水苏糖的保健功能及在饮料工业中的应用.pdf

2012 年 第 卷 第 期 15 2 饮料工业 收稿日期2011-11-15 作者简介高鹏， 男， 西安大鹏生物科技股份有限公司董事长， 高级经济师。 摘要：介绍了水苏糖的性质及保健功能， 举例论述了水苏糖在饮料工业中的开发应用。 关键词：水苏糖； 功能性饮料； 保健功能； 开发应用 中图分类号：Q535 文献标识码：B doi：10.3969/j.issn.1007-7871.2012.02.004 水苏糖的保健功能及在饮料工业中的应用 高鹏，刘薇薇，杨建武 （ 西安大鹏生物科技股份有限公司，陕西西安710075 ） 水苏糖是近年实现工业化生产的功能性低聚 糖。水苏糖结构清楚，功能因子明确，并且性质 稳定，不能被人体消化吸收，在食品、保健品、 药品、农药、饲料、橡胶工业等领域都有很好的 应用。在国家公众营养改善 Oligo 项目的促进下， 将水苏糖应用到饮料工业中将是未来相当长的时 间内饮料功能化开发的热点。 水苏糖在相对较少的剂量下就能起到相当明 显的保健效果，这一点对饮料很重要，它可以保 证饮料仍然在现行的管理规范下生产，而无需作 大的调整；水苏糖性状稳定，高温酸性条件下较 少分解，而饮料多为酸性，且均经高温处理，这 时水苏糖可以充分发挥其理化特征，克服加工障 碍；水苏糖是益生元当中最难得的四聚杂寡糖， 它能在加工、储存、代谢、吸收的过程中衍生出 多种寡糖、免疫因子，使水苏糖功能发挥更加迅 速和全面。本文介绍了水苏糖的保健功能并举例 说明水苏糖在饮料工业中的应用。 1水苏糖的性质 1.1理化性质 水苏糖是由 1 分子 -葡萄糖、1 分子 -果糖 和 2 分 子 - 半 乳 糖 构 成 的 四 糖 ， 分 子 式 为 C24H42O21，分子量为 666.59，分子结构见图 1，结 晶水苏糖为含 4 分子水的细小晶体，在水中的溶 解度为 130g （ 20 ） ，不溶于乙醚、乙醇等有机溶剂； 甜度较低，约为蔗糖的 28.3%；熔点 101，在真 空中 115失水，无水物的熔点为 167170。 保湿性和吸湿性均小于蔗糖，没有还原性1。 OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH O O O O CH2OH CH2 O CH2 CH2OH O O CH2OH 图 1水苏糖结构式 1.2生物学性质 1.2.1水苏糖具有低能量的特性。水苏糖不会被 动物消化吸收，提供的能量很低。根据郑年新等 的实验证实，水苏糖在动物体内的吸收很少，仅 为 3.82%2，不能对机体提供营养。根据水苏糖的 结构可知，水苏糖是一种 半乳糖苷类低聚糖， 半乳糖苷键不为人体消化道酶所水解，所以水苏 糖不被人体消化吸收，提供的能量也就几乎没有。 1.2.2水苏糖对肠道有益菌如双歧杆菌、乳杆菌 有特异性的增殖作用3。据报道，每天摄入 0.53g 水苏糖即有效果4，用量是现有低聚糖中最低的。 1.2.3水苏糖有防龋齿的功能。水苏糖不被引起 龋齿的口腔链球菌所利用，经常食用不会引起龋 齿。 1.2.4水苏糖对人及动物体内多种细胞的功能有 特异性的调节作用，这也是探讨其潜在药学作用 和其他应用的基础。 2水苏糖的保健功能 2.1改善肠道疾病、调节肠道菌群 作为单独的益生元，水苏糖能以 40 倍的速度 增殖双歧杆菌5；水苏糖可通过双重作用 （作为可 溶性膳食纤维及增殖双歧杆菌） 改善胃肠道功能， 综 述 与 述 评 15 2012 年 第 卷 第 期 15 2 饮料工业 可有效改善便秘、腹泻、结肠炎等症状，手术后 肠道恢复及长期服用抗生素人群补充水苏糖有助 于益生菌恢复，纠正肠道菌群失调。 