低聚糖的功能和发展前景
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低聚糖是指由2～10个单糖组成的糖类，由于其聚合度低，故称为低聚糖。功能性低聚糖指不为人体酶解，在小肠中不被吸收的低聚糖，亦即不消化性的低聚糖，但进入大肠后能促进体内双岐杆菌的增殖（即通常所说的双岐因子）。
1999年我国公布的 “功能性低聚糖通用技术规则行业标准”对功能性低聚糖的定义为：（1）功能性低聚糖（functional oligosaccharide）是由2～10个相同或不同的单糖，以糖苷键聚合而成；（2）具有糖类某些共同的特性，可直接代替糖料作为甜食品配料，但不被人体胃酸、胃酶降解，不在小肠吸收，可到达大肠部；（3）具有促进人体双岐杆菌的增殖等生理功能。
1世界功能性低聚糖发展状况
1.1日本
国际上功能性低聚糖以日本开发较早，品种也最多。大部份用酶法合成，天然提取物居少数。低聚果糖1983年进入市场，低聚异麦芽糖1985年进入市场，低聚半乳糖1988年进入市场。近年又有海藻糖、黑曲霉低聚糖相继上市。目前日本市场消费功能性低聚糖，主要有低聚异麦芽糖（11 000吨/年）、低聚半乳糖（6 000吨/年）、低聚果糖（4 500吨/年）、低聚木糖、低聚乳果糖、乳酮糖、大豆低聚糖、棉籽糖、黑曲霉低聚糖等10多个品种，约3万多吨，年销售额130亿日元（约合人民币17.5亿元）。日本厚生省自1991年开始设立特定保健用食品，包括调整肠道功能、降血脂、降压、防龋齿、预防骨质疏松等功能。
2003年日本特定专用保健食品FOSHU（低聚糖）市场达到54亿美元，比2001年增长37.6 %。其中用于改善肠道功能的34.56亿美元，占64 %，用于控制体重的11.2 %，调节血糖4.9 %，防龋齿14.2 %，骨健康2.1 %，调节血压1.6 %，调节胆固醇2 %。其终端产品中各种饮料占53 %，小食品13.1 %，肉鱼蛋白食品4.5 %，汤类4.8 %，谷物食物5.8 %，糖片5 %等。
1.2欧洲
欧洲国家如比利时、法国、荷兰，也有多年开发低聚糖的历史。主要品种有低聚果糖和低聚半乳糖。低聚果糖的生产原料为菊苣，从中提取菊粉（一种高聚合度的果聚糖，平均聚合度7～60，主要为可溶性膳食纤维），然后酶法降解为低聚果糖。欧洲开发低聚糖主要是利用其不消化性，作为脂肪代替品，以及膳食纤维用于低热量食品。
荷兰、比利时、瑞典、英国均有大学和研究机构开展低聚糖的研究。1994年5月比利时的饮料FYOS进入市场，其配料为低聚果糖、脱脂乳糖、水、蔗糖、果汁、香精；荷兰Borculo公司用乳糖经β-半乳糖酶加工制得低聚半乳糖，可用于乳品、婴儿食品，也可用于糖果、饮料，其商品低聚半乳糖浆的成分是：半乳低聚糖58 ％～65 ％、乳糖21 ％～28 ％、葡萄糖20 ％～23 ％、半乳糖1 ％～4 ％、总固体75 ％。
低聚果糖已被欧盟批准为食物配料，而不是食品添加剂。加拿大、澳大利亚、新西兰、以色列等亦批准使用低聚果糖，并允许在食品标签上注明有双歧杆菌增殖作用。1995年日本厚生省正式批准明治制果公司的低聚果糖为保健食品。
1.3中国
我国对低聚糖的研究始于上世纪80年代，但形成工业规模和商品化则在“九五”期间。1996年由中科院微生物所和山东宝龄宝公司合作，在禹城建成年产2 000吨的低聚异麦芽糖工厂。1997年由无锡江南大学和云南天元合作建立第一家蔗糖酶法生产低聚果糖生产企业，于昆明投产。现各种低聚糖生产能力约5万吨，实际年产4万吨。主要品种有低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖、水苏糖等，但实际年产以万吨计的只有低聚异麦芽糖，年产以千吨计的有低聚果糖、水苏糖，其他品种的年产量很有限。
