保齡寶生物股份有限公司配料市場部王聰龐明利楊海軍

　　摘要：低聚果糖是一種新型低熱值甜味劑及功能性食品重要的配料及營養強化劑，它具有多種有益人體健康的生理功能，如改善腸道菌群的功能;低甜度、低熱量;改善脂質代謝，降低血脂和膽固醇;產生有機酸，降低腸道pH，抑制腐敗，預防便秘;提高免疫力、抑制、預防腫瘤;抗齲齒;促進鈣等礦物質元素的吸收等。本文詳細介紹了低聚果糖的理化性質及生理功能，詳細綜述了其制備、檢測方法及其近年來在食品中的應用和未來的開發前景。

　　關鍵詞：低聚果糖，生理功能，制備，檢測，應用[1]

　　大量形式多樣的功能性食品已經進入市場。他們中的許多人含有許多特色功能成分，如膳食纖維、低聚糖、糖醇、肽和蛋白質、益生元、益生菌、植物化學物質、反氧化劑和多不飽和脂肪酸[1]。在這些成分里面，益生元作為難消化食品配料能夠促進宿主腸道內某些益生菌的生長從而利于宿主的健康[2,3]。

　　低聚果糖(Fructo-oligosaccharides，FOS)是由果糖分子通過 b-(2-1)糖苷鍵鏈接而成的短或中長鏈寡糖[4]并且已經被確定為益生元。低聚果糖不能夠被小腸消化吸收而是在大腸中選擇性的促進腸道菌群中的益生菌的增殖[3,5]并且產生短鏈脂肪酸(SCFA)，主要是乙酸、丙酸和丁酸[6,7]。低聚果糖作為組成組分被發現微量存在于水果，蔬菜，大麥，大蒜，蜂蜜，洋蔥，菊苣等等。在最近的幾十年中，人們對于低聚果糖的研究越來越多，低聚果糖的功能被逐漸發現。

　　1 低聚果糖的理化性質及生理功能

　　低聚果糖是一種非還原性糖，具有良好的加工特性，如低聚果糖有較高的粘度、較強的保濕性、中性條件下較高的保存穩定性以及較好的抑制淀粉老化的特性等。低聚果糖的其它一些物化性質如溶解性、冰點和沸點、結晶點等都與蔗糖非常相似。幾類主要功能性寡糖的攝入量、味覺和其他物理性質[8,9]見表1。

　　表1 功能性低聚糖的理化性質

　　功能性寡糖種類低聚果糖低聚木糖低聚半乳糖低聚異麥芽糖

　　最小有效攝入量30.7210

　　日常攝取量5-200.7-1.48-1015-20

　　最大無作用量36-1890

　　甜度(以蔗糖100)30-605020-4030-50

　　甜味性質清爽，不帶任何后苦味純正、類似蔗糖純正溫和

　　熱值1.53.41.7-

　　酸熱穩定性pH=3時，高于70℃極易分解很穩定中性條件下耐熱性較好較強

　　著色性非著色性較蔗糖稍低，與氨基酸共存著色性比蔗糖好著色性高易著色

　　粘度較蔗糖高所有寡糖最低較低與蔗糖相近

　　水分活度略高于蔗糖比蔗糖低與蔗糖相似與蔗糖相似

　　保濕性很好良好極強優良

　　1.2 生理功能

　　低聚果糖是典型的益生元，不但具有糖醇類似的功能，如預防齲齒、控血糖等，同時具有增殖雙歧桿菌的功能，經常食用可以增強免疫力，這是大多數糖醇所不具備的。

　　1.2.1改善腸道菌群的功能

　　低聚果糖可以促進雙歧桿菌、乳酸桿菌或者抑制多種有害菌株在人體或者動物體內的生長通過老鼠[10]，小豬[11]或者人類[12,13]的體外試驗。對雙歧桿菌增殖的機制在于它不只是充當碳源或營養物質，而且還可能參與了雙歧桿菌的生長調節和黏附作用。

　　1.2.2低甜度、低熱量

　　低聚果糖的甜度僅為蔗糖的1/3，在人體內不被α-淀粉酶、蔗糖轉化酶和麥芽糖酶分解，不能作為能源被人體利用，不會使血糖值升高，每克低聚果糖中僅含6.3KJ的熱量。

　　1.2.3改善脂質代謝，降低血脂和膽固醇

　　低聚果糖也被證明能夠影響肝脂質的新陳代謝。老鼠的動物試驗表明：菊粉和低聚果糖通過降低餐后膽醇血癥和甘油三酯血癥的15%和50%來影響膽固醇和甘油三酯的水平[14,15]。

　　1.2.4產生有機酸，降低腸道pH，抑制腐敗，預防便秘

　　低聚果糖進入大腸，被大腸內的雙歧桿菌利用產生有機酸，主要是丁酸、丙酸等，降低了腸道的pH。Gibson對8名便秘患者每天口服低聚果糖15g，兩周后便秘緩解，給便秘者每天口服低聚果糖5-6g，4天后，80%的患者癥狀改善，便質軟化，臭味減少。稻葉的研究表明，使用低聚果糖會使腸道中的腐敗物質發吲哚，糞臭素等顯著降低[16]。

