功能性低聚糖

　　低聚糖是指2-10糖单位聚合而成的一类聚合物。某些低聚糖对人体具有有益功能，这是由日本东京大学光冈教授于70年代首先发现的。功能性低聚糖的主要功能表现在改善动物和人类肠道微生态，促进有益微生物的生长增值，间接有利于宿主健康，而成为研究热点。本文就国外近年来对具有双歧杆菌生长促进作用的若干功能性低聚糖的研究与市场概况作一综述。

1 现状

功能性低聚糖开发的食品多达400—500种。1996年欧洲报道世界各种低聚糖的生产量约8.5万吨，曰本估计其市场规模约110亿 曰元，与保健食品市场‘总销售额6600亿曰元相比，还属于较小的，但发展较快，厚生省批准的69种特定保健食品中有40种加有低聚糖。异麦芽低聚糖、低 聚半乳糖、乳酮糖、低聚果糖等年消费量达一万吨以上，尤其是低聚半乳糖、乳酮糖等因对多种乳酸菌也有很好的生长促进作用，增长最快。低聚糖是由2—10个 单糖分子通过糖苷键构成的聚合物,根据糖苷键的不同而有不同名称．如低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚甘露糖、乳蔗糖、低聚木糖、棉子糖等。甜度通常只有蔗糖的30％—60％，甜度、理化性质及生理功能与糖分子结构及分子量有关。在食品工业中可用低聚糖调节食品甜度、粘稠度和冻结温度，改善饮料和食品的口感。，调节食品持水性、水活度、控制热处理的褐变，防止淀粉老化等。有些功能性低聚糖(如帕拉金糖、偶联糖)具有防龋作用，’有些(如麦芽三糖、四糖等)具有抑制肠道腐败细菌作用。本文主要对具有益生原(Prebiotic)作用的功能性十氏聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、乳酮糖、乳蔗糖、低聚木糖、蜜糖等作一介绍。

2 功能性低聚糖的生产

功能性低聚糖的生产方法大体上可分为5种：(1)从天然原料中提取。(2)利用转移酶、水解酶的糖基转移反应来生成。(3)酶水解法。(4)酸碱转化 法。(5)化学合成法。各种功能性低聚糖及其生产原料见表1。表1: 功能性低聚糖及其生产原料 生产原料 功能性低聚糖

生产原料

功能性低聚糖

淀粉

异麦芽低聚糖(麦芽糖,潘糖,异麦芽三堂),低聚糖龙胆糖,海藻糖,黑曲霉低聚糖

蔗糖

偶联糖,低举国糖,帕拉金糖,木蔗糖,棉子糖,水苏糖,海藻糖

乳糖

低聚半乳糖,乳蔗糖,乳酮糖

菊粉,木聚糖,琼脂,甘露聚糖,甲壳质,果胶

低聚果糖,低聚木糖,低聚琼脂糖,低聚甘露糖,低聚壳聚糖,低聚果胶等

3 几种主要的功能性低聚糖

3．1异麦芽低聚糖

　　除两歧双歧杆菌外，大多数人体双歧杆菌都可利用异麦芽糖为碳源‘而多数肠道有害细菌对其不利用。商品异麦芽糖浆是一种含异麦芽糖、异麦芽三糖、潘糖以及异麦芽四糖、五糖和以上分校低聚糖的糖。其中双歧因子主要成分异麦芽糖、异麦芽三糖、潘糖三者的含量应在35％以上*总分枝低聚糖含量应在50％以上， 其它是葡萄糖、麦芽糖、糊精等，甜度为蔗糖的40％—50％。异麦芽低聚糖是一种很好的双歧因子，除作保健食品外。也可用于饲料以增强饲养动物的健康和提高饲料效力，还可减少畜台臭味。异麦芽糖浆的物理性质与麦芽糖浆基本相似．例如难发酵，易保存，具有良好的保湿性，可防止淀粉老化，有利于糕点食品保鲜； 可用于面包制造，因不被酵母利用而有利于面包的保存。不易老化；抗结晶性好，熬糖温度高，适用于硬糖制造，可提高透明度而不粘牙，可改善风味、提高热稳定性等：耐热耐酸性好，PH=3、120℃较长时间不易分解，可用于果酱生产：水活度低(仅为O．75)，比蔗糖(O．85)、高麦芽糖浆(O．85)、葡萄糖浆(O．77)低，有利于抗菌。异麦芽糖浆作为一种功能性甜味剂，在曰本已广泛用于各种食品和饲料中，年消费量达一万吨以上。在功能性低聚糖中。异麦芽低聚糖是价格最低的一种，每千克140日元(折合人民币11元左右)。研究表明成年人曰摄取10—15克；数目后粪便中双歧杆菌即明显增加，而腐败细 菌有所减少。

