异麦芽酮糖的优越性及适宜人群

背景及概述^[1]

异麦芽酮糖(6-O-α-D-吡喃葡糖基-D-果糖)，又名异构蔗糖、巴糖、帕拉金糖，是蔗糖的同分异构体，分子式为C₁₂H₂₂O₁₁·H₂O，相对分子质量为342.32，是一种微量存在于甘蔗、甜菜和蜂蜜里的天然新型的功能性低聚糖，也是目前唯一没有用量限定的甜味剂，是良好的食糖替代品。1957年生物化学家瓦伊登哈根首次在制糖母液里发现，20世纪70年代由西德南糖公司首先研究出来。因南糖公司位于帕拉金，后成立帕拉金糖公司，因而得名帕拉金糖(以下简称为帕糖)及帕拉金糖醇，被称为“新世纪糖源”。美国FDA于2005年将异麦芽酮糖认证为公认安全(GRAS)的食品原料，可在食品生产中根据需要不限量地添加。我国国家食品药品监督管理局于2005年批准异麦芽酮糖为食品添加剂，2014年6月12日，国家卫生计生委批准异麦芽酮糖扩大使用范围或用量。

理化性质^[2]

异麦芽酮糖是葡萄糖和果糖以a-1，6糖苷键相连的右旋糖（6-o-a-D吡喃葡糖基-D-果糖）是一种结晶状的双糖，含1mol的结晶水，失去结晶水后不成晶体状。它的熔点为123-124℃，比蔗糖182℃要低很多。异麦芽酮糖没有吸湿性，即使添加1.5%～15%的柠檬酸，其吸湿性也不会增加，而同样条件下颗粒状蔗糖的吸湿性却大为增加。将异麦芽酮糖与柠檬酸混合，保温贮藏22天也没有发现转化糖生成。这些特性表明，对于含有机酸或维生素C的食品来说，用异麦芽酮糖作增甜剂比用蔗糖要稳定。用异麦芽酮糖做糖果熬煮试验表明，120℃时其甜味没有变化，只出现了轻微的褐变；在高达140℃时，异麦芽酮糖开始出现褐变、分解和聚合等反应；继续升温至160℃以上，这些反应明显加剧。因此，异麦芽酮糖的热稳定性要比蔗糖略差些。室温下异麦芽酮糖的溶解度只有蔗糖的一半，但随着温度的升高，其溶解度会急剧增加，80℃时可达蔗糖的85%。因此，在相对高的温度下生产的含有异麦芽酮糖的食品于常温下保存时，可能会出现结晶现象。浓度相同时异麦芽酮糖的黏度略小于蔗糖溶液。异麦芽酮糖具有与蔗糖类似的甜味特性，它对味蕾的最初刺激速度比蔗糖快，最强的甜味刺激与蔗糖一样，终了时的甜味刺激则要比蔗糖弱。异麦芽酮糖无任何异味，其甜度是蔗糖的50%，而且不随温度变化而改变。将异麦芽酮糖应用在糖果和巧克力类食品中，没有发现它与蔗糖间存在明显的差异。

优越性及适宜人群^[2]

1）不会引起血糖和胰岛素上升

摄取异麦芽酮糖后在体内血糖值的累积增加数较糖低很多，血中胰岛素和血糖值的变化幅相平衡，说明异麦芽酮糖较蔗糖吸收速度慢很多，故可做糖尿病患者食用。

2）非致龋齿性，特别适合儿童食用

龋齿的产生是由于附着牙齿表面的牙垢内包藏着很多细菌，当食糖较多时，齿垢内的细菌如变形链球菌发酵蔗糖产酸，致使钙质溶解，从而引起蛀蚀，此外变形链球菌还能将蔗糖合成不溶性、附着性很强的葡聚糖，该糖可附着牙齿，产生牙垢。异麦芽酮糖并不能被口腔引起蛀牙之微生物利用，当然也就不会产生不溶性葡聚糖。所以不会形成齿菌斑。造成蛀牙和引起牙周病问题。所以不会形成蛀牙。因此异麦芽酮糖不仅本身不会引起蛀牙，更有抑制由蔗糖引起的蛀牙效果。

3）适合高血压、高血脂、肥胖及害怕肥胖的人群食用

低热量，异麦芽酮糖可以像蔗糖一样被消化吸收，它的热量值大约为4Kacl/g，更加适合高血压、高血脂、肥胖及害怕肥胖的人群食用。

4）适合体育运动员食用

缓慢的水解和吸收速度，比较适合体育运动员食用。运动员为了维持耐力减轻疲劳，需要补充长效能源。异麦芽酮糖进入人体后，可在小肠处由糖酶-异麦芽糖酶复合催化水解成与蔗糖分解物相同的葡萄糖和果糖，从而被消化吸收，由于其水解速度是蔗糖的五分之一，由此可推测异麦芽酮糖的吸收速度要比蔗糖慢得多，此外异麦芽酮糖能够全部被消化吸收转化为能量，故特别适合于给长时间的体育运动远提供能量。

