麥芽糊精的功能特性及其應用研究進展

應 欣 盧 玉 李 義 佟 毅 張連慧

(營養健康與食品安全北京市重點實驗室; 老年營養食品研究北京市工程實驗室；中糧營養健康研究院1，北京 102209)

(吉林中糧生化有限公司玉米深加工國家工程研究中心2，長春 130033)

麥芽糊精是以淀粉或淀粉質為原料，經酶法低度水解、精制、噴霧干燥制成的不含游離淀粉的淀粉衍生物[1]。麥芽糊精的原料可以是淀粉，如玉米淀粉、木薯淀粉、小麥淀粉等，也可以是含淀粉質的原糧，如大米、玉米等[2]。麥芽糊精是一種淀粉水解產物，其水解程度一般用DE值來表示。DE值(葡萄糖當量)指的是淀粉水解物中直接還原糖(以葡萄糖表示)占總固形物的百分比。天然淀粉的DE值接近0，而完全水解成葡萄糖時的DE值接近100。按照DE值將麥芽糊精分為3類：MD10、MD15和MD20。

由于麥芽糊精是淀粉的不完全水解產物，它是一種混合物，其功能性質與糖分組成(分子量分布、平均鏈長、分支度等)密切相關，麥芽糊精中的糖組成將直接影響它的甜度、黏性、吸濕性及著色性。麥芽糊精的DE值在4～6時，其糖組成全部是四糖以上的較大分子；DE值在9～12時，其糖組成中高分子糖類含量較多，低分子糖類含量較少，因此這種麥芽糊精無甜味，不容易褐變，也不容易吸潮；DE值在13～17時，甜度較低，還原糖比例相對較低，溶解性較好，應用在食品中能產生適宜的黏度；DE值在18～20時，會有稍許甜味，吸潮性會增加，有部分還原糖，會發生褐變反應。麥芽糊精的水解程度越高(DE值越高)，平均分子量越低，線性程度逐漸降低，分子結構越簡單，老化程度越低，產品的溶解性、甜度、吸濕性、滲透性、發酵性、褐變反應及冰點下降越大；而組織性、黏度、穩定性、抗結晶性越差[3]。也正由于不同DE值麥芽糊精的不同功能特性，麥芽糊精被廣泛地應用于各種各樣的食品中，包括糖果、冰淇淋、糕點、飲料和方便食品等。

本文主要對麥芽糊精用作食品干燥助劑、包埋用壁材和提升蛋白功能特性3個應用方面的最新研究進展進行綜述，以期為麥芽糊精的深入研究和推廣應用提供參考。

1 麥芽糊精用于食品的干燥助劑

麥芽糊精流動性好，無異味，溶解性能好，耐熱性強，吸濕性低，不結團，即使在濃度高的狀態下使用也不會掩蓋其他原料的風味和香味，具有很好的載體作用，常用在果汁類產品的干燥過程中起到助干劑的作用，從而防止果汁粉產品結塊,增加產品的溶解性,改善產品組織結構。

在制備果醬、果汁產品時由于較高的加工溫度和較長的加工時長會影響水果的營養成分，降低水果中抗氧化物質的含量。研究表明水果中的多酚類物質(如花青素類)對溫度較敏感，當加工溫度高于60℃，與新鮮水果相比，花青素會損失20%～50%[4,5]。因此，如何保留水果在加工過程和貯存過程中的營養物質和感官特性，并延長水果保質期是研究的重點。噴霧干燥在水果加工中是常用的將液體轉化為粉體的方法，它有如下好處：噴霧干燥較短的處理時間和較低的溫度適合含有熱敏感成分的水果；有利于保持水果中的風味物質、顏色和營養物質；制成水果粉后能夠降低包裝的體積，更容易操作和運輸，延長貨架期[6]。盡管噴霧干燥的優勢較多，但是果汁產品并不容易進行噴霧干燥的處理，這主要是因為果汁類產品中小分子糖(果糖、葡萄糖、蔗糖)含量較高，會導致噴霧干燥中出現顆粒易粘結和易粘噴霧干燥塔壁的問題，降低噴霧干燥的熱效率，此外噴霧干燥后的果汁粉容易吸潮，流動性較差。果汁中的小分子糖容易出現粘結的現象是由于小分子糖類的玻璃化轉化溫度(Tg)較低，Tg越低，物料就越容易粘結。例如乳糖、麥芽糖、蔗糖、葡萄糖和果糖的Tg分別是101、87、62、37、16℃，它們相對容易粘結的程度也相應增加[7,8]。麥芽糊精因其較高的分子量，較低的黏度和較高的Tg，作為噴霧干燥的載體可以提升整體體系的Tg，從而降低體系結塊、粘結的現象[9]。

