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1、环状糊精在食品工业中的应用生命科学学院 管亚俊摘要:环状糊精因其特有的结构性质而可以应用于多个领域。本文概述了环状糊精的结构、性质及国内外的研究进展;综述了它在食品工业上的应用 ,并对其应用前景进行了展望。关键词:环状糊精,食品工业,应用The Application of Cyclodextrin in Food Industry Department of Life Science Guan YajunAbstract : Because of its special structure ,cyclodextrin can be applied many fields. The artic
2、le introduces its structure , characteristic and the development at home and abroad. It summaries the application of cyclodextrin in food industry and gives a prospect for the application of cyclodextrin. Key words : Cyclodextrin ,Food industry ,Application引言环糊精(Cyclodextrin, CD)又名 Schardinger 糊精，是由
3、环糊精葡萄糖残基转移酶(Cyclodextrin glycosyltransferase, CGTase)作用于淀粉、糖原、麦芽寡聚糖等葡萄糖聚合物而形成的由 612 个 D-吡喃葡萄糖基以 -1,4-葡萄糖苷键连接而成的环状低聚糖1 。已知的有:由六个葡萄糖分子组成的 环状糊精,七个葡萄糖分子组成的 环状糊精, 由八个葡萄糖分子组成的 环状糊精,以及由九个葡萄糖分子组成的 环状糊精。环状糊精的基础研究早在 30 年代开始。由于环状糊精很难被分解，结晶性良好，当时被称为木粉。1891 年 Villers 首先发现环糊精并对其进行了分离。1901 年 Schardinger 对其重要的理化性质进
4、行了描述，并指出要朝着环糊精结构研究和产品制备的方向开展工作。早在 1938 年就证实了环糊精能形成包埋复合物，但直到二十世纪五十年代环糊精包埋复合物的研究才趋于成熟，并且发现环糊精在一些反应中具有催化作用2 。1960 年日本首次进行了环糊精的中试生产，此后三十年内环糊精才真正进入了工业化生产阶段。在我国，谈家桢等于 1950 年报道了以软化芽孢杆菌作用于淀粉生产环糊精，二十世纪八十年代后期又开展了利用嗜碱芽孢杆菌生产环糊精的研究，江苏省食品发酵研究所于 1978 年首先开始了环糊精的生产研究，并于 19821983 年进行了扩大试验1。由于环状糊精的酶被逐渐发现，以及生产技术、工艺不断被完
5、善，生产量增加，使得环状糊精能较为廉价地供应市场需求，并且在食品、医药、农业、轻工、环保等方面被广泛利用起来。最引人注目的是环状糊精在食品工业中的应用，因其有着抗氧化、抗光热、防挥发、防潮、防腐、去除异味及有害成分、乳化增泡等功能可作为多功能食品添加剂。环状糊精的结构与性质环状糊精具有特殊的中间立体结构，其分子外形呈圆台状，没有还原端和非还原端即无还原性。这种结构很稳定，不易受酶、酸碱、热等条件作用而分解3。环状糊精在碱性介质中很稳定，但强酸可以使之裂解；只能被 -淀粉酶水解而不能被 -淀粉酶水解，对酸及一般淀粉酶的耐受性比直链淀粉强；在水溶液及醇水溶液中，能很好地结晶；无一定熔点，加热到约
