低聚異麥芽糖改性及抑菌作用初探

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上低聚異麥芽糖改性及抑菌作用初探車(chē)曉彬 馮莉 謝長(zhǎng)麗（山東魯抗醫(yī)藥股份有限公司，濟(jì)寧，）摘要：本文利用低聚異麥芽糖抑菌試驗(yàn)證明，除青霉外，對(duì)其它菌無(wú)效果，通過(guò)對(duì)低聚異麥芽糖進(jìn)行改性研究，其抑菌證明，改性的1%低聚異麥芽糖溶液，使病原真菌無(wú)法生長(zhǎng)，抑菌率達(dá)100%，而灰霉的抑菌效果>50%。關(guān)鍵詞：低聚異麥芽糖 改性 抑菌1、概述低聚異麥芽糖(Isomaltaligosaccharides)是指葡萄糖之間至少有一個(gè)以上以（16）糖苷鍵結(jié)合而成的單糖數(shù)在2-10不等的一類(lèi)低聚糖，又稱(chēng)分枝低聚糖。其結(jié)構(gòu)為：低聚異麥芽糖有一定的甜度，約為蔗糖的50%，且甜味柔和醇美，可以

2、用來(lái)替代部分蔗糖食品的甜度，改善其味質(zhì)；它的黏度與相同濃度蔗糖溶液很接近，食品加工易操作，對(duì)于糖果、糕點(diǎn)等的組織與物性無(wú)不良影響；它耐熱、耐酸性極佳，濃度50%糖漿在pH=3、120下長(zhǎng)時(shí)間加熱不會(huì)分解，應(yīng)用到飲料、罐頭及高溫處理或低pH食品，可以保持其功能與特性；低聚異麥芽糖保持水分不易蒸發(fā)，對(duì)各種食品的濕潤(rùn)與維持其品質(zhì)效果好，并能抑制蔗糖的結(jié)晶形成，這對(duì)面包類(lèi)、甜點(diǎn)心等以淀粉為主體的食品，稍加存放即行硬化者，添加低聚異麥芽糖漿因能防止淀粉老化而延長(zhǎng)食品的保存時(shí)間；它的水性活度Aw=0.75,比蔗糖（0.85）、高麥芽糖漿（0.85）、葡萄糖漿（0.77）的都低，而一般的細(xì)菌、酵母、霉菌在A

3、w<0.8的環(huán)境中均不能生長(zhǎng)，這意味著低聚異麥芽糖具有較佳的防腐效果，具有一定的抑菌作用。由于低聚異麥芽糖所含糖分子末端為還原基團(tuán)，與蛋白質(zhì)或氨基酸共熱會(huì)發(fā)生美拉德反應(yīng)而產(chǎn)生褐變著色，著色程度的深淺與糖濃度有關(guān)，并與共熱的蛋白質(zhì)或氨基酸的種類(lèi)、pH值、加熱溫度及時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，所以，采用低聚異麥芽糖加工各種食品時(shí)，應(yīng)考慮到上述各種因素的配合。它具有難發(fā)酵性，所以很難為酵母及乳酸菌利用，因而添加到發(fā)酵食品中不會(huì)被破壞，仍然可發(fā)揮作用。低聚異麥芽糖有較強(qiáng)的抗齲齒性，是因?yàn)樗粸殒溓蚓饔茫襞c蔗糖混用能強(qiáng)烈抑制由蔗糖生成葡聚糖，而起到保護(hù)牙齒的作用。日本的光岡知足等人研究證實(shí)：低聚異麥芽糖是良

4、好的雙歧桿菌增殖因子，每天服用一定數(shù)量的低聚異麥芽糖，例如15-20g，能促進(jìn)腸內(nèi)雙歧桿菌大量繁殖，抑制有害菌的生長(zhǎng)，從根本上增強(qiáng)了人體的免疫力。鑒于低聚異麥芽糖的上述功能特性，該糖是一種新型的優(yōu)良的食品添加劑，可廣泛應(yīng)用于飲料、乳制品、糖果、糕點(diǎn)、果醬、蜂蜜以及營(yíng)養(yǎng)口服液等各種食品。由于數(shù)量太少，它的功能性不能明顯表現(xiàn)出來(lái)，所以，人們多年來(lái)追求大量地生產(chǎn)這種低聚糖。隨著微生物酶工程深入研究的發(fā)展，大工業(yè)生產(chǎn)這種低聚糖才成為可能。低聚異麥芽糖于1982年由日本林原生化研究所開(kāi)發(fā)成功，1985年，由昭和產(chǎn)業(yè)公司首先推入市場(chǎng)。目前，日本有多家公司生產(chǎn)這種低聚糖，年產(chǎn)量超過(guò)10000噸。一直以來(lái)，日

