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1、低聚糖的功能性研究与其应用展望摘 要：简要介绍了几种主要低聚糖的结构，讨论了功能性低聚糖的双歧因子、低热量、抗龋齿等主要功能，对低聚糖的开发应用作了探讨及展望，提出低聚糖将作为一种功能性食品基料在功能性食品中得到广泛应用，开发应用功能性低聚糖具有广阔的前景。关键字：低聚糖 生物学意义 应用研究背景低聚糖是指由210个单糖组成的糖类，由于其聚合度低，所以称作低聚糖。低聚糖又称寡糖，其分子量约为3002000，分为功能性低聚糖和普通低聚糖两大类。蔗糖、麦芽糖、乳糖、海藻糖和麦芽三精等属于普通低聚糖，它们可被机体消化吸收。功能性低聚糖在自然界广泛存在，和人类食物有关的如：香蕉、大麦、洋葱、洋姜中含有
2、低聚果糖；竹笋中含有低聚木糖；大豆中含有水苏糖和棉籽糖；淀粉糖化液中含有低聚异麦芽糖。目前，市场上出现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。1功能性低聚糖，指的是不为人体酶解，在小肠中不被吸收的低聚糖，即不消化性的低聚糖。但低聚糖，进入大肠后，能促进体内双歧杆菌的增殖，即通常所说的双歧因子。1999年国家公布的“功能性低聚糖通用技术规则行业标准”中，规定的功能性低聚糖定义为： (1) 功能性低聚糖是由210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、胃降解。不在小肠吸收，可到达大肠部位。
3、 (3) 具有促进人体双歧杆菌的增殖等生理功能。 现在世界上主要研究和生产的功能性低聚糖主要有低聚异麦芽糖、大豆低聚糖、低聚果糖、低聚木糖和低聚麦芽糖等。自然界中主要存在于人乳、大豆、棉籽、桉树、甜菜、龙胆属植物根及淀粉的酶水解物中。因人体肠道内不具备分解消化它们的酶系统，所以不能被消化吸收，而是直接进入肠道内为有益菌双歧杆菌所利用。功能性低聚糖因具独特的生理功能而成为一种重要的功能性食品基料。功能性低聚糖的生物学意义与应用价值1、促进双歧杆菌生长，调整肠道菌群平衡 通常大肠中因缺乏大肠细菌可利用的碳源，一旦有碳水化合物进入就会对肠道菌群代谢产生重要影响。大肠菌群利用低聚糖的能力是不同的，体外
4、试验结果表明：双歧杆菌对各种低聚糖几乎都可以加以利用，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。5 2、促进钙吸收作用 欧州Orafti经多年研究证实,功能性低聚糖不仅能促进钙吸收,而且能提高骨密度，减轻骨质疏松的危险。早川幸男的低聚糖新知识中提到，服用2%低聚木糖水溶液以后，大鼠的钙吸收可以提高23%，而钙的利用率可以提高21%。6 3、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。7 4、防止龋齿 高纯度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。 8 5、难消化性糖类 低聚糖是一种难消
5、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。进入大肠后,在结肠部位被双歧杆菌利用,而不能被有害菌利用,称作双歧因子,可广泛使用于各类食品作为功能性食品配料。【2】 典型功能性低聚糖生产及工艺发展 1、低聚木糖 低聚木糖主要是以还有木聚糖的玉米芯、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的，随着酶工业及膜工业的发展，低聚木糖的生产工艺不断的革新。 其最初于1989年在日本Suntory公司实现工业化生产。我国在九五期间立项开展对低聚木糖工业化生产研究。山东龙力生物科技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