6、200开始分解，有较好的热稳定性；无吸湿性，但容易形成各种稳定的水合物。在环状糊精的空洞结构中,洞内由 C1 、C4 和 C5 的氢形成疏水区,相反,在分子的外侧上端由 C6 的伯羟基构成,下端由 C2 和 C3 的仲羟基构成,具有亲水性,故环状糊精的主要特征是疏水性空洞内可嵌入各种有机化合物,从而形成稳定的络合物4。一,使易挥发性物质稳定;二, 稳定对热、光、空气不稳定的物质;三,改变物质的物理和化学性质;四,改变被包络物的反应性能。因环状糊精有形成复合体的能力,且无毒性,安全性好,因而可应用在许多方面。环状糊精在食品工业中的应用环状糊精在食品方面的用途广泛。食品工中使用环状糊精,使产品成分
7、抗氧化、光、热和挥发, 保持产品性质稳定不变;排除苦涩味和臭味 ;防止吸潮和防潮解;防止腐败;以及改进食品美味和气味等,以便长期保持和提高食品品质,生产贮运方便 ;改进膳食的质量。下文 ,我们将具体讨论环状糊精在食品中的应用。1、稳定香料、香精食品中各种香气成分以及食用香料、香辛遇光、热等都易挥发、分解，从而使其失去了特有的风味，降低了食品质量5。由于环状糊精具有多孔性,可持稳定,如食品加工中用的玫瑰油、麝香酮、月桂醛、茴香脑、芫荽醇等香精易于挥发易受空气、日光氧化分解,用环状糊精包接成结晶复合物, 挥发性和氧化显著缓慢, 便于长期贮存或在食品中保持。芳香和辛辣调味料提取出的油,如桂叶油、薄荷
8、油、柠檬油、肉桂油、蒜油、胡萝卜油、葱油、香兰素、橙油、茴香油等芳香油,一般不稳定,用环状糊精包接的复合物,在贮存中的挥发、氧化、热分解都大为减低,用于食品制造有相当高的稳定功效, 可用于各种食物和罐头的生产,如肉食、烙饼、糕点、速食或速溶食品、调味品等香料的保持和防止香料分解引起的颜色改变。香辛辣料用环状糊精直接包接, 效果也很显著, 如胡椒和芥末粉用环状糊精包接,可长期稳定其香味 ,如用环状糊精包接后 ,烘烤时香味散发少, 吃时自然味更浓。高挥发性食品香料同环状糊精包结成复合物，再与动物油或植物油混合，能在高温下保持稳定。用于食品烘拷和制造罐头食品；速溶饮料的制造和贮藏过程中，原有的香味常
9、易损失，在饮料中添加一定量的环糊精则可以保持其长久香味6。茶叶、咖啡豆在浸出或干燥时，原有的香味常易损失。若加环状糊精可以保持。薄荷醇在食品中是很有用的香料但其挥发性强会产生强烈的刺激，用 -环状糊精对薄荷醇包合，能有效阻止挥发，且随温度升高，包合物中薄荷醇的释放率增加7。因此在食用含薄荷醇的食品时，可随口腔温湿度的变化而释放清凉的薄荷香味。甜橙油可以用来调配各种不同的橙味香精，也可配入其他味感的香精中，以增加其清新飘逸感，但是甜橙油的主要香味成分苧烯对光、热和氧气十分敏感，在贮存和加工工程中容易损失和变质，用 -环状糊精将其微胶囊化，可减少甜橙油中苧烯的损失。2、保护天然色素合成色素具有不同
10、程度的毒性，因此从人体健康的角度考虑不是理想的食品添加剂。天然色素色泽自然、种类繁多，不少具有营养价值，有的还有一定的保健作用，尤其安全性为人们信赖。但天然色素大多数不稳定，易受氧气、紫外线、热、酸、碱、作用而退色或变色。而环状糊精能很好地包结类胡萝卜素、叶绿素、黄酮类色素、多酚类、醌类色素以及其他天然色素，稳定色素。若包结同时使用还原糖、抗坏血酸、维生素 E 等还原剂，抗氧化效果更佳。例如 -环状糊精包结溶液在 100。加热 60 分钟后色素保留90 而未经处理的只含 70。3、除臭去苦环糊精除去食品中的臭气和苦涩味的效果特别显著。生鱼、咸鱼和其它海味品、羊肉和其它肉类、动物内脏、奶制品、粮
11、食、大豆制品等用环糊精处理后能除去不快气味。蔬菜加工品中特有的臭味也可用环糊精除去。柑橘汁中的桔皮苷、柚皮苷和柠檬苦素有较重的苦涩味，溶解度小，使桔汁带苦味并形成浑浊，不易澄清，不利于制造瓶装和罐装产品，加入环糊精后沉淀完全消除，苦味也消失，而且不影响产品质量。干酪素水解物是极易消化的蛋白质来源，但其苦味是一严重问题，加入一定量的环糊精后苦味消失。冰淇淋、冰牛奶、冰棍等冷食中的奶油有独特的臭味，口溶性也差，加入0.5% 10% 的环糊精包接后风味得到改善 12。4、脱去有害物质胆固醇过高是引起心血管疾病的主要原因之一, .- CD 对胆固醇有很好的吸附效果。Smith 等人将.- CD 及水加
