第4章　功能性低聚糖

4.1　概述

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，分为功能性低聚糖（functional oligosaccharide）和普通低聚糖两大类。功能性低聚糖主要包括低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、水苏糖、棉籽糖、异麦芽酮糖、乳酮糖、低聚异麦芽酮糖、低聚龙胆糖、大豆低聚糖和低聚壳聚糖等。人体肠道内没有水解它们（除异麦芽酮糖外）的酶系统，因而它们不被消化吸收而直接进入大肠内优先为双歧杆菌所利用，是双歧杆菌的增殖因子。另外，除低聚龙胆糖有苦味外，这些低聚糖均带有不同程度的甜味，一般甜度相当于蔗糖的30%～60%，可以作为食品的调味料。

与一般（普通）的低聚糖相比，功能性低聚糖具有如下独特的生理功能：

促进双歧杆菌增殖，是双歧杆菌的增殖因子。人体试验证明，某些功能性低聚糖摄入人体后到大肠被双歧杆菌及某些乳酸菌利用，而肠道有害的产气荚膜杆菌和梭菌等腐败菌却不能利用，这是因为双歧杆菌细胞表面具有寡糖的受体，而许多寡糖是有效的双歧因子。双歧杆菌是人类肠道菌群中唯一的一种既不产生内毒素又不产生外毒素、无致病性的具有许多生理功能的有益微生物。对人体有许多保健作用，如改善维生素代谢，防止肠功能紊乱，抑制肠道中有害菌和致病菌的生长，起到抗衰老、防癌及保护肝脏的作用等。

低能量或零能量。由于人体不具备分解、消化功能性低聚糖的酶系统，因此功能性低聚糖很难被人体消化吸收或根本不能吸收，也就不给人提供能量，并且某些低聚糖如低聚果糖、低聚异麦芽糖等有一定甜度，可作为食品基料在食品中应用，以满足那些喜爱甜食但又不能食用甜食的人（如糖尿病患者、肥胖病患者等）的需要。

低龋齿性。龋齿是我国儿童常见的一种口腔疾病之一，研究发现，低聚异麦芽糖、低聚帕拉金糖等与砂糖合用时可阻止齿垢的形成，不会引起龋齿，可广泛应用于婴幼儿食品。

防止便秘。由于双歧杆菌发酵低聚糖产生大量的短链脂肪酸能刺激肠道蠕动，增加粪便的湿润度，并通过菌体的大量生长以保持一定的渗透压，从而防止便秘的发生。此外低聚糖属于水溶性膳食纤维，可促进小肠蠕动，也能预防和减轻便秘。

低聚糖属于水溶性膳食纤维。由于低聚糖不能被人体消化吸收，属于低分子的水溶性膳食纤维，它的有些功能与膳食纤维相似但不具备膳食纤维的物理作用，如黏稠性、持水性和填充饱腹作用等。一般它有以下优点：每人每天仅需3g就可满足需要，且不会引起腹泻，微甜、口感好、水溶性良好、性质稳定、易添加到食品中制成膳食纤维食品。

生成营养物质。功能性低聚糖可以促进双歧杆菌增殖，而双歧杆菌可在肠道内合成维生素B₁、维生素B₂、维生素B₆、维生素B₁₂、烟酸、叶酸等营养物质。此外，由于双歧杆菌能抑制某些维生素的分解，从而使维生素的供应得到保障。

降低血清胆固醇，改善脂质代谢，降低血压。临床试验证实，摄入功能性低聚糖后可降低血清胆固醇水平，改善脂质代谢。研究表明，一个人的心脏舒张压高低与其粪便中双歧杆菌数占总数的比率呈明显负相关性，因此功能性低聚糖具有降低血压的生理功效。

增强机体免疫能力，抵抗肿瘤。动物试验表明，双歧杆菌在肠道内大量繁殖具有提高机体免疫功能和抗癌的作用。究其原因在于，双歧杆菌细胞、细胞壁成分和胞外分泌物可增强免疫细胞的活性，促使肠道免疫蛋白A浆细胞的产生，从而杀灭侵入体内的细菌和病毒，消除体内“病变”细胞，防止疾病的发生及恶化。

除上述功能外，试验发现某些功能性低聚糖还有预防和治疗乳糖消化不良、改善肠道对矿物元素吸收的作用。

低聚糖在国外上市品种有10多个，但年产量达几千吨和万吨以上的只几个品种。如在日本，最大产量是淀粉原料酶法制取的低聚异麦芽糖，超过了万吨，其次为低聚果糖和低聚半乳糖，各4500～6000t。在欧洲，产量最大的是菊苣制取的低聚果糖，其次是以乳糖为原料的低聚半乳糖。在我国，功能性低聚糖自1996年开始才有批量生产。其中产量在1万吨以上的为低聚异麦芽糖，产量在1000t以上的是低聚果糖，其他品种如大豆低聚糖等产量很少。根据我国功能性低聚糖的生产现状，需要用高新技术改造现有的生产过程以使低聚糖产业不断优化，包括引进膜分离和树脂吸附分离技术，以及固定化酶技术（特别是生产低聚异麦芽糖用的葡萄糖苷转移酶，尚处于进口的情况下），以期提高效率，降低成本，为今后进入国际市场提高竞争力。

由于低聚糖的保健效果明显，各种化学结构与含量都可以检测，已引起人们的普遍重视。在美国、日本以及我国都有生产。尤其在日本，由于市场需要量的增加，刺激新的低聚糖不断研究开发出来。日本从1991年9月开始实施特定保健用食品的申请批准制度。截至2005年，共先后公布批准特定保健用食品400多种，其中含双歧因子低聚糖的占1/3，涉及低聚木糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖、大豆低聚糖（水苏糖、棉籽糖）、乳果低聚糖、乳酮糖、低聚半乳糖（β-半乳糖基乳糖）等，表4-1为日本市场上不同原料生产的低聚糖。

表4-1　日本市场上不同原料生产的低聚糖　　

注：以砂糖甜度为1进行比较。

2000年日本各种低聚糖消费总量为30000t左右，和1994年相比无大增长，近几年市场也无大的增加。2004年日本消费量较大的有低聚异麦芽糖11000t，低聚半乳糖6000t，低聚果糖4000t，大豆低聚糖（水苏糖和棉籽糖等的混合物）1000t。2004年和2007年日本低聚糖市场分别如表4-2、表4-3所示。

表4-2　2004年日本低聚糖市场　　

表4-3　2007年日本功能配料主要低聚糖市场　　

这些低聚糖广泛应用于饮料、糖果、口香糖等。在饮料行业中，以在功能性饮料中的应用最为突出，如日本市场较有名的“OLIGO CC”功能饮料，主要是含有低聚异麦芽糖，并加入钙、钙吸收剂、食物纤维等各种功能性配料，在日本功能饮料市场中起着重要的作用，最高年销售9000万瓶。目前日本生产功能性低聚糖的主要企业和品种如表4-4所示。

表4-4　日本生产功能性低聚糖的主要企业和品种