麦芽糊精的功能特性及其应用研究进展

应 欣 卢 玉 李 义 佟 毅 张连慧

(营养健康与食品安全北京市重点实验室; 老年营养食品研究北京市工程实验室；中粮营养健康研究院1，北京 102209)

(吉林中粮生化有限公司玉米深加工国家工程研究中心2，长春 130033)

麦芽糊精是以淀粉或淀粉质为原料，经酶法低度水解、精制、喷雾干燥制成的不含游离淀粉的淀粉衍生物[1]。麦芽糊精的原料可以是淀粉，如玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉等，也可以是含淀粉质的原粮，如大米、玉米等[2]。麦芽糊精是一种淀粉水解产物，其水解程度一般用DE值来表示。DE值(葡萄糖当量)指的是淀粉水解物中直接还原糖(以葡萄糖表示)占总固形物的百分比。天然淀粉的DE值接近0，而完全水解成葡萄糖时的DE值接近100。按照DE值将麦芽糊精分为3类：MD10、MD15和MD20。

由于麦芽糊精是淀粉的不完全水解产物，它是一种混合物，其功能性质与糖分组成(分子量分布、平均链长、分支度等)密切相关，麦芽糊精中的糖组成将直接影响它的甜度、黏性、吸湿性及着色性。麦芽糊精的DE值在4～6时，其糖组成全部是四糖以上的较大分子；DE值在9～12时，其糖组成中高分子糖类含量较多，低分子糖类含量较少，因此这种麦芽糊精无甜味，不容易褐变，也不容易吸潮；DE值在13～17时，甜度较低，还原糖比例相对较低，溶解性较好，应用在食品中能产生适宜的黏度；DE值在18～20时，会有稍许甜味，吸潮性会增加，有部分还原糖，会发生褐变反应。麦芽糊精的水解程度越高(DE值越高)，平均分子量越低，线性程度逐渐降低，分子结构越简单，老化程度越低，产品的溶解性、甜度、吸湿性、渗透性、发酵性、褐变反应及冰点下降越大；而组织性、黏度、稳定性、抗结晶性越差[3]。也正由于不同DE值麦芽糊精的不同功能特性，麦芽糊精被广泛地应用于各种各样的食品中，包括糖果、冰淇淋、糕点、饮料和方便食品等。

本文主要对麦芽糊精用作食品干燥助剂、包埋用壁材和提升蛋白功能特性3个应用方面的最新研究进展进行综述，以期为麦芽糊精的深入研究和推广应用提供参考。

1 麦芽糊精用于食品的干燥助剂

麦芽糊精流动性好，无异味，溶解性能好，耐热性强，吸湿性低，不结团，即使在浓度高的状态下使用也不会掩盖其他原料的风味和香味，具有很好的载体作用，常用在果汁类产品的干燥过程中起到助干剂的作用，从而防止果汁粉产品结块,增加产品的溶解性,改善产品组织结构。

在制备果酱、果汁产品时由于较高的加工温度和较长的加工时长会影响水果的营养成分，降低水果中抗氧化物质的含量。研究表明水果中的多酚类物质(如花青素类)对温度较敏感，当加工温度高于60℃，与新鲜水果相比，花青素会损失20%～50%[4,5]。因此，如何保留水果在加工过程和贮存过程中的营养物质和感官特性，并延长水果保质期是研究的重点。喷雾干燥在水果加工中是常用的将液体转化为粉体的方法，它有如下好处：喷雾干燥较短的处理时间和较低的温度适合含有热敏感成分的水果；有利于保持水果中的风味物质、颜色和营养物质；制成水果粉后能够降低包装的体积，更容易操作和运输，延长货架期[6]。尽管喷雾干燥的优势较多，但是果汁产品并不容易进行喷雾干燥的处理，这主要是因为果汁类产品中小分子糖(果糖、葡萄糖、蔗糖)含量较高，会导致喷雾干燥中出现颗粒易粘结和易粘喷雾干燥塔壁的问题，降低喷雾干燥的热效率，此外喷雾干燥后的果汁粉容易吸潮，流动性较差。果汁中的小分子糖容易出现粘结的现象是由于小分子糖类的玻璃化转化温度(Tg)较低，Tg越低，物料就越容易粘结。例如乳糖、麦芽糖、蔗糖、葡萄糖和果糖的Tg分别是101、87、62、37、16℃，它们相对容易粘结的程度也相应增加[7,8]。麦芽糊精因其较高的分子量，较低的黏度和较高的Tg，作为喷雾干燥的载体可以提升整体体系的Tg，从而降低体系结块、粘结的现象[9]。