Araujo-Díaz等[10]用麥芽糊精和菊粉分別作為干燥助劑對藍莓汁進行噴霧干燥獲得藍莓粉，通過對藍莓粉的物理化學特性及抗氧化物質的保留量來評價兩種干燥助劑的能力。他們發現麥芽糊精和菊粉作為載體的果汁粉在物理化學特性上沒有差異，但麥芽糊精作為載體比菊粉能更有效地保留藍莓中白藜蘆醇和槲皮素3-D-半乳糖苷的含量。Ferrari等[11]考察了麥芽糊精和阿拉伯膠作為載體對噴霧干燥的黑莓粉物理化學特性的影響，與阿拉伯膠相比，麥芽糊精作為載體的黑莓粉不易吸濕，花青素保留量更高，抗氧化能力更強，含水量更低，而且復水能力更好。噴霧干燥得到的黑莓粉還可以作為一種天然的著色劑用在各種食品(飲料、甜品、果凍、果醬等)中。麥芽糊精也被用于棗、楊梅、檸檬、胡蘿卜等果汁和芒果、番茄等果干的干燥中，均起到了較好的干燥助劑效果[9，12-16]。研究者更進一步考察了麥芽糊精濃度對于噴霧干燥果汁的影響，Oberoi等[17]選取了不同的麥芽糊精濃度(3%、5%、7%和10%)對西瓜汁進行噴霧干燥處理，麥芽糊精能有效緩解西瓜粉粘結，而且隨著麥芽糊精濃度的增加，噴霧干燥后的西瓜粉的水分含量降低，但復溶西瓜粉的時間會延長。Negrao-Murakami等[18]考察了不同DE值的麥芽糊精(DE10、DE15和DE18)對噴霧干燥巴拉圭茶提取物的影響，低DE值的麥芽糊精(DE10)對茶提取物貯存期內的保護效果最佳，多酚類物質的穩定性和抗氧化活性最好。研究也發現隨著DE值的增加，噴霧干燥后的粉末的水分含量增加，復溶時間增長，這可能是因為高DE值的麥芽糊精的分支化程度高，親水基團多，在粉體狀態下更容易與水結合。這一結論與Fazaeli等[19]的研究一致，DE值越低，對黑桑葚粉的干燥效果越好。前期文獻主要研究了麥芽糊精對噴霧干燥或冷凍干燥的水果的Tg的影響，說明隨著麥芽糊精含量的提升，干燥水果的Tg會隨之提升，但并沒有考慮Tg還會同時受到物料結構、物料水分含量(或水分活度)的影響，綜合考慮干燥物料的Tg曲線和等溫稀釋曲線將獲得更系統性的數據，而且可以用于預測水果干燥過程中加工特性、儲藏特性和質構的變化規律。Pycia等[20]以變性淀粉為原料制備不同酶解程度的麥芽糊精，隨著DE值的增大，變性淀粉制備的麥芽糊精的Tg會逐漸降低，以二淀粉磷酸酯和乙酰化二淀粉磷酸酯為原料制備的麥芽糊精(DE6)時具有最大的Tg。通過對麥芽糊精的改性或者通過變性淀粉為原料制備麥芽糊精，能夠對麥芽糊精作為干燥助劑調節體系Tg的能力進一步優化，定制化制備更具功能特性的麥芽糊精將是下一步值得深入研究的方向。