由于功能性低聚糖具有水溶性和不消化性，不仅是调整肠道功能的双岐因子，且有一定甜度、黏度等糖类的属性，作为食品配料易为食品加工企业和消费者接受，可广泛应用于低热量食品、减肥食品中。高纯度（95 %）低聚糖可用于糖尿病患者食品和防龋齿食品。功能性低聚糖在饲料、医药、植保等方面也有很好的应用前景。目前国内己将功能性低聚糖广泛用作各种饮料、食品配料。我国卫生部批准的具有改善肠道润肠通便功能的保健食品中使用的低聚糖有低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖等。
国家食品工业标准化委员会发酵制品分技术委员会将低聚糖作为功能性发酵制品列入标淮化体系表。2000年后国家发改委先后下达了低聚糖通用技术标准和低聚异麦芽糖、低聚果糖国家行业标准。我国台湾地区也将低聚糖作为食品配料使用。
卫生部食品监督检验所经过生理生化和临床试验，确认低聚异麦芽糖具有双歧杆菌增殖作用。国内较早进入功能食品市场的含低聚异麦芽糖食品有乐百氏健康快车酸奶、宝灵宝酸奶、儿童宝润喉糖、娃哈哈AD钙奶等。
云南天元所生产的低聚果糖浆被批准为保健食品，其功效成分为低聚果糖，保健功效为调节肠道菌群、润肠通便、调节免疫、调节血脂。较早进入功能食品市场的含低聚果糖产品，有娃哈哈双博士AD钙奶；山西汾酒厂在传统“竹叶青”酒中加低聚果糖，强化了保健功能。上述两个产品均被卫生部批准为保健食品。
2低聚糖的功能
2.1不消化性糖类
低聚糖不被胃酸胃酶分解，有一定甜度，人体摄入后基本上不增加血糖和血脂，可作为功能性食品配料广泛用于各类食品。表1列举了市场上较常见的品种。
2.2有利于人体肠内双歧杆菌的增加
低聚糖在大肠中可被双歧杆菌利用而不能被有害菌利用。低聚糖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。
用低聚异麦芽糖浆调制成2 ％的培养液，接入活化的婴儿双歧杆菌，刚接种时透光100 ％，活菌数3.9×105。厌氧培养37 ℃ 3 d，透光度降至4.5 %，活菌数达2×109。实验表明，即使糖浆中低聚异麦芽糖只占50 ％以上（其他是葡萄糖和麦芽糖），对双歧菌就有明显的增殖效果。
服用低聚果糖，可使肠道菌群中双歧杆菌、肠杆菌等有益菌的数量显著增加（12倍以上），产气夹膜梭菌等有害菌的数量显著减少（至1/30）。服用试验证明，低聚果糖浆类似水溶纤维，能促进小肠蠕动，加快粪便排泄，清除肠内有害物，预防和减轻便秘。
人体肠内粪便中约1/3为各种菌类。乳酸菌、双歧杆菌属有益菌；大肠杆菌和粪杆菌既有害也有益，属于中性；金黄葡萄球菌和干酪杆菌为有害菌。食物在口腔部位细菌总量在食物中达100万～1 000万；到达胃部，在胃酸的作用下，仅剩1万；到达十二指肠，在胆酸作用下，降到2 000以下；进入小肠，由于胃酸被中和，胆汁被吸收，菌量开始上升，大肠杆菌和乳酸菌大量繁殖。进人大肠，在无氧状态下，厌氧菌、双歧杆菌等大量繁殖，总量达100亿以上。
双歧杆菌的功能主要是防止有害菌感染，抑制肠内腐败，合成维生素B，促进肠蠕动，防治腹泻，增强免疫等。临床试验证明，食用含有B.Breve双歧杆菌的食物5周，粪便中大肠杆菌和粪杆菌明显下降，尿中氨和糖苷明显减少。
新生婴儿每1 g粪便中含双歧杆菌130亿以上，离乳期100亿，成长期经稳定一段时间然后慢慢趋于减少，到老年期明显下降。而大肠杆菌在出生时也在130亿，成年期有下降趋势，降到5 000万，但到老年期又上升。