5）适合大众人群

异麦芽酮糖是一种优良的双歧杆菌增殖因子，虽然异麦芽酮糖不能被人体和绝大多数微生物的酶系所利用，但却可以被人体肠道中的双歧杆菌所分解利用，促进双歧杆菌的生长繁殖，维持肠道的微生态平衡，有利于人体的健康，故异麦芽酮糖也适合大众人群。

应用开发^[3]

1）应用于运动食品开发：利用异麦芽酮糖不致龋齿、肠道唯一吸收、血糖值和胰岛素较恒定、持续均衡提供能量的特性，使用它作为新糖源，加入植酸、K+、Na+、Cl-等主剂以及抗坏血酸、氨基乙磺酸、精氨酸等助剂，开发运动员饮料，以保持运动员电解质的平衡及疲劳的恢复，可在较长时间内保持运动员及重体力劳动者的能量供应。应用于调节血糖水平、调节胆固醇食品的开发：利用异麦芽酮糖可抑制其他二糖对血糖波动的影响，抑制血糖上升的特性，与其他具有调节血糖、调节胆固醇的食品原料搭配，可开发功能强化食品。

2）应用于学生食品、白领人士营养补充食品的开发：正常情况下，中小学生上课的时间为上午8～12点，下午3～5点半。食用一般的普通食品，在上课2.5～3小时后，相当多的学生就会由于大脑血糖不足而导致注意力不够集中、思考能力下降，尤其是对于体能储备不足的小学生而言更为明显，影响了学习效果。如果采用课间餐的形式补充营养，也会由于课间餐后很快就开始上课而效果不好。利用异麦芽酮糖改善大脑功能、保持注意力集中的特性，与一些营养品合理搭配，可开发专门适用于中小学生的食品，帮助提高学习效果。对于需要持续、长时间进行脑力工作的白领而言，这一类的功能食品也是非常有益的。

3）应用于瘦身食品的开发：利用异麦芽酮糖抑制脂肪积累、促进脂肪氧化分解的特性，可把异麦芽酮糖作为原料之一，与一些健康而且具有瘦身作用的植物提取物搭配，开发出非常健康、有益于身体的瘦身食品。在日本已经有实际应用案例，在中国若采用大家公认的具有减肥功能的植物提取物来搭配，将有可能开发出口感良好的瘦身饮品。

4）应用于开发低G.I.和低I.I.的新健康概念功能食品：现在，人们已经较为充分的认识到高升糖指数G.I.和高胰岛指数I.I.食物对人体健康的危害。低G.I.值食物可以有效防止肥胖、糖尿病、高血压和心脏病的发生；高I.I.值食物会导致胰岛素分泌过多，促使中性脂肪吸入脂肪组织，致使脂肪积累而发胖。目前国外已经测定了1000多种食物的G.I.值，中国有关机构已经测定了200多种，对I.I.值的研究和测定也在进行中。追求低G.I.、低I.I.特性的食品，正在逐渐成为新的健康流行趋势。根据有关研究结论，异麦芽酮糖不仅能够提供营养，而正是这样一种具有平衡偏低的G.I.和I.I.值的糖，同时还可以平抑其它糖类的G.I.和I.I.值。因此，应用异麦芽酮糖为糖源，将有可能开发出符合“低G.I.和低I.I.”这一新健康概念的功能食品。澳大利亚和新西兰以批准异麦芽酮糖作为食糖的替代品。

异麦芽酮糖和异麦芽酮糖醇属于健康饮食发展趋势下的前沿产品，具有非常大的市场潜力，同时由于经济发展带动健康饮食迅速发展的原因，这2款产品已经开始赢得发挥本身作用的市场，并将迎来快速的增长期。

制备^[2]

异麦芽酮糖的生产可以通过几种途径来实现，但就目前的文献报导化学方法生产异麦芽酮糖还是很困难的。也有少量文献报导采用转基因法生产异麦芽酮糖，如：将Erwininarhapontici中的蔗糖异构酶基因（palI）在植物中表达，从而将植物中的蔗糖转化为异麦芽酮糖。但其技术尚不成熟，研究中还需要解

决很多问题，诸如：在转基因的烟草植物中，蔗糖在成功转化为异麦芽酮糖的同时，也造成了植物生产的停滞等[3]，因此这种方式生产异麦芽酮糖也还不太可行。目前为止生产异麦芽酮糖的途径主要还是通过来源于微生物的蔗糖异构酶转化蔗糖，将蔗糖转化成相同分子量的异麦芽酮糖的方式来实现的。

