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(yíng)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(zhì)代謝，降低血脂和膽固醇;產(chǎn)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(jìn)鈣等礦物質(zhì)元素的吸收等。本文詳細介紹了低聚果糖的理化性質(zhì)及生理功能，詳細綜述了其制備、檢測方法及其近年來(lái)在食品中的應用和未來(lái)的開(kāi)發(fā)前景。

　　關(guān)鍵詞：低聚果糖，生理功能，制備，檢測，應用

　　大量形式多樣的功能性食品已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)。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(zhì)、益生元、益生菌、植物化學(xué)物質(zhì)、反氧化劑和多不飽和脂肪酸。在這些成分里面，益生元作為難消化食品配料能夠促進(jìn)宿主腸道內某些益生菌的生長(cháng)從而利于宿主的健康。

　　低聚果糖(Fructo-oligosaccharides，FOS)是由果糖分子通過(guò) b-(2-1)糖苷鍵鏈接而成的短或中長(cháng)鏈寡糖并且已經(jīng)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(jìn)腸道菌群中的益生菌的增殖并且產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFA)，主要是乙酸、丙酸和丁酸。低聚果糖作為組成組分被發(fā)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(lái)越多，低聚果糖的功能被逐漸發(fā)現。

　　1 低聚果糖的理化性質(zhì)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(zhì)如溶解性、冰點(diǎn)和沸點(diǎn)、結晶點(diǎn)等都與蔗糖非常相似。幾類(lèi)主要功能性寡糖的攝入量、味覺(jué)和其他物理性質(zhì)[8,9]見(jiàn)表1。

　　表1 功能性低聚糖的理化性質(zhì)

功能性寡糖種類(lèi)	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	3	0.7	2	10
日常攝取量	5-20	0.7-1.4	8-10	15-20
最大無(wú)作用量	36	-	18	90
甜度（以蔗糖100）	30-60	50	20-40	30-50
甜味性質(zhì)	清爽，不帶任何后苦味	純正、類(lèi)似蔗糖	純正	溫和
熱值	1.5	3.4	1.7	-
酸熱穩定性	pH=3時(shí)，高于70℃極易分解	很穩定	中性條件下耐熱性較好	較強
著(zhù)色性	非著(zhù)色性	較蔗糖稍低，與氨基酸共存著(zhù)色性比蔗糖好	著(zhù)色性高	易著(zhù)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(yōu)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(lèi)似的功能，如預防齲齒、控血糖等，同時(shí)具有增殖雙歧桿菌的功能，經(jīng)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(jìn)雙歧桿菌、乳酸桿菌或者抑制多種有害菌株在人體或者動(dòng)物體內的生長(cháng)通過(guò)老鼠，小豬或者人類(lèi)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(yíng)養物質(zhì)，而且還可能參與了雙歧桿菌的生長(cháng)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(huì )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(zhì)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(zhì)的新陳代謝。老鼠的動(dòng)物試驗表明：菊粉和低聚果糖通過(guò)降低餐后膽醇血癥和甘油三酯血癥的15%和50%來(lái)影響膽固醇和甘油三酯的水平。

　　1.2.4 產(chǎn)生有機酸，降低腸道pH，抑制腐敗，預防便秘

　　低聚果糖進(jìn)入大腸，被大腸內的雙歧桿菌利用產(chǎn)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(zhì)軟化，臭味減少。稻葉的研究表明，使用低聚果糖會(huì )使腸道中的腐敗物質(zhì)發(fā)吲哚，糞臭素等顯著(zhù)降低。

　　1.2.5 提高免疫力 、抑制、預防腫瘤

　　大量的動(dòng)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(fā)酵產(chǎn)生的丁酸可能預防化療的致癌作用或通過(guò)促進(jìn)結腸中的細胞分化來(lái)降低宿主的結腸癌風(fēng)險。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(méi)有菌體凝結作用，因而不會(huì )引起牙齒齲變。

　　1.2.7 促進(jìn)鈣等礦物質(zhì)元素的吸收

　　在青少年人群中，日常飲食中經(jīng)常食用益生元比如低聚果糖能夠促進(jìn)Ca的吸收并且在青春期時(shí)能夠增加骨骼的礦物質(zhì)含量。低聚果糖能夠被定植在腸道的微生物發(fā)酵，從而使益生菌的數量增加，產(chǎn)生SCFA和氣體。這些SCFA能夠降低腸道內的pH并且能夠創(chuàng )造一個(gè)更有利于礦物質(zhì)溶解的酸性環(huán)境。另外，在飲食中添加低聚果糖的動(dòng)物試驗已經(jīng)表明能夠增加盲腸的體積。盲腸的擴大能夠增加礦物質(zhì)在回場(chǎng)中的積累。

　　2 低聚果糖的制備

　　低聚果糖可以通過(guò)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(chǎn)酶菌種有Aspergillus niger，Aspergillusoryzae， Aureobasidium pullulans 和 Aspergillus japonicus。目前，黑曲霉產(chǎn)的果糖基轉移酶已被廣泛應用，低聚果糖的最大產(chǎn)率可達55%~ 60%(質(zhì)量分數)。不同來(lái)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(shí)，采用Aspergillusoryzae CFR202產(chǎn)的β-D-果糖基轉移酶，低聚果糖的得率54%，采用Aspergillus pullulans CFR 77產(chǎn)的β-D-果糖基轉移酶，低聚果糖的得率為56%。

　　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(guò)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(chǎn)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。大多數研究通常只使用一種來(lái)源的內切菊粉酶，有研究顯示使用來(lái)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。

