖尿病患者可放心食用。
(2)低聚異麥芽糖能促進腸道內雙歧桿菌增殖，抑制腸道有害菌及腐敗物質形成，增加維生素含量，提高機體免疫力。低聚異麥芽糖不會被胃和小腸吸收，而是直接進入大腸，被雙歧桿菌優先利用，助其大量繁殖，係為雙歧桿菌增殖因子；而腸內其它有害菌則不能利用，從而能抑制有害菌生長，促使腸道內微生態向良性循環調整。如：
①維持腸道正常細菌群平衡，尤其是老年和嬰兒。雙歧桿菌能抑制病原菌和腐敗菌生長，防止便秘、
下痢和胃腸障礙。
②雙歧桿菌抗腫瘤活性。
③雙歧桿菌能在腸道內合成維生素B-、Bz、B6、K、尼克酸、葉酸等及某些胺基酸，提高對鈣離子吸收。 ④降低血中膽固醇水平，防治高血壓。
⑤改善乳製品消化率，提高耐乳糖性。國外許多乳製品都添加低聚麥芽糖，以提高其保健功能。
⑥增強人體免疫功能，預防抗生素類對人體各種不良副作用。
(3)預防齲齒功能。
低聚異麥芽糖不被齲齒鏈球菌利用，不被口腔酶液分解，因而能防止齲齒。具有異麥芽糖殘基低聚異麥芽糖與蔗糖結合使用時會強烈抑制不溶性葡聚糖合成，從而阻止齒垢形成，使蛀芽菌不能在牙齒上附著生長繁殖。因此，低聚異麥芽糖在以蔗糖為原料食品中，具有防齲齒作用。
(4)低聚異麥芽糖屬於非消化低聚糖類，具有水溶性膳食纖維功能。由於低聚糖不被人體消化液消化，故又稱之為低分子質量、非粘性、水溶性膳食纖維。但功能性低聚糖不具有膳食纖維增稠、水和、飽腹作用，其保健作用源於其特有發酵特點(雙歧桿菌增殖因子，BGF)。低聚異麥芽糖比膳食纖維優越一點是其攝入量較低，在推薦劑量內不會引起腹瀉，有一定甜味，完全水溶性，不破壞食品質地和風味，不增加粘度，不影響對礦物質和維生素吸收(對它們無包埋作用)，易添加於加工食品和飲料中。
2．間接生理功效
(1)促進食物消化、吸收，維持腸道正常功能。
(2)恢復抗菌素治療、放射線治療、化學治療期間腸道正常菌落。
(3)改善腹瀉與便泌，抑制病原菌和腐敗菌。服用低聚異麥芽糖能降低病原菌量，故對腹瀉有預防和治療效果。由於低聚異麥芽糖能導致雙歧桿菌增殖，雙歧桿菌通過糖代謝相應增加丙酸、丁酸等酸分泌量，這些有機酸促進腸道蠕動，使腸道運動亢進，同時通過滲透壓增加糞便水分，從而使排便性狀得到改善。長期食用低聚異麥芽糖，能防止和治療便秘。
(4)提高機體免疫力，起到免疫調節劑作用。
(5)減少腸道致癌物質，改善血清脂質，降低膽固醇含量。大量實驗證明，雙歧桿菌對小動物具有抗癌作用，這種抗癌作用源於通過Bifidobactefia細胞、細胞壁物質和細胞間物質使機體自身免疫能力得到明顯改善，因而起到抗癌作用。通過服用功能性低聚糖可使血清膽固醇量明顯下降。如日攝人15---30g低聚糖2周至3個月可減少血清膽固醇20～50ml,。研究表明，乳酸菌包括雙歧桿菌能減少血清膽固醇總量，抑制血清膽固醇量升高，增加HDL在整個膽固醇比重(對女性明顯，男性不明顯)。有學者認為，乳酸菌存在與血漿膽固醇減少有直接關係。過多攝入動物脂肪會導致腸內膽汁酸分泌量增加，膽汁酸增加促進食物中膽固醇吸收，相應血中膽固醇亦增加。雙歧桿菌、嗜酸桿菌等有益菌可使膽固醇轉化為對人體不吸收類固醇。