2.2辅助治疗肝性疾病、化学性肝损伤，具有解 酒功能 水苏糖能加快肠道内有毒代谢物质的排出， 减少有毒代谢物质重吸收进入血液而由肝脏进行 生物转化的过程。有实验证实，水苏糖可通过减 少肠道内氨的吸收而对临床/亚临床肝性脑病 （HE/ SHE ） 起到一定的预防作用6。水苏糖对恢复肝脏的 功能有一定的作用，可缓解酒精对肝脏的压力， 对解酒后体内各个器官功能恢复也有一定的作用。 2.3辅助降血脂、减肥 水苏糖对高血脂具有明显的缓解作用，据资 料报道，肠道有益菌减少最终会导致胆固醇的合 成与吸收增加。动物实验证实，双歧杆菌能直接 影响 -羟基-甲基戊二酰基 CoA 还原酶的活性7， 抑制胆固醇的合成，从而降低血清胆固醇。此外， 嗜酸乳杆菌也具有吸收胆固醇并抑制小肠壁对于 胆固醇的吸收，双歧杆菌代谢产生烟酸与血清胆 固醇降低也有一定关系8。 2.4增强免疫力 水苏糖作为益生元，可明显刺激腹腔巨噬细 胞并提高其吞噬能力。实验发现，水苏糖对小鼠 眼球后静脉丛红细胞 C3b 受体花环 （E-C3bR ） 、红 细胞免疫复合物花环 （E-ICR ） 的形成率有增强作用， 并通过红细胞膜上淋巴细胞功能相关抗原-3 （LFA- 3 ） 与 CD2 细胞相互作用，最终导致 -干扰素、IL- 2 等细胞因子的分泌，增强 NK 细胞的活性。同 时，水苏糖自身还可分解出多种免疫物质，如甘 露三糖、蜜二糖等，这些物质可提高机体的免疫 能力，帮助抵抗疾病，早日恢复肠道的正常功能。 2.5抗氧化 （延缓衰老 ）、改善更年期综合症 实验证实，肠道菌群和健康长寿密切相关。 高龄人群摄入水苏糖后，肠内的腐败指标 （-葡萄 糖醛酸酶的活力和氨的含量 ） 均明显下降，腐败菌 的发酵产物 （吲哚和对甲基酚的含量 ） 也显著减少9。 更年期综合症不仅与激素水平有关，与 “肠道 年龄” 也有密切的关系。肠道功能保持良好，其吸 收钙的能力也不会减慢，就可防止与更年期密切 相关的骨质疏松等症。水苏糖分解的免疫调节因 子，能提高机体免疫力，对缓解更年期症状也有 很好的作用。 2.6辅助降血压 人体实验表明，高血压患者每天摄入 10g 水苏 糖，持续 6 周后，其舒张压平均降低了 799.7Pa （ 约 6mmHg ）。另有实验表明，人体舒张压的高低 与其粪便中双歧杆菌数量占总细菌数量的比例呈 明显负相关关系8，即粪便中双歧杆菌的数量越多， 则舒张压越低。 2.7增加机体对矿物质元素的吸收、促进排铅 实验证明，用水苏糖饲喂小鼠 20d，发现其机 体中的钙、铁等矿物质元素的含量有所提高，大 腿骨灼烧灰分中的矿物质元素也有相应的增加。 也有实验证明，水苏糖能增加机体对矿物元素的 吸收，被认为与盲肠中的 L-乳酸的提高有关10。 水苏糖有极好的润肠通便效果，因而可大大 减少食物残渣在肠道的停留时间，减少铅在肠道 被吸收的机会。通过消化道排铅后使体内铅蓄积 减少，从而引起尿铅下降。同时可结合经胆汁分 泌进入肠道的铅，阻断其再吸收。胆汁铅比血铅 含量高出 40100 倍，这部分铅被水苏糖排出体 外，同时水苏糖可通过调整肠道菌群，降低肠道 pH，促进钙、铁等元素的吸收而竞争性的抑制铅 的吸收。 2.8补充水溶性维生素、缓解糖尿病及其并发症 症状 肠道内以双歧杆菌为代表的有益菌在水苏糖 的帮助下，快速繁殖，制造出 VB1、VB2、VB6、 VB12等一系列维生素。同时，有益菌还能通过抑 制某些分解维生素的细菌来保证维生素的供应， 如一些芽孢杆菌可分解 VB1，造成 VB1缺乏，但这 些芽孢杆菌常常会受到有益菌的抑制。