海藻糖在食品工业中的应用及作用机理研究.pdf
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1、华东 理工大学 硕 士 学 位 论 文第 工 页海藻粉在食品工业中的应用及作用机理研究 摘要 海藻糖是一种由 两分子葡萄糖分子以a,a-1,1 键缩合而成的非还原性二糖,具有独特的抗高渗保护作用、抗冷冻保护作用、抗脱水保护作用等生物学功能。由于其特殊功能,被广泛用作生物制品、医药品以及食品的保护剂和添加剂。本研究通过对面包成品的感官、比 容、硬度等指标的分析,发现海藻糖可以在一定程度上增加面包的比容,降低面包硬度、咀嚼度、胶着性,改善面包品质;面包贮藏实验表明海藻糖有延长面包保鲜期的功效。通过深入研究,发现海藻糖对面包的抗老化作用比其它糖的作用更加显著,能够降低支链淀粉老化焙和提高面包的玻璃化
2、温度,有利于提高面包的贮藏性。通过海藻糖在冷冻肉、米饭以及内 酷豆腐中的研究,结果表明:海藻糖能降低冷冻肉的液汁流失率,改善冷冻肉的品质;改善米饭的品质;提高内 酷豆腐的品质;特别是添加海藻糖的豆腐经过速冻处理后,在解冻后仍基本保持内醋豆腐原来的质地和感官特性,海藻糖对内醋豆腐具有一定的抗冷冻保护作用。通过海藻糖在动物灌胃试验和饥饿应激试验方面的研究,结果表明:海藻糖在提高动物的耐疲劳能力方面有一定的作用;同时,小剂量海藻糖有提高动物食欲的作用。关键词:海藻糖;食品;品质;机理第 H页华东理工大学 硕士 学 位论文A p p l i c a t i o n a n d A c t i o n
3、Me c h a n i s m o f T r e h a l o s e i n F o o d I n d u s t r yAbs t r a c t T r e h a l o s e i s a d i s a c c h a r i d e c o n s i s t i n g o f 2 g l u c o s e u n i t s l i n k e d b y a 1,1 a-g lu c o s i d i cb o n d.B e c a u s e o f i t s u n i q u e b io l o g i c a l f u n c t i o n s
4、 o f a n t i fr e e z i n g a n d a n t i d e h y d r a t i o n,i t c a n b eu s e d a s p r o t e c t i v e a g e n t a n d a d d i t i v e o n b i o l o g i c a l,m e d i c a m e n t a n d p r o t e c t i o n f o o d,F i r s t l y,t h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t tr e h a l o s e c o
5、u l d i n c r e a s e t h e s p e c i f i c v o l u m e o f b r e a d t os o m e d e g r e e,r e d u c e t h e h a r d n e s s,g u m m i n e s s,c h e w i n e s s o f b r e a d,a n d i m p r o v e t h e b r e a dq u a l i t y b y m e a s u r i n g t h e p r o d u c t q u a l i t i e s,s u c h a s s
6、e n s o ry e v a l u a t i o n,s p e c i f i c v o l u m e a n dh a r d n e s s e t c.T h e n t h e r e s u l t o f s t o r i n g e x p e r i m e n t s i l l u s t r a t e d t h a t t re h a l o s e a l s o c o u l dp r o l o n g t h e s h e l f l i f e o f b r e a d a n d tr e h a l o s e c o u l d
