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功能性甜味剂“塔格糖”的生产及应用

发布时间:2018-12-17 16:51 类别:乳糖醇

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  功能性甜味剂“塔格糖”的出产及使用

  2006/5/30/09:10

  来历:中国食物添加剂使用网

  塔格糖(tagatose)(见图1)是果糖在C一4手性碳原子上的对映异构体,分子质量180.16u,CAS 87—81—0。它是一种很好的低能量食物甜味剂和填充剂,并具有抑止高血糖、改善肠道菌群、不致龋齿等多种心理功能。2001年,美国FDA核准塔格糖为GRAS。

  1、塔格糖的性质与功能

  纯净的塔格糖为白色无水晶体物质,无臭,熔点134℃ ,玻璃化温度15℃ 。其水溶性很好,溶于水后还会惹起沸点升高和冰点降低,但并不吸热,因而不会发生清冷的口感。塔格糖的吸湿性较低,酸性前提下的不变性很好,在pH 3~7范畴内均可不变具有。它很容易发生美拉德褐变,在较低的温度下即可发生焦糖化反映[1]。

  塔格糖的甜度为蔗糖的92% ,是一种很好的填充型甜味剂。其甜味特征与蔗糖类似,无任何不良异味或后味。相对而言,塔格糖的甜味刺激较蔗糖快,与果糖雷同。此外,塔格糖对强力甜味剂还有很好的协同增效感化,包罗甜美素、糖精、阿斯巴甜、安赛蜜、甜菊糖、纽甜和三氯蔗糖等[2]。

  机体所摄取的塔格糖,并不克不及被小肠所完全接收。被小肠接收的塔格糖,通过肝脏,经糖酵解路子代谢。未被接收的塔格糖则间接进入大肠后,几乎被此中的微生物菌群完全发酵。其发酵所发生的短链脂肪酸,几乎完全被机体从头接收代谢。在诸多相关研究的根本上,美国FDA确认,塔格糖可在养分标签第一作者:硕士,讲师。上标示其能量值为6 280.2 J/g[1]。

  塔格糖普遍具有于天然界中,很多食物(如灭菌牛乳、超高温灭菌乳、乳粉、热可可、各类干酪、某些品种的酸乳、婴儿配方食物)以及某些动物、药物中都具有有必然量的塔格糖[3]。

  塔格糖在机体内的接收率较低,不会惹起机体血糖程度的较着变化,很适合糖尿病人食用。研究显示,塔格糖并不会惹起健康受试者和Ⅱ型糖尿病患者空肚血糖和胰岛素程度的较着变化,并可较着抑止糖尿病患者因摄入葡萄糖所惹起的血糖升高[4],但对其胰岛素敏感性并无较着感化。另据专利报道,塔格糖可缓解改善糖尿病的症状,抑止各类并发症的发生[5]。塔格糖抑止血糖升高的机制可能在于,塔格糖除接收率较低外,同时还抑止了小肠对葡萄糖的接收。

  机体摄入的塔格糖,仅有20%被小肠接收。而绝大部门塔格糖间接进入结肠,被此中微生物菌群所选择性发酵,推进无益菌增殖,抑止无害菌的发展,起到较着的改善肠道菌群的感化,是一种很好的益生素(prebiotic)[6]。同时,塔格糖发酵还发生大量无益的短链脂肪酸(short chain fat acid,SCFA)。特别是丁酸,它是结肠上皮细胞的优良能量来历,并被为在抑止结肠癌、抑止肠道致病菌(如大肠杆菌等)以及推进乳酸菌等无益菌的发展等方面都有优良感化。有研究认为,塔格糖起到较着益生素感化的最低剂量为7.5 g/d。

  研究显示,塔格糖并不会降低牙斑的pH值,而不会惹起龋齿[1]。它在抑止齿蚀斑、消弭El臭方面有优良功能,因而在El腔产物方面用处普遍,可用于抑止龋齿、齿龈炎等牙齿疾病,消弭El臭以及洁齿等。2002年12月2日美国FDA颁发声明,基于诸多科学研究功效,能够确认塔格糖不被口腔细菌发酵,不会导致龋齿。

