麦芽糊精 :一种糖类聚合物

更新时间:2023-04-26 19:32

麦芽糊精(英文:maltodextrin,MD),又称水溶性糊精、酶法糊精,是由D-葡萄糖单元通过α-1,4糖苷键连接而成的葡萄糖值(DE值)低于20%的单糖聚合物。化学式(C6H10O5)n,粉末状的麦芽糊精流动性好,无色,无淀粉和其他异臭味,不甜或甜味极弱,易溶于水,黏性适度,增稠性、胶黏性好,常被用作食品添加剂

麦芽糊精应用广泛,在食品工业中,常作为食品添加剂以改善食品风味。比如糖果工业用它调节甜度,并阻止蔗糖析晶和吸湿;饮料中用它作为增稠剂泡沫稳定剂;还可添加在食品中以加速干燥,延长保质期等。此外,麦芽糊精在造纸、制药、化妆品等国产日化品牌领域也有应用,也可以作为建筑材料的保水剂使用。同时,麦芽糊精是一种触杀性杀虫剂,可作为杀虫剂和除螨剂使用。

商品麦芽糊精根据DE值的大小,分为I(DE值3%-9%)、Ⅱ(DE值10%~14%)、Ⅲ(DE值15%~20%)型3种规格;根据麦芽糊精的碘反应特性,分为显蓝糊精、显红糊精和清色糊精。

麦芽糊精的加工有酸法、酶法和酸酶结合法3种。酸法工艺产品易发生浑浊和凝结,产品溶解性能不好,透明度低,过滤困难,工业上生产一般已不采用此法。酶法工艺产品,产品透明度好,溶解性强,室温储存不变浑浊,是当前主要的使用方法。酶法生产麦芽糊精还原糖值在5%~20%,当生产还原糖值在15%~20%的麦芽糊精时,也可采用酸酶结合法。

发现历史

早在20世纪50年代,人们便开始研究麦芽糊精。威尔曼(Whelan)将由α-1,4糖苷及糖苷键连接而成的低聚糖称为麦芽糊精。1957年,美国玉米工业研究基金会将麦芽糊精定义为玉米淀粉的不完全水解产物。现在公认的麦芽糊精的定义由美国食品药品监督管理局于1983年提出,已不局限于玉米淀粉的水解产物,属于多糖类型的大分子替代剂,被广泛用于食品、纺织行业。最早的商品化麦芽糊精是由美国玉米公司于1957年生产的Frodex 15,后来改为 Lo-Dex 15。

物质组成

作为一种淀粉降解产物,麦芽糊精含有线性和支链两种。一般认为麦芽糊精是一类D-葡萄糖的聚合物,其中每个α-D-呋喃葡萄糖残基由α-1,4糖苷键相连形成线性长链,同时也有少许α-1,6分支点形成的支链。DE值是测定脱水α-D-葡萄糖单位,即还原端的数量。因此,从理论上讲,DE值为5%的麦芽糊精分子是由20个葡萄糖单位组成的聚合物(DP20)。然而,DE值的变化并不一定意味着还原基团数量的差异,而且通常人们只能测定表观DE值。麦芽糊精一般为混合物,同一DE值的麦芽糊精很可能具有截然不同的功能性质,这反映了水解反应中生成物的组成和淀粉的类型。不同来源的淀粉,直链淀粉与支链淀粉的比例不同,水解得到的麦芽糊精组成和性能也各不相同,例如,几乎完全由支链分子组成的蜡质淀粉水解得到的麦芽糊精也基本上是支链分子,抗老化稳定性较好。麦芽糊精的组成与水解工艺、淀粉类型以及淀粉中其它组分(如蛋白质、脂肪等)的存在密切相关。

理化性质

麦芽糊精是由D-葡萄糖单元通过α-1,4糖苷连接而成的葡萄糖值(DE值)低于20%的单糖聚合物。是由淀粉经酶或酸水解而成的产物,粉末状的麦芽糊精流动性好,无色,无淀粉和其他异臭味,不甜或甜味极弱,易溶于水,黏性适度,增稠性、胶黏性好。

麦芽糊精的主要性质和DE值有直接关系,因此,DE值不仅是表示水解程度,而且还是掌握产品特性的重要指标。麦芽糊精的水解程度越高,产品的溶解性、甜度、吸湿性、渗透性、发酵性、褐变反应及冰点下降性越大;而组织性、黏度、色素稳定性、抗结晶性越差。具体表现为:

