醣類資源的利用與開發 張瑞珠整理
醣類的定義 指多醇類之醛或酮衍生物又稱為碳水化合物 只含碳 氫 氧三種元素, 且氫氧元素的比例為 2:1, 與水相同 (H 2 O) 簡單的醣如葡萄糖 果糖等, 在食物中可提供甜味 較複雜的醣類如澱粉 纖維素 半纖維素 果膠物質等
澱 粉
榖類主要成分為澱粉, 不同來源的澱粉, 加工特性也不同 澱粉又分為天然澱粉及修飾澱粉 天然澱粉又有來自地上的小麥澱粉 米澱粉 玉米澱粉及來自地下的甘藷澱粉 馬鈴薯澱粉及樹薯澱粉
天然澱粉澱粉由直鏈澱粉 (amylose) 及支鏈澱粉 ( amylopectin) 組成 直鏈澱粉 : 直鏈澱粉為葡萄糖以 α D1,4 鍵結連接成直鏈狀, 僅少數的支鏈存在, 平均每 500 個葡萄糖分子才有 1 個支鏈存在 支鏈澱粉 : 支鏈澱粉在分支處為葡萄糖以 α D1,6 鍵結, 而直鏈部分仍然為葡萄糖以 α D1,4 鍵結 平均每 20~25 個葡萄糖分子有一個分支處 一般澱粉粒約含 20~50% 直鏈澱粉及 75~80% 支鏈澱粉, 而糯米澱粉則幾乎 100% 為鏈澱粉所組成
圖直鏈澱粉 (amylose) 6
圖支鏈澱粉 (amylopectin) (a)(c) 及肝醣 (b) 7
表 1 直鏈澱粉及支鏈澱粉之特性比較 種類粘度老化速率碘液反應 直鏈澱粉較小快 呈藍黑色 支鏈澱粉較大慢 呈紫紅色
澱粉的性質與功能 提供動物生長代謝所需熱量結構 結晶區 非結晶區 加工上 不溶於冷水 冷卻後口感變差 糯米質澱粉於冷藏或冷凍中易結塊或離水
澱粉的性質與功能 澱粉水溶液加熱, 會產生糊化與增黏作用 糊化 澱粉顆粒膨脹 結構被破壞, 有利消化酵素作用溶解性增加 增黏作用 澱粉老化 澱粉加熱冷卻後, 澱粉結構會部分回復 口感變差
修飾澱粉 澱粉經過不同物理處理 化學修飾及酵素修飾後, 能產生性質相異的修飾澱粉 其應用範圍廣泛, 可配合加工技術而生產千變萬化的加工食品
修飾澱粉 - 預糊化澱粉 透過蒸煮之化學處理將澱粉轉變為預糊化澱粉產物 性質 可迅速溶於冷水而膨脹 抗熱酸攪拌性質 抗結凍 解凍性質 康寶濃湯 早期需冷水攪拌煮沸 現在熱水直接煮
修飾澱粉 - 酸修飾澱粉 添加鹽酸, 在 50 下使澱粉之非結晶區部分受到分解破壞, 而結晶區的部分則保持完整不受影響 酸修飾澱粉可降低澱粉之糊化溫度及溶解度, 且使其膨潤度減低, 粘度下降 應用 膠質糖果 西點的保護套膜
修飾澱粉 - 安定化澱粉 以化學藥劑使澱粉進行酯化及醚化反應 使糊化溫度下降及回凝作用減少 應用 冷凍 - 解凍時保持穩定的澱粉, 可添加於沙拉醬 派餡及其他食品中做為增稠劑 冷凍水果派 肉醬汁 烘焙食品 及時布丁 派充填物
修飾澱粉 - 交鏈澱粉 係利用多官能基試劑和澱粉分子中的不同位置的羥基結合, 使其形成分子間或分子內的架橋 交鏈澱粉可抵抗劇烈攪拌, 在酸鹼或鹽濃度高時能有好的安定性, 並在高壓蒸氣中具抵抗膨潤的特性 主要功能 增稠劑 安定劑, 應用嬰兒食品 沙拉醬 水果派 抗凝膠性 抗回凝作用及抗離水性 冷凍 - 解凍安定性
修飾澱粉 - 氧化澱粉 利用氯酸鈉或次氯酸鈉氧化澱粉 降低直鏈澱粉之結合傾向, 而抑制回凝之趨勢 主要應用 中性黏度 軟性膠體之產品 用於肉類或魚類產品, 以提高其黏聚力