因此，补 充水苏糖，就是补充有益菌，就是补充水溶性维 生素。 双歧杆菌在水苏糖的作用下，大量制造各种 水溶性维生素，其中就含有一定数量的维生素 B6， 同时，双歧杆菌的代谢产物中的醋酸和乳酸，又 可酸化肠道，使机体摄入的镁离子的溶解性增加， 吸收率提高。水苏糖在结肠内分解出的多种免疫 因子，也可提高糖尿病人的抵抗力11。 2.9缓解痔疮、前列腺疾病、改善皮炎、痤疮症 状 水苏糖可直接到达痔疮形成区域，通过增殖 双歧杆菌，分解毒素来双向调节便秘和腹泻，缓 解对痔疮的刺激；同时水苏糖还可减少血管中弹 性蛋白的分解，提高血管弹性，防止形成静脉曲 张，从根本上使痔疮得到改善。水苏糖发挥作用 的地方在结肠，结肠部位距前列腺的位置较近， 它们之间的脂质层较薄，水苏糖分解的甘露三糖、 蜜二糖等很快就可以扩散进入前列腺体，迅速提 高前列腺体的免疫能力，达到恢复正常机能的作 用。 3水苏糖在饮料工业中的应用 1993 年，日本厚生省 （卫生部 ） 批准含有水苏 糖、棉籽糖等低聚糖的食品为 “特定保健食品” 。以 水苏糖和棉籽糖等为主要成分的低聚糖已被美国 综 述 与 述 评 16 2012 年 第 卷 第 期 15 2 饮料工业 食品药品管理局 FDA 认定为 GRAS （一般安全无毒 食品 ） 的低聚糖。德国政府颁发的 国民健康手册 把水苏糖等低聚糖的保健功效明列其中，并倡导 人们食用。2010 年，我国国家卫生部批准允许水 苏糖作为普通食品生产与经营。 在一般情况下，水苏糖不与其他化学物质如 食品添加剂发生化学反应，也不影响其他物质的 气味和味道，是一种优良的功能性食品基料。水 苏糖甜度较低，不被人体消化，无热量，可用于 糖尿病患者食品的生产。经毒理学实验证实，水 苏糖安全可靠，无任何毒副作用。其结构清楚、 功效明显，是开发第三代保健食品的最佳选择。 中国饮料行业经过二十多年、年均增幅超 20%的快速发展，取得了可喜的成就，不仅全国饮 料总产量接近 1 亿吨，同时全行业在保障食品安 全方面在消费者心目中树立了良好的形象，新的 饮料品种在不断推出，极大程度地丰富了饮料市 场，也充分体现了饮料行业的活力。在饮料品种 设计上应用 “混搭五互补，功能四清晰” 理念 （ “五 互补” 即成分互补、口味互补、颜色互补、概念互 补和成本互补； “四清晰” 即 “补水解渴、营养补餐、 健康诉求和功能诉求”） 成为新产品的开发方向。水 苏糖具有纯天然属性，功能性糖含量高，每日推荐 量仅为 0.53.0g，性价比高，耐酸碱且性质稳定， 将成为饮料工业向健康化功能化发展的新亮点， 更符合当代人饮食环境的需求，也必将为饮料工 业的长期可持续发展注入新的活力。水苏糖在饮 料工业中的应用见表 1。 表 1水苏糖在饮料工业中的应用 食品类别应用品种 乳饮料豆乳饮料、 发酵乳、 乳酸菌饮料等 饮料 碳酸饮料、 麦芽饮料、 茶饮料、 运动饮料、 咖啡饮料、 可可 饮料、 含醇饮料、 植物饮料等 保健饮料营养饮料、 中草药饮料、 美容饮料、 保健茶等 固体饮料 豆奶粉、 速溶茶、 奶茶、 速溶咖啡、 果粉、 麦乳精等 其他饮料水饮料等 4应用举例 4.1水苏糖在酸奶中的应用 酸奶是一种通过活性乳酸菌发酵制成的乳制 品，在人体健康、补充营养、疾病的治疗上都有 其独特的作用，一般企业所使用的乳酸菌种是嗜 热链球菌和保加利亚乳酸杆菌，这两种菌无法经 受胃酸和胆汁的杀伤，即使有少量能活着进入肠 内也不能定植而被排出体外，起生理作用的只有 其发酵产物。而肠道内存在着活性益生菌双 歧杆菌，其对肠道的保健作用是其他乳酸菌无法 相比的。