5、本在這方面的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用位居世界前列，而美國(guó)、德國(guó)目前極少報(bào)道。在我國(guó)，對(duì)低聚異麥芽糖的研究才剛剛起步，因此有大量的工作要做。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，淀粉原料極為豐富，用玉米、大米、甘薯等均可作為原料，采用酶工程技術(shù)生產(chǎn)新型低聚糖。因此，低聚異麥芽糖在我國(guó)具有十分廣闊的前景，它的研究生產(chǎn)必將促進(jìn)我國(guó)保健食品的發(fā)展，并可望在其它領(lǐng)域有進(jìn)一步的研究、開(kāi)發(fā)。目前，低聚異麥芽糖主要用于食品工業(yè)，其它領(lǐng)域尚未報(bào)道。對(duì)于低聚異麥芽糖，一般的細(xì)菌、酵母、霉菌都不能利用，況且，它又具有良好的成膜性、高保濕性和無(wú)毒副作用，如果能夠利用到果品、蔬菜、鮮花等保鮮上，它將成為一種新型的綠色保鮮劑。大量資料上報(bào)道甲殼低聚糖

6、可以用于水果保鮮，效果較好。但是，甲殼低聚糖的制備工藝復(fù)雜，成本較高，而低聚異麥芽糖的生產(chǎn)工藝較簡(jiǎn)單，成本低。為此，低聚異麥芽糖用于果品、蔬菜、鮮花等保鮮上，如獲得成功，將會(huì)帶來(lái)不可估量的經(jīng)濟(jì)效益。因此，我們進(jìn)行了低聚異麥芽糖改性及抑菌實(shí)驗(yàn)研究。2、低聚異麥芽糖抑菌作用2.1實(shí)驗(yàn)材料及方法2.1.1材料（1）常用病原菌：青霉（peni）、西瓜枯萎菌（Fon）、蘋(píng)果炭疽菌（c.gly）、聚端孢、茄子菌（v.dal）、番茄葉霉菌（Ful）、立枯絲核（Rhizo）、灰霉（Botory）（2）培養(yǎng)基：PDA（3）儀器：LS-B35L型 立式壓力蒸汽滅菌鍋（江陰濱江醫(yī)療設(shè)備廠）、DH5000型電熱恒溫培

7、養(yǎng)箱（天津泰斯儀器有限公司）、無(wú)菌臺(tái)2.1.2方法：（1）帶菌濾紙片制備：取培養(yǎng)5天上述病原菌斜面，注入5ml無(wú)菌水，沖洗孢子液，倒入滅菌后的空培養(yǎng)皿中，取滅過(guò)菌的濾紙片，浸泡在孢子液2min，備用。（2）低聚異麥芽糖抑菌作用 不同的培養(yǎng)基制備： A: 水 + 2%瓊脂 B: 水 + 2%瓊脂 + 2%葡萄糖 C: 水 + 2%瓊脂 + 2%低聚異麥芽糖將上述制備的A、B、C培養(yǎng)基滅菌，倒平皿。將（1）中的滅菌濾紙片放入皿中央，28下培養(yǎng)，96小時(shí)后測(cè)定菌落大小。每實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次。（3）低聚異麥芽糖膜對(duì)病原菌的作用 a:取滅菌過(guò)的10%、20%、30%、40%、50%低聚異麥芽糖溶液1ml，涂布

