异麦芽酮糖的物理化学和生理特性（一）
异麦芽酮糖（isomaltulose），即6-O-α-D-吡喃葡萄糖-D-果糖，是一种结晶状的还原性二糖，由葡萄糖与果糖以α（1→6）糖苷键结合而成，其化学结构式见图1：
图1
异麦芽酮糖（isomaltulose），即6-O-α-D-吡喃葡萄糖-D-果糖，是一种结晶状的还原性二糖，由葡萄糖与果糖以α（1→6）糖苷键结合而成，其化学结构式见图1：
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异麦芽酮糖的化学结构式
一、物化性质
异麦芽酮糖晶体含有1分子水，正交晶体，外观与白砂糖相似，晶体比白砂糖稍细，失水后不呈结晶状。含结晶水的异麦芽酮糖晶体的分子式为C11H22O11·H2O，相对分子质量为360.32，熔点为122～ 123℃，比蔗糖（182℃）低很多，旋光度[α]20D=97.2°，还原性是葡萄糖的52%。
异麦芽酮糖无任何异味，其甜度是蔗糖的42%，而且不随温度变化。其甜味特性与蔗糖相似，但它对味蕾的最初刺激速度比蔗糖快，最强的甜味刺激与蔗糖一样，终了时的甜味刺激则要比蔗糖弱。图2曲线表明，异麦芽酮糖的相对甜度随浓度的增大而增大。在糖果和巧克力中添加异麦芽酮糖的效果与蔗糖没有明显差别。
室温下，异麦芽酮糖的溶解度只有蔗糖的一半，但随着温度的升高，其溶解度会急剧增加，80℃时可达蔗糖的85%（图3）。因此，在较高温度下生产的含异麦芽酮糖的食品在常温下保存时，可能会出现异麦芽酮糖结晶的现象。异麦芽酮糖溶液的黏度略小于等浓度的蔗糖溶液，如图4所示。
与颗粒状蔗糖和乳糖不同，异麦芽酮糖没有吸湿性，即使添加1.5%～15%的柠檬酸混合，保温储藏22d没有转化糖生成。这些特性表明，对于含有机酸或维生素C的食品来说，
用异麦芽酮糖作甜味剂比用蔗糖更为稳定。
异麦芽酮糖抗酸水解能力很强。将20%异麦芽酮糖、蔗糖酸性水溶液（pH=2）煮沸后，比较它们的水解率，发现60min后蔗糖完全水解，而异麦芽酮糖没有被水解。用异麦芽酮糖进行糖果熬煮试验，结果显示，120℃时其甜味没有变化，只出现了轻微的褐变；在高达140℃时，异麦芽酮糖开始发生褐变、分解和聚合等反应；继续升温至160℃以上，这些反应明显加剧。这说明异麦芽酮糖的热稳定性要比蔗糖差些。
大多数细菌和酵母不能发酵利用异麦芽酮糖。将含有异麦芽酮糖和蔗糖的酸性饮料或面包储存一段时间，发现异麦芽酮糖数量没有减少。因此，将异麦芽酮糖应用在发酵食品和饮料中，其抗微生物特性可以使产品的甜味更易保持。
二、代谢特性
根据双糖在人体小肠内消化机理可知，异麦芽酮糖可被水解成葡萄糖和果糖，然后以单糖形式被吸收。
体外研究表明，不同生物的肠道中的二糖酶都可以水解异麦芽酮糖，但水解速率比蔗糖、麦芽糖慢。在小鼠体内，通过空肠的刷毛边缘细胞膜水解异麦芽酮糖的Vmax是水解麦芽糖的2%～4%，蔗糖的11%～12%；从成年猪肠中得到的黏液匀浆水解异麦芽酮糖的Vmax是水解麦芽糖的2%～5%，蔗糖的10%～20%。用人体小肠中黏液匀浆作为水解酶，异麦芽酮糖的水解Vmax是水解麦芽糖的8%～11%，蔗糖的26%～45%。
异麦芽酮糖的水解速度较蔗糖慢，因此其吸收速度也较慢。在8个健康试验者身上考察摄取异麦芽酮糖后血浆中葡萄糖和胰岛素水平的变化，以蔗糖作对照，结果如图5a、b所示。摄取50g异麦芽酮糖后血糖值逐渐增大，60min时达到高峰值（110.9±4.9）mg/d，并在随后60min试验中一直优质此峰值；而摄取50g蔗糖仅30min后，血糖值就达到峰值（143.3±8.8）mg/dL，然后迅速下降至空腹时的血糖水平。摄取异麦芽酮糖后体内血糖值的累积性增量要比蔗糖低很多，血浆中胰岛素的变化幅度基本与血糖值的变化幅度相平衡。这些结果表明，异麦芽酮糖的吸收速度要比蔗糖慢得多，因此可用作糖尿病患者食用的甜味剂。