实验表明，将水苏糖添加到酸奶中被人 体食用后，使酸奶中含量丰富的有益菌乳酸 菌在肠道内的存活和增殖能力得到有效增强，从 而提高了人体肠道的免疫能力，防止肠道疾病的 发生。因此，在普通酸奶中添加双歧因子低聚糖 水苏糖，既保持了酸奶的特有作用，又提高了肠 内有益菌的比例，同时对企业提高产品的附加值 很有作用。 在酸奶产品中加入水苏糖操作非常简单，原 工艺与配方可基本保持不变，水苏糖可直接在配 料时按照设计配方直接投料即可，见表 2。 表 2水苏糖在酸奶中的应用举例 定位人群功能描述设计量 学生型 要发挥水苏糖调节免疫力、 养护肠道菌群及肠胃神经、 刺激食欲的特点，并适当 添加如 DHA、大豆卵磷脂 等，原料与水苏糖一起达 到对大脑营养的有效补充。 水苏糖的日摄入量设计为 0.8g， 每 杯 酸 奶 按 150ml 计算，酸奶中水苏糖的浓 度为 0.53%，每吨酸奶的 水苏糖摄入量 5.3kg 女士型 将功能定位在现代都市白 领及女士普遍存在的膳食 结构不合理、工作压力大、 饮酒过量等诸多因素造成 的便秘、三高、糖尿病隐 患及血液质量普遍下降现 象。 水苏糖的日摄入量 1.5g 左 右，按每杯酸奶 150ml 计 算，酸奶中水苏糖的浓度 为 1%，每吨酸奶的水苏糖 投入量约为 10kg。 老年型 针对老年人肠胃减弱，水 苏糖功能表达迅速明显及 水苏糖在预防老年痴呆方 面的作用，扎扎实实的把 水苏糖的效果做强做实。 水苏糖日摄入量可提高至 1.53g，按每杯酸奶 150 ml 计算，酸奶中水苏糖的 浓度为 1%2%，每吨酸奶 的水苏糖投入量约为 10 20kg。 4.2水苏糖在固体饮料中的应用 固体饮料有着巨大的市场，也存在着广阔的 市场细分空间，水苏糖可直接开发动植物蛋白、 果蔬汁、速溶咖啡、速溶茶等功能性固体饮料。 针对普遍存在的肠道功能弱化的问题，国内的固 体饮料生产企业近几年都普遍的添加益生元原料， 生产出肠道保健功能的固体饮料。然而很多产品 并未从市场上得到认可，究其原因，是益生元品 种的选择问题。 目前国内主要的益生元供应厂商供应的产品 要想达到较理想的保健效果，都需要较大的食用 量，多数为每人每日 1030g，若在固体饮料中添 加此类益生元，要想达到功效，益生元在固体饮 料中所占的固形物比例超过 30%，如果这样，一 些固体饮料的各项理化指标及口味将发生重大改 变。因此各企业只能在有限的范围内少量使用， 故生理功能难以体现。加入益生元产品的固体饮 料只是起到了向社会传递概念的作用，使期望用 功效开拓市场的愿望在技术上遇到了障碍。 随着国内高纯度水苏糖的产业化项目的落成， 这一困扰固体饮料业多年的问题将被彻底解决。 综 述 与 述 评 17 2012 年 第 卷 第 期 15 2 饮料工业 水苏糖对人们肠道保健方面的卓越功效早已为业 内所认可，其每人每天 0.53g 的超强功效将促进 各类人群肠道保健固体饮料的实质性升级。在固 体饮料中 1.2%5%的添加量即可在防治便秘、腹 泻、结肠炎、预防三高、防老年痴呆、术后康复 等方面达到良好的保健效果。而水苏糖的添加量 对固体饮料的感官特征无明显影响，其理化指标 也可在合理范围内得到纠正。 固体饮料产品保质期相对较长，食用、运输 方便，很适合大型饮料企业作全国市场，这就从 产品的营养与功能上对企业的开发人员提出了很 高的要求，即要保证概念科学先进，更要做到功 效真实可靠，否则，企业强大的市场宣传后将面 临经营者不愿看到的市场退潮。 4.3水苏糖在茶饮料中的应用 将水苏糖与绿茶合理搭配是中国航天医学工 作者充满智慧的杰作。