6、产技术，在国内独家采用直接蒸汽高压瞬时汽爆裂解预处理技术，提高了木聚糖溶出率和木聚糖酶使用效率，避免了酸降解带来的高单糖和高腐蚀问题；采用膜集成技术有效提高了产品总回收率，实现了水资源的综合利用，降低了给排水量，有助于产品附加值和减少污水处理负担；回收蒸发冷凝水用于调浆工序，节约了工艺用水；所用高活性链霉菌sp.E-86菌株从根本上解决了我国“八五”、“九五”课题研究中所用菌株活力不高，不适合工业化生产的问题。其技术申请了国内和韩国国际专利并授权，专利号：01131171.1和10-0653748，该技术项目于2001年4月通过教育部组织的国家科技成果鉴定，填补了国内空白。2002年，被卫生部
7、批准为新资源食品。同期，江苏康维生物有限公司与南京林业大学联合开发饲料级低聚木糖，于2003年7月获得国家农业部颁发的饲料和饲料添加剂新产品证书。2005年，龙力低聚木糖再度获得国家农业部颁发的饲料和饲料添加剂新产品证书，2007年，低聚木糖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。随着公众对营养健康和功能性聚合糖的关注，以及低聚木糖工业技术的不断革新和市场需求的不断扩大，其生产企业在国内发展到6家左右。910 为了规范行业发展，引导有序竞争，2005年中国轻工业联合会以中轻联综2005119号文关于印发二00五年轻工业制定、修订国家标准、待业标准项目计划的通知中，低聚木糖被列为行
8、业标准制定计划。由山东龙力生物科技股份有限公司为主起草单位，在参考了日本suntory公司企业标准和我国其他低聚糖行业标准的基础上，形成了低聚木糖行业标准QBT2984-2008，于2008年由国家发展和改革委员会发布实施。2009年，由中国农业科学院饲料研究所联合山东龙力生物科技股份有限公司及其他相关单位起草的饲料添加剂低聚木糖国家标准GBT23747-2009发布实施。 低聚木糖主要生产企业有日本三得利公司、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、江苏康维有限公司等。总年产量5000余吨，据2009年统计，低聚木糖的市场容量在1.5万吨左右。 随着工艺的不断革新，市场上的低
9、聚木糖出现了不同规格的产品。主要包括：95%低聚木糖粉剂、70%低聚木糖粉剂、35%低聚木糖粉剂、20%低聚木糖粉剂、95%低聚木糖糖浆、70%低聚木糖糖浆。日本三得利的产品规格和山东龙力生物科技股份有限公司产品规格相当，但是丰源中科产品以70%和35%的为主，江苏康维的产品以饲料级低聚木糖为主。 2、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这一定的差异。其中，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。其中以蔗糖问主要原料生产低聚果糖的国际企业有：日本明治制
10、果(MeijiSeikaKaisha)是日本生产低聚果糖的最大公司,产品的商品名为“Meioligo”，2007年，其市场占有量达到3000吨。Meiji还与法国的BesninSac合资生产低聚果糖,商品名为“Ac-tilight”。此外,CheilFoodsandChemicals(韩国)公司。以菊粉为主要原料进行生产低聚果糖的主要国际企业有ORAFTI公司的菊粉产品为“Rafliline”,是含有50个果糖基的多聚糖。比利时的Cosucra公司也生产类似产品,商品名为“Fibruline”。【3】 在我国，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.