澱粉糖 定義 : 澱粉以酸或糖化酵素水解, 生成以糖類為主的混合物, 例如麥芽糖飴 葡萄糖 異構化糖漿等, 均溶於水, 具有甜昧, 總稱為澱粉糖 (starch sugar) 酸 : 草酸 鹽酸 硫酸 酵素 : 麥芽 細菌 黴菌等所產生的酵素
D.E. 值 ( 葡萄糖當量 ;dextrose equivalent): 表示固形物中還原糖 ( 以葡萄糖計算 ) 的量 結晶葡萄糖的 D.E. 為 100 其他澱粉糖因含有中間水解物, 其 D.E. 為 25~50 澱粉糖依水解程度 ( 糖化度 ) 的不同, 在甜味度 溶解性 粘度 結晶性 吸濕性等性質上有差異
澱粉糖 - 麥芽糖飴 原料主要為玉米殿粉 馬鈴薯澱粉 甘藷澱粉及樹薯澱粉
澱粉糖 - 葡萄糖 澱粉乳液加澱粉液化脢於 90 液化 冷卻至 55 時, 加澱粉葡萄糖脢 (glucoamylase), 於 55 保持 48~60 小時, 使其進行糖化, 再如麥芽糖飴一樣進行精製, 依結晶方法的不同, 可得到精製葡萄糖 含水與無水葡萄糖
澱粉糖 - 異構化糖漿 製程 : 澱粉經糖化使葡萄糖含量達 95% 以上, 精製後使用葡萄糖異構脢 (glucose isomerase) 或鹼, 將葡萄糖異構化為果糖, 經過精製 濃縮, 所得到的, 稱為 異構化糖漿 ( isomerized syrup 高果糖糖漿 ( high fructose syrup 高果糖玉米糖漿 (high fructose corn syrup; HFCS)
高果糖糖漿 中國國家標準 - 果糖含量 40% 以上 ( 乾物計 ) 種類 : 42% 果糖將葡萄糖液通過固定化異構脢 (immobilized isomerase) 的酵素塔, 可得到果糖含量 42% 的異構化糖漿 90% 果糖 42% 的異構化糖漿使用果糖分離裝置分離除去葡萄糖, 則可得到純度 90% 的果糖 各種含量的果糖糖漿 : 將 90% 的果糖與異構化糖漿混合, 可配製不同果糖含量的異構化糖漿
高果糖糖漿 性質 : 異構化糖漿是以葡萄糖和果糖為主成分, 尚含有若干寡糖的糖液, 具有類似轉化轄的性質, 滲透壓較蔗糖高, 耐熱性低, 加熱時易褐變 用途 : 清涼飲料 冷飲 乳酸飲料 水果罐頭 麵包 醃漬物及糕餅等
纖維素
纖維素為植物細胞壁基本結構之一, 多半與半纖維素及木質素結合 結構
微晶纖維素 纖維素的非結晶區受酸分解, 而只留下少量之抗酸性結晶區 商品名 Avicel 應用於不被人體消化的填充劑及食品組織的控制劑 低能量食品
CMC-Na( 羧甲基纖維素鈉 ) 天然纖維素經化學改性後的纖維素衍生物 理化性質 : 具有一般天然膠和合成膠所沒有的特性 為白色或微黃色具有流動性的粉末 無臭 無味 無毒 不易燃, 不霉變 易溶於水中成為透明的粘稠狀溶液 水溶液具有良好的增稠 粘合 乳化 穩定 成膜 保溼 賦形 懸浮 抗霉等性能 CMC 水溶液於水溶液性動物膠 甘油 山梨醇 阿拉伯膠 果膠 黃原膠以及可溶性淀粉均可互混
用途 : 具有增稠 乳化 賦形 膨化 穩定等多種功能, 可代替明膠 瓊脂 海藻酸鈉的作用 可以降低生產成本, 提高食品等級 改善口感 保健 保鮮 延長保質期 廣泛使用於冷飲制品 罐頭 糖果 糕點 肉制品 餅幹 方便面 卷面 速煮食品 速凍風味小吃及各種固體液體飲料 乳酸飲料 奶制品及酒類
