维普资讯 http://www.cqvip.com 代农业科技￣２００７年第１５期 工作研究 生物技术在蔗糖深加工上的应用 曾超 米运宏 陈星河 罗斯 （一四川大学工商管理学院，四川成都６１００６４； 广西南宁化学制品有限责任公司； 广两南宁奥立高食品生化有限公司） 摘要概述运用生物技术以蔗糖原料或主要原料制备功能性新糖类或食品甜味荆的方法，并重点介绍异麦芽酮糖和蔗果低聚糖２种 产品的生物技术法生产。 关键词 生物技术；蔗糖：异麦芽酮糖；蔗果低聚糖；制备 蔗糖是植物界最常见的含量最高的双糖，是工业产量 最大、纯净度最高的碳水化合物【１】，是由葡萄糖和果糖通过 ３１－２－１糖苷键连接而成的二糖。蔗糖白色单斜菱形晶体，有 甜味，非还原性，可被微生物利用。相对密度 １．５８７，熔点 为１８５￣１８６￣Ｃ（分解），具有光学活性．其当量溶液的比旋度 为［仅］ ＋６６．５３，易溶于水，不溶于乙醚，ｐＨ值低于４时，受 热易分解。 蔗糖本是一种含有较高热量的营养性甜味剂．既为生 命活动提供能量．又给人以最容易辨别、最容易接受的味觉 享受。蔗糖无论在甜味性性质和食品加工特性方面，都是很 好的甜味品。但有相当一部分人不能食用蔗糖。如糖尿病 人、肥胖等．同时随着科技发展和医学研究的不断深入．研 究结果表明蔗糖具龋齿性，过多食用会引起肥胖、心脑血管 疾病等。为了克服蔗糖的不足。科学工作者不断地采用化 学、物理、生物技术等方法对蔗糖进行改性．使其既保持原 有的甜味功能，又克服原有的缺点。同时新增别的功能性。 特别是近年来随着生物技术迅速发展，蔗糖的深加工技术 得到充分应用，推动了功能性新糖类行业快速发展．对人类 健康做出了巨大的贡献。笔者对利用生物技术法以蔗糖为 原料制备功能性新糖类进行综述。 １酶法制备蔗果低聚糖 蔗果低聚糖（ｉｆ＇ｕｃｔｏｏｌｉｇｓａｃｃｈｒｉｄｅ，ＦＯＳ）又名低聚果糖、寡 果糖或蔗果三糖族低聚糖，分子式为Ｇ—Ｆ—Ｆｎ（ｎ＝ｌ、２、３．Ｇ 为葡萄糖，Ｆ为果糖），它是由蔗糖和１￣３个果糖基通过Ｂ一 １，２键与蔗糖中的果糖基结合而成的蔗果三糖（ＧＦ：）、蔗果 四糖（ＧＦ ）和蔗果五糖（ＧＦ ）的一类碳水化合物总称。 １．１蔗果低聚糖特性 蔗果低聚糖是近年新开发出的功能性新糖类．具有优 良生理功能和明确的生理成分。其主要特性为：低热量， 纯度为５０％的蔗果低聚糖的甜度只有蔗糖的０．６倍：难消 化性，起到可溶性膳食纤维的作用；优良的双歧杆菌增 殖因子。食用后人体肠道内的双歧杆菌在６￣８ｈ内增殖上 百倍；同时具有降低胆固醇、促进人体对矿物质的吸收等 作用。 １．２生产技术 １９８２年日本明治制果株式会社首先进行了工业化生 作者简介 曾超（１９７８－），男，ＭＢＡ硕士，四川大学工商管理学院ＭＢＡ ２００６级脱产２班，主要从事生物技术项目管理与开发。 收稿日期２００７—０５—２５ 匪 ］－＿＋［巫 二 一匝 ［至二二卜卜—＿［巫卜—击 图ｌ 固定化酶法生产ＦｏＳ工艺流程 ２１３ 维普资讯 http://www.cqvip.com 盟 ２酶法转化蔗糖制备异麦芽酮糖 】 异麦芽酮糖（Ｉｓｏｍａｌｔｕｌｏｓｅ，６－ｏ—ａ—Ｄ一吡哺葡萄糖基 Ｄ一果糖），俗称帕拉金糖，是一种结晶还原性双糖，其结晶 含有１分子的水。含水异麦芽酮糖晶体的分子式为 Ｃ１２Ｈ Ｏ １Ｈ２Ｏ，相对分子量为３６０．２２，熔点为１２２～１２３￣（２，旋 光度［ａ］Ｄｍ＝９７．２，还原性是葡萄糖的５２％。 ２．１异麦芽酮糖特性 ３．１ 低聚乳果糖特性 现代农业科技）２００７年第１５期 低聚乳果糖纯度为３５％ｔｔ￣其甜度与蔗糖相当，低聚乳 果糖在中性条件下的的热稳定性与蔗糖相近，容易与氨基 酸发生美拉德反应。