DE值:DE值即葡萄糖当量值,它是指还原糖(以葡萄糖计)占果葡糖浆干物质的百分比,或淀粉糖的含糖量。在国家标准中,DE值越高,葡萄糖浆的级别越高。工业上用DE值(也称葡萄糖值)表示淀粉的水解程度或糖化程度。反映淀粉水解程度,可以间接指示相对分子质量的大小。随着水解程度的增加,各组分向分子质量减小的方向移动,DE值升高。

黏度:在正常浓度下,黏度较低。溶液黏度随着DE值的降低迅速增加。当DE值为3%~5%时形成凝胶

褐变反应:含有还原糖和蛋白质的体系在加热时会发生褐变。由于麦芽糊精还原糖含量较低,其褐变反应不明显。

黏结性能:随着DE值的升高,麦芽糊精的结合/黏合能力下降,这与平均分子大小有关。DE值较低的麦芽糊精,相对分子质量较大,具有较强的成膜或涂抹性能。

冰点降低:体系冰点与溶液中的分子数目有关。随着DE值的降低,平均分子质量增加,溶液中分子数目下降,冰点降低。

吸水性:指产品吸水能力。尽管随着DE值的升高,麦芽糊精的吸水性能逐渐增加,但就整体而言,麦芽糊精的吸水性较低。

渗透性:较低DE值的麦芽糊精,由于在水中的分子数目少,具有较低的渗透压,易透过半透膜,可作为病人营养液的碳源。

溶解性:相对于淀粉而言,麦芽糊精是可溶的。随着DE值的升高,麦芽糊精的溶解度逐渐增加。

甜度:随着DE值的升高,麦芽糊精的甜度也逐渐增加。由于麦芽糊精是低DE值的淀粉水解产物,其甜度都不高,接近于无味。

分类

按DE值分

商品麦芽糊精根据DE值的大小,分为I(DE值3%-9%)、Ⅱ(DE值10%~14%)、Ⅲ(DE值15%~20%)型3种规格。其中麦芽糊精的DE值在4%~6%时,其糖组成全部是四糖以上的较大分子,DE值在9%~12%时,其糖组成是低分子糖类的比例较少,而高分子糖类较多,因此此类产品无甜味,不易受潮,难以褐变,在食品中使用,能提高食品的口感,并产生较强黏性;DE值在13%~17%时,其甜度较低,不易受潮,还原糖比例较低,难以褐变,溶解性较好,用于食品中能产生一定的黏度;DE值在18%~20%时,稍有甜味,有一定的吸潮性,还原糖比例适当,能发生褐变反应,溶解性良好,在食品中使用不会产生提高黏度的效果。

按碘反应特性

根据麦芽糊精的碘反应特性,麦芽糊精产品可分为下列几种:

显蓝糊精:遇碘反应时皇紫蓝色,可溶25%酒精内,在酒精含量40%时即沉淀,其聚合度为13~30。

显红糊精:遇碘反应时呈棕红色,可溶于55%的酒精内,在酒精含量65%时即沉淀,其聚合度为7~13。

清色糊精:遇碘反应时不显色,可溶于70%酒精内,其聚合度为4~6。

应用领域

食品行业

麦芽糊精在整个食品工业中用途广泛,在食品系统中发挥着多方面的功能。麦芽糊精具有凝胶和保水能力,因此在食品工业中被用作质地改良剂,并在一定程度上替代脂肪酸。麦芽糊精在食品体系中具有多方面的功能,包括:(1)膨松;(2)防止结块; (3)增加质地和体感;(4)形成薄膜;(5)结合香味和脂肪;(6)作为氧气屏障; (7)使表面光泽;(8)帮助分散和溶解;(9)控制冷冻和防止结晶;(10)作为产品扩展剂。

食品加工剂

麦芽糊精可以作为脂肪和油类替代物添加到沙拉酱中以降低其热量,麦芽糊精的脱盐率越低,脂肪结合力越好。在冷冻甜点中,麦芽糊精与纤维素胶结合可防止在冷冻过程中形成大冰晶,并控制结晶和融化。 使用麦芽糊精配制的冰淇淋粘度更高,稠度指数更高,空气更少。