因母乳中含有低聚半乳糖，所以婴儿体内的双歧杆菌多。1978年发现低聚半乳糖对双歧杆菌的增殖作用，每人每日摄入低聚半乳糖2.5～3 g，连续服用，双歧菌可增殖1倍。用于通便的服用量是每日10 g，服用3周后，胆汁酸和二次胆汁酸（二次胆汁酸有诱发肠癌的作用）浓度下降，粪便变软。
不消化性糖在大肠中被双歧菌利用酵解，产生有机酸和氢。人体呼出气体中氢的含量达20 ppm，可以确认服用的是不消化性糖。曾试验20人服用低聚半乳糖，分析呼出的气体，结果1 h后氢浓度达20 ppm；3.5 h后达70 ppm；8 h后降为40 ppm。
2.3促进钙吸收
欧州 Orafti 经多年研究证实，低聚果糖不仅能促进钙吸收，而且能提高骨密度，减少骨质酥松的危险。
日本研究低聚半乳糖促进钙吸收的作用，大鼠实验结果表明，大鼠大腿骨钙吸收率从148增至156，钙保留量每天从21.6 mg增至24 mg。这可能与双歧菌发酵低聚糖，产生乙酸、丁酸、丙酸有关。
2.4防龋齿作用
高纯低聚糖不被造成龋齿的链球菌利用，不被口腔酶液分解，因而能防止龋齿。
2.5调整肠道功能
低聚糖有调整肠道的功能，可润肠通便，有效缓解老年人的便秘。每天服用50型低聚异麦芽糖15～20 g，经常服用对习惯性便秘者有明显效果。但也不宜一次摄入过多，否则会导致腹泻。日本市场销售的低聚糖食品标签均注明不宜摄入过量。
有些低聚糖如低聚麦芽糖（包括麦芽三糖到麦芽七糖），它们只是在物理性能上，如耐寒、低黏度、抗变性方面比麦芽糖好，能生产性能各异的甜食，但它们易消化，不具备对双歧杆菌的增殖功能。
3发展低聚糖的必要性和优越性
随着经济的发展和生活的提高，我国居民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，各种常见病、多发病的患病率增加。
我国居民健康状况调查报告指出：（1）高血压患病率18.8 %，总人数1.6亿多（1996年为9 500万）；（2）糖尿病患病率2.6 %，大城市达6.4 %，全国患病人数2 000多万（糖尿病协会报告为4 000～5 000万人），另有近2 000万人空腹血糖受损；（3）成人超重率22.8 %（大城市30 %），达2亿人。肥胖率7.1 %（6 000多万人），儿童肥胖率8.1 %。超重和肥胖患者合计2.6亿人；（4）血脂异常患病率18.6 %，1.6亿人（1996年为9 000多万人），应特别注意的是中年和老年患病率相近，有年轻化趋向。
以上疾病均与高脂血有关。如何通过改善饮食结构，用功能食品控制血脂水平，预防和控制冠心病的发生和发展，是全世界医药、食品、营养界关注的热点。功能食品包括各种营养食品、保健食品、膳食补充剂。尤其是以普通食品和饮料为载体，添加防病抗病功能因子的功能食品，是当今国内外食品工业新的增长点。日本市场各种功能食品289种，其中调整肠道功能的低聚糖类61种，食物纤维类50种，乳酸菌类55种；降血压的22种，调节血糖的14种，防踽齿的13种。销售额1997年1 315亿日元，2001年12月达4 120亿日元。
发达国家鉴于三高症的普遍性（如美国成人超体重占60 %），十分强调低热量、低脂肪食品的开发。国际市场最流行的无糖（sugar free）甜食品，就是以食糖替代品―糖醇为主生产的。糖醇不是糖，是用糖加工还原成的醇，外观和性能具有某些糖的属性。糖醇为白色粉状或结晶，其浆状产品也与糖浆相似，有一定的甜度和热量，所以可作为食糖替代品，是一种营养性甜味剂。