低聚乳果糖很难被机体内消化吸收，能 量值低。食用低聚乳果糖后能有效地促进双歧杆菌的增殖， 抑制肠道内菌的生长，降低肠道内ｐＨ值，改善胃肠道 功能等。 ３．２工艺简述 工艺流程是见图２。 异麦芽酮糖具有与蔗糖类似的甜味特性，甜味纯正，无 任何异味。其甜度是蔗糖的４２％。在室温下，溶解度只有蔗 糖的一半。随温度升高而升高，８０￣Ｃｌｔ￣溶解度达到蔗糖的 ，８５％。异麦芽酮糖没有吸湿性，在酸性条件下较稳定。大多数 细菌和酵母不能发酵利用异麦芽酮糖，在产品中其甜味得 到长期保存。异麦芽酮糖水解速度慢，食用后不会引起血糖 和血浆中胰岛素不平波动，是糖尿病人良好的甜味剂。此 外，异麦芽酮糖具有低龋性、低热量等功能。 ２．２酶法生产工艺 上 异麦芽酮糖的生产工艺可分为三类［３］：全混反应器连续 操作、固定化细胞、固定化酶。这３种方法都是通过ａ一葡萄 糖基转移酶（ａ—ｇｌｕｃｏｓｙｌｔｒａｎｆｅｒａｓｅ）转化蔗糖生成。产ａ一葡萄 糖基转移酶的菌株为：Ｓｅ￣ａｆｉａ Ｐｌｙｍｕｔｈｉｃａ，Ｐｒｏｔａｍｉｎｏｂａｃｔｅｒ Ｒｕｂｒｕｍ，Ｅｒｗｉｎｉａｒｈａｐｏｎｔｉｃｉ。 图２低聚乳果糖工艺流程［二妄 低聚乳果糖的生产是以４０％的蔗糖和乳糖混合液按１：１ 配比为原料，在５５￣（２，用８一呋哺果糖苷酶（节杆菌产生， Ａｒｔｈｒｏｂａｃｔｅｒ）催化１０ｈ以上，然后加热至９０￣１００￣Ｃ灭酶，过 滤除菌体、活性碳脱色、浓缩、结晶出未反应的乳糖，再经过 滤、离交脱盐、浓缩等得到低聚乳果糖产品，纯度在３５％～ ５５％。 ２． ｌ全混反应器连续操作。种子培养一反应器内菌体增 殖培养一流加蔗糖。在一定条件下控制稀释率进行生物转 化。菌种摇瓶培养产生小孢子后，转到反应器内．扩大培养 到一定程度开始流加蔗糖进行转化生成异麦芽酮糖。 ２．２．２固定化细胞 ］。高活性ａ一葡萄糖基转移酶的产生菌 ４偶合糖（Ｃｏｕｐｌｉｎｇｓｕｇａｒ） 偶合糖（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｓｕｇａｒ），或称吡哺葡萄基蔗糖［２］，化学 名为ａ一麦芽糖基－１３－Ｄ一呋哺果糖苷或４一Ｏｔ—Ｄ一吡哺葡萄 糖基蔗糖。偶合糖结晶有２种形式。每摩尔的结晶偶合糖含 有ｌｍｏＬ或３ｍｏＬ的结晶水。含有３ｍｏＬ结晶水的称为Ｉ型 结晶偶合糖．含有ｌｍｏＬ结晶水的称为Ⅱ结晶偶合糖。偶合 糖的口感接近于蔗糖，甜昧纯正，甜度只有蔗糖５０％。偶合 糖是一种低致龋齿性的三糖，可被肠道黏膜的二糖水解酶 水解，是应用广泛的一种新型甜味剂。 偶合糖酶法制备方法工艺：偶合糖环糊精葡糖基转移 酶法生产是以蔗糖和淀粉为原料，经环糊精葡糖基转移酶 作用，在蔗糖分子的葡萄糖一侧以ａ（１—４）糖苷键形式结合 一株为精朊杆菌或赛氏菌（Ｓｅｒｒａｄａ Ｐｌｙｍｕｔｈｉｃａ），在含有蔗糖的 培养基上诱导产生高活性的ａ一葡萄糖基转移酶，然后离心 分离发酵液。收集菌丝体并置于海澡酸钙凝胶中形成颗粒 状，用２％的偏酸性聚二烯亚胺浸泡颗粒化细胞５ｍｉｎ，再放 入５℃的０．５％戊二醛溶液搅拌３０ｍｉｍ即得到固定化细胞。 然后在固定化细胞反应器内进行生物转化。 ２．２．３固定化酶固定化酶反应器生产工艺：菌体培养一发 酵一酶制备（将菌丝体分离、酶液提取或在菌体培养对数期 后期加入表面活性剂使菌体自溶释放出酶）一酶的固定化 （加入载体和交联剂）一在固定化酶反应器内进行生物转化。 ２．３酶转化反应 分子葡萄糖而得到。流程如下：淀粉＋蔗糖一环糊精溶 液一环糊精葡糖基转移酶一糖混合液一灭酶一浓缩一过 将浓度在４５％￣５５％、ｐＨ值为５．