2 麥芽糊精在包埋方面的應用

麥芽糊精是用于食品微膠囊的良好壁材之一。微膠囊技術已經廣泛的應用在生物、醫學、食品、農藥、化妝品等領域。以食品中常見的風味物質的微膠囊包埋為例，風味物質是芯材，而包埋的材料是壁材，或者被稱為載體。一般情況下微膠囊的長度不會超過3mm，根據包埋產物的尺寸可分為：納米級(1～100nm)和微米級(100～1000nm)[21，22]。對于物質包埋很重要的一步是篩選微膠囊的壁材，好的壁材需要滿足以下條件：良好的乳化特性及成膜特性；在高固形物含量下較低的黏度和吸濕性；對芯材較佳的保護性；加工和儲藏過程中的穩定性；無味道；價格低廉[23,24]。

麥芽糊精作為微膠囊壁材已經開始應用于一些不同食品領域中，比如包埋功能性油脂，生物活性類物質、風味物質、益生菌等，表1總結了近年來以麥芽糊精為壁材制備微膠囊的研究。大部分關于麥芽糊精作為壁材進行包埋的文獻主要研究了不同DE值的麥芽糊精對包埋效果的影響，然而并沒有得到一致的結論。Matsuura等[40]研究了不同DE值的麥芽糊精(DE2、DE10和DE25)包埋氫化椰子油的效果，研究發現采用DE10的麥芽糊精包埋的椰子油粉復水后的穩定性較差，這可能是由于DE10的麥芽糊精和乳化劑蔗糖酯有更強的相互作用，從而影響了包埋后油脂粉末的穩定性。而在包埋風味物質時，研究者發現高DE值能夠提供更好的包埋效果，更長的貨架期，并且能夠減少氧氣的透過率[41]。Sheu等[42]使用乳清蛋白和麥芽糊精(DE5、DE10和DE15)的混合物采用噴霧干燥的方式對辛酸乙酯進行包埋，他們發現與低DE值的麥芽糊精相比，高DE值的糊精更能減少包埋后的微膠囊表面凹凸不平的現象，從而能夠保持微膠囊外殼的功能，在貯存期內不容易發生風味的劣變和損失。雖然高DE值的麥芽糊精對氧氣的隔絕和風味釋放的效果更好，但隨著DE值的增加，淀粉水解物甜度會更高，更容易吸濕，也更容易發生美拉德反應。因此需要綜合考慮以上的因素來選擇合適的麥芽糊精。此外，盡管麥芽糊精的DE值會影響其作為壁材的功能性，但僅依靠DE值并不足以預測麥芽糊精的包埋效果。最近研究者也發現同樣的DE值，其分子量分布卻并不相同，麥芽糊精的分子量分布對于判斷麥芽糊精的應用特性可能更具有準確性[43]。

表1 近年來以麥芽糊精為壁材制備微膠囊的研究總結

麥芽糊精由于乳化能力較弱，在作為壁材使用時也會和其他具有較佳乳化能力的壁材復配使用，比如阿拉伯膠、牛奶蛋白、其他乳化劑等。Premi等[44]研究了麥芽糊精、阿拉伯膠和乳清濃縮蛋白的不同復配組合在包埋辣木油上的效果，并通過乳液性質、包埋率、油脂粉末的微觀結構和氧化穩定性來對包埋效果進行評價，研究發現采用麥芽糊精和阿拉伯膠的包埋效果要優于麥芽糊精和乳清濃縮蛋白，通過觀察微觀結構進一步發現麥芽糊精和阿拉伯膠組合進行包埋能夠使粉末油脂的壁材的微觀結構形成連續平滑的表面且不出現裂痕。Fernandes等[45]采用阿拉伯膠、變性淀粉、麥芽糊精和菊粉的組合來對迷迭香精油進行包埋，發現采用麥芽糊精結合乳化性能較好的阿拉伯膠和變性淀粉能夠更有效的保留易揮發物質。同樣，在對肉桂油樹脂進行包埋時也發現麥芽糊精、變性淀粉和阿拉伯膠(1∶1∶4)的組合對風味物質的保護效果要優于單獨使用每種壁材的[46]。

