β-环状糊精概述.doc

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β-环状糊精概述

摘要：

本文综述了β-环状糊精的结构、性质及其在食品中的应用，主要介绍β-环状糊精的包合作用在食品中的应用及其发展前景。

关键词：

β-环状糊精包合作用食品工业应用前景

β-Cyclodextrine

AbstractThispaperreviewedtheβ-Cyclodextrinestructure,propertiesanditsapplicationinfood,mainlyintroducetheβ-Cyclodextrineclathrationinfoodapplicationsandtheprospectofdevelopment.

Keywordsβ-Cyclodextrine,inclusioncompounds,foodindustry，application,prospectofdevelopment

前言

环糊精的制造及其应用进展较快,尤其是β-环状糊精在医药和食品工

业领域的发展。

1978年,日本成为第一个成功地利用生化方法生产环糊精的国家,之后美国、法国、匈牙利也发展成为生产环糊精的主要国家。

β-环状糊精是由软化芽抱杆菌产生的葡萄糖基转移酶作用于淀粉产生的一种低聚糖。

它是环状分子结构,外围具有亲水性,内部具有疏水性,

所以内部空隙可包合其他物质形成包合化合物。

由于其独特的结构和性能,已使之在国外食品工业中被广泛地应用,在国内也开始重视β-环状糊精的应用。

本文综述了β-环状糊精的结构、性质及其在食品中的应用，主要通过其结构和性质介绍β-环状糊精的包合作用在食品中的应用及其发展前景。

1.β-环状糊精的结构

β-环状糊精（β-Cyclodextrine,简称β-CD）是由淀粉经酶发酵生成的,由七个D-（+）-吡喃葡萄糖组成,其每个葡萄糖都取椅式构象,通过α-1,4-糖苷键首尾相接形成一个环状分子,具有一个略呈截锥形的圆筒结构。

每个单糖C2、C3上含有的两个仲羟基,处于锥形圆筒开口较大的筒口上,并且都朝一个方向按顺时针排布,其C6伯羟基则处于锥形圆筒开口较小的一侧。

如图所示：

这样β-CD分子外侧因布满了羟基而显亲水性,与此相对应，在β-CD内部（圆筒内）就成为憎水性，其锥形圆筒内侧有两圈C3、C5上的氢原子，碳氢键中间夹着一圈缩醛氧原子（醚环）结构,具有较强的疏水性,这种憎水性内腔可与烃或烯烃形成稳定的络合物，还能包结多种客体分子。

因此β-CD具有分子囊的美称。

2.β-环状糊精的性质

2.1β-环状糊精的物理性质

分子式：

（C6H10O5）7

分子量：

1135

β-环状糊精是白色结晶，在水中比较容易结晶。

如表1-1所示，β-环状糊精在水中的溶解度比较低，室温下溶解度为1.85%，随着温度增加溶解度增加；不溶于一般有机溶剂，但在吡啶、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和乙二醇中能够微溶。