7、 i n h i b it b r e a d s t a l e n e s s m o r e e f f e c t i v e l yt h a n o t h e r s u g a r s,r e d u c e r e tr o g r a d a t i o n e n t h a l p y o f a m y l o p e c t i o n a n d i n c r e a s e t h e g l as st r a n s i t i o n t e m p e r a t u r e o f b r e a d,a n d p r o v i d e s i
8、m p r o v e d s t a b i l i t y o f b r e a d Wh e n a n a ly s in g t h e a p p l i c a t i o n o f tr e h a l o s e i n c h i l l e d p o r k,c o o k e d r i c e a n d G D L t o f u,i tw a s o b s e r v e d t h a t t h e d r i p l o s s e s o f d i f f e r e n t c h i l l e d p o r k d u r in g s
9、t o r a g e i s r e d u c e d,t r e h a l o s ec o u l d i m p r o v e t h e q u a l i t i e s o f c h i l l e d p o r k,c o o k e d r i c e a n d G D L t o f u,G D L t o f u w i t ht r e h a o l o s e c o u l d b asi c a l l y m a i n t e n a n c e t e x t u r e a n d o r a g a n o l e p t i c a t
10、t r i b u t e f o r e a n d a ft e rq u i c k-fr e e z e e s p e c i a l l y.T h e i r r i g a t i n g s t o m a c h t e s t a n d a n t i-s t r e s s t e s t s h o w e d t h a t tr e h a l o s e c a n s l i g h t l y i m p r o v et h e A n t i-f a t i g u e f u n c t i o n o f m i c e.S y n c h r o
11、 n o u s l y,s m a l l d o s e o f tr e h a l o s e m a y b e i n c r e as ea p p e t i t e o f m i c eK e y w o r d s:tr e h a l o s e;f o o d;q u a l i t y;m e c h a n i s m作者声明 我郑重声明:本人烙守学术道德,崇尚严谨学风。所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的结果。除文中明确注明和引用的内容外,本论文不包含任何他人己经发表或撰写过的内容。论文为本人亲自 撰写,并对所写内容负责。论 文 作
12、者 签 名:秀 蹄尸亏年/么 月 i o 日华东理工大学硕士学位 论文第 1 页第一章前言 海藻糖作为一种天然的 糖类,最早发现海藻糖的是W i g g e r,他在研究黑麦的麦角菌时,让溶液静置一段时间之后,发现在容器壁中形成一些无色、非还原性、微甜的糖晶体 U 2 1。随后人们发现它在自 然界的 动植物和微生物中 广泛存在,E l b e i n,总 结了 各种生物中海藻糖的含量分布,近8 0 种植物、藻类、真菌、酵母、细菌,昆虫到无脊椎动物都罗列 其中(3 1。经 过1 0 0 多 年的 研究,直到 进入 2 0 世纪 9 0 年代,较大规 模的 工业化生 产才得以实现。由于海藻糖的结构
13、明显不同于其他低聚糖类,自 然就赋予了它独特的理化性质与生物学特性,学术界对海藻糖的作用机理和应用进行了广泛地研究。工.工 海藻糖的理化特性、生物学功能和功能特性1.1.1 海藻糖的 化学结构 海藻糖(T r e h a l o s e),又名覃糖,是由 两个毗喃环葡萄糖分子以 a,a 一 工,1 键连接而成的双 糖,化学名为 a-D-毗喃葡糖基 a-D-A 比 喃葡 糖营(a-D-g l u c o s id e o-a-g lu c o s i d e o),分子 式为 C,2 H 2 2 0 1 1,2 H 2 0,分子量3 7 8.3 3。海藻糖理论上存在有三种不同的正 位异构体(A