(6)營養素吸收促進作用和產生營養素。雙歧桿菌能產生維生素BI、維生素B2、維生素B6、維生素B12、煙酸、葉酸，含雙歧桿菌發酵乳製品能改善乳糖不耐症、及對鈣吸收。雙歧桿菌對礦物質元素有促進吸收作用，女性育齡期後雌激素水平下降，使體內鈣平衡受到干擾，導致骨質疏鬆：而雌激素水平下降又與腸內菌群失調有關。鈣吸收量和盲腸中L-乳酸量密切相關，研究者認為，這種促進吸收作用是難消化低聚糖轉化為L-乳酸，L-乳酸吸附鈣化合物使其溶解性增加，因而導致鈣吸收能力增強。
生產方法
低聚異麥芽糖生產大致有以下兩種方法：一是利用糖化酶(glucoamylase)逆合作用，在高濃度葡萄糖溶液中將之逆合生成異麥芽糖、麥芽糖等低聚糖。儘管有關專利報導很多，但鑒於該法生產IMO有產率低，產物複雜，生產周期長等缺點而難以工業化大量推廣。二是以澱粉製得高濃度葡萄糖漿為底物，通過α一葡萄糖轉苷酶催化發生僅一葡萄糖基轉移反應而得。
工業化生產低聚異麥芽糖一般以澱粉為原料採用全酶法工藝(見圖1)，技術以日本最為成熟。
掌握噴射液化技術是生產低聚異麥芽糖前提
由於低聚異麥芽糖是以α-1，6糖苷鍵結合異麥芽糖、潘糖、異麥芽三糖、異麥芽四糖等為主要成分組成，占總糖50%以上，且要儘可能控制葡萄糖含量，因此，要嚴格控制連續噴射液化工藝條件，既做到全部糊精化，又控制較低DE值。
1 底物濃度確定
澱粉乳濃度直接影響液化操作，間接影響糖化程度。實踐表明，澱粉乳濃度低一些，液化操作易於掌握，且液化均勻完全，效果良好。
2 液化溫度和液化酶選擇
以蒸氣噴射澱粉液產生高溫促使澱粉迅速糊化，憑藉(It一澱粉酶較強水解作用使充分糊化澱粉完全液化。此時，澱粉糊化速度與液化速度同步進行，迅速將澱粉降解為糊精和少量低聚糖，且粘度降低，呈水流性使液化順利進行。
3 pH值影響
兼顧酶活力，防止澱粉老化及保證液化液質量，pH選擇6．2～6．4為最佳值。若pH<6．0時，酶活力明顯下降，且液化液在酸性條件下易老化；若pH>6．5時，會使低聚糖還原性末端葡萄糖殘基異構化生成不需要其它糖類。
4 液化DE值控制
從理論上講，要求低DE值有利於生成較多低聚麥芽糖及較少葡萄糖。但實際生產經驗表明，既要控制較低DE值，也不能盲目追求DE值太低。以玉米澱粉為原料，選用耐高溫僅一澱粉酶進行噴射液化所控制DE值在12-15之間為最佳範圍。
糖化和轉苷是低聚異麥芽糖生產關鍵
糖化工藝是指液化液中糊精經糖化酶作用生成麥芽糖和麥芽低聚糖。轉苷工藝是指以α—l，4糖苷鍵結合麥芽糖或低聚麥芽糖經葡萄糖轉苷酶作用生成以a-I，6糖苷鍵結合異麥芽糖、潘糖、異麥芽三糖、異麥芽四糖等。在低聚異麥芽糖漿大生產過程中，糖化工藝和轉苷工藝是同罐同時進行，因此統稱糖化轉苷工藝。
圖4 低聚異麥芽糖生產工藝流程1選擇合適糖化酶