Araujo-Díaz等[10]用麦芽糊精和菊粉分别作为干燥助剂对蓝莓汁进行喷雾干燥获得蓝莓粉，通过对蓝莓粉的物理化学特性及抗氧化物质的保留量来评价两种干燥助剂的能力。他们发现麦芽糊精和菊粉作为载体的果汁粉在物理化学特性上没有差异，但麦芽糊精作为载体比菊粉能更有效地保留蓝莓中白藜芦醇和槲皮素3-D-半乳糖苷的含量。Ferrari等[11]考察了麦芽糊精和阿拉伯胶作为载体对喷雾干燥的黑莓粉物理化学特性的影响，与阿拉伯胶相比，麦芽糊精作为载体的黑莓粉不易吸湿，花青素保留量更高，抗氧化能力更强，含水量更低，而且复水能力更好。喷雾干燥得到的黑莓粉还可以作为一种天然的着色剂用在各种食品(饮料、甜品、果冻、果酱等)中。麦芽糊精也被用于枣、杨梅、柠檬、胡萝卜等果汁和芒果、番茄等果干的干燥中，均起到了较好的干燥助剂效果[9，12-16]。研究者更进一步考察了麦芽糊精浓度对于喷雾干燥果汁的影响，Oberoi等[17]选取了不同的麦芽糊精浓度(3%、5%、7%和10%)对西瓜汁进行喷雾干燥处理，麦芽糊精能有效缓解西瓜粉粘结，而且随着麦芽糊精浓度的增加，喷雾干燥后的西瓜粉的水分含量降低，但复溶西瓜粉的时间会延长。Negrao-Murakami等[18]考察了不同DE值的麦芽糊精(DE10、DE15和DE18)对喷雾干燥巴拉圭茶提取物的影响，低DE值的麦芽糊精(DE10)对茶提取物贮存期内的保护效果最佳，多酚类物质的稳定性和抗氧化活性最好。研究也发现随着DE值的增加，喷雾干燥后的粉末的水分含量增加，复溶时间增长，这可能是因为高DE值的麦芽糊精的分支化程度高，亲水基团多，在粉体状态下更容易与水结合。这一结论与Fazaeli等[19]的研究一致，DE值越低，对黑桑葚粉的干燥效果越好。前期文献主要研究了麦芽糊精对喷雾干燥或冷冻干燥的水果的Tg的影响，说明随着麦芽糊精含量的提升，干燥水果的Tg会随之提升，但并没有考虑Tg还会同时受到物料结构、物料水分含量(或水分活度)的影响，综合考虑干燥物料的Tg曲线和等温稀释曲线将获得更系统性的数据，而且可以用于预测水果干燥过程中加工特性、储藏特性和质构的变化规律。Pycia等[20]以变性淀粉为原料制备不同酶解程度的麦芽糊精，随着DE值的增大，变性淀粉制备的麦芽糊精的Tg会逐渐降低，以二淀粉磷酸酯和乙酰化二淀粉磷酸酯为原料制备的麦芽糊精(DE6)时具有最大的Tg。通过对麦芽糊精的改性或者通过变性淀粉为原料制备麦芽糊精，能够对麦芽糊精作为干燥助剂调节体系Tg的能力进一步优化，定制化制备更具功能特性的麦芽糊精将是下一步值得深入研究的方向。