５￣６、１２０￣（２杀菌后冷却 至３０￣（２的蔗糖液，以一定的速度通过装有固定化Ｏｔ一葡萄糖 基转移酶的反应酶柱，可使８５％以上蔗糖转化为异麦芽酮 糖，对反应出液进行离交脱盐、浓缩、结晶、离心分离、干燥 而得到纯度较高结晶异麦芽酮糖。 ３低聚乳果糖酶法生产 滤一脱色一离交一分馏一结晶一分离一偶合糖。 ３５％玉米淀粉悬浮液混合０．２％的草酸于１２０ｏＣ下蒸 煮，得到ＤＥ为２０的溶液。用碳酸钙中和。过滤得到环糊精 液，在环糊精液中加入相当于其固形物一半的蔗糖。加入 １５Ｕ／ｇ淀粉的环糊精葡糖基转移酶。在ｐＨ值６．０和５５￣（２ 的条件下反应４０ｈ，脱色、离交、浓缩得到无色透明液体。将 一低聚乳果糖（Ｌａｃｔｏｓｕｃｒｏｓｅ）（乳糖基古洛糖），Ｏ一８一Ｄ— Ｇａｌａｃｔｏｐｙｒａｎｏｓｙｌ一（１＿＋４）一Ｏ—ａ—Ｄ—ｇｌｕｃｏｐｙｒａｎｏｓｙｌ一（１＿＋２）一 环糊精和蔗糖质量比为２：３制成水溶液，按２０Ｕ／ｇ ８一 环糊精比例加入环糊精葡糖基转移酶，在ｐＨ值为６．０、 ６０℃下反应４０ｈ，然后加热至９５￣（２恒温１５ｍｉｎ，冷却、浓缩 ［３－Ｄ－ｆｒｕｃｔｏｆｕｍｎｏｓｉｄｅ。是由３个单糖组成。低聚乳果糖是一 种非还原性低聚糖。甜度为蔗糖３０％．甜味特性与蔗糖相 似 ２１４ 至浓度为５０％后过滤。滤液用活性碳脱色。用Ｈ一型和 （下转第２１６页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 堡 ３．２加强地区外部形象设计。多渠道、多形式吸取外部资金 《现代农业科技》２ｏ０７年第１５期 金融工具．由于它是能够高效地增加企业价值的融资方式， 从而广泛为企业所采用。但是，对于资产的证券化，并不是 任何资产都适用。作用证券化的支持资产，必须满足一定的 条件，否则会给资产证券化带来较高风险。理论界对证券化 的基础资产巳经达成一定共识，通常作用证券化的基础资 地区形象是一个地区精神文明和物质文明程度的综合 表现．反映着地区自然、经济和社会发展的整体水平，有目 的地进行地区形象塑造和建设，可以提高整个地区的综合 竞争实力．推动地区经济的快速发展，对于山区经济，发展 战略重点在于发挥自己的优势。一般来讲，ｌＪｊ区的优势主要 产应具有如下特征：①具有可预测的、稳定的现金流；②在 历史纪录中很少发生违约或损失事件：③未来现金流一般均 匀地分布于资产的存续期间：④对应的债务人有广泛的地域 和人口统计分布；⑤原所有人持有该项资产已有一段时间， 并在此期间资产的收益比较稳定：⑥具有标准化、高资量的 合约。 对于西部贫困地区证券化融资而言，其借款者在未来 绝大部分时候有稳定的预期收入．能够给融资的资产带来 在于资源。山区的资源优势与外部资金优势有机地结合起 来．通过为外部企业提供一个良好的经营环境来激发其投 资的积极性．同时重塑形象，这样．一方面外部的资金、 技术、人才、先进的管理方法被引了进来，另一方面，又避免 了借贷产生的负债压力．还为当地提供了就业机会。就具体 情况而言，鼓勋外部资金有如下２种有效途径。 ３．２．１实行一定程度的承包和拍卖，鼓勋其开发山区的林 地、荒山等资源。山区资源的开发一般需要投入大量的资 金，仅仅依靠内部资金往往是不够的。可鼓励外部资金参与 山区的经济开发，实行一定程度的承包和拍卖制度，将经营 稳定的现金流。西部山区具有丰富的矿产资源和水利资源。 因此，在贫困地区实行证券化的融资方式，满足了基本的理 论基础。随着我国金融市场的不断发展而完善，证券化融资 权交给外部资金，使大量资金用于山地资源开发和ＬｌＪ地基 础设施建设，加快山区开发的速度，同时又可利用回笼的资 金，再用于其他开发，促使资金的快速滚动，一方面给企业 带来了丰厚的利润．