8、于PDA平皿培養(yǎng)基上，接入含菌的濾紙片，28培養(yǎng)，96小時(shí)后測(cè)定菌落大小并記錄生長(zhǎng)情況。 b:同a一樣，將涂布低聚異麥芽糖溶液于培養(yǎng)皿中，置于30恒溫培養(yǎng)箱，鼓風(fēng)干燥。兩天后，使其表面水分蒸發(fā)形成一層低聚異麥芽糖膜，再接含菌濾紙片，28培養(yǎng)，96小時(shí)后測(cè)定菌落大小并記錄生長(zhǎng)情況。2.2結(jié)果及分析：2.2.1低聚異麥芽糖抑菌作用表1： 低聚異麥芽糖抑菌作用 培養(yǎng)基病原菌ABC立枯絲核極少量菌絲1.1菌絲較少蘋(píng)果炭疽菌3.23.42.4番茄葉霉菌1.82.22.1西瓜枯萎菌3.34.03.7聚端孢1.31.41.2茄子菌1.01.21.1青霉2.83.22.7灰霉0.72.31.5由表1可以看出：

9、各病原菌在含2%葡萄糖的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)最快，其營(yíng)養(yǎng)利用率較高，菌落直徑略大，在含2%低聚異麥芽糖的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)情況與不含碳源的培養(yǎng)基基本相當(dāng)，且觀察過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)相同時(shí)間時(shí)，含2%低聚異麥芽糖培養(yǎng)基上菌絲普遍稀疏，不飽滿(mǎn)，孢子成熟晚，其正常生命周期明顯推遲。因此，可看出：低聚異麥芽糖可作為真菌碳源而被利用，但利用率極低，這是由于該三碳以上的低聚異麥芽糖純度為90%，它不易被微生物利用，其中10%的低聚異麥芽二糖可被某些微生物利用。2.2.2低聚異麥芽糖膜對(duì)病原菌的作用 由a實(shí)驗(yàn)以濕平皿接種，培養(yǎng)96h后觀察，發(fā)現(xiàn)各處理與CK生長(zhǎng)情況基本相當(dāng)，無(wú)明顯區(qū)別。這說(shuō)明低聚異麥芽糖溶液在培養(yǎng)基表面并沒(méi)有

10、起到抑制真菌生長(zhǎng)的作用，這是由于其溶液具有流動(dòng)性，不能阻斷病原菌對(duì)PDA培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)吸收。由b實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)96h后，其菌落直徑見(jiàn)表2。表2： 低聚異麥芽糖膜對(duì)病原菌的作用 培養(yǎng)基病原菌CK10%20%30%40%50%青霉5.44.84.0無(wú)無(wú)無(wú)茄子菌1.81.61.11.21.21.3蘋(píng)果炭疽菌4.14.03.84.03.94.0番茄葉霉菌1.81.61.71.71.61.7聚端孢2.82.22.42.52.32.1立枯絲核8.05.65.26.57.06.9西瓜枯萎菌4.94.64.44.44.54.6灰霉4.24.03.83.83.93.7由表2可知：青霉菌在30%以上濃度的低聚異麥芽糖膜

11、表面不生長(zhǎng)，而在10%和20%有較弱生長(zhǎng)，其余各菌在各處理平皿中均有生長(zhǎng)，但菌落直徑均小于CK且觀察發(fā)現(xiàn)其菌絲生長(zhǎng)稀疏。這是由于低聚異麥芽糖溶液在自由水揮發(fā)后能形成一種透明的網(wǎng)孔狀膜，既起到一種機(jī)械屏障的作用，又防止病原菌與營(yíng)養(yǎng)物接觸，濃度越高其網(wǎng)孔小致密大。故青霉菌在30%濃度以上不生長(zhǎng)，而對(duì)于灰霉等較強(qiáng)病原菌可以通過(guò)網(wǎng)孔而插入吸收營(yíng)養(yǎng)，使屏障作用減弱。2.3討論由以上實(shí)驗(yàn)可得結(jié)論：1、 低聚異麥芽糖可作為真菌的碳源而被利用，但利用率較低。2、 不同濃度低聚異麥芽糖溶液涂布PDA平皿時(shí)，若不使自由水揮發(fā)，無(wú)抑制作用，而烘干后，低聚異麥芽糖成膜，可起到一定的機(jī)械屏障作用，但效果不明顯。 由于低