β一澱粉酶水解液化液，以非還原性末端依次間隔切開α-1，4糖苷鍵生成麥芽糖，但當接近支鏈澱粉α-1，6鍵時水解反應即停止。優點是在糖化液中葡萄糖含量低，最終產品低聚異麥芽糖漿中糖分組成比較理想。
真菌α一澱粉酶水解液化液，由於它屬內切酶，故不產生界限糊精，有利於過濾。在低聚異麥芽糖生產中套用真菌α一澱粉酶，最終產生葡萄糖較多；如果作用時間短，四糖以上糖分比例偏高。
2 α一葡萄糖轉苷酶固定化
低聚異麥芽糖生產工藝採用的耐高溫α一澱粉酶、真菌α－澱粉酶、β－澱粉酶均以規模化生產，國內外均有，且價格不貴，但對生產中需要關鍵酶，即α一葡萄糖轉苷酶研究和生產在我國尚剛剛起步，目前仍需依賴進口。所以，研究酶固相化結合膜法分離，實現轉化過程連續化並使轉苷酶能多次重複利用，是當前技術難點。與游離酶法低聚異麥芽糖相比，固定化酶法低聚異麥芽糖質量稍有下降，但仍符合低聚異麥芽糖工業標準。吳定等研究固定化酶生產低聚異麥芽糖工藝，得到產品含低聚異麥芽糖達38．9%。
3探索糖化轉苷同罐同時進行工藝條件
研究各種酶加酶量與異麥芽糖含量關係，同時研究作用條件與低聚異麥芽糖糖分組成關係，開發出目標產品。
淨化分離
國內大多仍採用酵母分離技術，而國外基本已採用色譜分離技術，所得產品中不含酵母發酵殘留物，純度更高，口感也更好。在淨化分離技術方面，要推廣樹脂吸附脫色代替活性炭。採用微濾裝置過濾糖漿，以進一步提高產品純度和衛生指標，套用納濾分離技術使產品低聚異麥芽糖純度≥90%。
套用
鑒於低聚異麥芽糖特性和保健功能，其套用範圍十分廣泛，可用於保健品、飲料、醫藥、調味品、化妝品等領域。
1食品
1乳製品
嬰兒斷食母乳後，出現腹瀉、便秘、消化不良等現象，皆因腸內雙歧桿菌量減少所致，為使嬰兒恢復健康，應補充雙歧因子，及時調整微生態。在嬰兒奶粉添加低聚異麥芽糖代替蔗糖可生產斷乳奶粉。奶粉中添加低聚異麥芽糖可使中老年人腸道內有害菌日益減少雙歧桿菌得到增殖，起到潤腸通便，增強人體免疫力作用。鮮牛奶加入低聚異麥芽糖，經雙歧桿菌和乳酸發酵產生活性優酪乳，低聚異麥芽糖對保證優酪乳中雙歧桿菌數量和存活起關鍵作用；或用低聚異麥芽糖與豆奶相配合，生產功能性豆奶會具有同樣效果。
2果汁
河北梨、陝西獼猴桃、海南椰子、廣東番石榴、廣西芒果、山東蘋果、江蘇青梅和楊梅、浙江柑橘等，都可套用低聚異麥芽糖開發新一代飲料。低聚異麥芽糖耐熱性和耐酸性比蔗糖佳，水分活性比蔗糖低，粘度與蔗糖相仿。用低聚異麥芽糖代替或部分代替蔗糖，工藝和設備不必更改，因其內含雙歧因子可稱為功能性食品。
3酒飲料
釀酒行業套用低聚異麥芽糖可提高酒質，改善口感；低聚異麥芽糖套用果酒、葡萄酒和白酒通常採用配製勾兌方法。低聚異麥芽糖套用於黃酒、啤酒釀造時，葡萄糖和麥芽糖經酵母發酵轉化成乙醇；異麥芽糖、潘糖、異麥芽三糖和異麥芽四糖等非發酵糖留存於酒中i這些非發酵性糖，改善口感，尤其將賦予酒具生理功能。
4糖果
