低聚异麦芽糖生产工艺概况.doc

黄汉武 1，周培华 2，陈桂光 3（1 .广西百色市民族工业中等专业学校，广西 百色 533000；2.广西大学生命科学与技术学院，广西 南宁530004；3.广西南宁智天生物科技有限公司，广西 南宁 530005）【摘要】低聚异麦芽糖（Isomaltooligosaccharides，IM O）作为一种功能性糖，拥有优异的生理保健功能和独特的理化性质，是目前应用范围最广的低聚糖产品，有着极大的市场需求，然而传统生产 IM O 工艺中存在很多不足之处。比较了传统的酶法生产 IM O 工艺与微生物发酵法生产 IM O 的特点，分析了传统酶法与微生物发酵法生产 IM O 的优劣。【关键词】 低聚异麦芽糖；- 葡萄糖苷酶；微生物发酵【中图分类号】 T S245.4【文献标识码】【文章编号】A1003- 2673(2011)091402低聚异麦芽糖（Isomaltooligosaccharides，IMO），是由一系列聚合度为 26 的萄聚糖组成的混合物，它们的分子中均 至少带有 1 个 -（1，6）糖苷键1。IMO 中含量较多且结构明确 的成分为异麦芽糖、潘糖和异麦芽三糖，俗称有效三糖。这三种 糖的分析检测较之其它高聚合度寡糖更为简便准确，因此有效 三糖的含量是目前衡量 IMO 产品品质主要且重要的参数。生物促进剂合用，可以获得土壤结构改善、农作物增产的效果3。经过后续纯化处理去除了初始 IMO 产品中所含的葡萄糖 和麦芽糖，获得的高纯度 IMO 产品，更是成为了一种新型甜味 剂，广泛用于生产低糖食品以供应糖尿病人、肥胖病人、中老年 人及体弱者等特定人群。3低聚异麦芽糖产品规格目前采用酶法工业化生产的 IMO 产品中，主要有 I- MO- 500 和 IMO900 两种规格的产品，IMO- 500 中有效三糖 占产品总固形物的 35%（w/w），以及 4050%（w/w）的葡萄糖、 麦芽糖与麦芽三糖（属于发酵性糖）。IMO- 900 是在 IMO- 500 基础上采用色谱分离法、微生物法或膜法进行分离精制，去除 其中的葡萄糖与麦芽糖等可发酵性成分，使有效三糖在产品总 固形物中比例达到 45%（w/w），再进行浓缩或喷雾干燥，则制 成 IMO900 型 IMO 糖浆或粉末，IMO900 属于 IMO 的高 端产品，在某些国家和地区 IMO900 甚至被当成临床辅助疗 品，且取得极其良好的疗效。1低聚异麦芽糖的生理功能及其理化特性低聚异麦芽糖作为一种双歧因子，可以有效促进双歧杆 菌、乳酸菌属等益生菌属的增殖，抑制肠道有害菌的滋生及腐 败物质生成，又不会像其它某些低聚糖那样刺激肠胃引起产 气、腹鸣、腹胀的不良反应；通过双歧杆菌等益生菌属的增殖， IMO 可以间接的具有抗肿瘤、保护肝功能、促进维生素及提高 机体免疫力以及改善血糖、血脂与血压等指标的功效；IMO 中 异麦芽糖、潘糖及异麦芽三糖既难以被口腔微生物利用，又能 有效抑制其对于其它糖类（蔗糖、果糖等）的利用，从而达到预 防龋齿的功效。研究表明，低聚异麦芽糖在 pH3，120条件下 长时间加热，只有极少量的分解。这种在酸热条件下的稳定性， 保证了其货架期的稳定性。还具有不被酵母和乳酸菌发酵的性 质，在发酵型食品中添加不会被微生物发酵利用，而存留于食 品中，发挥其营养作用。低聚异麦芽糖具有优秀的保持水分的 能力，即使在低湿度条件下，也具有难于结晶的特性，对各种食 品的湿润和品质维护效果较好，与其他糖类合用时也具有防止 结晶的效果。