11、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，其年生产能力达到1万吨，其FOS市场份额占到约67%；云南天元健康食品有限责任公司年产能3000吨；张家港梁丰1000吨。4 3、低聚异麦芽糖 低聚异麦芽糖是以淀粉为原料生产的。低聚异麦芽糖是-D-葡萄糖基以-(16)糖苷键结合,是双歧杆菌的增殖因子。13在低聚异麦芽糖的混合物中含有以葡萄糖基-(16)糖苷键结合的低聚糖,又含葡萄基以-(14)糖苷键结合的低聚糖,如潘糖。低聚异麦芽糖的酶法合成反应分两步,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
12、日本，低聚异麦芽糖是其所有低聚糖中产销量最大的品种，产量超过1万吨；在我国，低聚异麦芽糖也是产销量最大的品种，其产能达到5万吨以上，代表企业是山东保龄宝生物技术股份有限公司，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%。 4、低聚半乳糖 目前世界上主要生产公司有日本的YaKnitHosha、Nissin制糖公司、SnowBrand奶制品公司。其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的作用下,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。
13、 功能性低聚糖的市场发展 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倍受关注,在国际上已经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、工程等学科，应用于食品、医药、饮料、饲料、农业各领域的重要产业。 根据各种功能性低聚糖的性质不同，每种低聚糖有着其特殊的应用领用。例如：低聚木糖为例，依赖于其广泛的pH值，其应用领域非常的广泛，其特殊的应用领域在于那些偏酸性的产品。目前，市场上存在此类产品有：龙力牌低聚木糖营养醋、颐年养生醋等。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，其可以在各种婴幼儿食品
14、中添加。据悉，低聚木糖营养强化剂（婴幼儿食品中应用）的申报材料也已经上报卫生部。另外，饲料行业中目前以低聚木糖为主，低聚果糖也有少量的添加。 功能性低聚糖下游产业的发展是其市场发展的强大动力 1、保健品市场的发展 20世纪90年代以来，全球居民的健康消费逐年攀升，对营养保健品的需求十分旺盛。保健食品的销售额每年以13%的速度增长。2009年保健品行业总产值达到1000亿元左右。2009年18月份，我国保健品累计进出口额达1.3亿美元，同比上升7%。其中，出口额5536万美元，同比增长了2.5%；进口额7718万美元，同比增长了10.5%。其主要出口地区仍是日本和美国，占出口的61%左右，其中美
15、国对我国保健品进口增长较快；中国经济增长的速度超越了世界上所有国家，但中国消费者平均用于保健品方面的花费，只占其总支出的0.07%，而欧美国家消费者平均用于保健品方面的花费，占其总支出的25%，相差甚远，这充分说明中国保健食品市场的发展潜力巨大。 中国经济高速发展，百姓生活日益富裕，中国将紧随世界性保健需求强势增长的步伐，使保健品行业充满商机和诱惑。截至2008年，我国审批保健食品9613个，保健食品生产企业1600余家，中国未来保健产业年销售将达到70008000亿，成为绿色GDP产业。目前全球有70%的成人处于亚健康状态，这为保健产品提供了很大的商业空间。目前，市场上流通的添加功能性低聚糖
16、的产品种类有：润肠通便类、排毒养颜类、促进微量元素吸收类、减肥类、提高免疫力类等产品，这类产品占保健食品的40%左右。 2、乳品市场的发展 2009年是乳制品企业进行市场扩张的重要一年。“三鹿”婴幼儿配方奶粉事件打破了乳制品行业原有的市场格局。各大乳制品企业在夯实发展基础，加强质量建设的同时，积极拓展市场，努力提升市场份额。比如，伊利婴幼儿奶粉和成人奶粉的市场份额分别上升至13%和21%，取得了不俗的业绩；光明乳业、蒙牛乳业、南山集团等国内大型乳制品企业也实现了高增长、高收入的经营目标。2009年，我国奶类产品生产量达4000万吨，收入1456.76亿元。在未来五年内,随着人均收入的增长,人们
