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帕拉金糖的主要应用

发布日期:2019/7/4 10:37:14

背景及概述[1-2]

近年来,随着人们生活水平的提高,保健意识的增强和消费观念的进步,使人们对甜味剂的要求也更加重视保健与营养的统一。蔗糖——天然营养甜味剂,虽是人类生命活动和生理代谢必不可少的物质,因进食不当会产生某些现代疾病。因此开拓新型的可取代蔗糖的天然甜味剂,已成为当今重要课题之一。帕拉金糖(palatinose)是蔗糖的一种异构体,是以蔗糖为原料,经α-葡萄糖基转移酶转化、精制而成。它是应用生物技术——酶工程改变蔗糖性质的甜味剂,是天然的营养型糖,可避免多食蔗糖的缺点和疾病。帕拉金糖是俗称,学名为异麦芽酮糖(Isomaltulose),是葡萄糖与果糖以α-1,6结合的双糖。是由葡萄糖基转移酶(Glucosyltransferase)的作用使蔗糖内的葡萄糖与果糖原有的α-1,2结合部分离解,转变成α-1,6结合而得。它与蔗糖只是在分子内葡萄糖与果糖的连接部位不同,故它是蔗糖的同分异构体。它呈白色结晶,无异味,分子量为360.32,含有一摩尔结晶水,熔点124℃,比旋光度[α][20]0为97.2,不吸湿或甚低,溶解度及粘度较蔗糖低,耐酸解。目前均采用生物技术的固定化细胞(酶)方法,将蔗糖转化为帕拉金糖。

物化性质[2]

帕拉金糖的甜味品质极似蔗糖,味感纯正,但甜度约为蔗糖的42%,不吸湿,即使加入1~15%柠檬酸,维生素C或其他有机酸也不会改变其吸湿性。帕拉金糖水溶解度亦比蔗糖低,20℃38.4g/水100g,40℃78.2g/水100g,60℃133.7g/水100g。帕拉金糖水溶液的粘度比同等固形物浓度蔗糖略低。帕拉金糖极耐酸解,将20%蔗糖和帕拉金糖溶液处于pH2.0下,加热至100℃,蔗糖于60分钟内全部水解为葡萄糖和果糖,而帕拉金糖尚未酸解。这种对酸解的高度稳定性,致使采用帕拉金的食品具有不产生龋齿的极重要性质。帕拉金糖的生物学特性与蔗糖也截然不同,蔗糖是自然界中许多微生物生长繁殖良好的碳源和发酵基质,然而大多数细菌、酵母、霉菌等都不能利用和发酵帕拉金糖。帕拉金糖的防龋效果显著。龋齿的产生原因,系由附着牙齿珐琅表面的齿垢,垢内包藏着细菌,当食蔗糖较多时齿垢内的致龋蛀的细菌如变形链球菌(s.mutans)发酵蔗糖而产酸,致使牙齿的珐琅质、钙质溶解,从而引起蛀蚀。帕糖难以发酵,几乎不产生酸,不会合成不溶性葡聚糖,故其防龋齿的效果显著。帕拉金糖为双糖,摄食后不为口腔、胃的酶和酸所降解,直到小肠内帕糖酶水解成葡萄糖和果糖而被人体吸收,也适用于幼儿。帕拉金糖水解速度和吸收速度均较蔗糖为慢。与蔗糖不同,帕拉金糖摄取后保持血糖值稳定,可达60分钟以上,而蔗糖在达血糖值高峰后速度下降,此外,帕拉金糖与蔗糖亦相2001年第2期广西轻工业G.X.LightInd.17反,摄取帕拉金糖后不刺激胰岛素产生,并保持其稳定,基本上与血糖值变化程度相平衡。因此,可作为糖尿病患者食用的甜味剂。同时,也是持久耐力项目运动员保持血糖稳定、具有最后冲刺力的最佳能源。

应用[2]

由于帕拉金糖具有下列性能:低甜度、不吸潮、耐酸解、酵母及一些微生物不能利用、不致龋齿、糖尿病人可食用、风味类似蔗糖等。因此,凡使用蔗糖作为甜味剂的食品、饮料、冷冻食品等均可部分或全部用帕拉金糖取代,主要用于冷饮类、糕点、浓缩果汁、糖果蜜饯、果酱类、配制酒、饼干、面包等。帕拉金糖在小肠中能被一种复合酶逐步分解为葡萄糖和果糖,缓慢吸收进入代谢,并可使血糖稳定在一定的水平上,由于缓慢吸收,胰岛素水平变化不大,糖尿病可食用,是一种适合生长发育中需要糖的婴儿及青少年食用的不致龋齿的甜味剂。

