低聚果糖的功能、应用、生产及发展前景

生Ｃｈｉｎａ　　Ｆ　ｏｏｄ　Ａｄ　ｆｆｆｖ　ｓ＝：皇望堡　　：：：竺　低聚果糖的功能、应用、生产及发展前景　周日尤　向春燕　（１．江苏省粮食科学研究设计院２１００１９；２．重庆市黔江区质检局４０９７００）　摘要：低聚果糖以其独特的保健功能，得到广泛的应用。本文论述了低聚果糖的功能、应用、生产及　发展前景。　关键词：低聚果糖；功能；应用；生产　Ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｒｕｃｔＯＯｌｉｇＯｓａｃｃｈａ　ｒｉｄｅｓ　ＺＨＯＵ　Ｒｉ－ｙｏｕ　ＸＩＡＮＧ　Ｃｈｕｎ．ｙａｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｍｃｔｏｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｗｉｄｅｌｙ　ｆｏｒ　ｉｔｓ　ｕｎｉｑｕｅ　ｈｅａｌｔｈ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｍａｎｕ－　ｆａｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｒｕｃｔｏｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｒｕｃｔｏｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ；ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　于快速发展时期，被誉为集“营养、保健、疗　１前言　效”三者于一体的２１世纪健康新糖源。　低聚果糖（ｆｒｕｃｔｏｏｌｉｇｏｓａｃｃｈａｒｉｄｅｓ，简称ＦＯＳ）　又称蔗果低聚糖或寡果糖，分子式为Ｇ—Ｆ—Ｆ　，　２低聚果糖的应用　ｎ＝１～３（Ｇ为葡萄糖基，Ｆ为果糖基），是果糖　低聚果糖自１９８３年实现了规模化生产并进入　与葡萄糖构成的直链低聚糖，是果糖基以Ｂ一２—　市场以来，广泛应用于食品、保健品、乳品、日　１键与蔗糖中的Ｄ一果糖基结合而成的蔗果三糖　化及饲料中。　（ＧＦ２）、蔗果四糖（ＧＦ３）、蔗果五糖（ＧＦ４）和　２．１在食品、保健品中的应用　蔗果六糖（ＧＦ５）混合物。　低聚果糖作为功能性低聚糖和甜味剂，可以　作为甜味剂和食品添加剂，低聚果糖是第一　和蔗糖混合或代替蔗糖用于各种食品和保健品　个通过ＦＤＡ审核作为公认安全级（ＧＲＡＳ）的功　中。　能性低聚糖，其低龋齿性、难消化性及双歧杆菌　２．１．１作为益生素即双歧杆菌促生素　增殖性已得到证实ｕ　Ｊ，在非消化性功能食品中，　低聚果糖作为益生素即双歧杆菌促生素应用　低聚果糖是符合益生元标准（即双歧杆菌促生　于食品中，可以克服原产品的某些缺陷，使产品　素）的典型双歧因子，具有双向调节体内菌群、　更完美。在谷物产品等添加低聚果糖，可以得到　降低血脂、促进维生素的合成、保护肝脏、促进　高品质产品并延长产品货架期。　Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ等矿物质吸收、防止肥胖、防止龋　２．１．２作为活化因子，促进Ｃａ、Ｍｇ、Ｆｅ等矿物　齿和美容的作用，是近１０年来国际市场上广泛应　质吸收　用的功能性食品配料【２］，商品化程度在国内外处　低聚果糖是钙、镁、铁等矿物质和微量元素　维普资讯 http://www.cqvip.com