我国卫生部食品 卫生监督检验所对国产异麦芽糖进行人体与动物试验，也证明服用异麦芽低聚糖浆(15克／曰)，经30天后．肠道中茵群数量会明显增加，证明它对肠道茵群有明显调节作用。异麦芽糖有抗龋性，食用异麦芽糖有利于防止龋齿。它非但本身’不引起龋齿，还可阻止其它糖类被突变链球菌利用而生成葡聚糖。

异麦芽糖浆是以淀粉为原料，经淀粉酶水解生成麦芽糖后—在黑曲霉葡糖苷基转移酶作用下生成异麦芽糖、异麦芽三糖等低聚糖，经用活性碳脱色、离，子交换净化、蒸发浓缩而成。黑曲霉葡糖昔基转移酶的活力是用甲基葡萄糖作底物来测定的。

3．2低聚龙胆糖

龙胆二糖是酸法水解淀粉制造葡萄糖粉时的副产物，存在于结晶废母液中，因有苦味妨碍了全糖粉的制造，然而以龙胆二糖为主的低聚龙胆糖却是一种难消化、 具有相当高的双歧杆菌增殖作用的低聚糖。工业上是用葡萄糖为原料经霉茵p—葡糖昔酶作用而合成的、由9—1，6键合成的低聚糖混合物，产品中含龙胆二糖 30％．葡萄糖51％以及龙胆三糖四糖4％—5％，由于呈苦味，它在食品工业中适台于本身具有一定苦味的产品如咖啡、可可制品中应用。这种低聚糖是一种很 有效的双歧因子，很少用量就可看到双歧杆菌增加的现象，但目前因产量少而价格较贵。

3．3海藻糖

海藻糖是一种功能性低聚糖，具有低热值．防龋齿等作用．但不是双歧因子。海藻糖在酸、热下稳定；它的特殊生理功能是提高动植物细胞抵抗干燥，抗高温和 寒冷等不良环境的能力。一个明显的例子是制造干燥酵母，凡酵母细胞中海藻糖含量高的，制成的干燥酵母存活力则强．保存期长。微生物冷冻干燥保存时，若适量添加海藻糖可减少死亡。海藻糖是葡萄糖以Q、Q—1，1键结合成的非还原性双糖》广泛存在于动植物和微生物细胞，过去从酵母(含量10％—20％)中提 取，手续复杂无法大量生产。

90年代初曰本 利用谷氨酸短杆菌发酵生产海藻糖成功．用15％蔗糖可累积40g／L的海藻糖，使医药及化妆品用精制海藻糖的价格由每千克2万曰元降到3000曰元。利用 低聚麦芽基海藻糖合成酶和低聚麦芽基海藻糖水解酶作用于淀粉水解物可得到82％收率的海藻糖。海藻糖是一种防止蛋白质变性的有效生理活性物质，是移植用脏器、疫苗、动物精液、微生物菌种保藏的极好稳定剂，用于化妆品可保护皮肤免受日晒和冷冻伤害，也可防止皮肤干燥。海藻糖是可消化的低聚糖，甜度为蔗糖的 50％，它的性质对改善食品风味质量极为有利；也可广泛用于各种食品加工和保存。