食品干燥辅助剂

麦芽糊精流动性好,无异味,溶解性能好,耐热性强,吸湿性低,不结团,即使在浓度高的状态下使用也不会掩盖其他原料的风味和香味,具有很好的载体作用,被广泛作为食品干燥辅助剂使用。

麦芽糊精在果汁类产品的干燥过程中作为食品干燥辅助剂使用,可以防止果汁粉产品结块,增加产品的溶解性,改善产品组织结构。在配制功能化奶粉,特别是无蔗糖奶粉、婴儿助长奶粉等中的作用已得到确认。

食品包埋剂

微胶囊技术是一类将固态、液态或气态的微量物质包覆在聚合物壁壳内形成微小粒子的包装技术。该技术能很好地遮盖食品中产生的不良气味,提升其稳定性,保护囊心不受外界因素的影响,在医药食品等领域被广泛使用。麦芽糊精作为微胶囊壁材已经开始应用于一些不同食品领域中,比如包埋功能性油脂,生物活性类物质、风味物质、益生菌等。

其他作用

麦芽糊精甜度较低,可以添加在食品中降低甜度。添加麦芽糊精是目前在不改变食品/饮料特性的情况下降低甜味的最有效方法。同时,麦芽糊精可以通过与蛋白质发生美拉德反应,从而改善蛋白的功能特性。

工业领域

日用品领域

麦芽糊精具有多种独特功能,应用范围广泛。在造纸工业中,因麦芽糊精具有较高的流动性及较强的黏合力,可作为表面施胶剂和涂布涂料的黏合剂。中国的造纸企业已将其应用于铜版纸的生产上。麦芽糊精对浆种没有选择性,流动性能好,透明度强,用于表面施胶时,不但可以吸附在纸面的纤维上,同时也可以向纸内渗透,提高纤维间的黏合力,改善外观和物理性质。在化妆品领域,因麦芽糊精相对分子质量低,乳化性能稳定,可在粉末状化妆品中作为遮盖剂和吸附剂,对增加皮肤的光泽和弹性有良好功效。在牙膏生产上,麦芽糊精可部分代替 CMC(羧甲基纤维素钠),作为增稠剂稳定剂

建筑材料领域

麦芽糊精是一种保水剂,具有黏度适中、溶解度高、原材料易得等优势,逐渐在建筑材料中广泛使用。保水剂是石膏自流平材料中不可缺少的外加剂,可有效解决石膏浆体泌水和下沉问题。目前,石膏自流平材料中常用的保水剂为纤维素醚,利用其复杂的三维网状结构,提高产品浆体的稳定性。麦芽糊精常在混凝土中作为保水剂使用,与聚羧酸超塑化剂复配后,可达到增稠稳定的效果。

杀虫剂

麦芽糊精可以作为一种杀虫剂和除螨剂使用,作为一种触杀型杀虫剂,麦芽糊精在施用过程中必须特别注意实现整个农作物的润湿性,并确保产品与害虫接触。麦芽糊精对害虫的作用并非是因为毒害作用,而是因为麦芽糊精可以阻塞昆虫的气孔,造成昆虫窒息而死。由于该产品无最大残留限量,因此可以在收割时使用。

制药领域

麦芽糊精在药剂中主要作为片剂的填充剂、黏合剂、水性薄膜包衣材料,以及增稠剂、稳定剂、表面抛光剂等。

生理作用

麦芽糊精是人体一种很好的能量来源,其分解获得的葡萄糖很容易被小肠吸收,随后参与人体内许多基本的代谢过程。

麦芽糊精作为淀粉的水解物,在人体内由α淀粉酶和麦芽糖酶进行消化。麦芽糊精的消化始于唾液α-淀粉酶,在口腔中这种酶有能力将麦芽糊精分解成麦芽糖。由于麦芽糊精驻留在口腔中的时间相对较短,唾液淀粉酶在麦芽糊精分解中的作用很小。到达胃后,麦芽糊精需要转移到小肠十二指肠中进行消化并在肠道中进一步运输。胰淀粉酶分泌在小肠中,再水解麦芽糊精形成麦芽糖。形成的麦芽糖一部分被肠道上皮直接吸收,一部分被刷状边界酶进一步分解,最终产生游离葡萄糖。获得的游离葡萄糖主动转运穿过肠细胞的顶膜,随后穿过其基底膜进入血液。