1. 产蔗糖异构酶的微生物

自1950年德国南糖公司从甜菜厂的排水中分离到Protaminobacterrubrum，.显示出很高的蔗糖异构酶活性，能高效的将蔗糖转化为异麦芽酮糖，并发明了以蔗糖生产异麦芽酮糖的方法。迄今为止，已经发现的具有蔗糖异构酶活性的的微生物有沙雷氏杆菌属（Serrati）、欧文氏杆菌属（Erwinina）、克莱伯氏杆菌属（Klebsiella）、泛生菌属（Pantoeadispers）等这些菌都表现较高的蔗糖异构酶活性。

2. 蔗糖异构酶转化蔗糖生产异麦芽酮糖的生产工艺蔗糖异构酶转化蔗糖生产异麦芽酮糖需要经过转化和结晶等几步，其简要的工艺流程如下：

1）发酵生产细胞

不同的微生物菌种所用培养基和培养条件不同，所产酶活也有差别，需采用较优的培养基及培养条件，现分别叙述如下：

（1）大黄欧文氏杆菌（ErwiniarhaponticiNCPPB1578）培养基为：蔗糖4%、蛋白胨1%，牛肉浸膏0.4%120转/min，震荡培养，30℃培养；

（2）红色精朊杆菌（ProtanminobacterrubrumCBS574.77）培养基为：蔗糖5%玉米浆2%，（NH4）2HPO40.1%(w/v），29℃培养；

（3）普利茅斯沙雷氏菌（serratiaplymuthicaATCC15928诱变菌SG5）培养基为蔗糖4%蛋白胨1%，牛肉膏0.4%，30℃

（4）泛生菌属（PantocadispersaUQ68J）蔗糖4%蛋白胨1.2%酵母粉2.4%甘油0.4%0.09mol/L磷酸钾调PH7.4，30℃

（5）克莱伯氏杆菌属（K.planticolaMX-I）蔗糖2.5%，玉米浆1.5%，酵母0.25%，磷酸钠0.1%，氯化钠0.15%PH6.5-7.0，28℃

2）固定化细胞

因产酶的微生物菌种不同，所用固定化细胞的工艺技术也就有较大差别。已报导的蔗糖异构酶固定化方法主要有以下几种方法

（1）使用离心后的大黄欧文氏杆菌（ErwiniarhaponticiNCPPB1578）其固定化方法为海藻酸钠5%，0.1mol/lCaCl2；

（2）单宁吸附，加入聚乙烯亚胺（PE1）絮凝，再加入卤醇/多胺聚合物和戊二醛于培养液中，得到反应物，过滤和离心收集湿菌滤饼，于55℃下干燥即得固定化细胞酶制剂；

（3）将具有变位酶的固定化细胞包埋于海藻酸钙后，再用聚乙烯亚胺和戊二醛处理；

（4）将高岭土或硅藻土作为吸附剂或固定化细胞的支撑剂加入菌种对数生产即将结束的发酵液中，然后离心分离吸附于高岭土或硅藻土上的细胞，再用海藻酸钙包埋固定化，最后用戊二醛交联处理[4]。

3）转化

将蔗糖制成40%浓度的溶液，调pH=5.5，温度25℃，以一定速度通过充填酶制剂的固定化细胞的填充塔[7]。通过调整流速得到含异麦芽酮糖的转化液。也有把蔗糖浓度调成50%或55%的[1]。蔗糖异构酶将蔗糖转化成异麦芽酮糖因菌种的不同，转化率也有很大的不同ProtanminobacterrubrumCBS574.77在30℃转化24h异麦芽酮糖的转换率最高能达到94.5%[8]；而PantocadispersaUQ68J37℃，25%蔗糖溶液PH6.0转化20-40min其溶液中异麦芽酮糖的比率就可以达到80.1%[5]；美国专利4359531采用大黄欧文杆菌转化蔗糖，大约有70%-95%的蔗糖转化成异麦芽酮糖；专利CN1434862涉及新加坡Klebsiellasp.LX3及LX2异麦芽酮糖的转化最高达87%。

4）纯化

蔗糖异构酶将蔗糖转化成异麦芽酮糖的同时也会伴随有副产物：海藻酮糖以及水解产物葡萄糖和果糖的产生，因此要得到高纯度的异麦芽酮糖需经过纯化及脱色、压滤、离交、浓缩、结晶。活性炭脱色加入的活性炭量为物料总量的0.1-1.0%，搅拌30-60min，脱色温度50-80℃阴离子和阳离子的交换温度为25-40℃。经真空浓缩到溶液浓度为60-75%，然后开始结晶。加入异麦芽酮糖晶种，其加入量为浓缩体积的0.1-1.0%，结晶温度10-40℃，结晶时间10-30小时。

主要参考资料

[1] 食品添加剂手册

[2] 生物发酵产业技术异麦芽酮糖的研究与应用

[3] 异麦芽酮糖的功能与应用