　　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(fā)展和完善中，例如 Hirotaka 等將單糖和低聚糖進(jìn)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(chēng)之為高壓液相柱前衍生化法。HPLC 操作簡(jiǎn)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(zhì)中寡糖含量的測定。例如, 傅博強等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(lèi)和其他雜質(zhì)在色譜柱上實(shí)現有效分離。該法可以滿(mǎn)足食品生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量控制和質(zhì)檢部門(mén)進(jìn)行市場(chǎng)監管的需求。形成的檢測國家標準將為食品營(yíng)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(yōu)點(diǎn)。但因氣相色譜用氣體做流動(dòng)相，被分析樣品必須汽化后才能在柱上進(jìn)行分析。低聚糖沒(méi)有足夠的揮發(fā)性，測定時(shí)要預先將其制備成易揮發(fā)、對熱穩定的衍生物。進(jìn)樣口的高溫有時(shí)會(huì )使其衍生物分解，甚至可被留在進(jìn)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(shí)有一定的限制。

　　3.3 薄層分析法

　　薄層層析法成本低，速度快，不受試樣揮發(fā)性和熱穩定性局限，但是它的測定誤差較大，不易進(jìn)行定量分析，只適用于低聚糖生產(chǎn)或試驗研究的常規分析。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(kāi)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(diǎn)樣量為0.4 μL，室溫下進(jìn)行4次展開(kāi)，可把單糖至低聚七糖甚至八糖等各組分分開(kāi)，斑點(diǎn)清晰，無(wú)拖尾，分離效果較好。

　　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(zhì)，一般認為攝入量不應超過(guò)10克。攝入量過(guò)大，會(huì )引起腸道失調;攝入量超過(guò)30克/天，有可能引起胃腸道脹氣;超過(guò)40克/天會(huì )導致腸道腫大;超過(guò)50克/天會(huì )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(shí)就會(huì )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(huì )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(guò)10克/天。低聚果糖食用過(guò)量時(shí)，因在大腸中造成局部高滲壓吸水而會(huì )引起腹瀉，不引起腹瀉的最大劑量重稱(chēng)最大無(wú)作用量。在此量下時(shí)不會(huì )引起腹瀉的。低聚果糖的最大無(wú)作用量為每千克體重0.3-0.4克，以60千克體重的人來(lái)說(shuō)，每天攝食18-24克以下，不至于引起腹瀉。低聚果糖可用營(yíng)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(zhù)食品工業(yè)的迅速發(fā)展，甜味劑的需求量越來(lái)越大，而低糖、低脂、低熱值的食品也越來(lái)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(lèi)產(chǎn)品、飲料、糖果、糕點(diǎn)、冰淇淋、巧克力、調味品等。低聚果糖不只是作為甜味劑，同時(shí)也具有其他保健功能，比如在發(fā)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(jìn)乳酸發(fā)酵食品的風(fēng)味，縮短發(fā)酵周期。在酒類(lèi)產(chǎn)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(fēng)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(chǎn)品口味更細膩柔和、更清爽。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(jìn)雙歧桿菌增殖等功能。

　　4.2 功能性食品

　　隨著(zhù)人們對健康、營(yíng)養、食品之間關(guān)系的了解，功能性食品越來(lái)越受到追捧。利用功能性寡糖的生理特性，廣泛開(kāi)發(fā)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(dòng)食品、冷凍食品和膳食補充劑等。對于糖尿病患者來(lái)說(shuō)，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(wú)能量或低能量甜味劑，可滿(mǎn)足糖尿病患者的需要。在高鈣素等補鈣產(chǎn)品添加低聚果糖不但能夠改善口味，而且可以促進(jìn)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(mén)氏菌及腐敗菌的生長(cháng)，改進(jìn)腸道功能，增進(jìn)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(zhù)。

　　5 展望

　　雖然我國寡糖產(chǎn)業(yè)起步較晚，但是進(jìn)步非常迅速?？墒桥c發(fā)達國家相比，我國低聚果糖生產(chǎn)效率、生產(chǎn)工藝等方面還有很大差距，主要是產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重，有效組分相比國外產(chǎn)品還有一定差距、核心技術(shù)有所欠缺。低聚果糖的定量檢測已經(jīng)有很多方法，但針對的是低聚果糖原料糖漿、轉化糖產(chǎn)物等寡糖含量較高的樣品，對于實(shí)際生產(chǎn)中形形色色的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，沒(méi)有通用的檢測方法。另外，由于工業(yè)化生產(chǎn)使用的酶來(lái)源不同，各生產(chǎn)企業(yè)采用的生產(chǎn)工藝也存在一定的差別，造成了功能性寡糖組分種類(lèi)和比例的復雜性，因此很有必要對檢測方法進(jìn)行規范。

　　在功能性驗證方面，雖然研究機構已經(jīng)對低聚果糖促進(jìn)人體腸道有益菌增殖，調整腸道微生態(tài)，預防腸道感染，改善排便，促進(jìn)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(zhù)市場(chǎng)的競爭加劇，企業(yè)對低聚糖的功效性也越來(lái)越重視，在這方面的資金人力投入也會(huì )越來(lái)越多，但目前都停留在比較基礎的研究上，對改善脂質(zhì)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(dòng)物試驗階段，缺少人體實(shí)驗，其機制尚不明確。因此，功能性寡糖研究尚有大量課題有待進(jìn)一步闡明。

(作者：保齡寶生物股份有限公司配料市場(chǎng)部 王聰 龐明利 楊海軍)