童　的活化因子，应用于补钙、铁、锌等食品、保健　品中。低聚果糖在大肠内被细菌发酵生成Ｌ一乳　酸，可以溶解钙、镁、铁等矿物质，促进人体对　功效，改善产品的口感。　２．２在乳品中的应用　２．２．１在奶粉中的应用　低聚果糖比较适合添加在奶粉中生产婴儿配　方奶粉和中老年人奶粉。婴幼儿和中老年人消化　道功能都不是很好，而且容易缺钙，低聚果糖既　食物中钙、铁、锌等矿物质及蛋白质的消化吸　收。实验证实，低聚果糖促进钙的吸收率达　７０．８％。因此，低聚果糖可以改善营养不良、促　进生长发育和预防骨质疏松症。　２．１．３作为营养素，促进维生素的合成　低聚果糖可以促进体内合成维生素Ｂ类及叶　酸，具有支持大脑、神经系统、消化及能量生成　的作用，从而提高人体新陈代谢水平。在滋补食　品中添加低聚果糖，可提高人体免疫力。　２．１．４作为低糖、低热值、防龋齿、难消化的甜　味剂　低聚果糖不能被突变链球菌利用生成不溶性　葡聚糖而提供口腔微生物沉积、产酸和腐蚀的场　所（牙垢），可以防止龋齿。　低聚果糖极少会被消化道中的胃酸和酶分　解，很难被人体吸收。热值为１．５ｋｃａｌ／ｇ（蔗糖热　值为４．６ｋｃａｌ／ｇ），热值极低，因此摄人低聚果糖　后，不会引起肥胖，是理想的、低热值的功能性　甜味剂。　减肥食品中添加低聚果糖，可以降低产品热　值；低糖食品中添加低聚果糖，不易引起血糖升　高；酒类产品中添加低聚果糖，可以防止酒中内　溶物沉淀，改善透明度，提高酒的风味；果味饮　料和茶饮料中添加低聚果糖，可以使产品口味更　细腻、柔和、清爽。　２．１．５作为功能性食品添加剂，降低血脂保护肝　脏　低聚果糖是一种优良的水溶性膳食纤维，可　降低血清胆固醇、甘油三脂、游离脂肪酸，改善　脂质代谢，对于因血脂高而引起的高血压、动脉　硬化等一系列心血管疾病有较好的预防和改善作　用。　双歧杆菌吸收低聚果糖后，迅速增殖，抑制　大肠杆菌、沙门氏菌和梭状芽胞杆菌等腐败菌发　生作用，减少毒性代谢物（如吲哚、亚硝基氨　等）的生成，同时迅速将毒性代谢物排出体外，　减轻肝脏负担，起到保护肝脏的作用。低聚果糖　可以有效地降低血清胆固醇和血脂，应用于降血　压和调节血脂等功能性食品中，可以提高产品的　有双歧杆菌增殖功效，还有降血脂、降血糖、促　进矿物元素的吸收等功效。婴儿奶粉中低聚果糖　添加量３％～５％为宜。　在非发酵乳制品（原乳、奶粉等）中添加低　聚果糖，可以解决中老年人和儿童在补充营养时　易上火和便秘等问题。　目前市场上已有不少品牌的奶粉添加了低聚　果糖，如伊利、秦俑、圣元、金洋等。　２．２．２在发酵酸奶中的应用　在发酵乳制品中增加低聚果糖，可以为产品　中的活菌提供营养源，增强活菌作用，延长保质　期。酸奶是乳品中发展速度最快的一个品种之　一，近年来添加了低聚果糖等低聚糖的双歧因子　保健酸奶很流行。低聚果糖在酸奶中的添加量为　６％左右。　２．２．３在风味乳饮料中的应用　风味乳饮料在国内外市场上已出现多年，由　于它除了具有乳香味外，又带有水果味，两种风　味相融合使风味乳饮料的风味独特，加之具有一　定的营养，深受儿童和年轻妇女的欢迎。在风味　乳饮料中加入低聚果糖可很大程度增加乳饮料的　营养和保健功能。