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功 能 性 低 聚 糖


功 能 性 低 聚 糖
摘要: 摘要:本文简要介绍功能性低聚糖的结构特性、生理功能及其在食品行业中
的应用并对其应用前景进行了展望。

关键词: 关键词:功能性低聚糖、结构、生理功能、应用
低聚糖或称寡糖, 是由 2~10 个单糖通过糖苷键连接形成直链或支链的低度聚 合糖,[1]分子量约为 300-2000,分为功能性低聚糖和普通低聚糖两大类 。常见的 功能性低聚糖包括低聚异麦芽糖 、低聚半乳糖、 低聚果糖、 低聚木糖 、大豆 低聚糖、 水苏糖和甲壳低聚糖等[2]。 人体胃肠道内没有水解功能性低聚糖的 酶类,因此,它们不被消化吸收而直接进入大肠内优先被双歧杆菌利用,是双歧 杆菌的增殖因子。

1 功能性低聚糖的结构特性 1.1 低聚异麦芽糖
低聚异麦芽糖又称分枝低聚糖,是指葡萄糖以 α—1, 6 糖苷键结合而成的, 单 糖数在 2~ 5 个不等的一类低聚糖, 分子中除了 α—1, 6 糖苷键外,还有 α—1, 3 和 α—1, 4 糖苷键等。其主要成分为异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖等。自然界中 低聚异麦芽糖极少以游离状态存在, 而作为支链淀粉、右旋糖和多糖等的组成部 分, 在某些发酵食品如酱油、酒或酶法葡萄糖浆中有少量存在。1990 年日本低 聚异麦芽糖产量达 8000t , 1991 年超过 10000t , 其产品固形物有 50%的液体 ( IMO—500)、90% 的液体 ( IMO—900 ) 和 90% 的粉末( IMO—900P) [ 3]。 低聚异麦芽糖具有淀粉糖浆的优良理化特性甜度仅为蔗糖的 45% ~ 50%。低 聚异麦芽糖有甜味, 异麦芽三糖、 异麦芽四糖、 异麦芽五糖等随聚合度的增加, 其 甜味降低甚至消失。该糖对酸、的稳定性很强, 具有很好的保湿性, 能抑制食品 中淀粉回生、老化和结晶糖的析出, 水分活性低, 具有抑菌作用, 为难消化性糖 [ 3]。

1.2 大豆低聚糖
典型的大豆低聚糖是从大豆籽粒中提取出可溶性低聚糖的合称, 主要组分为 水苏糖、棉籽糖和蔗糖。水苏糖和棉籽糖都是由半乳糖、葡蓟糖和果糖组成的支 链低聚糖, 它们分别是在蔗糖的葡萄糖基一侧以 α—1, 6 糖苷键连接 1 和 2 个 半乳糖分子。大豆低聚糖广泛存在各种植物中, 以豆科植物含量居多, 除大豆外, 豇豆、扁豆、豌豆、绿豆和花生等中均有存在[ 4]。 大豆低聚糖的甜味特性接近于蔗糖, 甜度为蔗糖的 70%, 能量值仅 8.36kJ/ g ( 为蔗糖的 1/ 2)。 如果是单由水苏糖和棉籽糖组成的改良大豆低聚糖, 则其甜度 为蔗糖甜度的 22%, 能量值更低。同等浓度下, 大豆低聚糖的粘度低于麦芽糖而 略高于蔗糖, 保湿性和吸湿性比蔗糖低但比高果糖浆高, 水分活度接近于蔗糖。

大豆低聚糖具有良好的热稳定性, 即使在 140 ℃的高温下也不会分解, 对酸的稳 定性也优于蔗糖, 如在 pH3~ 5, 90 ℃ 加热 30min, 它的残存率仍为 91%以上, 而蔗糖只有 70%。它基本不受胃酸、胆汁和消化酶的作用, 对温度、水分、酸和 氧都比较稳定且不易变质。