  还有研究显示,对于健康受试者和Ⅱ型糖尿病患者,塔格糖可恰当而持续地降低其体重 [1]。另据专利报道,塔格糖对推进血液健康十分有益[7],有助于提高雌鼠怀孕的几率并推进母体及胚胎健康[8]。此外,塔格糖还可加强细胞对毒素的敏感性,并可显著抑止可卡因(cocaine)、呋喃妥英(nitrofurantoin)等对肝细胞的迫害感化[9]。

  大量平安毒理学试验显示,塔格糖平安无毒。2001年4月11日,美国FDA核准塔格糖作为GRAS用于食物。后来,澳大利亚和新西兰也核准了塔格糖在食物中的使用。但过量食用塔格糖仍可能导致轻细的肠胃不适,如肠胃气胀、腹泻等,其缘由可能次要在于机体对塔格糖的接收妨碍2001年6月,FAO/wHO食物添加剂专家委员会(joint FAO/WHO ex—pert committeeonfoodadditives,JECFA)核准塔格糖作为食物添加剂,ADI值为0~80mg/kg·d[1]。

  2、塔格糖的出产手艺

  塔格糖的出产,一般以半乳糖为原料,通过化学方式或酶法进行异构化反映而成。此中,半乳糖原料可由乳糖水解获得。也有研究利用半乳糖醇为原料,经生物氧化为塔格糖。但半乳糖醇价钱较高,目前暂不适宜用作工业化出产原料。

  2.1 塔格糖的化学合成工艺

  塔格糖的化学合成是以半乳糖为原料,次要包罗异构化和酸中和2个步调[10]。起首,以可溶性碱金属盐或碱土金属盐为催化剂,将半乳糖与金属氢氧化物发生异构化反映,生成金属氢氧化物一塔格糖复合物两头体沉淀。然后,以酸中和复合物两头体,获得塔格糖终产品。此中,半乳糖可由乳糖水解而得。

  半乳糖的异构化是塔格糖化学合成反映的环节。基于成本的考虑,金属氢氧化物反映物最好采用Ca(OH)2,或Ca(OH)2与NaOH 的夹杂物。一般是插手Ca(OH)2夹杂水而成的水溶浆,或者插手石灰(CaO)夹杂水发生水合感化后的产品。碱金属盐(或碱土金属盐)催化剂凡是采用CaCI2,用量约为半乳糖摩尔数的1% ~5%。异构化反映应在碱性、低温前提下进行,节制在pH10、一15~40*(2范畴内。

  酸中和的目标是生成不溶性金属盐,而将塔格糖从复合物两头体中释放出来。残剩的离子则通过离子互换树脂除去。中和酸可利用H SO4、H PO4或HCI等,以C02为最佳。按照反映系统的pH值来节制酸中和反映的历程,当pH7时,中和反映竣事。在加酸过程中,反映系统温度应节制在25*(2以下.以yoI 31 No 1(Total 205)避免晦气副反映的发生。最初,将塔格糖从反映液中结晶过滤出来。

  例如,在230 L不锈钢反映釜中插手10,0 kg乳糖和40L去离子水,搅拌混匀,升温至5013。插手乳糖酶,水解6 h直至水解根基完成,获得含45%葡萄糖、45%半乳糖和10%乳糖的乳糖水解液。将乳糖水解液降温至25℃ 后,再挨次插手154 g CaCI2、Ca(OH)2水溶浆(2.0kgCa(oH)2加2.5 L水)。然后,插手适量质量分数10%NaOH溶液,调整pH 12.5。反映3h后,反映物变得稠厚,起头构成沉淀。将沉淀物过滤、离心后,获得糊状滤饼。在滤饼中混入25L水,制成悬浮液。然后,通入适量CO2中和,至最终pH 6.5。在中和过程中,滤饼消融,同时构成塔格糖终产品和CaCO 沉淀。反映液经离心分手、去离子、结晶等步调,即可提纯出塔格糖。HPLC阐发显示,塔格糖产率可达到47.6%。