12、聚異麥芽糖具有良好的成膜性和保水性，但其本身抑制病原菌并不理想，鑒于此我們開(kāi)展了對(duì)低聚異麥芽糖的改性，使其糖側(cè)鏈帶上活性基團(tuán)，以期達(dá)到抑菌殺菌作用。3、低聚異麥芽糖的改性初探3.1材料與方法3.1.1 材料：（1） 菌種及培養(yǎng)基：同2.2.1。（2） 試劑：葡萄糖、乙醇、低聚異麥芽糖（甘肅）、氫氧化鈉溶液（10mol/L）、改性劑（有機(jī)酸）、脫改性劑（醇類(lèi)）（3） 儀器：FA2004N型電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、LS-B35L型 立式壓力蒸汽滅菌鍋（江陰濱江醫(yī)療設(shè)備廠）、DH5000型電熱恒溫培養(yǎng)箱（天津泰斯儀器有限公司）、循環(huán)水式真空泵、RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海嘉鵬科技有限

13、公司）、無(wú)菌臺(tái)、酸度計(jì)、磁力攪拌器。3.1.2方法：(1)改性方法：稱(chēng)取5g低聚異麥芽糖，溶于水乙醇溶液（1：1 v/v）中，加入10mol/LNaOH溶液10ml，常溫（25）攪拌30min后，加入5g改性劑攪拌反應(yīng)，每1h測(cè)定一次pH值，每間隔2h加入10mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH>8，每間隔2h加入5g改性劑，共20g，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)8h，調(diào)至pH=78，50濃縮干燥，再用23倍體積的改性劑浸泡10min，過(guò)濾后于45的恒溫箱中烘干得米黃色粉末成品。60改性方法同上。(2)改性低聚糖定性檢測(cè)：采用紅外光譜法測(cè)定改性后低聚異麥芽糖的活性官能團(tuán)。(3)改性低聚異麥芽糖抑菌作用：將常溫和

14、60下改性物配成5%水溶液，滅菌待用。取病原菌孢子液0.3ml涂布于PDA平皿培養(yǎng)基上，將牛津杯對(duì)稱(chēng)放置，分別加入0.2ml的兩種改性溶液，28培養(yǎng)，觀測(cè)其抑菌圈大小，CK為5%未改性低聚異麥芽糖溶液。各處理重復(fù)三次。(4)改性物中其它物質(zhì)對(duì)菌體的作用：a:NaCl對(duì)菌體作用：配置10%改性物溶液（常溫和60），10%低聚異麥芽糖溶液和8%NaCl溶液各30ml，分別取0.2ml加入牛津杯對(duì)照比較抑菌圈大小，實(shí)驗(yàn)方法同（3）。b:改性劑對(duì)菌體作用：配置1%改性劑溶液pH=7，5%的改性低聚異麥芽糖溶液，5%低聚異麥芽糖溶液各30ml，分別取0.2ml加入牛津杯對(duì)照比較抑菌圈大小，實(shí)驗(yàn)方法同（3

15、）。(5)改性物成膜后對(duì)菌體的作用：將改性物分別配成1%、2%、3%的水溶液，滅菌后，各取1ml涂布于PDA平皿培養(yǎng)基上，30鼓風(fēng)干燥后，將帶有菌體的濾紙片放于培養(yǎng)基中部，28培養(yǎng)72h后，測(cè)定菌落大小。3.2結(jié)果與分析3.2.1改性低聚異麥芽糖的定性：從紅外光譜圖中可看出在1610-1550cm-1內(nèi)出現(xiàn)“O” 的特征吸收帶，在1419、1250、930 cm-1三處同時(shí)出現(xiàn)它的三條相當(dāng)明顯的吸收帶，這已說(shuō)明糖側(cè)鏈發(fā)生取代反應(yīng)，加上羧基。在1075 cm-1處出現(xiàn)“COC”的特征吸收帶，紅外光譜圖顯示對(duì)低聚異麥芽糖的改性基本實(shí)現(xiàn)，但具體取代反應(yīng)除發(fā)生在C6外其它C上是否發(fā)生取代，則有待進(jìn)一步