三、抗龋齿特性
1973年，Gehring曾对异麦芽酮糖的抗龋齿特性作了一次大型试验研究，结果表明异麦芽酮糖的致龋性很低。后来，人们对此作了深入系统的研究，内容包括产酸试验、不溶性葡聚糖的合成试验、动物及人体的致龋齿试验等。
（一）口腔微生物的产酸试验
用1%异麦芽酮糖培养液厌氧培养突变链球菌属（Streptococcus mutans）的典型菌株7d ， 等量葡萄糖为对照，培养后分别测定培养液pH值，同时观察微生物的生长情况。结果表明，葡萄糖培养液的pH值急剧下降，降至4.1～4.8，而血清型S.mutans菌株不能在异麦芽酮糖培养液中生长繁殖，因此pH值保持不变，但非血清型的S.mutans菌株会使异麦芽酮糖培养液的pH值降至5.5以下。
1978年，Birkhed采用自动滴定法测定了16种血清型S.mutans菌株的细胞悬浮物发酵异麦芽酮糖的产酸量。在含蔗糖或葡萄糖的培养基中，S.mutans菌株的产酸活性在（187～378）×10-9E/（mg·min）之间（E为产酸当量，即每毫克干细胞每分钟的产酸量）。而在含异麦芽酮糖的培养基中，S.mutans菌株的产酸活性很低，与内源性产酸活性相当或略高些。
1983年，日本东京和瑞典斯德哥尔摩进行了两个系列实验，对牙斑悬浮液发酵异麦芽酮糖、蔗糖和糖醇所产生的酸量作了比较，结果表明由异麦芽酮糖所产生的酸量明显比蔗糖低。
（二）对葡萄糖基转移酶（GFT）合成不溶性葡聚糖的影响
从S.mutans6715菌株发酵上清液中提取葡萄糖转移酶0.2mL，添加0.01%硫柳汞（merthiolate）及用0.05mol/L磷酸钾缓冲液配制的不同浓度的异麦芽酮糖溶液，得到2mL 反应液，在37℃保温17h，离心收集所生成的不溶性葡聚糖，用蒸馏水洗涤3次，采用苯酚-硫酸法，以葡萄糖为标准物测定生成的不溶性葡聚糖产生影响，在不同浓度的蔗糖溶液中分别添加0.25%、0.5%和1.0%异麦芽酮糖，从图6可知，抑制率与异麦芽酮糖浓度有直接的关系。添加4%的异麦芽酮糖会使不溶性葡聚糖的生成量减少至4%，即使只添加0.125%的异麦芽酮糖也会使生成量降低50%左右。
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一、物化性质
异麦芽酮糖晶体含有1分子水，正交晶体，外观与白砂糖相似，晶体比白砂糖稍细，失水后不呈结晶状。含结晶水的异麦芽酮糖晶体的分子式为C11H22O11·H2O，相对分子质量为360.32，熔点为122～ 123℃，比蔗糖（182℃）低很多，旋光度[α]20D=97.2°，还原性是葡萄糖的52%。
异麦芽酮糖无任何异味，其甜度是蔗糖的42%，而且不随温度变化。其甜味特性与蔗糖相似，但它对味蕾的最初刺激速度比蔗糖快，最强的甜味刺激与蔗糖一样，终了时的甜味刺激则要比蔗糖弱。图2曲线表明，异麦芽酮糖的相对甜度随浓度的增大而增大。在糖果和巧克力中添加异麦芽酮糖的效果与蔗糖没有明显差别。
室温下，异麦芽酮糖的溶解度只有蔗糖的一半，但随着温度的升高，其溶解度会急剧增加，80℃时可达蔗糖的85%（图3）。因此，在较高温度下生产的含异麦芽酮糖的食品在常温下保存时，可能会出现异麦芽酮糖结晶的现象。异麦芽酮糖溶液的黏度略小于等浓度的蔗糖溶液，如图4所示。
与颗粒状蔗糖和乳糖不同，异麦芽酮糖没有吸湿性，即使添加1.5%～15%的柠檬酸混合，保温储藏22d没有转化糖生成。这些特性表明，对于含有机酸或维生素C的食品来说，
用异麦芽酮糖作甜味剂比用蔗糖更为稳定。
异麦芽酮糖抗酸水解能力很强。将20%异麦芽酮糖、蔗糖酸性水溶液（pH=2）煮沸后，比较它们的水解率，发现60min后蔗糖完全水解，而异麦芽酮糖没有被水解。用异麦芽酮糖进行糖果熬煮试验，结果显示，120℃时其甜味没有变化，只出现了轻微的褐变；在高达140℃时，异麦芽酮糖开始发生褐变、分解和聚合等反应；继续升温至160℃以上，这些反应明显加剧。这说明异麦芽酮糖的热稳定性要比蔗糖差些。