水苏糖与茶在保健养生功 能上有着许多共同的追求，它们均能发挥清热解 毒、养护肝脏、防癌抗癌、延年益寿、预防三高、 防老年痴呆等功效。茶在发挥其功能的过程中主 要是通过人体对茶产品中有效成分的吸收，使有 效成分进入血液，直接对血液及器官发挥影响达 到保健目的。而水苏糖则主要是通过人体微生态 系统的有效调节，从代谢的源头对基础代谢的结 果产生诸多良性影响，可以认为茶产品对人体的 保健功效是直接作用在表层上，是对身体不良倾 向的纠正与疏导，而水苏糖则是通过对代谢毒性 物质的源头清理，让其少产生或不产生毒素，而 更多的自生出许多有利于人体健康的活性成分， 达到 “养生” 的目的，二者结合相互补充，相得益 彰，共同创造出营养保健的新天地。 水苏糖在二者结合的功能表达上，应主要突 出其肠道菌群调节对便秘、腹泻、结肠炎的显著 效果，抗衰老及抗老年痴呆方面的确切作用，尽 最大的可能用水苏糖补充茶产品的功效范围及作 用强度。 水苏糖茶产品的开发可主要集中在二种产品 形式中，即水苏糖茶叶及水苏糖速溶茶。最简单 的加工方法是将水苏糖与茶叶制成袋泡茶，茶叶 以绿茶、红茶、乌龙茶为好，水苏糖与茶的比例 12 左右为宜，每袋重量 5g 左右较为合适，这样每 袋茶可为饮用者提供 1.7g 左右的水苏糖。水苏糖 速溶茶则采用水苏糖与速溶茶粉按 11 的比例混 合，包成 3.0g 左右的袋装茶粉，饮用非常方便， 每袋茶粉可为饮者提供 1.5g 水苏糖。 需要注意的是水苏糖极易吸潮，因此在加工 过程及包装材料上都有防潮要求，否则易发生吸 潮板结现象。水苏糖对千百年来形成的茶文化不 会造成接受形式上的影响，对于着重养生保健的 茶产品企业而言，水苏糖功效与水苏文化的融入 将提升企业的文化与市场建设。 4.4水苏糖在解酒产品中的应用 经常饮酒醉酒的人会影响肠道菌群的结构和 功能，而肠道菌群失调时又会反过来影响肝脏功 能，二者是相辅相成的关系。通过服用水苏糖， 来平衡体内的微生态环境，可以改善酗酒人群的 肝脏与肠道健康，具有解酒护肝的功效。 设计水苏糖解酒方面的产品，可以分两方面： 酒前与酒后服用。喝酒前服用水苏糖，可迅速增 殖体内的益生菌群，在胃肠道表层形成厚厚的菌 群膜，防止外部刺激源直接影响到胃肠道。有效 地避免饮酒过度导致的胃溃疡、胃出血和胃痛。 在醉酒后服用水苏糖，也可明显加速胃肠道的蠕 动，迅速分解有害物质，抑制腐败菌。加快了肠 道内有毒代谢物质的排泄，避免了有毒代谢物质 进入血液而增加肝脏负担，从而帮助醉酒人尽快 恢复正常状态。 剂型可以设计为饮品，配方以水苏糖为主， 配以葛根或酒精氧化酶，要达到解酒功能，水苏 糖的设计量10%，水苏糖用于解酒，比传统解酒 方法更科学，更简单，更安全，更有效。 4.5水苏糖在运动饮料中的应用 运动饮料其主要成份是含有糖和电解质，旨 在校正体液容量，调节体内电解质和酸碱平衡， 及时补充能量，改善体温调节和体内代谢过程等。 在运动过程中，运动员能量和营养物质消耗较大， 为了补充消耗，伙食中动物食品所占比重较大。 长时间的食用大量动物食品，会使肠道负担加重， 动物食品的发酵代谢产物，如吲哚等在肠道堆积， 会改变肠道内细菌微生态环境，导致肠道菌群失 衡，对人体有益的细菌，如双歧杆菌、乳杆菌减 少，而腐生菌等肠道有害菌却大量增加。体内的 代谢废物不能及时排出，结果表现为胃肠消化功 能降低、食欲不振、便秘、面部痤疮、粉刺。这 样，势必导致体能下降，影响后续的训练。据一 项调查显示，便秘、面部长粉刺的运动员约占整 体运动员得 20%。因此，调整胃肠道功能，恢复 胃肠道微生态平衡，就是解决这一问题的关键。 