功能性低聚糖的发展及应用.pdf

FOOD INGREDIENTS 添加剂配料 58 食品安全导刊 2010年9月刊 1999年国家公布的“功能性低聚 糖通用技术规则行业标准” ， 将功能 性低聚糖的定义为： 由210个相同或 不同的单糖， 以糖苷键聚合而成； 具 有糖类某些共同的特性， 可直接代替 糖料， 作为甜食品的配料。 由于人体肠 道内没有水解功能性低聚糖（除异麦 芽酮糖外）的酶系统， 因而它们不被 消化吸收而直接进入大肠内优先为双 歧杆菌所利用， 是双歧杆菌的增殖因 子， 具有促进人体双歧杆菌的增殖等 生理功能。 功能性低聚糖在自然界广泛存 在， 目前市场上的主要功能性低聚糖 有： 低聚木糖、 低聚果糖、 低聚异麦芽 糖、 低聚半乳糖等。 功能性低聚糖的功能 第一， 促进双歧杆菌生长， 调整肠 道菌群平衡。 双歧杆菌对各种低聚糖几 乎都可以利用， 而一些有害细菌对大多 数益生元几乎都不能利用或很难利用。 双歧杆菌是人类肠道菌群中唯一一种 既不产生内毒素又不产生外毒素,无致 病性的具有生理功能的有益微生物， 对 人体有保健作用。 由于它可有效促进双 歧杆菌生长， 故又被称作双歧因子。 第 二， 促进钙质吸收。 比利时的ORAFTI公 司经多年研究证实， 功能性低聚糖不仅 能促进人体对钙的吸收,而且能提高骨 密度， 减少骨质疏松的危险。 第三， 提高 免疫力。 有利于人体肠内双歧杆菌的增 加， 同时可抑制肠内有害菌及腐败物质 的形成， 增加体内维生素的量， 提高机 体免疫力。 第四， 预防龋齿。 高纯度低聚 糖不能被造成龋齿的链球菌利用， 也不 能被口腔酶液分解， 具有预防龋齿的功 效。 第五， 可作为功能性食品的配料。 低 聚糖是一种难消化性糖类， 不被人体消 化酶系分解, 有一定甜度， 人体摄入后基 本上不增加血糖、 血脂。 注： “” 表示没有要求 表1 典型的功能性低聚糖 XOS 新资源食品 生产方法 葡萄糖、 半乳糖 -1,6 IMOFOS 拟新资源食品 主要成分 木二糖、 木三糖、 木四糖 蔗果三糖、 蔗果四糖、 蔗果五糖 潘糖、 异麦芽三糖、 异麦芽四糖 半乳糖基乳糖、 半乳糖基半乳糖、 半乳糖基葡萄糖 甜爽 1.7Kcal/g 最高 不易着色 甜厚 与蔗糖相近 易着色 较蔗糖稍逊 1.5Kcal/g 较蔗糖稍逊 4050%3060%4252%2040% 低于低聚异麦芽糖 几乎为零 易着色 甜度 甜味性质 粘度 热量 着色性 淀粉乳糖 葡萄糖 -1,6-1,2 果糖、 蔗糖 菊芋、 菊苣、 蔗糖 食品添加剂、 营养强化剂 高于蔗糖， 低于低聚半乳糖 甜爽， 略有特殊气味 桦木、 玉米芯、 秸秆等 新资源食品、 营养强化剂 GOS 酶法转化酶法转化酶法转化酶法转化 木糖 -1,4 低聚果糖低聚木糖低聚半乳糖低聚异麦芽糖项目 简写 批文 原料 单体 连接键 目前市场上主要的功能性低聚糖 典型的功能性低聚糖 从表1中可以看出， 低聚木糖是唯 一以五碳糖为单位的功能性低聚糖， 也 是人体难消化性糖， 在机体内产生热量 值极低， 不会影响血糖浓度。 低聚半乳 糖的组成单元为葡萄糖和半乳糖， 低 聚果糖的组成单元为果糖和蔗糖， 低 聚异麦芽糖的组成单元为葡萄糖。 另 外， 它们的粘度排序为： 低聚半乳糖 低聚果糖低聚异麦芽糖低聚木糖； 热量排序为： 低聚半乳糖低聚果糖 低聚木糖。 