12、入蛋黄中, 于 50下反应 10 分钟, 可去除 89. 2%的胆固醇。将.- CD 加入奶油中, 于 40反应 200 分钟, 反复 2 次, 几乎可将胆固醇完全去除。同样, 以.- CD 加入猪油中, 于 42反应 4 小时, 胆固醇去除率约为 95%。应用于牛奶方面, 可以将胆固醇除去约 98% , 这样可得到现代人追求健康所需要的低胆固醇食品。柑桔罐头糖汁呈白浊状和具有苦味是由于柚皮甙或柠檬苦素等引起。在柑桔汁中加入 0. 4% 左右的.- CD 后, 感官检查证明, 苦味明显降低 , 而糖类、维生素 C 及其它营养成分和风味没有影响。CD 能与尼古丁形成包结化合物, 用于香烟过滤嘴中
13、, 除去尼古丁和烟焦油的效果好。一个普通香烟过滤嘴为醋酸纤维制造, 直径 8 mm, 长 17 mm, 混入 80. 5 mg .- CD, 接于一支香烟上, 吸烟速度为 200 ml/ min, 滤嘴吸收 2. 1 mg 尼古丁和 40. 2 mg 烟焦油。不加 CD 的对照滤嘴只吸收 0. 9 mg 尼古丁和 7. 5 mg 烟焦油。5、防潮保湿-CD 既可作为食品防潮剂，也可添加于肉制品中，增加肉品的保湿性，改进肉品质地。将 10 份 -CD、5 份豆油和 5 份水混合成包接物，再与 300 份砂糖混合，干燥成粉，可作为糖果的抗潮解剂。添加该抗潮解剂的糖果在 30、相对湿度为 80%的空
14、气中放置 48h，完全不会吸水潮解；将此抗潮解剂涂于蛋糕表面，在相同条件下放置 24 小时，蛋糕无任何改变。 由于状糊精吸湿性低，面条中加少量 环状糊精，存放三日，具有明显保鲜效果。6、延长贮存期，保质保鲜由于状糊精吸湿性低，面条中加少量 环状糊精，存放三日，具有明显保鲜效果。面包中添加一定量的 环状糊精可有效延长面包干缩时间；环状糊精可防止较多的点心食品中油脂氧化酸败，延长保质期。7、乳化增泡环状糊精具有亲水性和疏水性，可作为油和水的乳化剂。添加于含油量高的蛋黄酱、色拉油、调味油、奶油等食品中都能得到稳定性高的乳化剂。 某些含油量高的饮料,如冰淇淋、咖啡、搅和奶油、调味油、无蛋蛋黄酱等食品添
15、加环状糊精,可行成长期稳定的乳状悬液。用脂肪酸、甘油、甘油脂和 环状糊精做乳化剂,加入其他原料,可制成乳化性能良好的各种液体、膏状加工油脂食品, 乳化状态稳定,保存一个月,品质不变。用 环状糊精调制的乳化食品还具有透明感和可塑性。冷冻蛋白和粉末蛋白的气泡力比新鲜蛋白显著降低下,传统的做法是添加烘烤糊精,但起泡力环状糊精,效果显著 ,起泡力大。糖和糖醇加表面活性剂和 环状糊精制成的粉末状物质用作烘烤食品添加剂, 可增大乳化起泡力。在酪蛋白溶液中加入环糊精，对其发泡能力及其持泡能力均有改善，环糊精与酪蛋白之间存在一个最佳浓度范围，并受 pH值的影响，一般高 pH 值有利于改善其发泡能力及保水能力
16、138、食品保藏CD 在食品中的另外一个应用是含 CD 的食品包装材料。CD 可以给食品包装材料提供双倍的好处: 第一, CD 降低了包装材料中残留有机挥发性污染物的含量。第二, CD 改善了包装材料的阻隔性能( 扩散速率和传输速率), 从而在保持食品质量和安全性的同时还改善了食品的感官性质 10。许多 CD 络合物都可作为抗菌剂或防腐剂用于食品。比如 , 011% 的碘- B- CD 络合物可以使鱼糜或冷冻海产品在 20e 下贮藏 2 个月而不发生腐败 11。另外, 天然存在的挥发性组分比如乙醛具有很好的抗真菌性能, 但是其挥发性限制了其在采后的应用。利用 B- CD- 乙醛络合物来降低或防止浆果采后可能发生的疾病, 以便在贮藏、销售和消费者购买过程中来提供抗真菌的挥发性成分 12。将 CD 结合到一些用于鲜切水果或蔬菜的包装中, 利用 CD 可与一些疏水性的抗菌分子结合形成络合物
