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聚葡萄糖的特性及其在乳制品中的应用

聚葡萄糖的特性及其在乳制品中的应用

刘军军  姜竹茂   烟台大学生命科学学院

          刘吉建  李  跃   山东民强生物科技有限公司

摘  要:聚葡萄糖作为一种水溶性膳食纤维,具有良好的理化特性和生理功能,可广泛应用于各种食品中。本文主要综述了聚葡萄糖的结构和组成、理化和生理特性及其在乳制品中的应用。

关键词:聚葡萄糖;特性;乳制品;应用

0 前言

   1965年,Hans Rennhard博士发明了聚葡萄糖,又经过16年的研发、探索,最终获得FDAFood and Drug Administration,美国食品与药物管理局)批准,于1981年将聚葡萄糖推向了市场[1-2]  

聚葡萄糖属于水溶性的膳食纤维,是一种低热量、无糖、低血糖指数、稳定、具有极高耐受性的特殊碳水化合物。与不溶性的膳食纤维相比,其低热量、稳定、高耐受性和可作为益生元的特点,使其具备了更多的保健功能和加工优势。

1 聚葡萄糖的结构及组成

 

  聚葡萄糖是随机交联的葡萄糖组成的多糖,由葡萄糖和少量的山梨醇、柠檬酸经高温熔融缩聚而成,其结构如图1.所示。由于聚合度的不同,分子量从162Da15,000Da不等,其中相对分子量在5000Da以内的占88.7%[2]

1.  聚葡萄糖的分子结构式

Fig. 1 Thestructural formula of polydextrose

近年来经过改进(除酸、脱色等精制过程)后,目前的聚葡萄糖产品主要有A型,N型,聚葡萄糖K以及改性聚葡萄糖(Litesse)和精炼聚葡萄糖(Litesse Ultra) 4种形式(表1.)。

1.不同类型的聚葡萄糖

Tab. 1 Different types ofpolydextrose

聚葡萄糖的类型

pH

特点

A

10%水溶液,pH值为2535

适用于大部分食品,用时需要用缓冲剂调节其酸性

N

浓度为70%,用KOH部分中和pH

值至5060

用于生产冷冻甜食和一些糖果,此种形式易于添加及加工处理

聚葡萄糖K

食用级KHCO3聚葡萄糖溶液pH值在5060之间

特别适用于弱酸性食品和易潮食品

改性聚葡萄糖和

精炼聚葡萄糖

10%水溶液的pH值为3045

水溶液无色无味,工艺性能非常好,广泛应用于饮料生产中

2  聚葡萄糖的特性

2.1 理化性质

2.1.1 水溶性

聚葡萄糖易溶于水,25℃时溶解度为80%,加热溶解的更快,这是聚葡萄糖作为填充剂时与纤维类的不同之处。聚葡萄糖K比聚葡萄糖溶解速度快,因为KHCO3起了分散剂的作用。

2.1.2稳定性

聚葡萄糖非常稳定,在25℃、45℃和60℃裸露的条件下观察无包装的聚葡萄糖,它可以稳定的保存90天以上。但聚葡萄糖粉末会吸湿,须有良好的包装,贮存于低湿度条件下。聚葡萄糖溶液也相当稳定,微生物难在其中生存。N型聚葡萄糖暴露在空气中会失水,且高温下长时间放置,颜色会变暗。

2.1.3粘性

与蔗糖一样,聚葡萄糖水溶液是典型的牛顿液体。相同条件下,聚葡萄糖水溶液的粘度比蔗糖稍高。在25℃时,聚葡萄糖水溶液的粘度随浓度增加而增加。

2.1.4 湿润性

聚葡萄糖可以作为一种湿润剂,防止或减缓含湿食品的不良变化,能使食品既不脱水也不吸水,并且有利于控制温度的变化。环境温度高时,固体聚葡萄糖会充分吸水。聚葡萄糖的另一个重要特性是对溶液水分活度的影响。水分活度会影响食品质构、湿度变化和卫生区稳定性。

2.1.5 风味

聚葡萄糖没有甜味,但是A型稍有酸苦味,经改性后味道变淡或消失。另外,聚葡萄糖浓度高时会产生不良风味,这可通过减少用量、加调味料或风味修饰剂来消除。

2.2 生理性质

2.2.1低能量

聚葡萄糖是随机聚合的产物,糖甙键种类多,分子结构复杂,难以被人体或动物消化利用,因此具有较低的热量,大约为4.18kJ/g[3]

2.2.2调节肠道功能,防止便秘的发生

聚葡萄糖可改善排便功能而无腹胀、腹泻等不良反应。这是由于聚葡萄糖具有很好的持水性,未消化的聚葡萄糖增加了肠道的蠕动和粪便的排出。同时在大肠内,部分聚葡萄糖可以被双歧杆菌等有益菌发酵利用,产生大量的短链脂肪酸从而降低肠道的pH值,刺激肠道蠕动[4]。同时,聚葡萄糖可以增加粪便的湿润度并使其保持一定的渗透压,从而双向调节肠道内环境防止便秘的发生。