1.3 低聚果糖
它是指在蔗糖分子的果糖残基上结合 1~ 3 个果糖的寡糖, 其组分主要是蔗果 三糖、蔗果四糖和蔗果五糖。天然的和微生物酶法得到的低聚果糖几乎都是直链 状, 在蔗糖 ( GF) 分子上以β ( 1- 2) 糖苷键与 1 ~ 3 个果糖分子结合成的蔗果 三糖( GF2 )、蔗果四糖 ( GF3 ) 和蔗果五糖 ( GF4 ) , 属于果糖和葡萄糖构成的直 链杂低聚糖。 低聚果糖的粘度、 保湿性及在中性条件下的热稳定性等食品的应用特性都接近 于蔗糖, 只是在 pH3~ 4 的酸性条件下加热易分解。在食品中低聚果糖为防止其 分解需注意两点:①酸性条件下不要长时间加热; ②酵母等产生的蔗糖酶会水解 该糖。 1.4 低聚半乳糖 它是在乳糖分子的半乳糖基上以β-1, 4、β-1, 6 糖苷键连接 2~ 3 个半乳糖分 子的寡糖类混合物。在自然界中, 动物的乳汁中含有微量的低聚半乳糖, 母乳中 的含量稍多, 因此用母乳喂养的婴儿肠内细菌中双歧杆菌占优势。 低聚半乳糖甜味纯正, 热值较低, 甜度为蔗糖的 20% ~ 40% , 有较强的保湿性, 在 pH 为中性条件下有较高的热稳定性, 100 ℃下加热 1h 和 120 ℃加热 30min, 无任何分解[ 5]。

1.5 低聚木糖
它是由 2~ 7 个木糖以β-1, 4 糖苷键结合而成的低聚糖, 其产品的主要成分为 木糖、木二糖、木三糖和三糖以上的木寡糖, 其中以木二糖为主要有效成分, 木 二糖甜度为蔗糖的 40%。木二糖的水分活度比木糖高, 但几乎与葡萄糖一致, 是 二糖中最低的, 冰点降低能力 ( 低于- 10 ℃ 时) , 木二糖与木糖相当, 但比葡 萄糖强, 而且也大于木三糖, 如蔗糖和麦芽糖。 低聚木糖具有较高的耐热和耐酸性, 在 pH2 .5~ 8.0 的范围内相当稳定, 在此 pH 范围内经 100 ℃ 加热 1h, 几乎不分解, 它的甜度比蔗糖和葡萄糖均低, 与 麦芽糖差不多, 约为蔗糖的 40%。低聚木糖的热稳定性较好, 即使在酸性条件 ( pH2.5~ 7) 下加热也基本不分解, 所以较适合用在酸奶、 乳酸菌饮料和碳酸饮料 等酸性饮料中。

2 功能性低聚糖的生理功能 2.1 促进肠道双歧杆菌增值, 调节肠道菌群平衡, 改善肠道功能
在通常状态下, 碳水化合物很难进入大肠, 因此一旦有碳水化合物进入大肠就 会对肠道菌群的代谢产生重要影响。大肠中的菌群利用低聚糖的能力是不同的。

人体实验表明, 摄入低聚糖可促进大肠中的双歧杆菌增值, 从而抑制了肠道有害 细菌的生长繁殖。 如每天摄入 2 ~10g 低聚糖, 持续数周后, 肠道内的双歧杆菌活 菌数平均增加 7.5 倍, 而有害的产气荚膜梭状芽孢杆菌总数减少了 81 %。 以低聚 果糖和低聚木糖为例, 成人每天摄入 5 ~8g , 两周后每克粪便中双歧杆菌数可增 加 10 ~100 倍; 而低聚木糖每天只需要摄入少量 ( 0.7g), 就能够明显地使双歧杆 菌增值[ 6- 7]。 体外实验结果表明, 双歧杆菌对各种低聚糖几乎都可以利用, 而一些有害细菌 则不能利用或很难利用大多数低聚糖[8]。

2.2 抑制内毒素、保护肝脏功能
双歧杆菌发酵低聚糖, 产生醋酸和乳酸等短链脂肪酸和一些抗生素物质, 可以 抑制外源致病菌和肠内固有腐败细菌的生长繁殖, 减少由这些细菌产生的各种 毒素。双歧杆菌亦可抑制肠道腐败细菌的繁殖, 从而减少肠道中内毒素及尿素酶 的含量, 使血液中的内毒素和氨含量下降。减轻肝脏分解毒素的负担。