糖果行業利用低聚異麥芽糖生產糖果不會造成食用者齲齒，也不會使食用者發胖。低聚異麥芽糖配以煉乳、奶油、明膠、香料等生產高級糖果，調整每粒糖果含低聚異麥芽糖2g以上，成為具有低熱值，不齲齒和整腸功效保健糖果。低聚異麥芽糖配以糖基、煉乳、奶油、乳化劑、香料、果仁等，生產焦香型糖果或充氣糖果，具有不齲齒和整腸功能。低聚異麥芽糖漿和糖粉配以明膠，油香料可生產具有不齲齒、低熱量、整腸功能、口感極好口香糖，泡泡糖等保健糖果。
4焙烤食品
麵包、糕點行業套用低聚異麥芽糖，利用其保濕性、低甜度和非發酵糖功能，能使糕點鬆軟酥脆、麵包彈性足、香甜可口、不易老化、延長保質期、提高質量檔次，豆沙、蓮蓉加工用它代替蔗糖可防止返砂、結塊、不易變質、降低甜度，長期食用這些食品有益健康。
5冷飲
低聚異麥芽糖套用於冰淇淋中，有利於其質構和口感改善和保持，並賦予其特殊功能性。對低熱量冰淇淋開發，低聚異麥芽糖與砂糖粘度測定結果表明，前者粘度較砂糖高，但低濃度範圍內二者粘度接近，可很好替代砂糖。低脂無糖冰淇淋最佳配方為IM0900 11%、聚葡萄糖4%、酪蛋白酸鈉0．3%、複合穩定劑0．3%。
2飼料
低聚異麥芽糖作為飼料添加劑顯著優於抗生素及益生素。可代替活菌製劑套用於飼料工業，用於家畜家禽和水產類養殖，作為動物促生產劑和保健劑。用含0．25%低聚異麥芽糖飼料連續餵養仔豬2l天，與對照組相比，日增重提高7%，飼料轉化率(肉料比)下降14%。用O．2%低聚異麥芽糖從小餵養肉雞，發育成活率、產肉率和飼料回報率都得到提高和改善。
3保健品和醫藥
由於低聚異麥芽糖系雙歧桿菌增殖因子，具有增強免疫力、降低血脂和膽固醇，保護肝等功能，故已套用於製藥行業。這方面日本發展較快，日本、荷蘭、比利時、美國等低聚異麥芽糖等新型低聚糖藥物系列均形成規模。
利用各地中藥材資源與低聚異麥芽糖生產具有特有功能性保健食品。例如：與山楂、山藥、黑芝麻等經科學配方開發潤腸通便保健食品，與新疆雪蓮、青海冬蟲夏草或各地開發食用菌生產保健食品，不僅改善口感，且在功能上起相輔相承作用。例如，以檸檬酸、低聚異麥芽糖和三氯化鐵合成檸檬酸低聚異麥芽糖鐵(III)配合物，是以鐵核13-Fe(OH)3為核心，檸檬酸、葡聚糖在其表面配合而成表面配合物，其在水中溶解度約為26．8g，在pI-I 2～14範圍內不易產生沉澱，鐵質量分數高達39．39%，有望成為人體利用度較高補鐵劑。又如，以紅心蘿蔔、食醋、果葡糖漿、低聚異麥芽糖為主要原料具有多種保健功能紅心蘿蔔醋飲品，既健脾化滯、健腸護體，又具健美功能，適合糖尿病、消化不良、便秘患者飲用，也是運動員、高溫作業人群補充能量、保持體力、消除疲勞多功能保健飲品。
此外，低聚異麥芽糖和增產菌(多種蠟樣芽抱桿菌)製成合劑套用於植保領域，可使農作物增產。低聚異麥芽糖高純度(98%以上)產品套用到一些特殊治療場合，如危重病人流體食品，治療痔瘡、皮膚感染，抗病毒及抗真菌等均有很好臨床療效。利用低聚異麥芽糖和活菌製劑可製成合生劑(Swtiotics)，利用低聚異麥芽糖保濕性強之特性套用到化妝品等均有廣闊開發潛力。