3 麥芽糊精在提升蛋白功能特性中的應用

隨著食品工業的加速發展，配料市場迫切需要具有功能特性和營養特性的蛋白質作為食品原料。因此一方面要大力開發具有優良特性的蛋白質的資源，另一方面需要對現有的蛋白質進行改造，以滿足其在食品中的特殊要求，這就是蛋白質的改性。麥芽糊精主要通過與蛋白質發生美拉德反應，從而改善蛋白的功能特性。在采用美拉德反應實現蛋白質與麥芽糊精的共價接合來改善蛋白質功能特性時，控制反應進程使得反應停留在第一階段是該技術很重要的一個關鍵點[47]。

蛋白和麥芽糊精的接枝物中由于引入了多羥基的麥芽糊精，其羥基的親水性可以使整個分子的溶解性能和乳化性能明顯提升。Shepherd等[48]發現與僅使用酪蛋白相比，酪蛋白和麥芽糊精美拉德反應產物的乳化能力有較大的提升。O′Regan 等[49]用麥芽糊精與酪蛋白酸鈉的水解物(水解度分別為6%、13%和48%)發生美拉德反應，反應產物能夠提升乳液在加速貨架期實驗(7d，45℃)中的穩定性，與沒有反生交聯反應的酪蛋白酸鈉水解物相比，反應產物提高了蛋白在pH4.0～5.5下的溶解性(增加10%～50%)。Xue等[50]采用干熱法制備大豆分離蛋白和麥芽糊精的美拉德反應產物，接枝后的大豆分離蛋白在等電點處的溶解度極大的提升，從蛋白結構上接枝后的大豆分離蛋白的α-螺旋和β-折疊程度下降了，而無規則卷曲增多。研究者也發現控制蛋白與麥芽糊精發生初期美拉德反應的反應條件非常關鍵。Wang等[51]用麥芽糊精與乳清分離蛋白在不同pH條件下(pH4～7)進行美拉德反應，在pH6下蛋白接枝物的接枝程度高、表面疏水性低、等電點低、熱變性溫度高，使得反應產物的熱穩定最好。不同蛋白與麥芽糊精進行美拉德反應后，控制適宜的反應條件都能夠對蛋白功能性質有提升，也這將拓展蛋白在更多食品應用領域的使用。Semenova等[52]進一步探討了不同DE值的麥芽糊精對豆球蛋白熱動力學特性的影響，采用不同DE值(DE值2、6和10)的馬鈴薯麥芽糊精和豆球蛋白進行美拉德反應，發現用DE值10的麥芽糊精進行反應時蛋白接枝物的親水性提高的更為顯著，表面活性也會下降。麥芽糊精的DE值與其分子量是呈反比的，DE值越大，平均分子鏈長越短，表明在麥芽糊精與蛋白的接枝反應中，DE值會對終產物的溶解性和表面活性產生重要的影響。Mulcahy等[53]采用濕熱法研究了麥芽糊精(DE值6、12和17)，玉米糖漿固體(DE值30和38)和乳清蛋白美拉德反應產物的特性。相同反應時間下，隨著DE值的增大，接枝反應的程度增加。麥芽糊精(DE值6)與乳清蛋白反應后能更好的增加乳清蛋白在50mM氯化鈉溶液中的熱穩定性。目前鮮見研究者對不同DE值的麥芽糊精與蛋白的反應產物的組成進行進一步分析和研究。

4 小結

麥芽糊精由于具有許多優良特性，近年來在食品工業中得到廣泛的應用，除了作為食品的填充劑和增稠劑之外，研究者們也逐漸發現麥芽糊精作為干燥助劑、包埋壁材和提升蛋白功能特性上的作用，進一步擴展了麥芽糊精的應用場景。麥芽糊精的應用特性與其結構和糖組成密切相關，僅通過DE值來指導麥芽糊精的應用是遠遠不夠的，即使相同DE值的麥芽糊精也可能會有截然不同的功能性質。隨著對麥芽糊精功能性要求的提高，通過酶法改變麥芽糊精的精細結構，生產具有定制化糖組成的麥芽糊精，并建立糖組成與麥芽糊精功能特性的關系將成為麥芽糊精開發的研究重點。