麦芽糊精虽然没有甜味,但是具有与糖一样的副作用。它能促使血糖迅速升高。它的升糖指数是120,而普通食糖的升糖指数只有70,葡萄糖的升糖指数是100。麦芽糊精和糖一样可以导致龋病

制备方法

制备麦芽糊精类的原料常用的有玉米淀粉、小麦淀粉马铃薯淀粉、燕麦淀粉、木薯淀粉、大米淀粉等。常用的加工方法有酸法、酶法和酸酶结合法3种。酸法工艺产品,DP(聚合度)1~6在水解液中所占的比例低,含有一部分分子链较长的糊精,易发生浑浊和凝结,产品溶解性能不好,透明度低,过滤困难,工业上生产一般已不采用此法。酶法工艺产品,DP(聚合度)1~6在水解液中所占的比例高,产品透明度好,溶解性强,室温储存不变浑浊,是当前主要的使用方法。酶法生产麦芽糊精还原糖值在5%~20%,当生产还原糖值在15%~20%的麦芽糊精时,也可采用酸酶结合法,先用酸转化淀粉到还原糖值为5%~15%,再用α淀粉酶转化到还原糖值为10%~20%,产品特性与酶法相似,但灰分较酶法稍高。

酸法

酸法工艺和酸酶法工艺在生产中均需要精制淀粉作为原料,生产成本偏高,且这两种工艺水解反应速度太快,生产过程难以控制。酸法工艺所生产的麦芽糊精中糖的比例偏低,易发生混浊或凝结,产品溶解性能不好,透明度低,且难以过滤。

其工艺流程如下图所示:

酶法

酶法工艺主要用α淀粉酶水解淀粉,利用其对淀粉催化水解的高度专一性、高效性和水解条件温和等特点,进行麦芽糊精的工业化生产。以甜玉米东北大米等为原料,采用酶法控制部分水解,通过原料预处理、液化、脱色过滤、真空浓缩、喷雾干燥、包装等主要工序即可得麦芽糊精成品。下面介绍以大米为原料,进行麦芽糊精酶法生产的工艺流程。

酸酶法

生产DE值为5%~20%的麦芽糊精时,可采用酸酶法。在酸酶法中,淀粉首先在PH为1.5的加压酸性条件下被液化,然后经过糖化酶水解成为各种低聚糖。酸转化淀粉得到的产物DE值为5%~12%,而α淀粉酶将产物DE值转化到15%~20%。

此外,酸酶法类似的双酶法也在工业生产麦芽糊精中使用,是将淀粉调浆糊化,然后利用液化酶将淀粉降粘同时初步水解为糊精和低聚糖,最后再利用葡萄糖淀粉酶和异构酶酶解得到不同的产品。

法规限制

中国法规

在《GB/T 20882.6-2021:淀粉糖质量要求 第6部分:麦芽糊精》里,文件规定了麦芽糊精的质量要求(感官要求、物理化学要求)。

美国法规

麦芽糊精标准

麦芽糊精在美国作为“一般认为安全”(GRAS)物质受到食品和药物管理局(美国食品药品监督管理局)联邦法规(CFR)的监管。联邦法规定义麦芽糊精为“玉米淀粉,马铃薯淀粉或大米淀粉与安全和合适的和酶部分水解而成的白色粉末或浓溶液”。因此,美国的公司可以自行确定产品是否属于GRAS并且可以自行生产有玉米淀粉,马铃薯淀粉或大米淀粉制成的麦芽糊精。

过敏原信息

根据《食品标签和消费者保护法》(FALCPA),如果麦芽糊精含有来自小麦的葡萄糖,则必须在食品标签上注明“小麦”一词(例如麦芽糊精(小麦))。对于美国农业部监管的食品,即肉制品、家禽制品和蛋制品,只需要在食品标签上列出通用或常用名称。

欧洲法规

功效作用

欧盟在法规 No 1169/2011中提供了用于计算能量的转换系数,市售麦芽糊精可被视为95%的糖类。欧洲食品安全局(EFSA)批准了碳水化合物有助于维持正常的大脑功能的申请,也认可了碳水化合物可以有助于恢复在剧烈运动后的肌肉功能。

过敏原信息

2011 年 10 月 25 日通过的欧盟第 1169/2011 号条例中规定,以小麦为基础的麦芽糊精不再出现在过敏原和不耐受产品标记附录中,“小麦”原产地不需要标记。麦芽糊精可被视为无质产品。

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