随着生活水平的提高，人类对于自身生活质量有 了更高的要求，IMO 所具有的独特生理保健功能和理化性质 越来越来受到人们的重视，使得 IMO 成为了应用范围最为广 泛的低聚糖产品。4 低聚异麦芽糖国内外生产简介IMO 的产业化生产首先是由日本实现的，至今产量稳定在1.5 万吨 / 年以上，1996 年，我国开始研制 IMO，1997 年由山东 保龄宝生物技术公司在国内首先实现工业化生产，随着市场需 求的不断增长，国内低聚异麦芽糖的产量也发生了迅猛的增 长，2010 年我国低聚异麦芽糖产销量达到 11 万吨 / 年，并被 列入国家“高技术产业生物专项”工程；IMO900 低聚异麦芽糖 的工业化生产及其应用属于国家“九五”留点攻关项目。目前 IMO 的主要生产地集中在淀粉类物质丰富的中国、日本、韩国 等东亚国家，生产所使用的工艺技术一般采用淀粉酶系多酶协 同法转化淀粉液生产 IMO。2低聚异麦芽糖应用范围不同纯度及剂型的 IMO 产品被作为甜味剂、风味剂及充 填剂广泛应用于生产焙烤食品、糖果巧克力、饮料及冰冻乳品 等食品。近年来，IMO 还作为饲料添加剂用于生产各种饲料，既 可以提高饲料产品的品质及功效，又能减少饲养过程中抗生素 及其它药物的使用，提高食品安全2。IMO 与微生物活菌剂或微5传统生产低聚异麦芽糖的工艺简介传统生产 IMO 的工艺主要是以玉米淀粉为原料，经过高 温 - 淀粉酶液化、- 淀粉酶或中温 - 淀粉酶糖化，最后 经过 - 葡萄糖苷转移酶转化淀粉糖化液生产获得。生理性质，采用固定化酿酒酵母发酵消耗 IMO 粗品中的葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖等发酵性糖获得 IMO- 900 规格的产品，为 IMO 产品的后处理纯化加工奠定了良好的基础。关于微生 物发酵法生产 IMO 进行的尝试所取得的可喜成果，并以其独 到的技术特点拓宽了 IMO 产业的发展思路。图 1 传统的多酶协同法生产 IM O 工艺流程图8讨论与展望微生物发酵法生产 IMO 虽然处于起步阶段，但其显示出 诱人的应用前景，首先可以在现有的基础上通过微生物学领域 的已逐渐成熟的诱变手段、建立高效的筛选模型获得转苷酶活 更高、耐受性能更强、菌株性能更稳定的突变菌株（此方向的巨 大潜力已成为众多学院及研究所的共识），进一步提高转化效 率，增加经济效益；以筛选获得的高酶活菌株进行 - 葡萄糖 苷酶酶制剂的生产研究，填补我国在 - 葡萄糖苷酶酶制剂生 产领域的空白，推动 - 葡萄糖苷酶酶学性质的研究；产 - 葡萄糖苷酶微生物较 - 葡萄糖苷酶纯酶制剂对于环境有更 强的适应性，这就在应用范围方面有了更多的选择性，其发酵 利用对象甚至可以是薯渣、糖蜜废液等工业残留物，此方向在 陆有政、周平、廖福真等所做的分析研究中显示出很好的可行 性4，利用产 - 葡萄糖苷酶微生物利用薯渣或糖蜜废液为生 长源转化其中残留的淀粉类物质生产含 IMO 的双歧因子饲 料，将使得饲料领域产生革命性变化；此外，对于大规模的产业 化生产，固定化细胞技术的可操作性明显优于固定化酶，因此， 建立在发酵法基础上的固定化微生物细胞转化生产 IMO 技术 的实用性远远强于固定化酶技术。与传统的多酶协同法生产 IMO 相比，以微生物发酵法生产 IMO 能很好地弥补了传统工 艺依赖于 - 葡萄糖苷酶酶制剂生产所存在的诸多不足，极大 地促进了我国 IMO 产业的发展。