　　1.2.5提高免疫力 、抑制、預防腫瘤

　　大量的動物試驗結果表明，雙歧桿菌在腸道內大量繁殖能夠起抗癌作用。這種抗癌作用歸功于雙歧桿菌的細胞、細胞壁成分和胞外分泌物使機體的免疫力提高。最近的研究報道中指出，低聚果糖食后直達大腸，在結腸中被大腸菌群發酵產生的丁酸可能預防化療的致癌作用或通過促進結腸中的細胞分化來降低宿主的結腸癌風險[17,18]。除了丁酸，丙酸可以對結腸癌細胞有抗炎作用。

　　1.2.6抗齲齒

　　功能性低聚果糖不是口腔微生物的作用底物，也沒有菌體凝結作用，因而不會引起牙齒齲變。

　　1.2.7促進鈣等礦物質元素的吸收

　　在青少年人群中，日常飲食中經常食用益生元比如低聚果糖能夠促進Ca的吸收并且在青春期時能夠增加骨骼的礦物質含量。低聚果糖能夠被定植在腸道的微生物發酵，從而使益生菌的數量增加，產生SCFA和氣體[19]。這些SCFA能夠降低腸道內的pH并且能夠創造一個更有利于礦物質溶解的酸性環境。另外，在飲食中添加低聚果糖的動物試驗已經表明能夠增加盲腸的體積[20,21]。盲腸的擴大能夠增加礦物質在回場中的積累。

　　2 低聚果糖的制備

　　低聚果糖可以通過蔗糖或菊粉為底物制備得到。

　　2.1 以蔗糖為原料

　　以蔗糖為底物制備低聚果糖主要使用 β-D-果糖基轉移酶或 β-呋喃果糖苷酶。最常用的產酶菌種有Aspergillus niger，Aspergillusoryzae， Aureobasidium pullulans 和 Aspergillus japonicus。目前，黑曲霉產的果糖基轉移酶已被廣泛應用，低聚果糖的最大產率可達55%~ 60%(質量分數)。不同來源的β-D-果糖基轉移酶的轉苷能力相差并不大，以55%的蔗糖為底物時，采用Aspergillusoryzae CFR202產的β-D-果糖基轉移酶，低聚果糖的得率54%，采用Aspergillus pullulans CFR 77產的β-D-果糖基轉移酶，低聚果糖的得率為56%[22]。

　　2.2 以菊苣為原料

　　以菊粉為底物制備低聚果糖主要采用內切菊粉酶。在內切菊粉酶水解菊粉的過程中，酶的純度對低聚果糖的得率和組成有較大影響。采用純化酶可使菊粉的水解率達到75%低聚果糖得率為70%，產物聚合度以2~8為主，而部分純化的酶由于其中含有少量外切酶使得低聚果糖的得率僅有50%，聚合度只有2~4[23]。大多數研究通常只使用一種來源的內切菊粉酶，有研究顯示使用來自于 Xanthomonas sp和Pseudomonas sp的雙內切酶系統能夠獲得更高的低聚糖得率[24]。

　　3 低聚果糖的檢測方法

　　3.1 高壓液相色譜法

　　目前檢測功能性寡糖的方法很多，高壓液相色譜法(HPLC)相對多些，其主要是利用寡糖的易溶特性，因此，在糖柱、氨基柱、凝膠柱上能達到較好的分離效果。HPLC 也在不斷的發展和完善中，例如 Hirotaka 等[25]將單糖和低聚糖進行熒光素衍生后, 利用 HPLC 法檢測取得了較好的效果，也有人稱之為高壓液相柱前衍生化法[26]。HPLC 操作簡便，易于掌握，測定結果準確，重復性和再現性良好，適用于復雜食品基質中寡糖含量的測定。例如, 傅博強等[27]用該法將三種低聚果糖(蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖)與復雜食品中的干擾成分如葡萄糖、蔗糖、乳糖、低聚異麥芽糖等糖類和其他雜質在色譜柱上實現有效分離。該法可以滿足食品生產企業質量控制和質檢部門進行市場監管的需求。形成的檢測國家標準將為食品營養標簽中功能性寡糖含量的標示提供檢測依據。

　　3.2 氣相色譜法

　　氣相色譜分離檢測低聚糖具有高效、快速、靈敏度高、樣品用量小等優點[27]。但因氣相色譜用氣體做流動相，被分析樣品必須汽化后才能在柱上進行分析。低聚糖沒有足夠的揮發性，測定時要預先將其制備成易揮發、對熱穩定的衍生物。進樣口的高溫有時會使其衍生物分解，甚至可被留在進樣口上的殘留物催化。因此，氣相色譜法在檢測功能性低聚糖時有一定的限制[29]。