日本的帕拉金糖J.S.D食品审查标准规定:可用帕拉金糖取代或部分取代蔗糖作食品、饮料的甜味剂,制成不致龋齿的甜食。日本营养食品协会还规定,凡在食品中使用帕拉金糖70%以上的,即可表明该食品为不产生龋齿的食品。帕拉金糖将广泛应用于21世纪的生物工程高科技产品。当人类迈入新世纪时,这种新型功能性甜味剂必将成为用途广泛的食品配料,使人们尽情享用甜美食品。

制备[3]

1. 酶法生产技术

目前,异麦芽酮糖的生产,主要是通过α-葡萄糖基转移酶转化蔗糖,其酶促反应式如图。蔗糖转化为异麦芽酮糖的酶促反应式从图可看出:

酶法转化是利用酶将蔗糖中的α(1→2)键转化为α(1→6)键,转化过程中在蔗糖和异麦芽酮糖之间存在着一个转化平衡,这个平衡有利于蔗糖转化成异麦芽酮糖。具有这种能力的微生物有沙雷氏杆菌属、欧文氏杆菌属、肠系膜明串珠菌属、克莱伯氏杆菌属、大肠杆菌属、拉内拉菌属等。工业上主要应用沙雷氏杆菌、大肠杆菌等微生物。(1)以蔗糖为原料的酶法生产工艺。通过固定化酶或酶系统,可高效地将蔗糖转化为异麦芽酮糖。在此方法中,主要是利用菌株中的异麦芽酮糖生成酶系统,将蔗糖溶液转化成产品。总生产工艺如图。

 

异麦芽酮糖生成系统,可采用传统方法,如溶剂抽提从微生物细胞中抽提出来,但目前异麦芽酮糖生产主要采用固定化α-葡萄糖基转移酶柱式反应器,因此抽提并不是必需的,可以采用完整的或经破坏的细胞,以细胞作为酶系统的载体。(2)以葡萄糖和果糖为原料的酶法生产工艺。目前,酶法转化蔗糖是工业生产异麦芽酮糖的主要方法,此外,也可利用酶法转化葡萄糖和果糖生产异麦芽酮糖。从反应平衡的角度看,葡萄糖和果糖在反应中形成了一个醚键,因此由单糖即葡萄糖和果糖合成异麦芽酮糖是较为困难的。但是葡萄糖和果糖的混合物,如高果糖浆,是一种廉价、易得的原料,用果葡糖浆或转化糖生产异麦芽酮糖的成本较低,因此该法也有一定的实用价值。酶法转化葡萄糖和果糖生产异麦芽酮糖,既可分批进行,也可采用固定化酶或固定化细胞连续生产。反应时间由底物浓度、酶浓度、生产方式决定。通常分批生产时间为2~200h,采用固定化柱连续生产则时间短一些。异麦芽酮糖分离提纯工艺与其他低聚糖一致,通常经过过滤或离心分离去除固体杂质,然后用离子交换树脂提纯,经浓缩、结晶得到固体产品。反应结束后,有部分底物没有转化为异麦芽酮糖,反应混合物经分离异麦芽酮糖后,残留葡萄糖和果糖经适当补充后可以重复利用。

2. 基因工程法生产技术

目前工业化生产异麦芽酮糖主要是通过酶法生产技术得到。有研究者尝试将Erwiniarhapontic中的蔗糖异构酶基因(palⅠ)在植物中表达,从而将植物中的大量蔗糖转化为异麦芽酮糖。这种用转基因植物生产异麦芽酮糖的方法,有可能是一种更经济、更环保的生产方法。目前该法已在转基因烟草和转基因马铃薯块茎中取得初步成效,尚未达到规模化生产的阶段,但由于基因工程前景诱人,该法引起众多研究者的重视和关注。

主要参考资料

[1] 不致龋齿的世纪新糖源一帕拉金糖

[2] 天然新型甜味剂-帕拉金糖及帕拉金糖醇

[3] 帕拉金糖的生产工艺及市场分析