Изомальтоолигосахариды — структура и применение¶
Изомальтоолигосахариды (ИМО) — смесь олигосахаридов, в состав которой входят молекулы с α-1,6-глюкозидными связями, образующиеся в результате ферментативного синтеза из сахарозы или крахмала. Относятся к классу пребиотиков — пищевых ингредиентов, которые избирательно стимулируют рост и активность полезных бактерий толстой кишки. Используются как пищевая добавка (обозначение E969 в международной номенклатуре) и как заменитель сахара с пониженной калорийностью.
¶Химическая структура
Основу изомальтоолигосахаридов составляют линейные и разветвлённые цепочки глюкозных остатков, соединённых α-1,6-связями (в отличие от мальтозных олигосахаридов, где преобладают α-1,4-связи). Ключевые компоненты смеси:
- Изомальтоза — дисахарид из двух глюкозных звеньев, связанных α-1,6-глюкозидной связью;
- изотреалоза (глюкозил-изомальтоза);
- панизоза;
- изомальтотриоза и более длинные изомальтоолигосахариды;
- небольшое количество сахарозы и глюкозы.
α-1,6-связи устойчивы к действию пищеварительных ферментов человека (амилазы, мальтазы), поэтому ИМО не расщепляются в тонком кишечнике и не усваиваются в полной мере, достигая толстой кишки в неизменённом виде.
¶Получение
Промышленный синтез изомальтоолигосахаридов основан на трансглюкозилировании сахарозы. В качестве биокатализатора используют ферменты группы трансглюкозидаз — прежде всего изомальтазу (α-глюкозидазу) бактериального происхождения, продуцируемую штаммами Bacillus и Arthrobacter. В ходе реакции часть глюкозных остатков сахарозы переносится на другой сахарозный субстрат с образованием α-1,6-связей; в побочных реакциях возможны отщепление фруктозы и образование глюкозно-фруктозных сиропов.
После ферментативной стадии проводят очистку: обработку активированным углём для удаления окрашенных примесей, ионный обмен для снижения минеральной золы и фильтрацию. Получаемый продукт содержит 50–60 % изомальтоолигосахаридов, до 25 % сахарозы и небольшое количество глюкозы и фруктозы.
¶Физико-химические свойства
ИМО представляют собой прозрачную вязкую жидкость светло-жёлтого цвета или порошок белого цвета, хорошо растворимые в воде. Обладают сладостью на уровне 45–50 % от сладости сахарозы, при этом вкус мягче и менее резкий, чем у фруктозы. Технологические свойства: гигроскопичность, способность к карамелизации, участие в реакциях Майяра — эти качества определяют применение ИМО в кондитерском производстве.
¶Пребиотические свойства
Основное биологическое значение изомальтоолигосахаридов — пребиотический эффект. Не расщепляясь в тонком кишечнике, ИМО поступают в толстую кишку, где служат субстратом для микрофлоры. Наиболее активно их ферментируют бифидобактерии (Bifidobacterium) и лактобактерии (Lactobacillus), в меньшей степени — некоторые виды клостридий и энтерококков. В результате бактериальной ферментации образуются короткоцепочечные жирные кислоты (бутират, пропионат, ацетат), которые обеспечивают питание колоноцитов и поддерживают кислую среду, неблагоприятную для патогенных микроорганизмов.
Клинические исследования показывают, что регулярное употребление ИМО увеличивает долю бифидобактерий в кале и снижает концентрацию вредных метаболитов. Эффект проявляется при ежедневном потреблении в количестве 3–8 г.
¶Калорийность и метаболизм
Энергетическая ценность изомальтоолигосахаридов составляет около 2 ккал/г (по данным ряда исследований — до 3 ккал/г), что примерно вдвое ниже, чем у сахарозы (4 ккал/г). Частичное расщепление ИМО бактериями толстой кишки и резорбция короткоцепочечных жирных кислот объясняют ненулевую, но пониженную калорийность. Гликемический индекс ИМО низкий: после приёма уровень глюкозы в крови повышается незначительно, что делает их потенциально применимыми в диетическом питании.
¶Применение
Изомальтоолигосахариды используются в пищевой промышленности в качестве функционального ингредиента:
- Кондитерские изделия — ирис, карамель, шоколад, начинки: ИМО предотвращают кристаллизацию сахарозы, удерживают влагу, продлевают срок хранения;
- Хлебобулочные изделия — улучшают текстуру мякиша и свежесть продукта;
- Молочные продукты — йогурты, кисломолочные напитки с пребиотическим эффектом;
- Напитки — как подсластитель с функциональными свойствами;
- БАД и диетическое питание — как пребиотическая добавка.
В России и странах ЕАЭС изомальтоолигосахариды разрешены к применению в пищевой промышленности. В Японии, где производство ИМО было начато в 1980-х годах компанией Hayashibara, они относятся к категории «специальных углеводов» и широко представлены на рынке функциональных продуктов.
¶Отличия от других олигосахаридов
| Тип | Связь | Источник | Пребиотический эффект |
|---|---|---|---|
| Фруктоолигосахариды (ФОС) | β-2,1 | сахарная свёкла, ферментативный синтез | высокий |
| Галактоолигосахариды (ГОС) | β-1,4 | лактоза, ферментативный синтез | высокий |
| Изомальтоолигосахариды | α-1,6 | сахароза, трансглюкозилирование | умеренный |
| Мальтодекстрины | α-1,4 / α-1,6 | крахмал, гидролиз | отсутствует |
В отличие от ФОС и ГОС, изомальтоолигосахариды обладают более выраженной устойчивостью к тепловой обработке и кислой среде, что расширяет возможности их включения в технологические процессы.
¶Источники
- Технология пищевых производств: учебное пособие / под ред. проф. В. А. Тихонова.
- Handbook of Prebiotics and Probiotics Ingredients / eds. S. Y. Lee, S. K. Kang.
- Hayashibara Co., Ltd. — патенты и техническая документация по производству изомальтоолигосахаридов.
- Journal of Food Science: публикации о пребиотических свойствах изомальтоолигосахаридов.