　　3.3 薄層分析法

　　薄層層析法成本低，速度快，不受試樣揮發性和熱穩定性局限，但是它的測定誤差較大，不易進行定量分析，只適用于低聚糖生產或試驗研究的常規分析[28]。例如陳金玲等[29]研究建立了快速鑒定大蒜低聚果糖的薄層層析法，展開系統為正丁醇:異丙醇:水:乙酸=7:5:4:2，顯色劑為α-萘酚-硫酸，點樣量為0.4 μL，室溫下進行4次展開，可把單糖至低聚七糖甚至八糖等各組分分開，斑點清晰，無拖尾，分離效果較好[30]。

　　4 低聚果糖在食品中的應用

　　低聚果糖是一種天然活性物質，一般認為攝入量不應超過10克。攝入量過大，會引起腸道失調;攝入量超過30克/天，有可能引起胃腸道脹氣;超過40克/天會導致腸道腫大;超過50克/天會出現痙攣和腹瀉的癥狀。對于一些FOS敏感的人群，比上述攝入量低時就會出現相應的胃腸道癥狀。據報道，乳糖不耐的人群在25克/天，就會出現胃腸道癥狀，所以乳糖不耐的人群要小心劑量，FOS攝入量最好不要超過10克/天。低聚果糖食用過量時，因在大腸中造成局部高滲壓吸水而會引起腹瀉，不引起腹瀉的最大劑量重稱最大無作用量。在此量下時不會引起腹瀉的。低聚果糖的最大無作用量為每千克體重0.3-0.4克，以60千克體重的人來說，每天攝食18-24克以下，不至于引起腹瀉。低聚果糖可用營養補充劑或作為功能食品，一般食用量為3-8克/日。

　　4.1 食品甜味劑

　　隨著食品工業的迅速發展，甜味劑的需求量越來越大，而低糖、低脂、低熱值的食品也越來越受到人們的歡迎。低聚果糖作為低熱值甜味劑在食品中廣泛地應用于乳制品、酒類產品、飲料、糖果、糕點、冰淇淋、巧克力、調味品等。低聚果糖不只是作為甜味劑，同時也具有其他保健功能，比如在發酵乳制品中添加低聚果糖，其作為乳酸菌良好的增殖因子，有利于提高乳酸菌的數量及活力，增進乳酸發酵食品的風味，縮短發酵周期。在酒類產品中添加低聚果糖，可以防止酒中內溶物沉淀，改善澄清度，提高酒的風味，使其口感更醇厚、更清爽;在果味飲料和茶飲料中添加低聚果糖，可以使產品口味更細膩柔和、更清爽[31]。此外，菊糖是一種低聚果糖，其凝膠像奶油般柔滑，可用作脂肪替代物，具有預防齲齒、調節脂肪代謝、促進雙歧桿菌增殖等功能。

　　4.2 功能性食品

　　隨著人們對健康、營養、食品之間關系的了解，功能性食品越來越受到追捧。利用功能性寡糖的生理特性，廣泛開發了各種功能性食品：嬰幼兒食品、糖尿病患者食品、調節腸道功能保健食品、減肥食品、運動食品、冷凍食品和膳食補充劑等。對于糖尿病患者來說，膳食調理是最基本的治療措施。糖尿病患者食品中甜味劑的選擇尤其重要，由于功能性寡糖很難被人體消化，屬于無能量或低能量甜味劑，可滿足糖尿病患者的需要。在高鈣素等補鈣產品添加低聚果糖不但能夠改善口味，而且可以促進鈣吸收，提高保健性能。

　　4.3 輔助藥品

　　高血脂患者連續食用低聚果糖，可降低膽固醇、中性脂肪、血糖值，并可抑制腸道內沙門氏菌及腐敗菌的生長，改進腸道功能，增進人體健康。如低聚果糖可添加到腸胃藥物中，對腸胃炎療效顯著[32]。

　　5 展望

　　雖然我國寡糖產業起步較晚，但是進步非常迅速。可是與發達國家相比，我國低聚果糖生產效率、生產工藝等方面還有很大差距，主要是產品同質化嚴重，有效組分相比國外產品還有一定差距、核心技術有所欠缺。低聚果糖的定量檢測已經有很多方法，但針對的是低聚果糖原料糖漿、轉化糖產物等寡糖含量較高的樣品，對于實際生產中形形色色的產品來說，沒有通用的檢測方法。另外，由于工業化生產使用的酶來源不同，各生產企業采用的生產工藝也存在一定的差別，造成了功能性寡糖組分種類和比例的復雜性，因此很有必要對檢測方法進行規范[16]。

　　在功能性驗證方面，雖然研究機構已經對低聚果糖促進人體腸道有益菌增殖，調整腸道微生態，預防腸道感染，改善排便，促進礦物元素吸收等方面已有比較充分的證據及結論。另外隨著市場的競爭加劇，企業對低聚糖的功效性也越來越重視，在這方面的資金人力投入也會越來越多，但目前都停留在比較基礎的研究上，對改善脂質代謝方面，例如降低膽固醇、降血糖、防高血壓等，研究結論則出現較大異義，而在抗腫瘤方面也只是處于動物試驗階段，缺少人體實驗，其機制尚不明確[16,33]。因此，功能性寡糖研究尚有大量課題有待進一步闡明。

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