16、研究。3.2.2改性物抑菌作用：培養(yǎng)72h后，5%濃度的25改性物出現(xiàn)明顯的抑菌圈，直徑為1.5cm，而60改性物和CK并無(wú)抑菌圈出現(xiàn)，這表明25改性后的低聚異麥芽糖由于帶上了“COO-”而具有了較強(qiáng)的抑菌性能。初步認(rèn)為25改性?xún)?yōu)于60改性，可能是由于高溫下改性低聚異麥芽糖的糊化，失去了抑菌作用。3.2.3改性物成膜后對(duì)病原菌的作用：見(jiàn)表3表3： 改性物成膜后對(duì)病原菌的作用 培養(yǎng)基病原菌CK1%2%3%青霉2.7無(wú)無(wú)無(wú)西瓜枯萎菌3.8無(wú)無(wú)無(wú)蘋(píng)果炭疽菌1.9無(wú)無(wú)無(wú)聚端孢3.3無(wú)無(wú)無(wú)茄子菌少量菌絲無(wú)無(wú)無(wú)番茄葉霉菌1.8無(wú)無(wú)無(wú)灰霉4.22.01.81.5從表三中可以看出：其抑菌作用明顯提高，改性物1

17、%濃度足以完全抑制青霉、西瓜枯萎菌、蘋(píng)果炭疽菌、聚端孢、茄子菌、番茄葉霉菌這幾種菌的生長(zhǎng)，而對(duì)于灰霉的抑制效果不如其它菌，但抑菌率>50%。這表明由于活性基團(tuán)的加入，而使其具有了明顯的殺菌抑菌作用。3.2.4改性物中其它物質(zhì)對(duì)菌的作用：由于改性過(guò)程中，不能保證底物完全反應(yīng)，反應(yīng)后的改性物可能存在兩種次生產(chǎn)物即改性劑和NaCl,為了排除改性劑對(duì)菌體作用，故用醇類(lèi)洗脫劑，因?yàn)楦男詣┰诖贾校哂泻芨叩娜芙舛?，而改性物卻不溶。通過(guò)3.1.2實(shí)驗(yàn)，證明8%NaCl和1%改性劑對(duì)病原菌不產(chǎn)生抑菌作用，故可排除兩者影響。3.3討論3.3.1改性原理的討論確切的改性物結(jié)構(gòu)尚不清楚。紅外光譜顯示糖鏈上，發(fā)

18、生“COO-”的取代反應(yīng)，由于低聚異麥芽糖結(jié)構(gòu)，具有游離的C6羥基，最易發(fā)生取代反應(yīng)。其反應(yīng)原理如下：低聚異麥芽糖-OH + NaOH 低聚異麥芽糖-ONa + H2OCl-改性劑-COOH + NaOH Cl-改性劑-COONa + H2O低聚異麥芽糖-ONa + Cl-改性劑-COONa 低聚異麥芽糖-COONa + NaCl其可能的副反應(yīng)：Cl-改性劑-COONa + NaOH Cl-改性劑-COONa + NaCl尚需進(jìn)一步的研究論證。3.3.2 改性低聚異麥芽糖殺菌作用機(jī)理討論：由于改性低聚異麥芽糖具有很好的成膜性，它可在營(yíng)養(yǎng)物表面形成一層薄膜，阻止病原菌吸取營(yíng)養(yǎng)，起到一種天然屏障的

19、作用；另外，由于改性后帶上了“COO-”的負(fù)電荷，作用于病原菌膜里的正電荷，使膜透性加大，抑制或殺死膜內(nèi)外物質(zhì)滲透性變化，改變了細(xì)胞內(nèi)正常的代謝活動(dòng)抑制菌體生長(zhǎng)。當(dāng)然其作用機(jī)制仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究論證。4、總結(jié)及展望 通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)我們得出以下幾點(diǎn)結(jié)論，并對(duì)今后的工作方向提出些許建議： 1、低聚異麥芽糖為難發(fā)酵性糖，不易被病原菌分解利用且其具有一定的成膜性，30%以上濃度成膜后可抑制青霉素生長(zhǎng)。對(duì)其它病原菌無(wú)效果。 2、改性后的低聚異麥芽糖，其柔韌性、成膜性大大提高，并且具有了較強(qiáng)地抑菌性能，改性物1%濃度成膜后足以完全抑制青霉、西瓜枯萎菌、蘋(píng)果炭疽菌、聚端孢、茄子菌、番茄葉霉菌等病原真菌的生長(zhǎng)，而對(duì)