2.2.3降低血糖反应

研究表明,肥胖症和糖尿病等健康问题与富含各种糖和淀粉等高生血糖碳水化合物的膳食有着紧密的联系。聚葡萄糖难被吸收,而且血糖系数很低(仅为葡萄糖的4%7%),摄入后不易使血糖升高,不刺激胰岛素的分泌,因此非常适合糖尿病患者食用[5]

2.2.4促进矿物元素的吸收

   聚葡萄糖作为一种非消化性多糖物质可以对人体钙的吸收和保留起到有益的作用。Hara等的研究表明,对于全胃切除和正常的大鼠用相同剂量的聚葡萄糖喂养时(50g/kg21天),均可增加对钙的吸收和骨的矿化,但是用GGH瓜尔豆胶水解物)喂养的正常大鼠没有这种作用,这说明聚葡萄糖促进钙吸收主要是小肠的作用[6]

2.2.5降低甘油三酯和胆固醇

胆固醇是一种脂溶性物质,和蛋白质结合成脂蛋白微粒在血液中运行,人体血液中胆固醇含量高时会导致动脉硬化和高血压的发生[7]。研究表明,聚葡萄糖可阻止或减少甘油三酯和胆固醇进入淋巴的量[4]

2.2.6增加饱腹感有助于减肥

聚葡萄糖具有较低的热量值(仅为4.18kJ/g),这样就能使人在摄入较少热量的前提下,达到饱腹感的效果。聚葡萄糖还可以抑制食欲,减少进食量,并从人体内带走多余的脂肪和能量。此外,聚葡萄糖还可以在胃肠壁上形成一层薄膜,包裹住食物中的脂肪,从而达到减少脂肪堆积,预防肥胖。

2.2.7清除体内有毒物质,降低肠道癌的发生几率

   聚葡萄糖能够抑制有毒物质在肠道的吸收,并通过粪便的形式将其排出体外,从而降低有毒物质在体内的积累。研究表明,聚葡萄糖能够有效地促进二噁英类物质的排出,从而抑制其在肝脏中的蓄积,避免其引起的肝脏代谢障碍、免疫性障碍及导致遗传毒性、致癌和致畸[8]

   此外,聚葡萄糖已被证实能够改善肠道微生物的组成和活性,从而降低患肠癌的风险。

2.2.8  调节肠道菌群平衡,起到益生元的作用

   聚葡萄糖是有效的益生元,能够促进肠道有益菌(双歧杆菌、乳杆菌)的增殖,并抑制有害菌[9]。人体临床试验研究表明,服用聚葡萄糖4812g后,大肠中的双歧杆菌分别增加了大约3倍、7倍、和10倍,乳杆菌分别增加了大约4倍、5倍、和7倍,而拟杆菌平均减少了大约54.6%80.8%82.7%[10]

2.3应用特性

聚葡萄糖在食品中具有很多的应用优势,这是由它的理化和生理性质决定的。一般认为它的应用优势表现在以下几个方面:

   ⑴聚葡萄糖能够取代食品中的糖和脂肪,改善食品的质构和口感,赋予乳制品类似油脂的细腻滑润口感以及理想的光泽表面;

⑵在食品中加入聚葡萄糖能够使食品含有较少的脂肪并且具有更易被大众所接受的风味;

⑶良好的膳食纤维来源;

   ⑷聚葡萄糖的血糖反应低并且其代谢不依赖胰岛素,适于糖尿病患者;

   ⑸聚葡萄糖能够作为优良的益生元,显著改善肠道健康;

   ⑹聚葡萄糖能够带来饱腹感,有利于帮助肥胖症患者控制体重;

   ⑺聚葡萄糖具有良好的加工型,因为其具有良好的稳定性。

3聚葡萄糖在乳制品中的应用    

   聚葡萄糖具有低pH值条件下稳定性好,无甜度且口味中性,粘度高等优良特性,因而应用于低脂、无脂乳品中,不仅可以改善乳品口感,还可提高乳品在保质期的稳定性,且不与其中任何成分发生对人体不利的理化反应。

3.1聚葡萄糖在酸奶中的应用

聚葡萄糖添加到酸奶中能够起到很多效果:①具有一定的增稠作用,可增加酸奶的口感;②可替代一部分的蔗糖和脂肪,降低能量;③作为益生元,促进酸奶中有益菌的增殖;④改善产品的组织状态,提高奶香味[11]。推荐聚葡萄糖添加量为4%

