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碳水化合物—麦芽糊精与麦芽低聚糖

 

   碳水化物是一类由碳、氢、氧三种元素组成的有机化合物。由于其结构中的氢、氧之比与水(H2O)相同,因而被称为碳水化合物,又称糖类。我们都知道人的一切生命活动都离不开能量,而碳水化合物是三大产能营养素中最主要、最经济的能量来源。更为重要的是,大脑工作时所需的唯一直接来源,是“葡萄糖(碳水化合物中的一种)”这种物质,这是其他营养素无法替代的。根据分子结构的繁简,碳水化合物分为单糖、双糖和多糖三大类。因此,碳水化合物作为营养均要消化或单糖才能为人体所吸收,消化的过程就是水解的过程。
 
单糖是最简单的碳水化合物,易溶于水,可直接被人体吸收利用。最常见的单糖有葡萄糖、果糖和半乳糖。双糖是由两分子单糖脱去一分子水缩合而成的糖,易溶于水。它需要分解成单糖才能被身体吸收。最常见的双糖是蔗糖、麦芽糖和乳糖。多糖是由许多单糖分子结合而成的高分子化合物,无甜味,不溶于水。多糖主要包括淀粉、糊精、糖原和膳食纤维。淀粉是谷类、薯类、豆类食物的主要成分。淀粉在消化酶的作用下可分解成糊精,再进一步消化成麦芽低聚糖、麦芽糖直至葡萄糖被吸收。糖原也叫动物淀粉,是动物体内贮存葡萄糖的一种形式,主要存在于肝脏和肌肉内。当体内血糖水平下降时,糖原即可重新分解成葡萄糖满足人体对能量的需要。

 

一、    碳水化合物的消化吸收 
人能消化的多糖仅淀粉一种,糖原在制成食品时已不存在了。消化从口腔开始,口腔里有唾液淀粉酶能水解交替α1→4糖甘键,但不能水解α1→6糖苷键和相邻的α1→6糖苷键。消化产物是糊精、麦芽低聚糖和麦芽糖。胃里没有消化淀粉的酶。唾液淀粉酶的最适PH是6.6~6.8,在食糜没有被胃酸中和以前,能持续作用一段时间,使淀粉和低聚糖能再消化一部分。小肠内有胰液的α-淀粉酶,其作用和唾液淀粉酶相同,把直链淀粉消化成麦芽糖和麦芽三糖,支链淀粉消化成麦芽糖、麦芽三糖及由4~9个葡萄糖分子组成的而有α1→6苷键的麦芽低聚糖。

肠粘膜上皮细胞中有吸收细胞,每一细胞约有3000条微绒毛,微绒毛间的空间的有效半径约0.4nm。只有上述消化产物能够通过,与微绒毛膜上的酶反应。膜上的酶有四种:①α1→4糖苷酶,把葡萄糖分子自上述产物一个个地切下来;②异麦芽糖酶,水解麦芽低聚糖的α1→6糖苷键;③蔗糖酶,消化蔗糖;④β-半糖苷酶,消化乳糖。所以消化分两步进行:①肠腔内的消化,产物是双糖和麦芽低聚糖;②微绒毛膜上的消化,产物是单糖。

四种酶嵌在微绒毛双脂质层内,活性位伸在膜外。在其近处,还有全部嵌在膜内的运输单糖的蛋白质,这样,消化的最终产物立刻可以被运输蛋白所结合。运输蛋白在结合葡萄糖以前,先结合肠腔内的Na+排入肠腔,肠腔中Na+都带入细胞内,释放到胞浆中。Na+排入肠腔,肠腔中的Na+浓度比细胞内高,自低浓度排到高浓度要消耗能量,所需能量由ATP供应。糖进入细胞后,约有15%流回肠腔,25%扩散入血,60%与靠近基膜一端的质膜上的另一载体蛋结合而离开细胞。这一结合不需Na+,而且运输葡萄糖的速度比葡萄糖从肠腔进入吸收细胞的速度快,所以葡萄糖不会在吸收细胞中蓄积,从而提高了吸收效率。当食糜到达空肠下部时,95%的碳水化物都被吸收了。
 
二、麦芽糊精

 1、麦芽糊精概述

 麦芽糊精,也称水溶性糊精或酶法糊精。它是以各类淀粉作原料,经酶法工艺低程度控制水解转化,提纯,干燥而成。其原料是含淀粉质的玉米,大米等。也可以是精制淀粉,如玉米淀粉,小麦淀粉,木薯淀粉等。

 1970年Veberbacher对麦芽糊精做出如下定义:以淀粉为原料,经控制水解DE值在20%以下的产品称为麦芽糊精,以区别淀粉经热解反应生成的糊精产品。美国则把玉米淀粉为原料水解转化后,经喷雾干燥而获得的碳水化合物产品取名为“麦特灵”(MALRIN),其系列产品的DE值从5%到20%,其商品规格简称为MD50,MD100,MD150,MD200等。

 麦芽糊精的主要性状和水解率(DE值)有直接关系,因此,DE值不仅表示水解程度,而且是掌握产品特性的重要指标。了解麦芽糊精系列产品DE值和物性之间的关系,有利于正确选择应用各种麦芽糊精系列产品。

 2、麦芽糊精的生产

 麦芽糊精系列产品均以淀粉为原料,经酶法工艺控制水解转化而成。淀粉是由许多葡萄糖分子聚合而成的碳水化合物,它的分子结构中大部分是以a-(l,4)键连接,少量是以a-(1,6)键连接。利用耐高温a一淀粉酶对淀粉的催化水解具有高度的专一性。即只能按照一定的方式水解一定种类和一定部位的葡萄糖苷键的特别性能,仅水解淀粉,不分解蛋白 质、纤维素等。所以麦芽糊精是以玉米、大米等为原料,经酶法控制水解液化、脱色、过滤、离子交换、真空浓缩及喷雾干燥而成。其视密度在0.5g/cm3以下,遇水易分散溶解。