14、n o m e r s),即 a,a 一 型 a,a 一 型 和 民 日 型。但在自 然界中 广 泛 存 在的 只 有 a,a-型 异 构体,也就是通常所说 的 海藻糖(T r e h a l o s e),也 被称作蘑菇 糖(M y c o s e,M u s h r o o m s u g a r),其余两种很少见,仅在蜂蜜和王浆中发现了 少量的 a,R 一 型海藻糖(新海藻糖,N e o t r e h a t o s e):另一种日,p 型也被 称作异海藻 糖(I s o t r e h a l o s e)4l.实际上,由两个毗喃环葡萄糖分子以a,a-1,1 键连接而成的双糖有五种,
15、分别为海藻糖(a-1,1 葡萄糖键)、曲 二搪(a-1,2 葡萄 糖键)、黑曲 二糖(a-1,3 葡萄糖键)、麦芽糖(a-1,4葡萄糖键)和异麦芽糖(a-1,6 葡萄糖键)。这五种双糖中只有海藻糖分子结构对称,无半缩醛基,因此它既无还原性也无变旋光性,而另外四种双糖具有部分还原性和变旋光性。海藻搪的分子的H a w o r t h 式如图1-1。其分子构象存在一种简单的双折轴向对称结构,如图1-1 所示,分子内 不存在醛基,为非还原性双糖5 1C H,O H海藻糖分子的H a w o rt h 式海藻糖的分子构象式 图1.1 海藻糖的结构 F i g.1.1 S t r u c t u r e
16、 o f T r e h a l o s e第 2 页1.1.2 海藻糖的理化性质 海藻糖的理化性质见表华东理工大学 硕 士 学 位论 文1.10,同其他糖相比,海藻糖具有一些特殊的理化特性。1海藻糖的 理化性质6 1T a b l e 1.1 T h e p h y s i c a l a n d c h e m i c a l P r o t e rt y o f T r e h a l o s e熔点含结晶水不含结晶水 9 7.0 C2 1 4-2 1 6 C溶解热:含结晶水不含结晶水5 7.8.1/mo t5 3.4 J/mo t甜度相当于蔗糖的4 5%溶解度(溶解在】0 0 m 1
17、水中的海藻糖克数):1 0 0 C 3 0 C 5 5.3 8 6.35 0 C1 40.17 0 C2 5 1.49 0,C6 0 29(易溶于水、热乙醇,不溶于乙醚)渗透压:1 0%2 9 82 0%6 9 0 3 0%(w/w)1 2 2 9(m o s m/k g)旋光度消化性氨基酸溶液中热稳定性蛋白 质水溶液中热稳定性水溶液的保存性(无菌)p H稳定性【a 0=1 7 8 0(加,1%水溶液)小肠内有海藻糖酶,能消化吸收。无褐变(1 0 0 C,9 0 m i n)无褐变(1 0 0 C,9 0 mi n)无褐变(3 7 C,1 2 个月)9 9%(p 1 1 3,5-1 0,1 0
18、 0 C,2 4 小时)(1)甜度适中、甜质淡爽 海藻糖的甜度是蔗糖的4 5%,其甜度恰到好处,并具有独特的清爽味质,经与原材料调和后,可使产品保持清爽的低甜度。(2)性质稳定不褐变 在食.I n 加工过程中,由于糖的存在而产生的色度加深甚至褐变而影响产品的外观形象,一直是困扰食品加工业界的问题。海藻糖因为是非还原性的,在与氨基酸、蛋白质共存时,即使加热也不会产生褐变 美拉德反应)。因而非常适用于需加热处理或高温保存的食品、饮料等。(3)具有极佳的耐热性及耐酸性 海藻糖对热和酸非常稳定,是天然双糖中最稳定的 糖。因为海藻糖不发生美拉德反应和性质稳定,故能 工 泛应用于各种食品加工工业。(4)低
19、溶解性及优异的结晶性 与蔗糖相比,海藻糖对水的溶解度较低,与麦芽糖相同。而且由于结晶性能优异,很容易地制得吸湿性低的糖块、糖衣、软糖、法式糖等。(5)吸湿性低华东理工大学硕士学 位论 文第3 页 有些食品本身并不吸湿,但一加入糖类物质如蔗糖,吸湿性便大幅度增加,影响了食品本身的风味和贮藏期。海藻糖却不同,即使相对湿度达到9 5%,海藻糖仍然不吸湿c 具体见表 1.2),是日常稳定的糖质。因此,在食品加工中作为甜味剂使用,完全不必担心产品会因为含有糖类而受潮。(6)冰点下降 海藻糖可使食品的冰点下降的程度与蔗糖一样,因此可用于包括冰淇淋在内的冷冻食品,使其在只加入淡爽的甜味时即可改良其质地。(7