3.2 聚葡萄糖在冰淇淋中的应用

   冰淇淋作为一种时尚乳制品,也朝着健康的方向发展。聚葡萄糖的添加能够替代其中的脂肪提供滑爽细腻的口感。同时,聚葡萄糖易溶于水,持水性良好,是一种很好的水溶性膳食纤维,具有改善人体肠道有益菌群微生态环境的功能[12]。推荐添加量为5%

3.3 聚葡萄糖在乳酸菌饮料中的应用

   聚葡萄糖添加到乳酸菌饮料中可以为其提供理想的膳食纤维来源,同时它并不产生异味,色泽和透明度良好,并且它还可以提高低糖或无糖乳酸菌饮料的口感。聚葡萄糖水溶性好且其水溶液的pH较低,在加热条件下其加工稳定性依旧良好,在货架期稳定,纤维无损失。

3.4聚葡萄糖在奶粉中的应用

聚葡萄糖是被公认可以安全的用于成年人的一种主流膳食纤维,基于成人肠道的实验表明,聚葡萄糖能够增加粪便量、降低转送时间、降低粪便pH和结肠内腐败物质的浓度,成年人摄取聚葡萄糖能够有助于肠内有益菌的增殖和短链脂肪酸的生成。2012112日,卫生部批准水溶性膳食纤维一聚葡萄糖作为营养强化剂应用于婴幼儿配方食品[13]。此外,由于聚葡萄糖能够促进钙等矿物质的吸收,现在也广泛应用于老年奶粉等功能性食品中。

4 展望

    聚葡萄糖具有低热量、代糖、代脂的功能。在国外已成为一种用途广泛的新型功能性食品添加剂,在食品工业生产中用作脂肪代用品、优质代糖填充剂、防冻剂、水分保持剂、水溶性膳食纤维来源等。由于聚葡萄糖已被确认为安全无毒的食品添加剂,被广泛用于糖类、果酱、糕点、巧克力、冷冻甜点类等食品生产各行业中,且使用范围和需求量逐年扩大。聚葡萄糖除了无甜味和不结晶这两点,其它加工性质都与蔗糖相似,与蔗糖不同的是它还能取代部分的脂肪,这对于糖尿病患者来说无疑是一个福音。随着人们对于食品的安全性和营养性的要求的不断升高,聚葡萄糖的使用量必将会越来越大。

[参考文献]

[1]           朱彤, 许杰. 聚葡萄糖作为水溶性膳食纤维的发展及法规现状[J].中国食品添加剂, 2009,(1):48-51.

[2]           黄婧, 杨海军辛修锋. 聚葡萄糖特性及在食品中的应用[J].中国酿造, 2008. (9): 8-11.

[3]           陈智慧, 庞明利杨海军. 水溶性膳食纤维聚葡萄糖的功能研究与应用现状[J].中国乳业, 2012, (4): 52-55.

[4]           Yoshioka,M, Y Shimomura and M Suzuki.Dietary polydextrose affects the large intestine in rats[J].The Journal ofnutrition, 1994, 124(4):539-547.

[5]           Tiihonen,K K, H Röytiö, H Putaala, et al.Polydextrose functional fibre[J].Nutrafoods, 2011, 10(2-3): . 23-28.

[6]           Hara H,Suzuli T, Aovama Y. Ingestion of the soluble dietary fibre, polydextrose,increases calcium absorbption and bone mineralization in normal andtotal-gastrectomized rats[J]. TheBritish Journal of Nutrition, 2000, 84(5):655.

[7]     Putaala, H. Polydextrose in Lipid Metabolism[M].// Rodrigo V B. LipidMetabolism.  InTech,Chapters published January 23, 2013 under CC BY 3.0license,2013: 233-260.

[8]           刘爱民, 兰玉. 高野豆腐等对大白鼠中二英类的排泄作用研究[J].环境科学与管理. 2007, 32(8):58-64

[9]           Stowell,J D. Prebiotic Potential ofPolydextrose[M]// Charalampopoulos, Dimitris,Rastall et al.Prebiotics and Probiotics Science and Technology. NewYork: Springer-Verlag,2009: 337.

[10]        MKivuokko H, Kettunen H, Saarinen M, etal.The effect of cocoa andpolydextrose on bacterial fermentation in gastrointestinal tract simulations[J].Bioscience, biotechnology, and biochemistry, 2007, 71(8): 1834-1843.

[11]         李绍波, 卢文学.聚葡萄糖对酸奶品质的影响[J].农业研究与应用, 2011, (1): 27-29.

[12]         杨军飞.添加复合益生元的低脂无糖冰淇淋的研究[J].食品工业, 2011, (12): 56-58.

[13]         许萍董丹丹. 益生元与膳食纤维在婴幼儿奶粉中的应用研究进展[J].中国乳业, 2009, (6): 48-49.


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