  2.2 塔格糖的酶法合成

  研究显示,L,阿拉伯糖异构酶(AraA,EC

  5.3.1.4)对三维构型类似的L一阿拉伯糖和D一半乳糖的异构化都具有催化活性,可将其别离异构化L一核酮糖和D一塔格糖[11、12]。

  按照AraA来历的分歧,其异构化感化的最佳前提也不尽不异。凡是采用20~80~C、pH 4.0~9.0.最好是在50~70*(2、pH 5.5~7.0前提下进行异构化。也有某些突变菌系发生的L一阿拉伯糖异构酶,可在高达100℃ 温度下进行异构化感化。有研究将源自超嗜热菌(Thermotoga neapolitⅡ Ⅱ)的AraA编码基因,在大肠杆菌中复制、重组、表达,获得热不变性很是好的重组体AraA[13]。

  D一半乳糖的浓度,较着影响着异构化反映的速度和转化率。原料D一半乳糖的浓度较高时,其转化为塔格糖的酶反映过程的米氏常数Km凡是较高,因而塔格糖的产率也较高。若原料D一半乳糖的浓度较低,那么塔格糖的产率则依赖于出产酶的菌种。

  图2示出以乳糖渗入物(Lactose permeate,干酪乳清或牛乳经超滤处置后获得,含有2% ~6%乳糖、0.2%~0.4% 卵白质、0.2% ~0.6%盐以及微量脂肪)为原料制备塔格糖的工艺流程_1 。乳糖渗入物经超滤(1)去除卵白质,经暂贮槽(2),通过反渗入(3)脱盐并浓缩。浓缩液经微滤(4)分手去除高分子量物质(细菌,也就是不溶性卵白),由固定化乳糖酶水解(5)为葡萄糖和半乳糖夹杂物(葡萄糖:半乳糖约为1:1)。乳糖水解物经半持续式发酵(6),葡萄糖被酵母或细菌发酵生成乙醇,经线)收受接管。或者也可先离心(7)获得无细胞液体,再蒸馏(16)收受接管乙醇,微生物细胞则前往发酵罐(6)。蒸馏收受接管的乙醇泵入储罐(7),为副产物。未被发酵的半乳糖,经异构化(8),获得半乳糖与塔格糖夹杂物。然后,经阳离子互换柱(9),去离子水选择性洗脱(10),而分手获得塔格糖粗液。未被异构化的半乳糖,前往异构化柱(8)再次进行异构化感化。塔格糖粗液经蒸发浓缩(11)后,结晶(12),过滤,干燥,即为成品。结晶过程中,引入适量乙醇及塔格糖晶种,以利于结晶。乙醇颠末滤收受接管后,前往结晶罐(12),可轮回利用。

  2.3 由半乳糖醇生物转化为塔格糖

  为提高塔格糖产率,在培育基中逐步添加半乳糖醇的添加量,以诱导G.oxydans DSM 2343菌株逐步顺应较高浓度的半乳糖醇。成果显示,其半乳糖醇脱氢酶活力和塔格糖产率显著提高,培育24 h后塔格糖产量最高达到3 160 mg/L(20 g/L半乳糖醇,24h),转化速度达到6.6×10 。L/h。

  3、塔格糖的使用

  表1为美国划定的塔格糖在食物中的利用范畴及限量[1]。

  3.1 塔格糖的风味加强感化

  塔格糖对强力甜味剂具有很好的甜味协同增效感化[1]。只需添加很少数量的塔格糖,就可起到较着的甜味加强感化。当塔格糖与强力甜味剂协同利用时,它可替代相当数量的强力甜味剂,其用量以至可低于甜味阈值。0.1~50 g/kg的塔格糖即可起到很好的甜味协同增效感化,特别是在0.5~20 g/kg用量时。通过塔格糖和强力甜味剂的共同利用,可大大提高其甜度,并较着改善其口感、风味和后味。