2 麦芽糊精在包埋方面的应用

麦芽糊精是用于食品微胶囊的良好壁材之一。微胶囊技术已经广泛的应用在生物、医学、食品、农药、化妆品等领域。以食品中常见的风味物质的微胶囊包埋为例，风味物质是芯材，而包埋的材料是壁材，或者被称为载体。一般情况下微胶囊的长度不会超过3mm，根据包埋产物的尺寸可分为：纳米级(1～100nm)和微米级(100～1000nm)[21，22]。对于物质包埋很重要的一步是筛选微胶囊的壁材，好的壁材需要满足以下条件：良好的乳化特性及成膜特性；在高固形物含量下较低的黏度和吸湿性；对芯材较佳的保护性；加工和储藏过程中的稳定性；无味道；价格低廉[23,24]。

麦芽糊精作为微胶囊壁材已经开始应用于一些不同食品领域中，比如包埋功能性油脂，生物活性类物质、风味物质、益生菌等，表1总结了近年来以麦芽糊精为壁材制备微胶囊的研究。大部分关于麦芽糊精作为壁材进行包埋的文献主要研究了不同DE值的麦芽糊精对包埋效果的影响，然而并没有得到一致的结论。Matsuura等[40]研究了不同DE值的麦芽糊精(DE2、DE10和DE25)包埋氢化椰子油的效果，研究发现采用DE10的麦芽糊精包埋的椰子油粉复水后的稳定性较差，这可能是由于DE10的麦芽糊精和乳化剂蔗糖酯有更强的相互作用，从而影响了包埋后油脂粉末的稳定性。而在包埋风味物质时，研究者发现高DE值能够提供更好的包埋效果，更长的货架期，并且能够减少氧气的透过率[41]。Sheu等[42]使用乳清蛋白和麦芽糊精(DE5、DE10和DE15)的混合物采用喷雾干燥的方式对辛酸乙酯进行包埋，他们发现与低DE值的麦芽糊精相比，高DE值的糊精更能减少包埋后的微胶囊表面凹凸不平的现象，从而能够保持微胶囊外壳的功能，在贮存期内不容易发生风味的劣变和损失。虽然高DE值的麦芽糊精对氧气的隔绝和风味释放的效果更好，但随着DE值的增加，淀粉水解物甜度会更高，更容易吸湿，也更容易发生美拉德反应。因此需要综合考虑以上的因素来选择合适的麦芽糊精。此外，尽管麦芽糊精的DE值会影响其作为壁材的功能性，但仅依靠DE值并不足以预测麦芽糊精的包埋效果。最近研究者也发现同样的DE值，其分子量分布却并不相同，麦芽糊精的分子量分布对于判断麦芽糊精的应用特性可能更具有准确性[43]。

表1 近年来以麦芽糊精为壁材制备微胶囊的研究总结

麦芽糊精由于乳化能力较弱，在作为壁材使用时也会和其他具有较佳乳化能力的壁材复配使用，比如阿拉伯胶、牛奶蛋白、其他乳化剂等。Premi等[44]研究了麦芽糊精、阿拉伯胶和乳清浓缩蛋白的不同复配组合在包埋辣木油上的效果，并通过乳液性质、包埋率、油脂粉末的微观结构和氧化稳定性来对包埋效果进行评价，研究发现采用麦芽糊精和阿拉伯胶的包埋效果要优于麦芽糊精和乳清浓缩蛋白，通过观察微观结构进一步发现麦芽糊精和阿拉伯胶组合进行包埋能够使粉末油脂的壁材的微观结构形成连续平滑的表面且不出现裂痕。Fernandes等[45]采用阿拉伯胶、变性淀粉、麦芽糊精和菊粉的组合来对迷迭香精油进行包埋，发现采用麦芽糊精结合乳化性能较好的阿拉伯胶和变性淀粉能够更有效的保留易挥发物质。同样，在对肉桂油树脂进行包埋时也发现麦芽糊精、变性淀粉和阿拉伯胶(1∶1∶4)的组合对风味物质的保护效果要优于单独使用每种壁材的[46]。