20、)较高的 玻璃化转变温度 与其它二糖相比,海藻糖有较高的玻璃化转变温度,见表 1.2。这种特性,结合它工艺的稳定性和低吸湿性,使海藻糖成为一种高蛋白 质防护剂和理想的喷雾千燥风味保持剂。表1.2 不同糖的性质T a b l e l.2 T h e P r o t e r t i e s o f d i f f e r e n t s u g a r s性质 分子量 熔点玻璃化转变温度 甜度 吸湿性 还原性海藻糖3 4 2.31 9 7.0 7 9 4 5%1%无麦芽糖3 4 2.3 1蔗糖1 0 2.5 4 34 5%6%有3 4 2.3 11 6 0-1 8 6 5 2 1 0 0%4 5%
21、无1.1.3 海藻糖的生物学功能(1)海藻糖 独特的 生 物学 特性6 1 7 1 海藻糖成为极受注目的天然物质,不仅仅是因为它具有独特的理化特性,更重要的是它对生物体组织和生物大分子具有非特异性保护作用。海藻糖是对环境变化形成的应激(s t r e s s)状态(或称之为紧张状态)具有高抗性的物质。这种抵抗环境冷暖、干湿等变化的奇特作用是从昆虫中发现的,后来在酵母菌、生息于沙漠地带的一种缓步类昆虫和一种卷柏植物及蛙类生物等中,都发现了此类现象。这些现象被认为是海藻糖在冻结、干燥、高渗透压等这类严酷的环境下,对生物体膜、膜蛋白、D N A等发挥着保护功效之故。大量研究表明,某些物种对外界恶劣环
22、境,如脱水、干早、高温、冷冻、高渗透压及有毒试剂等,所表现出来的抗逆耐受力和它们体内存在的海藻糖有直接关系。对这一现象的深层原因所进行的研究显示,在上述极端严酷的条件下,海藻糖可以对生物膜、蛋白质和核酸等生物大分子发挥保护作用,从而使富含这种奇妙化合物的生命体对外界恶劣环境表现出独特的生物学特性。使海藻糖身价倍增的重要原因是外源性的海藻糖同样对生物体和生物大分子有良 好的非特异性保护作用。(2)海 藻 糖 对 生 物 抗 脱 水 保 护 作 用 7 1 8 1 9 1 D 0 1 t i ll 12)海藻糖的积累是与隐生生物及其它生物干燥忍耐力相关的。过去十几年来,对糖类笙4华东理工大学 硕
23、士 学 位 论 文在膜、蛋白质和细胞脱水中的稳定作用进行了广泛的研究。近几年来的结构化学研究表明,由于几乎所有物质都能够转变成无定形态以 及无定形固体的种种应用,使人们对非晶态(或无定形态)固体的兴趣有了极大的增加。物料由于外界作用,如千燥、冷冻等,减少了体系中的自由水,就有可能使物料成分由胶质态(晶态)转变成玻璃态(非晶态或无 定形 态),即 玻璃 态转 变,这一 转 变点的 温 度 被 称为 玻 璃 态 转变 温 度(T d.1 9 8 9 年,G r e e n 等提出了海藻糖的高效力生物保护作用与它的玻璃态形成有关。糖类在生化保护作用中效力的顺序由强到弱依次为海藻糖、麦芽糖、蔗糖、葡萄
24、糖,这恰好与它们玻璃态转 变 温度由 高 到 低的 顺序 一 致,海藻 糖 具 有高T,常 常 被 认为 是 它 在生 物 保 护 作 用中比其它糖类具有优越性的原因。W e n d e l l 等(1 9 9 8)研究发现样品 贮存期间,海藻糖能在高 于T:下 提 供 较 好的 蛋白 质 保 护 作 用,在 相 同 的T 8 下,对6-磷 酸 葡 萄 糖 脱 氢 酶 的 保 护作用,海藻糖明 显优于蔗糖。经分析认为,上述现象可能与有海藻糖存在的样品、在高于T;时 具 有 较 低的自 由 体 积 和 较 低的自 由 体 积 膨 胀 系 数 相 关。在 贮 存 样品 中,有 蔗 糖(无海藻糖)的
25、 样品 迅速发生相分离,并 完全失 去它 们的 非晶 形 状态(玻璃状态),而有 海藻糖存在的样品相分离明显地延迟,并且只有一小部分(小于 4%)结晶,其余部分仍然在末变化的T。温度下保持非结晶 状态。以 上结果说 明了 有 海藻糖的 样品具有 优越的 稳定 性与海藻糖玻璃态的一些性质相关,包括较小的自由体积、受限制的分子流动性和在贮存中抵抗相分离和结晶的能力。(3)海藻糖抗冷冻保护作用6 1 7 1 1 1 1 D i n i z-Me n d e s 等(1 9 9 9)研究发现添加外源海藻糖明显地提高了酵母细胞的存活率。细胞经预先短时温和热处理或预先短时低温冷处理,可以 增加酵母细胞在冷
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- 海藻 食品工业 中的 应用 作用 机理 研究
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