在运动饮料中加入水苏糖，既能迅速补充运 动中消耗的物质，又能通过间接调理，调整肠道 的功能，清除体内毒素，解决运动员的 “高能量-动 物食品” 饮食方式带来的副作用。使长期大量食用 动物食品的运动员不会出现明显的“上火”症状。 水苏糖设计量应为 2%6%，水苏糖性质稳定，不 受一般的加热、酸碱的影响，对生产加工没有什 么特殊的要求。 4.6水苏糖在果汁饮料中的应用 在国家公众营养改善 Oligo 项目的促进下，将 综 述 与 述 评 18 2012 年 第 卷 第 期 15 2 饮料工业 （ 上接第 14 页 ） A survey of researches on preparation and bioactivities of marine shellfish polysaccharide LIAO Fu-rong （College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400716，China ） Abstract：Several preparation techniques for marine shellfish polysaccharide were reviewed including enzymatic extraction， column chromatography and membrane separation. And the progresses in researches on its bioactivities(such as immunity- enhancing，anti-tumor and antivirus) were described，which proved that marine shellfish polysaccharide is a natural functional food as well as an innovative anti-tumor and antivirus drug featured by a great potential and value of development and bright prospects for use. Key words：marine shellfish polysaccharide；bioactivity；preparation；extraction；separation and purification CLC No.：Q539 Document code：B doi：10.3969/j.issn.1007-7871.2012.02.003 益生元应用到果汁饮料中将是未来相当长的时间 内果汁饮料功能化开发的热点。利用水苏糖开发 功能益生元保健果汁饮料，功能定位应侧重于解 决果汁饮料消费群体的主要问题：肠道保健、解 酒保肝、提高免疫力、抗肿瘤。 要充分发挥水苏糖在肠道的保健作用，如： 便秘、腹泻的双向调节、在解酒保肝、病后康复 方面的见效快、功能全面的特征，将果汁饮料营 养水的概念提升到健康水的层面上来。 如人们通过果汁饮料每日摄入的水苏糖为 1.53g，每天果汁饮料用量为 250ml，则果汁饮料 中水苏糖的浓度应为 0.6%1.2%，由此增加的甜度 仅为 0.13%0.26%。 水苏糖加入果汁饮料对功能饮品开发将起到 十分积极的作用，它为企业摆脱平庸同质化产品 的恶性竞争提供了一个难得的机会。 参考文献 1 袁其朋，范 颖. 水苏糖J. 精细与专用化学品，2002 （1 ） ：13；21. 2 郑年新， 等. 地黄寡糖的吸收动力学研究J. 中国中西医结合杂