3．4低聚果糖

聚果糖是蔗糖分子的果糖残基上Q(1—2)键结合1—3个果糖的低聚糖。果蔬常含有这种糖，尤以菊芋(16％—20％)；菊苣(5％—10％)、芦笋 (1％—20％)、韭菜(2％—5％),大蒜(3％—6％)、婆罗门参，(4％—11％)、洋葱(2％—6％)、牛蒡(3.6％)、小麦(1％＝4％)等 较多。工业生产低聚果糖有二种方法，一是以菊苣为原料，提取其菊粉(含量15％—20％)，经霉菌菊粉酶适度水解而成。比利时ORAFTI。公司投资20 亿比利时法郎；历时数十年大规模开发种植菊苣，生产菊粉与低聚果糖分别作为油脂与食糖代用品。由于低聚果糖产量大．价格低(8美元／千克)，已用作为”食品原科”，而不作为”食品添加剂”。在曰本、台湾用蔗糖作原科，经黑曲霉的蔗糖酶和果糖昔酶的作用而生成，产品中含蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖约50％ ‘其余为葡萄糖、果糖和蔗糖。’低聚呆糖具有良好抗腐蚀性，食后不被人体消化，可促进肠道双歧杆菌生长。体外试验表明，在某种’情况下，低聚果糖促进双歧 杆菌生长效果优于葡萄糖。大量研究资料表明，食用低聚呆糖3—5克／日 ，肠道双歧杆菌可增加5—10倍。

　　低聚果糖的热量 较低(1．5kcl／g，是葡萄糖的40％)，并且不会使血糖、胰岛素上升。用低聚果糖喂幼猪可减少下痢，降低粪便中腐败产物，提高饲料利用率。低聚果糖物理性质与蔗糖相似，故可广泛代替蔗糖用于食品加工。低聚果糖在我国也有研究生产，如中国食品发酵研究所、上。海医药工业研究院、无锡轻工大学、广西大学 等。

3．5低聚乳蔗糖

低聚乳蔗糖也叫乳果糖，是乳糖与蔗糖共存下由：酵母酶与节杆菌p—呋喃果糖昔酶将蔗糖分子转移到乳糖的还原性末端C位经挺清经基上而生成的一种三糖 (半乳糖基蔗糖)，‘具有与蔗糖相近的甜味，其双歧增殖因子效果也优于低聚半乳糖与异麦芽糖。

日食5克，周后粪便中双歧杆菌数由10％增至38％以上，而腐败菌明显减少。产品分为含乳蔗糖35％以上和台乳蔗糖55％以上两种。前者尚含未反应的蔗糖26％和乳糖 10％，以及反应产物葡萄糖与果糖约21％，以及乳酮糖、低聚果糖等其他低聚糖6％。后者因经酵母发酵除去蔗糖；故蔗糖含量仅为7％，乳糖含量为20％。 这种糖于1991年首先由日本生产已广泛用来代替部分蔗糖加饮料、酸奶、糖果、糕点、鱼肉制品中，市场需求量迅速增加．1992年500吨，1994年 1600吨。

3．6低聚半乳糖

母乳喂养婴儿肠道中之所以形成双歧杆菌茵群，是由人奶中乳酮糖与低聚半乳糖所诱发的。低聚半乳糖是用乳糖作原料，在高浓度下用霉茵的9—半乳糖首酶即 乳糖酶催化而成，其主要成分为一种三糖6JL半乳糖基乳糖。p—半乳糖苷酶既催化乳糖水解反应，在高浓度底物下也催化乳糖的转移反应，转移反应的产物是双 糖(半乳糖基乳糖)、三糖和分子再大一些的低聚糖。低聚半乳糖的构成可用式子GsI—(GaI)n—GIc来表示．其中n=l—4。低聚半乳糖是难消化的 碳水化物，几乎所有人体双歧杆菌和乳酸菌都利用它为碳源，而不被绝大步数肠道有害菌利用．是一种很好的双歧杆菌增殖因子。每曰摄取10克，一周后粪便中双 歧杆菌由1x108／克增加到1x10／克，而肠道腐败细菌和由腐败细菌产生的致癌因子次胆汁酸明显减少。低聚半乳糖甜度为蔗糖的20％—50％对酸，热 稳定性良好．尤其在低PH高温下优于蔗糖。粘度与水活度接近蔗糖，有良好的保湿性，食品工业中大量用于奶粉与乳制品以及冷饮、糖果,营养口服液和面包糕点 中。从1988年上市以来，市场不断扩大，年销售量达1.5万吨；生产半乳糖昔酶的微生物有脆壁酵母、乳糖酵母、环状芽孢杆菌以及。米曲霉等，此外还发现 绳状青霉纤维素酶也可合成低聚半乳糖，但工业上用曲霉生产低聚半乳糖。 p—半乳糖苷酶的活力是用D—硝基酚—9—半乳糖：苷(OHPG)作底物，在50。C，。pH4、5反应后测定所产生的磷硝基酚酌量来衡量，以每分钟释出 1微分子磷硝基酚所需的酶量为一个单位.