3 麦芽糊精在提升蛋白功能特性中的应用

随着食品工业的加速发展，配料市场迫切需要具有功能特性和营养特性的蛋白质作为食品原料。因此一方面要大力开发具有优良特性的蛋白质的资源，另一方面需要对现有的蛋白质进行改造，以满足其在食品中的特殊要求，这就是蛋白质的改性。麦芽糊精主要通过与蛋白质发生美拉德反应，从而改善蛋白的功能特性。在采用美拉德反应实现蛋白质与麦芽糊精的共价接合来改善蛋白质功能特性时，控制反应进程使得反应停留在第一阶段是该技术很重要的一个关键点[47]。

蛋白和麦芽糊精的接枝物中由于引入了多羟基的麦芽糊精，其羟基的亲水性可以使整个分子的溶解性能和乳化性能明显提升。Shepherd等[48]发现与仅使用酪蛋白相比，酪蛋白和麦芽糊精美拉德反应产物的乳化能力有较大的提升。O′Regan 等[49]用麦芽糊精与酪蛋白酸钠的水解物(水解度分别为6%、13%和48%)发生美拉德反应，反应产物能够提升乳液在加速货架期实验(7d，45℃)中的稳定性，与没有反生交联反应的酪蛋白酸钠水解物相比，反应产物提高了蛋白在pH4.0～5.5下的溶解性(增加10%～50%)。Xue等[50]采用干热法制备大豆分离蛋白和麦芽糊精的美拉德反应产物，接枝后的大豆分离蛋白在等电点处的溶解度极大的提升，从蛋白结构上接枝后的大豆分离蛋白的α-螺旋和β-折叠程度下降了，而无规则卷曲增多。研究者也发现控制蛋白与麦芽糊精发生初期美拉德反应的反应条件非常关键。Wang等[51]用麦芽糊精与乳清分离蛋白在不同pH条件下(pH4～7)进行美拉德反应，在pH6下蛋白接枝物的接枝程度高、表面疏水性低、等电点低、热变性温度高，使得反应产物的热稳定最好。不同蛋白与麦芽糊精进行美拉德反应后，控制适宜的反应条件都能够对蛋白功能性质有提升，也这将拓展蛋白在更多食品应用领域的使用。Semenova等[52]进一步探讨了不同DE值的麦芽糊精对豆球蛋白热动力学特性的影响，采用不同DE值(DE值2、6和10)的马铃薯麦芽糊精和豆球蛋白进行美拉德反应，发现用DE值10的麦芽糊精进行反应时蛋白接枝物的亲水性提高的更为显著，表面活性也会下降。麦芽糊精的DE值与其分子量是呈反比的，DE值越大，平均分子链长越短，表明在麦芽糊精与蛋白的接枝反应中，DE值会对终产物的溶解性和表面活性产生重要的影响。Mulcahy等[53]采用湿热法研究了麦芽糊精(DE值6、12和17)，玉米糖浆固体(DE值30和38)和乳清蛋白美拉德反应产物的特性。相同反应时间下，随着DE值的增大，接枝反应的程度增加。麦芽糊精(DE值6)与乳清蛋白反应后能更好的增加乳清蛋白在50mM氯化钠溶液中的热稳定性。目前鲜见研究者对不同DE值的麦芽糊精与蛋白的反应产物的组成进行进一步分析和研究。

4 小结

麦芽糊精由于具有许多优良特性，近年来在食品工业中得到广泛的应用，除了作为食品的填充剂和增稠剂之外，研究者们也逐渐发现麦芽糊精作为干燥助剂、包埋壁材和提升蛋白功能特性上的作用，进一步扩展了麦芽糊精的应用场景。麦芽糊精的应用特性与其结构和糖组成密切相关，仅通过DE值来指导麦芽糊精的应用是远远不够的，即使相同DE值的麦芽糊精也可能会有截然不同的功能性质。随着对麦芽糊精功能性要求的提高，通过酶法改变麦芽糊精的精细结构，生产具有定制化糖组成的麦芽糊精，并建立糖组成与麦芽糊精功能特性的关系将成为麦芽糊精开发的研究重点。