2.3 调节胃肠功能, 防治便秘和腹泻
各种低聚糖不经消化或难以消化, 驶入后直接进入大肠, 在结肠中被大肠菌群 发酵作为能源利用, 双歧杆菌、乳酸菌等有益菌群把低聚糖发酵后产生有机酸, 其中醋酸占 95 % (还有丙酸、丁酸和乳酸等 )。这些有机酸降低了肠道内的 p H, 有效的抑制了肠道腐败产物的生成, 并促进肠道蠕动、增加粪便湿润度并保持一 定的渗透压, 从而促进排便, 防治便秘。

2.4 合成维生素
双歧杆菌在肠道内能够合成维生素 B1、 维生素 B2、 维生素 B6、 维生素 B12、 烟酸和叶酸等人体必需的维生素。 膳食摄入低聚糖后, 随着肠道双歧杆菌的增殖, 肠道内合成的维生素含量会随之提高, 可以提高人体水溶维生素的摄入量。

2.5 促进钙、镁、锌、铁等矿物元素的吸收
低聚糖在大肠中被有益菌发酵, 产生大量的有机酸, 导致肠道 p H 下降, 使 在通过小肠时食物中的矿物元素形成的难溶性的磷酸盐、 复合物发生溶解而容易 吸收。 这样对于促进儿童生长,防治老年骨质疏松有着重要意义, 通过实验低聚果 糖能够明显增加钙的吸收, 低聚半乳糖次之,而低聚以麦芽糖没有这种功效。

2.6 低能量或无能量
功能性低聚糖很难或不被人体消化吸收, 因此不能提供能量或能够提供很低 的能量。因此在低糖食品中发挥着重要作用, 能够作为喜欢甜食有害怕变胖的人 的饮食需求, 还可以作为糖尿病人、肥胖病人和低血糖病人食用。

2.7 预防龋齿
龋齿是由于突变链球菌侵蚀牙齿引起的, 功能性低聚糖不能作为突变链球菌 的发酵底物, 不提供口腔微生物沉积、产酸、腐蚀的场所 (牙垢) , 所以是一种低 腐蚀性的防龋齿甜味剂。

2.8 降低血清胆固醇, 降低血脂和血压
人体实验已经证明, 摄入低聚糖后可以降低血清胆固醇的水平。每天摄入 6 ~12g 低聚糖持续 2 周到 3 个月, 总血清胆固醇可降低 20~50dL。双歧杆菌产生 的胆酸水解酶将结合胆酸游离出来, 胆汁酸可以同胆固醇结合沉淀随大便排春 体外, 从而有效地降低血脂。另外有研究表明, 人的心脏舒张压的高低与其粪便 中双歧杆菌占总菌数量的比率呈负相关。

2.9 激活免疫、延缓衰老和抗肿瘤
摄入低聚糖引起的肠道菌群的改善, 抑制了腐败菌代谢致癌物的产生, 同时双 歧杆菌及其代谢产物激活了免疫功能, 提高了机体免疫能力也能够抑制肿瘤细 胞的增殖。 双歧杆菌增殖, 肠道内的细菌代谢产物会朝着对人体有利的方向转化, 使人体的免疫能力、抗病毒能力增强, 使人的衰老过程变得缓慢, 更富有生机、 活力[9]。

3 典型的功能性低聚糖在食品中的应用 3.1 大豆低聚糖
大豆低聚糖可用于饮料的制备,在酸性条件下其热稳定性强,可以广泛应用于 乳酸菌饮料和酸性饮料中。 大豆低聚糖是一种低甜度 、低热量甜味剂,可以替 代蔗糖用于糖果 、巧克力等制品中 。大豆低聚糖可添加于乳制品中,李晓东等 人[10-11]研究发现,其可替代蔗糖添加到冰激凌和酸奶中,既能保持产品原有的 风味, 又具有预防高血压 、 高血脂和龋齿的作用 。 大豆低聚糖还可应用于面包 、 饼干 、挂面馒头等粮油食品中[12],具有延长面包 饼干、 馒头的货架期,增 强挂面韧性等作用。