β-环状糊精具有高度的选择性、可食性（没有毒性）、化学性质稳定、易于分离；不具有吸湿性，但是容易形成稳定的水合物。

在相对湿度50-70%之间的水合程度相当于每分子β-CD吸收10-11个水分子（含水量13.7-14.8%）。

它可以包络各种化合物分子，增加被包络物对光热、氧的稳定性，改变被包络物质的理化性质。

例如，可吸附非极性的物质如胆固醇，因其内径刚好可容纳一胆固醇分子。

其原理主要是利用胆固醇具有些微的界面活性，会聚集油－水的界面，利于水相中β-CD的包合，形成冷水不溶的β-CD－胆固醇复合物，经离心可将其从食品中分离出来。

胆固醇的去除率随β-CD浓度的增加而提高，但添加过多的β-CD，由于分子间彼此竞争，会使胆固醇的去除率降低。

2.2β-环状糊精的化学性质

由于β-环状糊精分子中没有可还原的端基，它一般作为一种非还原性的碳水化合物参与化学反应。

β-环状糊精对碱稳定，在碱溶液中不易降解。

β-环状糊精在酸溶液中部分水解生成葡萄糖和系列开环的麦芽糖二酸盐。

β-环状糊精对β-淀粉酶稳定,不被酵母发酵。

β-环状糊精还能通过以下途径生成β-环糊精衍生物：

①取代二个或更多的环状糊精端羟基或次羟基上的H；

②取代一个或多个端轻基或次经基；

③通过过氧化物的氧化破坏1个或多个C2~C3键

由于其独特的结构和性能，β-环状糊精的应用越来越受关注，逐步广泛应用于食品工业，化学工业，医药等行业

表1-1β-环状糊精的溶解度与温度的变化关系

温度（℃）

15

20

25

30

40

50

60

70

80

90

溶解度（克/100ml水）

1.35

1.55

1.85

2.25

3.52

5.62

9.06

15.30

25.30

39.70

3.β-环状糊精在食品工业中的应用

β-环状糊精的特殊结构使之具有了许多特性：

①提高“客体”分子对氧化,水解、光和热的稳定性。

②改善了食品的气味和风味,即掩盖

了不愉快的气味和风味。

③保持易挥发物质的长期稳定。

④改变物质的物理和化学特性,如提高难溶和不溶物质的溶解度。

由于β-环状糊精具有上述特性,故在食品工业中可应用如下几个方面：

①包缠维生素和色素等不稳定性的成份,提高它们的稳定性。

②包缠香精、芳香的调味料,减少其芳香成份因挥发而造成的损失。

③β-环状糊精良好的乳化性,可与食用油混合,这样混合物可直接加入水溶液中。

④由β-环状糊精调配的乳化食用油脂还具有透明感和可塑性。

⑤用于掩盖不愉快的气味和风味,如芥子油中使用可改善其气味和风味。

⑥用于防潮和保湿。

固体饮料中加入β-环状糊精,可大大延长产品保存期,减少由于产品吸潮而影响产品质量的现象。

在肉类制品中β-环状糊精则可用作粘结剂,增加产品弹性,保湿,防止水分挥发。

即，

（1）去除食品中的胆固醇

胆固醇是一种与食品营养密切相关的重要脂质，目前食品和医药工业界正努力降低蛋、乳制品等各种食品中的脂防和胆固醇含量。

曹劲松等在国内首次探讨了用β-CD包合法脱除食品中胆固醇的工艺，并对该法用于鸡蛋和重制奶油等食品体系的有关工艺参数进行了优化；吕春等探讨了用β-CD法去除稀奶油中胆固醇的最佳条件：

首先向稀奶油中添加质量分数为8.5%的β-CD，并在30℃20MPa下均质10min，然后在4℃时静置30min，最后以4000r·min-1离心10min，胆固醇去除率可达到84.21%。

其原理主要是利用胆固醇具有些微的界面活性，会聚集油－水的界面，利于水相中β-CD的包合，形成冷水不溶的β-CD－胆固醇复合物，经离心可将其从食品中分离出来。

（2）蔬菜保鲜和防腐

β-CD可以作为杀菌剂的包埋剂，经过一段时间后，被β-CD包埋的杀菌剂会释放出来或在一定湿度下被激活，从而抑制霉菌的生长，将此放入蔬菜中可降低其腐败速度，并防止变色。

研究证实，β-CD可与绿原酸形成包合物，从而阻止多酚氧化；2-羟丙基-β-环糊精具有更好的包合效果，在同样的储存条件下可通过调整其在果汁中的浓度，完全阻止或减缓酶促褐变的发生。

在脱水蔬菜加工过程中，可以通过预处理工艺，使β-CD分子渗入蔬菜组织内部，采用亲水性β-CD处理后的蔬菜（糊精处理浓度以10～20%为宜），既能阻止其在干燥时收缩变硬，提高产品外观品质，又能使复原过程中水分容易浸透，提高其复原率。

（3）保护天然色素

合成色素由于具有不同程度的毒性,因此从人体健康角度考虑不是理想的食品添加剂。

天然色素安全、无毒,是理想的“绿色添加剂”。

但由于天然色素大多都很不稳定,易受热、光、酸、碱作用而退色,使其应用受到限制。

而β-CD可以很好地包接

β-胡萝卜素、黄酮类色素、核黄素、胭脂红等酿类色素、叶绿素等叶琳环色素类等，形成复合物，保持稳定。

例如β-胡萝卜素与β-CD包接溶液在100℃加热60分钟，色素保留约90%，未经处理的样品只含有7b%。

番茄酱加0.2%β-CD，搅拌半小时，在10℃加热2小时，红色不退，而对照样则明显退色。

（4）防挥发，抗氧化、光解和热解。

食品中所添加的各种芳香物质以及本身的风味物质，例玫瑰油、麝香酮、月桂醛、葵醛、鸢尾油、茴香脑、芫荽醇等食品添加剂易挥发，并且在空气、日光下易发生分解，影响其风味及品质；但是将其与β-CD包接成结晶复合物，可使挥发性和氧化性显著减缓，便于长期贮存或在食品中保持。