 酶法工艺生产的麦芽糊精与酸法工艺生产的麦芽糊精的最大区别在于不会析出长链直链淀粉成分,故不会产生白色沉淀物,从而大大提高了麦芽糊精的商品价值。

 酶法麦芽糊精放在水中,下沉很快,落在水底中,并能逐渐往上返,同时渐渐溶解,其溶解度略低砂糖,但水化力较强。一旦吸收水分后,保持水分的能力较强。这是麦芽糊精的一个重要特性,在使用中常常会利用这一特性。

3、特性及消化吸收

 麦芽糊精的DE值在4%一6%,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,能提高食品的触感,并产生较强粘性;DE值在13%一17%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,能产生适应的粘度;DE值在18%一22%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,不会产生提高粘度的效果。

 麦芽糊精是经耐高温a一淀粉酶水解,介于淀粉与麦芽低聚糖之间的一种产物,它的分子中含有经淀粉初步水解的α1→4和α1→6糖甘键的大分子糖类,因此它不象淀粉质那样,可不经唾液淀粉酶的水解直接进入到人的胃中,通过小肠粘膜上皮细胞中微绒毛膜上的α1→4糖苷酶初步水解成大部分葡萄糖及少量麦芽低聚糖,然后再由小肠粘膜上皮细胞中微绒毛膜上的异麦芽糖酶水解麦芽低聚糖中的α1→6糖苷键成为葡萄糖,才能为人体完全消化吸收。因此,它特别适用于消化力相对较弱的病人、老人或儿童作为食品补充剂,代替淀粉类食物,缓解消化压力。

 

三、麦芽低聚糖

1、麦芽低聚糖及其生产

淀粉或麦芽糊精每分子水解成3~8个分子单糖的碳水化物称麦芽低聚糖,也有人把水解成3~10个,甚至20个分子单糖的碳水化物归入这一类。可再分两类:水解产生的所有糖分子都是葡萄糖的称麦芽糖低聚糖,由三个葡萄糖分子组成的叫麦芽三糖,四个葡萄糖分子组成的叫麦芽四糖等等。另一类水解时产生不止一种单糖,称杂低聚糖。如大豆中的杂低聚糖水解产生棉子糖和木苏糖等,人不易消化,无法利用。麦芽低聚糖中的主要成分是麦芽三糖到麦芽八糖,都是α,D-葡萄糖以α-1→4和α-1→6糖苷键结合的。

麦芽低聚糖是以精制玉米淀粉为原料,采用先进的生物技术而制成的一种集保健、营养于一体的新型糖源。生产中采用耐高温a一淀粉酶对淀粉先进行初步催化水解成为麦芽糊精等大分子产物,然后再使用特异的麦芽低聚糖酶进一步水解而成,分子中不含有淀粉及麦芽糊精等产物,他也不能再被耐高温a一淀粉酶进行水解。

2、特性及消化吸收
以往的科学研究表明,运动员在训练后25-35分钟这段时间内吃些碳水化合物,能急剧加速肝糖原和肌糖元的恢复。"加速"的持续时间约l一2小时,然后又转入慢速的恢复过程。一般情况下,糖原的恢复需要18-20小时。实际上,由于营养、遗传等种种因素的妨碍,恢复时间还要长些。只有当肝糖原和肌糖元恢复到原有水平时,才能进行下一次训练。研究表明,若过量摄取碳水化合物,则只有一小部分能直接转化成糖原,大部分皆通过间接途径处于合成过程中。

麦芽低聚糖(Maltooligosaacharide)的最大特点是可以不通过胃的消化而直接进入小肠中,被小肠粘膜上皮细胞中微绒毛膜上的α1→4糖苷酶和α1→6糖苷酶快速水解后进入血液中迅速合成糖原;同时他不像葡萄糖等碳水化物那样,在运动后直接饮用而使血糖值急剧升高,从而给运动员身体带来不适。

麦芽低聚糖具有低甜度、低热量、低渗透压的特性,人体服用后具在肠道中持续水解,有延长人体供能、强化机体耐力和作功能力的功效。在防止大量乳酸产生和血液凝结的同时,可被人体逐渐吸收并长时间不断地提供能量。因此,它可以快速地增强机体耐力,提高机体免疫力和作功能力,从而克服人体经过大量体力消耗和长时间剧烈运动后出现的盗汗、脱水等症状。对因能源储备过量消耗而出现的血糖降低、体温升高、脑功能紊乱等一系列生理上的变化,具有良好的作用。所以,麦芽低聚糖可制成各种保健食品,如婴儿食品、保健糖果、饮料、冰淇淋、保健啤酒等,更可以大量作为医药制剂、营养制品的添加剂等。
3、应用及前景

 麦芽低聚糖具有延长供能时间,强化机体耐力和作功能力以及易消化吸收等特点,可应用于胰脏切除病人的饮食治疗、肾病患者的能量来源等,尤其适用于婴儿食品。麦芽低聚糖能维持人体疲劳时的血糖水平,避免血液浓缩和血液中乳酸的大量产生,能迅速增加机体耐力和作功能力,提高工作效率。除具保健功能外,其甜度低、口感好、保湿性好、不易结晶,可应用于各种饮料、甜酒、高级糖果等,是国内外公认的功能食品基料,可广泛应用于保健食品、饮料等领域,其产品消费量迅速递增。随着我国人民生活水平的不断提高,逐渐成为一个较大消费市场,产品前景广阔。

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