17、对牛奶的消费需求也会增长,全球乳品的需求将增长3%。像中国和印度这样的发展中国家有重要的发展潜力,将会占全球牛奶消费增长量的50%。欧盟、新西兰、美国的乳品出口占全球乳品出口市场的三分之二。 将功能性低聚糖添加至乳品中，能够赋予产品调节肠道菌群结构及平衡、选择性增殖双歧杆菌，进而预防便秘、腹泻，提交机体免疫力，缓解乳糖不耐等特性，从而增长产品的卖点。 3、饲料行业的发展 我国饲料工业已发展成为我国工业体系中重要的支柱产业之一,已跃居世界第二大生产大国。随着全球畜牧养殖技术的不断提高，受市场发展需求的拉动，2007-2015年我国饲料行业将取得长足发展。到2015年，世界营养不良的人口将削减一半
18、，其间，肉制品将会以每年2的速度增长，特别是加快猪肉和禽肉增长。这将促进世界添加剂，尤其是蛋氨酸和赖氨酸需求量的增加。预计2015年饲料需求量21723万吨，其中猪饲料8549万吨，占39.35；肉禽饲料1195万吨，占5.50；蛋禽饲料5203万吨，占23.95；反刍动物饲料1671万吨，占7.69；奶类消耗1566万吨，占7.22；水产饲料3539万吨，占16.29。随着联合国对绿色养殖的倡导和对抗生素等药物的限制使用，低聚糖会越来越广泛的被应用到动物保健品和饲料工业中。 低聚糖对动物也有和对人体相似的功效。自1960年以来有很多报道,但在饲料中大规模使用是近十多年的事,也是在低聚糖有了工
19、业规模生产以及能被饲料工业接受的适当价格以后才有可能。低聚糖添加于饲料的主要功效为：促进双歧杆菌增殖，提高排便速度，减少血氨浓度，增进矿物质吸收，增强苗免疫力。目前，饲料领域的功能性低聚糖以低聚木糖为主，占到50%以上。1112 4、功能食品、功能饮料的发展 2008年国际功能饮料、乳饮料市场可以达到800亿美元的规模，全球人均每年功能饮料消费量达到7kg。从乳制品、功能饮料市场发展趋势来看，功能性饮料和功能性乳饮料将引领新的饮料潮流，2008年国际功能饮料、乳饮料销售额800亿美元，2009年销售额950亿美元，增长18.75%；2009年以来，各种醋饮品在市场上变的十分活跃。 另外，低聚糖
20、还可以在农业生产中用作作物生产调节剂，调控作物的生长发育；用作农药，作为一种新型的植物激素及植物抗性激活因子在农作物生长发育和病虫害防治中具有广阔的开发前景；用作生化肥料，调节土壤微生物也有菌群,提高化肥的利用率。 综上所述，随着经济的发展和生活的改善，国际上对环境和健康的关注，对食品安全问题的日益重视，回归大自然、崇尚绿色、健康畅饮称为新的消费潮流。世界各国有机食品、绿色食品、功能食品、健康食品、保健食品，已称为食品工业新的增长点，相应的，功能性低聚糖也将得到长足的发展。近三年内，作为国内市场的主要双歧因子的功能性低聚糖将以20%-30%的速率逐年增长，市场前景极为广阔。参考文献1葛文光.低
21、聚乳果糖的生理功能及加工特性.食品科学.1998（6）：16-202周家华.功能性糖品的生产和应用.食品工业.1997（6）：11-123屠用利.菊糖的功能与应用.食品工业.1994（4）：45-464吴文剑，范家恒，低聚果糖的研究进展（一）.甘蔗糖业，2004,5:42-44.5朱桂兰，童群义.低聚乳果糖的生产与应用.食品研究与开发，2003,24（3）：43-45.6毕金峰，刘长江.高纯度低聚异麦芽糖的研究进展和应用前景.粮食与饲料工业，2002,3:35-37.7黄琼华.带苦味的低聚龙胆糖玉米糖浆，中国食品添加剂，2001,2:52-54.8梁丽心.功能形低聚糖-水苏糖.中国食品添加剂，2004,4:51-54.9张小华等.功能性低聚糖研究进展.江西食品工业，2004,4:17-19.10姬德衡等.生物技术在保健食品开发中的应用综述.大连轻工业学院学报，2004,23（3）：186-189.11单淑琴.功能性低聚糖的开发与应用前景J.粮油与食品加工机械，2002（9）：33-35.12耿予欢等.异麦芽低聚糖的生产及生理功能J.食品工业，1997（3）：3-4.13鲍元兴.酶法生产低聚异麦芽糖浆J.食品工业，1997（3）2-3.