大多数细菌和酵母不能发酵利用异麦芽酮糖。将含有异麦芽酮糖和蔗糖的酸性饮料或面包储存一段时间，发现异麦芽酮糖数量没有减少。因此，将异麦芽酮糖应用在发酵食品和饮料中，其抗微生物特性可以使产品的甜味更易保持。
二、代谢特性
根据双糖在人体小肠内消化机理可知，异麦芽酮糖可被水解成葡萄糖和果糖，然后以单糖形式被吸收。
体外研究表明，不同生物的肠道中的二糖酶都可以水解异麦芽酮糖，但水解速率比蔗糖、麦芽糖慢。在小鼠体内，通过空肠的刷毛边缘细胞膜水解异麦芽酮糖的Vmax是水解麦芽糖的2%～4%，蔗糖的11%～12%；从成年猪肠中得到的黏液匀浆水解异麦芽酮糖的Vmax是水解麦芽糖的2%～5%，蔗糖的10%～20%。用人体小肠中黏液匀浆作为水解酶，异麦芽酮糖的水解Vmax是水解麦芽糖的8%～11%，蔗糖的26%～45%。
异麦芽酮糖的水解速度较蔗糖慢，因此其吸收速度也较慢。在8个健康试验者身上考察摄取异麦芽酮糖后血浆中葡萄糖和胰岛素水平的变化，以蔗糖作对照，结果如图5a、b所示。摄取50g异麦芽酮糖后血糖值逐渐增大，60min时达到高峰值（110.9±4.9）mg/d，并在随后60min试验中一直优质此峰值；而摄取50g蔗糖仅30min后，血糖值就达到峰值（143.3±8.8）mg/dL，然后迅速下降至空腹时的血糖水平。摄取异麦芽酮糖后体内血糖值的累积性增量要比蔗糖低很多，血浆中胰岛素的变化幅度基本与血糖值的变化幅度相平衡。这些结果表明，异麦芽酮糖的吸收速度要比蔗糖慢得多，因此可用作糖尿病患者食用的甜味剂。
三、抗龋齿特性
1973年，Gehring曾对异麦芽酮糖的抗龋齿特性作了一次大型试验研究，结果表明异麦芽酮糖的致龋性很低。后来，人们对此作了深入系统的研究，内容包括产酸试验、不溶性葡聚糖的合成试验、动物及人体的致龋齿试验等。
（一）口腔微生物的产酸试验
用1%异麦芽酮糖培养液厌氧培养突变链球菌属（Streptococcus mutans）的典型菌株7d ， 等量葡萄糖为对照，培养后分别测定培养液pH值，同时观察微生物的生长情况。结果表明，葡萄糖培养液的pH值急剧下降，降至4.1～4.8，而血清型S.mutans菌株不能在异麦芽酮糖培养液中生长繁殖，因此pH值保持不变，但非血清型的S.mutans菌株会使异麦芽酮糖培养液的pH值降至5.5以下。
1978年，Birkhed采用自动滴定法测定了16种血清型S.mutans菌株的细胞悬浮物发酵异麦芽酮糖的产酸量。在含蔗糖或葡萄糖的培养基中，S.mutans菌株的产酸活性在（187～378）×10-9E/（mg·min）之间（E为产酸当量，即每毫克干细胞每分钟的产酸量）。而在含异麦芽酮糖的培养基中，S.mutans菌株的产酸活性很低，与内源性产酸活性相当或略高些。
1983年，日本东京和瑞典斯德哥尔摩进行了两个系列实验，对牙斑悬浮液发酵异麦芽酮糖、蔗糖和糖醇所产生的酸量作了比较，结果表明由异麦芽酮糖所产生的酸量明显比蔗糖低。
（二）对葡萄糖基转移酶（GFT）合成不溶性葡聚糖的影响
从S.mutans6715菌株发酵上清液中提取葡萄糖转移酶0.2mL，添加0.01%硫柳汞（merthiolate）及用0.05mol/L磷酸钾缓冲液配制的不同浓度的异麦芽酮糖溶液，得到2mL 反应液，在37℃保温17h，离心收集所生成的不溶性葡聚糖，用蒸馏水洗涤3次，采用苯酚-硫酸法，以葡萄糖为标准物测定生成的不溶性葡聚糖产生影响，在不同浓度的蔗糖溶液中分别添加0.25%、0.5%和1.0%异麦芽酮糖，从图6可知，抑制率与异麦芽酮糖浓度有直接的关系。添加4%的异麦芽酮糖会使不溶性葡聚糖的生成量减少至4%，即使只添加0.125%的异麦芽酮糖也会使生成量降低50%左右。