甲基纖維素 不被人體消化, 不提供熱量 烘焙食品中添加甲基纖維素可增加吸水性及保水性, 進而提高油炸食品的抗吸油性 ( 甜甜圈 ) 抑制離水即充填劑 醬油 肉品 水果及蔬菜 沙拉醬汁乳化安定劑即增稠劑 食品可食性外膜
思考 - 生質酒精 澱粉與纖維素都是由葡萄萄所構成的聚合物 澱粉 纖維素 水解 發酵 葡萄糖 生質酒精
幾丁質與幾丁聚醣
幾丁質 (Chitin) 幾丁聚醣 (Chitosan) 幾丁質 幾丁聚醣 (Chitosan), 又名甲殼素 幾丁質經過去乙醯化反應後, 即得幾丁聚醣 幾丁質是廣泛存在於自然界的含氮多醣類生物性高分子, 主要來源為蝦 蟹 昆蟲等甲殼類動物外殼與軟體動物的器官 ( 例如烏賊的軟骨 ), 以及真菌類的細胞壁等 蘊藏量 - 天然高分子中占第二位, 估計每年自然界生物的合成量可達 1 10 11 噸, 僅次於纖維素
幾丁聚醣生的理調節機能 抗癌 改善消化吸收的機能 減少脂肪及膽固醇的攝取 降低高血壓 強化免疫力等 動物試驗證明口服幾丁質可以使血液中膽固醇的量降低, 其原因是幾丁質會和食物中的脂肪類物質結合, 阻止脂肪在腸胃中的消化吸收, 因此可做為減肥保健食品
食品工業用途 凝結劑 從液體產品中除去懸浮顆粒, 以增加透明度 提高液體產品品質或提高固體產品回收率 是處理廢水, 回收蛋白做為動物飼料使用, 減少水的污染 食品填充劑 增稠劑 穩定劑 脫色劑 香味增濃劑等 製成食品包裝材料, 如包裝膜 香腸腸衣等, 它具有抑菌作用, 保存食品的時間可以更長, 是較健康的食物保存劑
水果保鮮劑 噴灑在水果上形成一層半透明塗層, 降低水果與大氣的接觸, 保持水果的新鮮度, 其保鮮期可達九個月 若冷藏時, 儲存期可延長二倍 此方法不但成本低, 也不需要複雜的設備, 這一技術亦可用在雞蛋保鮮上, 使儲藏期延長
化妝品 幾丁質與幾丁聚醣具有良好的保濕性 增黏性 成膜性, 分散性 防靜電 減少摩擦 等特性 化妝品工業中大量用於髮型定型劑 護髮劑 護膚劑 潤濕劑 香皂等 此外, 幾丁質與幾丁聚醣也可以預防蛀牙 防止牙周潰爛 除去或減輕口臭, 因此可以用在許多與口腔衛生相關的製品中
紡織業 - 抗菌防臭用途 將此幾丁質原料混紡於棉中, 可製造抗菌襪 抗菌衣褲及太空衣等具抗菌及防臭功效的織物, 以提高商品的價格 特殊用途的纖維 具促進傷口癒合功效的醫用纖維 用於敏感性皮膚的紡織品 吸附重金屬及減緩藥劑釋放的纖維
農業用途 : 甲聚醣在農作物栽培上, 利用其抑菌性, 可促進植物生長 活化植物免疫力 增加抗病能力, 間接達成防治病蟲害的效果, 在使用實務上可用葉面噴洒 種子浸泡或混入土壤等方式來達成其作用
醫藥用品 手術縫合線止血和傷口被覆材料藥物運送的載體隱形眼鏡血液透析膜抑制胃酸 腫瘤細胞的作用
透明質酸 ( 玻尿酸 )
透明質酸 廣泛存在於人體和其他生物體的結締組織和細胞外基質中 眼睛玻璃體 臍帶 皮膚 軟骨和關節滑液中含量豐富 是一種高分子酸性黏多醣
性質 良好滑潤和保濕作用 高度黏彈性 假可塑性 滲透性 良好生物相容性 非免疫原性 應用 眼科 骨科 保養品
植物膠
植物膠 膠的定義 自任何陸生 水生植物體或微生物體中萃取而得之水溶性多醣類 具有產生黏度或凝膠之能力 應用 食品中做增稠劑