3.2 甲壳低聚糖
甲壳低聚糖可以添加到脱脂奶粉中来制备酸奶, 其添加量及其分子量对酸奶的品 质有显著影响 。甲壳低聚糖的适量添加能显著改善酸奶的风味。甲壳低聚糖可 作为防腐剂应用于食品中,当其应用于苹果原汁保藏时,在果汁中含质量浓度为 4 g/L 甲壳低聚糖可使果汁的保藏期由对照试验中 37℃ 时 9 d 增加到 70 d, 显 示了很好的防腐效果。 甲壳低聚糖及其脂肪酸结合物可以制成降脂减脂食品, 甲壳低聚糖在胃中能与 胃酸作用而溶解, 在肠内的 pH 值下形成凝胶, 具有吸附胆汁酸和胆固醇的作用 。 吸附了胆汁酶和胆固醇的甲壳低聚糖凝胶随着粪便排出体外, 从而降低了血中的 胆固醇,当然同时也吸附了脂肪,防止肠道消化吸收脂肪,降低了血中的脂肪。

3.3 低聚异麦芽糖
低聚异麦芽糖是所有低聚糖产品中产量最大的一种, 淀粉经 α- 葡萄糖苷酶水 解生成异麦芽糖低聚异麦芽糖是葡萄糖以 α-1,6 糖苷键连接起来的低聚多糖。 低 聚异麦芽糖应用范围十分广泛,可以制成各种保健品、 饮料 、调味品及其它低 热量的功能性食品。 在啤酒生产过程中,通过添加功能性异麦芽低聚糖,使啤

酒在原有营养的基础上,增加保健功能,明显改善低度啤酒口味及泡持性[13]。 低聚异麦芽糖的保湿性、 低甜度和不发酵的特性使其应用于面包糕点,可以使 面包糕点松软而富有弹性,香甜可口,延长货架期 。低聚异麦芽糖还可以作为 豆奶饮料 、 果汁饮料等及粉末饮料中[14]。 功能性食品添加剂添加到碳酸饮料 、

3.4 低聚果糖
低聚果糖作为一种优良的可溶性膳食纤维,清甜可口的功能食品配料,特别是 其润肠通便功能尤为明显。 低聚果糖在饮料 、 冷点心、 加黄油食品、 奶油蛋糕、 冰激凌等中均可使用,金艳梅等人详细报道了低聚果糖酸奶的研制 Felicidad Ronda 等人证明低聚果糖添加到海绵蛋糕中, 可以改善其烘焙后的纹理、 色泽、 体积等。 低聚果糖还可以生产成粉剂 、片剂 、胶囊 、口服液等功能性保健食 品,成分有的是纯低聚果糖的益生元制剂,有的与益生菌混合配制的复生素。

3.5 低聚木糖
低聚木糖因不能被人体消化而不产生热量,所以被广泛应用于减肥保健食品 中。 当低聚木糖作为甜味剂添加到食品中时,能减少人体能量摄入,加强机体 脂肪代谢,达到减肥的目的。 低聚木糖有很好的酸 、热稳定性,因而能广泛用 于烘焙食品中。在焙烤食品制作过程中添加适量的低聚木糖,可以改变面团的流 变特性,保持产品的水分从而延长货架期 。与此同时,添加低聚木糖能取代部 分蔗糖,降低产品的产热量,改善产品的口感和品质。

4 功能性低聚糖在食品中的应用前景
随着经济的发展和生活水平的提高,人们的健康状况有了明显改善 。但由于 饮食结构不合理, 如脂肪摄入量过多等原因, 与膳食相关的高血压 、 糖尿病、 高 血脂等慢性疾病发病率逐年上升,患者年龄不断下降。 如何通过改善饮食结构,采用功能食品的形式控制人体的血脂水平,以预防和 控制冠心病的发生和发展,这是全世界医药 、食品、营养界关注的热点 。功能 性低聚糖作为食品添加剂添加到食品中能够很好的改善人们的饮食结构, 其优越 性在于:它既有食糖替代品糖醇的功能 (具有一定甜度和某些糖类的属性) ,又 有纤维素促进肠道有益菌的繁殖,抑制有害菌滋长的功能 。一些低聚糖已经广 泛应用于食品中,例如:低聚果糖和低聚半乳糖已被审批为营养强化剂,可以在 各种婴幼儿食品中添加 。随着对低聚糖研究的不断深入,其产品种类和应用领 域必将进一步扩大。

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