同时也给农户带来了许多好处。外部提 供资金、技术，山区提供劳动力，一些企业化的管理思想和 运作模式被引了进来，带动了山区人的思想转变，促进了山 方式将是一种高效率、高报酬的融资方式，山区具有一些丰 富的矿产资源和许多其他资源的开发利用具有稳定的收 益。因此，应该说利用证券融资，将具有一定的可行性，并且 这种方式对于投资者和山区来说都十分有利．这种方式就 是对这种资源进行充分的“包装”者通过发行某种信用凭证 来筹集开发资金，利用筹集到的资金来用一定的组织形式 区经济的快速发展。同时，为鼓励外部资金参与山区开发， 可采取一些优惠，如对于开发一定数量以上的荒山给 进行开发经营，投资者可根据投入的资金比例享受红利。山 区开发也不必垫付高额的开发成本，从而减轻了当地负担。 由于证券融资具有一定的投资风险．这种方式可通过专门 的投资公司去运营，应给予各种支持而不是直接插手 去管理。 ４参考文献 …米什（美）．货币金融学【Ｍ】．北京：中国人民大学出版社，２００（｝． ［２１牛勤．力口快西部地区新农村建设投融资的思考Ｕ１．宁夏党校学报，２００６ （６）：１００—１０３． 予奖励，或给予税收减免，也可以为其低价提供一定数量的 开发权等。 ３．２．２采用证券化的融资方式。作为一种结构融资方式．证 券化的融资方式近２０年来在世界金融市场得到迅速发展， 并展现出替代传统银行间接融资方式的新趋势。 资产证券化作为一种新型的金融工具，对企业的资本 结构有显著的影响，并且是近２０年来发展最快、最迅速的 【３】姚耀军．中国农村金融发展状况分析Ⅱ１．财经研究，２００６（４）：１０５—１１６． （上接第２１４页） 剂，利用生物技术处理蔗糖，其分子结构有了相应的改变． 同时性能也随之改变，但仍保持蔗糖原有的甜味性．但大部 分甜味比蔗糖低。而生物转化生成的新糖类其功能性大大 ｏＨ一型离子交换树脂离交，再浓缩至糖含量为５０％，此时 回收率约为９３％，混合糖液中含偶合糖约为２１％．其他有 蔗糖、麦芽糖等． ．５转化糖（ｉｎｖｅｒｔ ｓｕｇａｒ） 优于蔗糖，克服了蔗糖原有功能不足之处，同时补充了新的 特殊的功能，满足不同人群的需求，使得应用更加广泛。随 着基因工程、发酵工程、酶工程、生化提取技术等飞速发展， 转化糖是蔗糖的水解后生成等量的葡萄糖和果糖总 称，吸湿性，淡黄色黏稠性液体，甜度为蔗糖的７０％＇９０％，呈 左旋光性，比旋度为一４５。，溶于水、甘油和乙二醇中，微溶于 丙酮和乙醇中，有还原性，易被微生物发酵利用。主要用于 很大程度上促进蔗糖深加工技术的多样化，使深加工技术 得以较大提高和改善，推动品种更多、品质更高、功能更全 面的功能性蔗糖衍生物产品问世，使蔗糖产业的产业链得 到进一步的延伸，提高蔗糖附加值，有利推动蔗糖产业健 康、合理地发展。 ７参考文献 ［１］梁智．蔗糖改性制备的甜味剂＿Ｊ］．中国食品添加剂，２００７（１）：１００一 ｌ０４． 营养甜味剂，在饮料、食品、果酒等中应用。 制法：４０％￣５０％蔗糖溶液，调节ｐＨ值４．５～６，杀菌冷却 至５０－７０￣（２，按每千克蔗糖加入１－３万活力单位的糖化酶 （ｑ一葡萄糖淀粉酶）搅拌下反应４－８ｈ，过滤、脱色、离交、浓 缩到７０‘ ～８０％（干物质）即得含５０％果糖的转化糖。 ６结束语 蔗糖是食品配料的主要营养剂或食品添加剂中的甜味 ２１６ ［２］郑建仙．功能性食品生物技术［Ｍ］．北京：中国轻工业出版社，２００４． ［３］李勇．碳水化合物加工技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４． ［４］郑建仙．功能性食品甜味剂［ＭＩ．北京：中国轻工业出版社．１９９７．