關華豆膠 (guar gum or guaran) 存在豆科植物 ( 學名 Cyamopsis tetragonolobus) 之種子中的多醣類 功能 迅速溶於冷水而形成高黏度之膠體溶液 應用 奶酪避免離水現象產生 冰淇淋幫助形成實質感及耐嚼性, 並降低加熱破壞 臘腸改善外膜成分 調味醬活調味汁增加黏度並增加口感
阿拉伯膠 (gum arabic) 是由生長於熱帶及亞熱帶之 Acacia 屬樹幹上取得之類狀分泌膠 性質 迅速溶解於水中, 並產生低黏性的液體 應用 蜜餞延緩或避免糖的結晶 麵包表層添加物防止糖霜吸水過度 冰淇淋 冰棒及果凍有助於小冰晶形成與保存 飲料乳化劑及起泡劑 粉末及乾燥產品風味固定劑
黃耆膠 (gum tragacanth) 應用 調味品及醬料不易受酸或熱作用而被破壞 冷凍食品提供良好實質感 質地及口感 水果派的填充物上使厚實的填充物顯得透明 光亮
海藻膠 - 洋菜 (agar) 產自不同 Rhodophyceae 綱的紅色海藻應用 微生物生長的培養基 洋菜膠的強度甚強 冷凍甜點抑制離水現象並提供良好的質地 加工乳酪及乳油乳酪提供穩定性及質地感 烘焙食品和糖霜抑制水分活性及延緩老化 肉醬罐頭
海藻膠 - 紅藻膠 (carrageenan) 產自愛爾蘭藻 (Chondrus crispus) 中萃取而得 應用 - 膠凝 增稠 穩定和持水劑功能 奶製品飲料懸浮劑 優酪乳 奶油 霜淇淋 奶酪增稠穩定劑 香腸 洋火腿持水劑 布丁 果凍凝凍劑 牛排醬 BB 醬 番茄醬 醬油膏增稠劑
海藻膠 - 褐藻膠 (algin) 由 Phaeophyceae 綱中之褐藻萃取而得 應用 冰淇淋提供實質感與組織感, 並抑制冰晶的形成 烘焙食品使用於糖霜 蛋糕填充物 卵白霜飾 包糖衣或派填充物, 主要提供組織質地及成膠特性 法式調味劑提供黏稠度及乳化穩定度 布丁甜點提供稠度 啤酒泡沫穩定劑
海藻膠 - 三仙膠 是一種由細菌 (Xanthomonas 屬 ) 分泌之細胞外多醣類 應用 飲料提高口感及風味 柳橙汁形成濁狀穩定劑 罐製食品懸浮計及安定劑 ( 因為熱穩定性佳 ) 澱粉增稠劑汁冷凍食品改善冷凍 - 解凍安定性即離水現象 以牛奶為基質之布丁口感良好, 不至有強膠性
活性多醣
活性多醣的生物功能 免疫調節 抗腫瘤抗病毒活性抗凝血活性疫苗作用降血糖功能抗氧化 清除自由基與抗衰老功能降血脂功能對抗慢性肝炎
活性多醣 - 真菌多醣香菇多醣 調節免疫功能 抗腫瘤 治療慢性肝炎 銀耳多醣 抑制癌細胞 金針菇多醣 提高免疫力
活性多醣 - 真菌多醣靈芝多醣 提高免疫力 提高缺氧耐受性 鎮靜 強心 雲芝多醣 提高免疫力 茯苓多醣 提高免疫力
活性多醣 - 植物多醣 南瓜多醣 對二型糖尿病有降血糖功能 枸杞多醣 免疫調節 預防腫瘤與愛滋病 恢復疲勞 明目 降血脂
活性多醣 - 動物多醣 透明質酸 硫酸軟骨素 肝素
活性多醣 - 藻類多醣 洋菜 排毒 養顏 降血壓 降血糖 防癌 角叉膠 抗病毒
資料來源 張為憲等 1996 食品化學 華香園出版社 台北 陳澄河 2003 蝦蟹殼傳奇 科學發展,369, pp. 62-67 陈囯荣 2009 糖化學基礎 華東理工大學出版社 上海 李仁愛 李貽琳 張學偉 2005 生物化學 滄海出版社 台中