3．7大豆低聚糖

大豆低聚糖是存在于大豆中的可溶性糖分的总称，主要成分是水苏糖和棉子糖，含量分别是4％和1％。水苏糖和棉子糖都是由半乳糖、葡萄糖和果糖所组成的 支链杂低聚糖，是在蔗糖分子的葡萄糖残基一侧以C(—1，6键接上一个或两个半乳糖而成。这两种糖都是难消化糖。以除去蛋白质的大豆清为原’科(干物含糖 量72％)，经加热、盐析、超滤去除残留蛋白质,再经活性碳脱色，电渗板。离子交换脱盐浓缩而成。糖浆的组成为水分24％、水苏糖18％、棉子糖8％、蔗糖32％、其他糖分18％。甜度为蔗；糖的70％．热量为蔗糖的1／2。热稳定性良好，140。C不分解。成人每曰食取糖浆10克(内含水苏糖、棉子糖3 克),3周后肠内双歧杆菌明显增加，而有害茵大大减少。大豆低聚糖广泛用于各种食品和饮科的生产。棉子糖是蔗糖分子的葡萄糖残基上以-1，6键结合一个半 乳糖的三糖，主要存在于甜菜汁中，在制糖工业因妨碍蔗糖的结晶而使糖收率下降。棉子糖是由甜菜废糖蜜通过色谱分离得到的，甜度为蔗糖的23％，也具难消化 性和双歧增殖效果，除两歧双歧杆茵外，它可被肠内其它双歧杆菌所利用．且利用得比其它低聚糖还要优先，摄取后双歧杆菌由10％提高到60％。商品棉子糖丸 含棉子糖1克，Vc200毫克，曰食3克有效。棉于糖受热分解成容二糖与果糖,前者也是一种双歧因子。此外，棉子糖可用作牛精液冷保藏的稳定剂，在工业上用于蔗糖浆防止结晶。

4功能性低聚糖的摄取量

与多食果蔬人群相比，多食肉类与油脂的人群其肠：道中腐败细菌、腐败有毒产物较多，而双歧杆茵较少。在某些蔬菜、水果中含有天然的低聚糖，如洋葱、大 蒜、》菊苣、芦笋、香蕉等含有低聚果糖，大豆及一些豆类含水苏糖，甜菜含棉子糖，魔芋含低聚甘露糖等，多食这类食物，有益于调整肠道茵群各种低聚糖被肠道消化液分解和被肠细菌利用的程度难易不一．故各种低聚糖所起的双歧因子效果大小不同，详见表2人体试验结果。功能性低聚糖在食品、医药、饲料添加剂乃至植物保护方面，都有着广阔的应用前景，已经引起各国学术和企业界的重视，尤其是具有双歧因子作用的低聚糖．由于社会老龄化的缘故；更加受人注意。许多过去不受重视的天然多聚物．由于可作为开发新的功能性低聚糖的原料而受到重新认识。随着生物技术的进步．一些以前只能从天然物提取的低聚糖可以用生物技术大量生 产，廉价供应。中国功能性低聚糖的研究、开发、生产、利用，方兴未艾，有着辉煌前景。