  塔格糖对多种强力甜味剂具有优良的协同增效感化,包罗甜美素、糖精、阿斯巴甜、安赛蜜、甘草甜素、甜菊糖、罗汉果苷、索马甜、阿力甜、纽甜和三氯蔗糖等。按照强力甜味剂的品种、终产物甜度及感官要求(口感、后味和风味)的分歧,塔格糖与甜味剂的质量比凡是为1:1~1 000:1,更好是在4:1~200:1之间[2]。

  感官阐发显示,在柠檬 十饮料和可乐饮料系统中,少量塔格糖的添加,即可较着改善产物的口感,降低因强力甜味剂(如安赛蜜、糖精等)带来的苦后味、金属后味和涩味等,并使产物的甜味刺激来得更快,口感风味更为新颖清新。而且,它可添加饮料系统可溶性固形物的含量,使饮料口感更为美满,而这恰是强力甜味剂所缺乏的。因而,总体上塔格糖使低能量清淡饮料的口感风味,更接近于以蔗糖增甜的万能量保守饮料。

  对于以强力甜味剂增甜的低脂乳饮料(包罗巧克力、酸乳和生果等各类风味),塔格糖的添加,可较着改善其口感,降低因强力甜味剂所惹起的苦后味,获得最佳的甜味和甜后味。出格对于巧克力乳饮料,塔格糖可显著加强其浓重醇厚的乳脂风味。此外,塔格糖仍是糖果巧克力产物的优良风味加强剂。感官评价表白,在以强力甜味剂增甜的巧克力中,添加塔格糖,可较着加强其甜味和甜后味,而降低苦味;同时其口感也得以较着改善,乳脂风味显著加强[1]。

  3.2 塔格糖在食物中的使用

  将塔格糖使用于谷物食物中时,必需充实留意到塔格糖几个主要的物理特征,包罗高熔点、低玻璃化温度、晶体不吸湿、高消融性、易结晶性及pH不变性等。特别应留意的是塔格糖优良的美拉德反映特征,较低的温度有益于加强风味,但高温长时间处置则会导致过深的色泽和苦后味。

  期近食谷物的出产过程中,蒸煮工序是一个环节步调,可采用保守的间歇式蒸汽蒸煮工艺或挤压工艺[1]。按照所采用蒸煮工艺的分歧,产物的淀粉糊化程度、风味、组织布局和养分特征等都有所分歧。保守的蒸汽蒸煮工艺,凡是在高温高压下进行;而挤压工艺所需的温度和时间都较低。在挤压工序的处置温度相对较低(如130℃),且处置时间较短时,塔格糖即可作为独一的甜味料用于低能量即食谷物中。

  还可将塔格糖喷涂于谷物概况,以添加产物的甜度,制成各类风味的挂糖霜或糖衣的谷物食物。因为塔格糖低粘度、易结晶快、不易吸湿等特征,制得糖霜涂层的货架期也较长。将塔格糖溶于水构成83。白利糖度水溶液,加热至97℃直至完全消融,再将溶液冷却至70~(2,喷涂于谷物概况。最初于80C 下干燥15 min,塔格糖结晶构成一层白色平均的糖晶体霜涂层。

  也可将塔格糖制成非结晶形式的涂层,构成富有光泽的糖衣概况,并可将其他附加配料(如坚果等)粘附于谷物概况。但塔格糖必需与非结晶性的甜味料共同利用,如低聚果糖、葡聚糖、乳糖醇、麦芽糖醇、异麦芽酮糖等,以构成不变的糖衣概况。塔格糖的利用,可付与糖衣涂层更好的甜味特征,添加其脆性,并防止结块。

  塔格糖在糖果巧克力中也有很好的使用。它可作为独一甜味料使用于无糖巧克力中,而工艺无须太大改变。将一部门可可脂与除油脂以外的其他原料夹杂平均后,经精磨和精辟,再插手卵磷脂和香料,最初调温、浇模成型、冷却,即为成品。塔格糖也可与异麦芽酮糖等其他甜味料共同利用,用于太妃糖等各式糖果中,制得高质量的低能量无糖糖果。

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