食糖替代品糖醇可像平日吃糖一样消费，糖尿病人以糖醇代替糖，不影响血糖值。糖醇作为甜食品原料，能1∶1代替食糖制作糖果、糕点和饮料，加工工艺基本不需改变，这和高倍甜味剂（糖精、甜蜜素、阿斯巴甜等）不同。例如糖精甜度是蔗糖的300～500倍，阿斯巴甜甜度为200倍，这些高倍甜味剂主要是提供食品的甜味，不提供热量和营养，也不提供体积。
国际上消费较为广泛的糖醇有山梨醇、麦芽糖醇、木糖醇、赤藓醇、甘露醇、乳糖醇、异麦芽酮糖醇等，消费量170万吨。
国际食品法典委员会CAC 1997年批淮麦芽糖醇、山梨醇、木糖醇、乳糖醇为可按生产需要无须限量食用的食品添加剂，JECFA批准糖醇为无须规定ADI值的食品添加剂。
国际上第二个较早流行的针对高脂血、超体重者的功能食品配料是膳食纤维，包括不溶性的燕麦纤维、苹果纤维、大豆纤维，水溶性的葡聚糖、改性糊精以及经过碱溶酸沉的玉米皮纤维等。这些功能食品配料大量用于低热量或无热量的焙烤食品以及糖果、冰淇淋、饮料中。虽然国际上至今对膳食纤维的定义尚有争议，但对纤维素主要功能声称是一致的，即纤维素是不被肠道上部消化吸收的非淀粉物质，基本无热量，但也并非隋性物质。纤维素能促进肠道有益菌的繁殖，抑制有害菌滋长，还能促进肠道蠕动、排便，有利于提高人体免疫力，被称为第七营养素。值得注意的是其功能与低聚糖类同。
低聚糖的优越性在于，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。低聚糖完全适合高脂血和超体重人群功能食品的要求，且在价格上较糖醇和膳食纤维有竞争优势。
4开发功能性低聚糖的几点建议
开发满足不同人群需要的特殊营养食品是我国21世纪食品工业的发展重点，所以，开发新型低聚糖具有广阔的前景。但我国毕竟起步较晚，还有不少需要完善之处。
4.1加强宣传推广
通过各种宣传渠道，以科普的形式宣传低聚糖的功能。让食品界和广大消费者更多地了解什么是功能性低聚糖，功能性低聚糖作为食品配料有哪些技术含量，含功能性低聚糖的食品对人体健康有哪些功效，不断提高对低聚糖的认知度，逐渐扩大功能性低聚糖市场。
4.2加强应用研究开发
继续拓展功能性低聚糖在食品、饲料行业的应用研究。特别要开发一日三餐用功能低聚糖的应用技术，如面食制品、谷物早餐、调味料、副食等。在饲料工业中应研制针对性强的品种，重点突破仔猪、仔鸡用的配方，以扩大功能性低聚糖在饲料中的比例。日本1999年消费低聚果糖4 500吨，其中3 000吨用于食品，1 500吨用于饲料，占33％。相比之下，我国的功能性低聚糖绝大部份用于少量食品，在饲料中使用刚刚起步，市场潜力十分巨大。此外要通过新酶种和产品的修饰改性，研究开发特殊功能的新品种。还应开展低聚糖在医药、植保等新领域的应用研究。只有应用领域扩大了，市场才能随之扩大。
4.3继续提高技术和管理水平，降低产品成本
目前我国批量生产的功能性低聚糖品种低聚异麦芽糖和低聚果糖，分别以来源广泛的淀粉和蔗糖为原料，经酶法转化而得，所耗用的酶在成本中占有很大比例。特别是生产低聚异麦芽糖的转苷酶目前尚依赖进口。所以，研究酶的固相化结合膜法分离，实现转化过程连续化并使转苷酶能多次重复利用，是当前的技术难点，应组织力量早日突破。在净化分离技术方面，要推广树脂吸附脱色代替活性炭。采用微滤装置过滤糖浆，以进一步提高产品的纯度和卫生指标。应注意综合利用降低成本，特别是在实现规模化经营中，要降低固定资产的投入，才能为不断降低生产成本创造条件。高质量和低成本的新产品，才有较强的竞争力。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”