功能性低聚糖的发展及应用 姜竹茂 烟台大学食品科学与工程研究所 Sep 2010 CHINA FOOD SAFETY 59 表2 典型功能性低聚糖摄入量 0.71.4 g/d510 g/d1520 g/d810 g/d 7.5 g/d 0.7 g/d3 g/d10 g/d23 g/d 18 g/d90 g/d18 g/d 低聚果糖低聚木糖低聚半乳糖低聚异麦芽糖项目 有效摄入量 最小有效剂量 不腹泻最大摄入量 表3 典型功能性低聚糖酸热稳定性 种类 低聚木糖 低聚木糖 低聚木糖低聚果糖 低聚半乳糖 pH=57时， 稳定， 150也不分解； pH4时， 热稳定性大幅下降 pH=2.58， 125， 1h不分解； pH=34， 室温储存3年， 保留率达97% pH=46， 80， 不稳定 180， 浓度12%， 15min不分解； 20120， pH =34， 15min不分解 酸热稳定性 摄入量 从表2中可以看出， 低聚木糖是 有效摄入量最少的益生元物质。 有报 道显示， 人体连续三周摄入低聚木糖 0.7g/d， 双歧杆菌的比例由8.5%提高 到20.2%； 而要达到同样的效果， 低聚 果糖需日摄取8g， 低聚异麦芽糖需日摄 取15g。 日本Suntory公司研究发现， 每天 食用低聚木糖0.71.4g， 在两周时间内 可以改善人体肠道菌群环境， 增加双歧 杆菌含量， 并且可以有效治疗便秘和腹 泻。 要达到同样的效果， 低聚果糖的有 效剂量为3g/d， 低聚半乳糖为23g/d， 低聚异麦芽糖则为10g/d。 酸热稳定性 现阶段在食品饮料领域， 多采用加 热灭菌方法来保障产品的有效保质期； 并且在人类的食物生产中， 焙烤食品占 据一定比例。 因此， 在食品加工过程中对 于添加的辅料或添加剂就有相应的耐热 性要求。 另外， 酸性饮料是市场饮料的一 大部分， 各种辅料因子添加其中， 必须具 有酸稳定性。 由表3可以看出， 低聚木糖 的酸稳定性范围最广 ， 其储存稳定性也 最好。 而低聚果糖和低聚异麦芽糖在酸 性介质中， 稳定性大幅下降。 因此， 低聚 木糖可以广泛用于各种食品体系中。 人体消化酶降解率 由于功能性低聚糖在胃肠道上部既 不被水解， 又不被人体吸收， 所以其可 作为结肠性功效因子， 调整结肠菌群， 增 强机体健康。 由图1可知， 低聚木糖的人 体消化酶降解率在0.4%以下， 而低聚果 糖、 低聚异麦芽糖均超过了10%。 低聚木 糖与其他功能性低聚糖相比较， 结肠到 达率较高。 典型功能性低聚糖生产 及工艺发展 低聚木糖 低聚木糖主要是以含有木聚糖的玉 米芯、 桦木、 农作物秸秆为主要原料， 利 用内切性高温酶糖化以及膜集成分离 提纯技术进行产业化生产的。 随着酶工 业及膜工业的发展， 低聚木糖的生产工 艺也不断地得到革新。 1989年， Suntory公司率先实现低聚 木糖的工业化生产； 而我国是在 “九五” 期间立项开展低聚木糖的工业化生产 研究， 山东龙力生物技术股份有限公司 与中国农业大学联合研制开发低聚木 糖的工业化生产技术。 其中， 直接蒸汽 高压瞬时汽爆裂解预处理技术、 膜集 成技术及回收蒸发冷凝水技术的使用， 有效解决了原先低聚糖生产效率低、 污 水处理负担重的问题； 而高活性链霉菌 sp.E-86菌株的使用， 解决了菌种活力低 下， 不适宜产业化的问题。 此技术已申 请国内和韩国国际专利并得到了授权， 并且通过了教育部组织的国家科技成果 图1 典型功能性低聚糖人体消化酶降解率 FOOD INGREDIENTS 添加剂配料 60 食品安全导刊 2010年9月刊 鉴定， 填补了国内空白。 