6传统工艺生产低聚异麦芽糖存在的不足- 葡萄糖苷转移酶又称 - 葡萄糖苷酶，作为传统多酶 协同法生产 IMO 中的关键性酶，其既具有水解酶活，即其可以 水解淀粉或葡聚糖还原末端 - 1，4 糖苷键，释放出一个葡萄 糖分子；又具有转苷酶活，即可以水解淀粉或葡聚糖还原末端 - 1，4 糖苷键，释放一个葡萄糖残基，并将切下的葡萄糖残基 以 - 1，6 糖苷键的方式转接到相应受体生成 IMO。目前国内市场上 - 葡萄糖苷酶产品为日本林原生化研 究所出品，由于固定化酶研究依旧无理想进展，在 IMO 生产过 程该酶都为一次性使用，而国内 - 葡萄糖苷酶制剂生产领域 几乎处于空白状态，因此主要依赖于从日本进口，存在价格昂 贵、来源不稳定等严重问题，导致我国 IMO 生产成本过高，一 定程度上制约了我国 IMO 产业的发展；传统酶法生产的 IMO 中使用的 - 葡萄糖苷酶制剂转化效率普遍偏低，没有经过后 处理的 IMO 粗品中，有效三糖仅占固形物的 35%（w/w）；此外， 纯酶制剂在 IMO 的生产过程中，酶对于反应条件的苛刻及其 酶对于底物的耐受性等都是不可回避的问题。7微生物发酵法生产低聚异麦芽糖概况基于传统酶法生产 IMO 存在的不足，近年来，国内相关院 校研究所等开始致力于微生物发酵法生产 IMO 的研究，并取 得了可喜的成果。通过大量的基础研究，发现微生物中细菌、酵 母、霉菌等都能分泌 - 葡萄糖苷酶，相关报道中曲霉属微生 物产酶较高。柯雪琴等从霉菌中筛选出产 - 葡萄糖苷酶活力 较高的菌株 41873，经过发酵条件优化酶活达到 549.65u/mL； 陈必成等从土壤里面筛选菌株并通过紫外诱变获得桂色曲霉 高产 - 葡萄糖苷酶突变株，此菌株转化底物生成 IMO 的产 量比原来菌株大约提高一倍；广西大学生命科学与技术学院食 品发酵研究所陈桂光、李玮等在 - 葡萄糖苷酶高产菌株的选 育方面做了大量有突破性的研究工作2- 3其筛选获得的黑曲霉 Cu- 1 菌株 - 葡萄糖苷酶酶活可达 750u/mL 左右，为目前报 道的最高，此菌株在以木薯淀粉为原料的液体深层发酵中 IMO 含量高达 90%，有效三糖含量在没有经过纯化后处理的情况下 即可达到 40%以上，是实现低聚异麦芽糖的规模化发酵生产的参考文献1C ritten den R .G.,M.J. Playn e. Pro du ctio n, pro perties an d applica- tio n s o f fo o d- grade o ligo sacch arides J. T ren ds in Fo o d Scien ce & T ech n o lo gy,1996,7(11):353- 361.2C h en G u igu an g,Li W ei,ect A h igh - th ro u gh pu t meth o d fo r screen in g o f Aspergillu s n iger mu tan ts w ith h igh tran sglyco sylatio n activity by detectin g n o n - fermen table redu cin g su gar J, W o rld Jo u rn al o f M icro bio lo gy an d Bio tech n o lo gy,2011,6(27).3陈桂光,管立忠,李玮.- 葡萄糖苷酶高产菌株诱变选育及发酵条件的研究J.现代食品科技,2