①将薄荷醇用β-CD包合，可以减少其在加热过程中的损失。

例如，将10000份糖加热至160℃、并加入10份β-CD、10份薄荷醇和100份水的混合物，再加热至180℃浓缩，按常规法制成透明硬果糖，可使薄荷醇的损失明显减少。

②将香辛辣料用β-CD包合也可取得明显效果。

随着时间的增长，用β-CD包合的香辛成分的残留率明显高于未用β-CD包合的香辛成分的残留率

③在调味膏制造中添加β-CD，例在40℃放置40天后，膏中丙烯芥子油的含量可以保留63%，而不加β-CD的对照组，10天后保留30%，20天后仅保留6%。

（5）防潮

β-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β-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。

（6）消除食品异味，改善食品风味

β-CD可以显著脱除食品中的异味和苦涩味。

如在鱼肉制品加工过程中添加0.5～2%的β-CD，可去除鱼肉的腥臭味；在豆奶饮料中加入2～5%的β-CD，可显著减少豆腥味；在萝卜、西红柿、芦笋加工过程中加入β-CD，可除去加工中产生的异味；柑桔汁中的桔皮苷、柠檬碱、柚皮苷等苦味物质严重影响产品的风味和澄清度，

加入0.3～0.5%的β-CD，可去除49～55%的苦味物质,β-CD夏橙、葡萄果汁也有同样效果;在陈米蒸煮时，每100g大米中添加10～400mgβ-CD，可去除陈米中的不愉快气味和泥腥味。

（7）延缓香精的释放

β-CD对薄荷醇具有包合作用，且

随温度升高，包合物中薄荷醇的释放率增加，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，在贮存和加工过程中容易损失和变质，用β-CD将其微胶囊化，可减少甜橙油中主要香味成分苧烯的损失。

（8）促进食品乳化、发泡

含油量高的饮料、冰淇淋、蛋黄酱、冰淇咖啡饮料、搅拌奶油和调味汁等食品中添加β-CD，可生成长期稳定的悬浊液；在烘烤食品中添加糖（或糖醇）、表面活性剂与β-CD的混合物，可显著增大面包体积，增强面包的抗老化，有效延长产品的货架期的作用。

（9）液体饮料的粉末化

β-CD的包合结构可将饮料、酒、果汁等液体食品改变成固体粉末,从而减小了产品的体积,提高了产品的稳定性,便于运输和贮藏。

国外已有报道将威士忌和其他酒类用β-CD包接而成粉末酒，使用时渗入热水即成饮料酒，据称这种产品可以保存五十年不变。

又如，日本也正在深入研究蜂蜜、酵母浸青、大豆磷脂、含醋调味液、酱油、豆酱的粉末化。

（10）对茶有保质保鲜作用

β-CD在茶饮料生产中功效显著,可减少茶乳酪的产生,保持茶饮料原有的风味;对不良风味起到掩蔽作用;对茶汤中的色素物质也具有包埋作用;可防止光、热、氧等不良因素对茶饮料的影响。

在速溶绿茶中加入β-CD，可显著

提高产品保质期。

与糊精、麦芽糊精和可溶性淀粉对速溶茶的芳香微胶囊相比，β-CD的包埋效果最佳，其产品的耐贮藏性最好，因此可作为速溶茶的增香手段。

同时，在速溶茶加工中，β-CD可作为赋形剂，添加后可降低其吸湿性，并利于保持其分散性和耐贮藏性。

在茶饮料或咖啡饮料加工中，可使用β-CD柱分离技术去除茶饮料或咖啡饮料中98%的咖啡碱，减轻饮料苦味；儿茶素是茶汤中的主要沉淀物之一，也是产生苦涩味的主要物质，使用β-CD柱分离技术可脱除红茶、绿茶等饮料中的儿茶素。

4.前景

随着社会经济发展的日益加快和人民生活水平的不断提高，人们越来越关注食品质量及其色香味，因此对食品添加剂的要求越来越高。

由于β-CD具有特殊的结构，利用现代生物工程技术将其与食品添加剂或食品本身通过包埋、包接等方式相结合，可有效改善食品的有效营养成分和口感。

但由于其分子中和C2，C3的羟基之间形成了分子内氢键而使其水溶性较差,使其应用受到了限制，同时也推动了找寻较大水溶性的β-CD衍生物的研究工作,β-CD分子内与分子间的氢与羟基结合致使其水溶性较低,C2，C3，C6位置的羟基引入烷基（甲基、羟丙基及羟乙基），可阻止氢键的生成，使原β-CD的理化性质有了改变,特别是增加了它们的溶解度，使β-CD的应用研究具有相当大的潜力和广阔的前景。

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