现今， 低聚木糖 在我国获得越来越多的认可， 并被国家 公众营养与发展中心批准推荐为 “营养 健康倡导产品” 。 目前我国市场上有6家企业可以生 产低聚木糖， 其中包括日本三得利公 司、 山东龙力生物科技股份有限公司、 山东丰原中科生态有限公司、 江苏康维 生物有限公司等， 年总产量5000余吨。 据有关部门2009年的统计， 我国低聚木 糖的市场容量在1.5万吨左右。 随着生产工艺的不断革新， 市场上 的低聚木糖出现了多种不同规格的产 品， 其中主要包括： 95%、 70%、 35%和 20%低聚木糖粉剂以及95%和70%低 聚木糖糖浆。 低聚果糖 低聚果糖的生产原料主要以蔗糖 和菊粉为主， 两种原料生产的低聚果糖 的主要成分存在一定的差异： 以蔗糖为 原料的低聚果糖以蔗果低聚糖为主， 以 菊粉为主要原料的低聚果糖以果果低 聚糖为主， 其杂糖 （蔗糖、 果糖） 可通过 色谱分离获取高纯度产品。 目前， 以蔗 糖为主要原料生产低聚果糖的国际企 业有日本明治制果(Meiji SeikaKaisha)和 CheilFoods and Chemicals公司(韩国)； 以菊粉为主要原料进行生产低聚果糖 的主要国际企业有比利时的ORAFTI公 司和Cosucra公司。 在我国， 上世纪80年代初， 含低聚 果糖的食品开始投放市场。 目前， 国内 低聚果糖生产企业约8家， 总产能1.5万 吨左右。 其中， 广东江门量子高科生物 有限公司是目前国内低聚果糖产能最大 的公司。 低聚异麦芽糖 低聚异麦芽糖是以淀粉为主要原 料生产的。 低聚异麦芽糖是-D-葡 萄糖基以-(1， 6)糖苷键结合形成， 是双歧杆菌的增殖因子。 低聚异麦芽糖 的酶法合成反应分为两步， 第一步是由 -淀粉酶将淀粉液化， 第二步由-淀 粉酶将酶化的淀粉水解成麦芽糖， 再以 -葡萄苷酶将其转化成低聚异麦芽 糖。 在我国和日本， 低聚异麦芽糖都是 所有低聚糖中产销量最大的品种。 山东 保龄宝生物技术股份有限公司是我国 低聚异麦芽糖生产的代表企业， 该公 司低聚异麦芽糖2007年和2008年实际 销量分别为2.7万吨和3.2万吨， 市场占 有率近70%。 低聚半乳糖 目前世界上主要的低聚半乳糖生产 企业有日本的Ya KnitHosha、 Nissin制糖 公司、 SnowBrand奶制品公司。 低聚半乳 糖是以高浓度乳糖做底物， 在具有半乳 糖基转移活性的半乳糖苷酶作用下， 首 先将乳糖水解成半乳糖和葡萄糖， 然后 再将半乳糖转移到乳糖基上， 制得的低 聚半乳糖是在乳糖中的半乳糖基一侧 结合1-4个分子的半乳糖的混合物。 功能性低聚糖作为新生理活性物 质， 在疾病诊断与防治、 营养与保键、 植 物生长及抗病、 畜牧养殖等方面的应用 备受关注； 在国际上已经发展成为一个 利用基因工程、 蛋白质工程、 糖工程等现 代生物技术手段， 并涉及医学、 化学等 学科， 应用于食品、 医药、 饲料、 农业各 领域的重要产业。 各种功能性低聚糖因其性质而有着 特殊的应用领域。 例如， 低聚木糖， 依赖于 其广泛的pH值， 其应用领域非常广泛， 其 特殊的应用领域在于偏酸性的产品； 低聚 果糖 （以菊芋为原料） 和低聚半乳糖已经 审批为营养强化剂， 可以在各种婴幼儿食 品中添加； 饲料行业中目前以低聚木糖为 主， 低聚果糖也有少量辅助添加。 功能性低聚糖下游产业 （保健品行 业、 乳品行业、 饲料行业、 功能食品和功 能饮料行业） 的发展是其