低聚果糖在风味乳饮料中的添　加量为６％～８％。　２．２．４在乳酸菌饮料中的应用　乳酸菌饮料又称发酵型的酸性含乳饮料。活　性菌饮料虽然含有一定量的有益菌，但经过人体　消化道后有益菌所剩无几，其营养保健功能大打　折扣。非活性菌饮料的营养保健功能更是极为有　限。添加低聚果糖可提高乳酸菌饮料的营养和功　能成分。低聚果糖在乳酸菌饮料中的添加量为　６％左右。　２．３在日化中的应用　低聚果糖添加于美容食品、护肤品中，可　以增强产品美容、护肤作用。美容延寿已成当　今时尚。服用低聚果糖后，可以防止面疮、黑　斑、雀斑、青春痘、老人斑，使皮肤亮丽，减　维普资讯 http://www.cqvip.com

ＣｈｉｎａＦｏｏｄＡｄｄ生垦盒基遂地ｉｔｉｖ　ｅｓ毒＂轮殖＂￣＂棱　缓老化。　２．４在饲料中的应用　３．１　用菊苣作原料水浸提取菊粉。经酶解生产低　聚果糖　低聚果糖是美国ＦＤＡ批准的作为功能性饲料　添加剂使用的两种低聚糖（低聚果糖和菊粉糖）　产品之一，是一种新型的绿色饲料添加剂，近年　才被应用于饲料工业中，过去的四、五十年中抗　生素的应用为畜牧业的飞速发展起了极大的推动　菊粉是高聚合度（聚合度为２～６０）的低聚　果糖，不易被人体所利用，通过酶的水解，控制　水解度生成聚合度为２～７的低聚果糖。　目前比利时ＲＴ子公司Ｏｒｉｆｔｉ和法国Ｌｅｒｏｕｘ公　司均是采用菊苣浸提法生产低聚果糖，即用菊苣　作用，但其副作用也日益明显。作为益生素的低　水浸提取菊粉，经酶解生成低聚果糖。　聚果糖的应用为人类寻找抗生素的替代品带来了　３．２　用蔗糖作原料酶法生产低聚果糖　希望。　在无菊苣资源的地区，低聚果糖主要是采用　研究发现　Ｊ，仔猪日粮中添加１％～１．５％低　蔗糖酶法生产。　聚果糖，仔猪日增重可提高６．４％，单位饲料消　目前全球低聚果糖的生产大户之一法国和日　耗下降１１．７％，饲料效率提高１０％，每千克饲料　本合资的ＢＭＩ（Ｂｅｇｈｉｎ—Ｍｅｉｊｉ　Ｉｎｄｕｓｔｒｅｅ）公司即　成本减少１０％。　是采用蔗糖酶法生产低聚果糖。国内企业也是采　添加０．２５％～０．５０％低聚果糖于鸡饲料中，　用此法生产低聚果糖。　可明显促进鸡的生长。　蔗糖酶法即以蔗糖为基料，利用微生物在发　国内学者正在研究利用低聚果糖生产双歧因　酵过程中所产生的Ｂ一果糖转移酶或１３一呋喃果　子饲料，促进各种濒危野生珍稀动物（如大熊　糖苷酶的催化作用，进行分子间果糖转移反应而　猫）由野外微生态平衡转为人工繁衍生态失衡后　形成低聚果糖。反应式如下：　的调节　Ｊ。　ＧＦ（蔗糖）＋ＧＦ—Ｇ—Ｆ—Ｆ（蔗果三糖）　低聚糖作为一种新型的饲料添加剂，可为动　＋Ｇ（葡萄糖）　物体内有益菌所利用，更由于其来源丰富，价格　Ｇ—Ｆ—Ｆ＋ＧＦ　Ｇ—Ｆ—Ｆ—Ｆ（蔗果四糖）　便宜，其应用前景越来越广阔。　＋Ｇ　Ｇ—Ｆ—Ｆ—Ｆ＋ＧＦ　Ｇ—Ｆ—Ｆ—Ｆ（蔗果五　３低聚果糖的生产　糖）＋Ｇ　低聚果糖广泛存在于植物、果蔬中。如香　按照酶是否固定化，酶法又可分为间歇式生　蕉、蜂蜜、洋葱、小麦等都含有低聚果糖，但含　产和连续式生产两种方法。　量较低，难以提取，市场上的低聚果糖产品均是　３．２．１　间歇式生产，又称深层发酵法生产　人工合成的。美国ＩＦＴ（美国食品科技学会）和　间歇式生产，又称深层发酵法生产，直接将　日本医学院等研究机构应用现代科学研究手段反　Ｂ一果糖转移酶或Ｂ一呋喃果糖苷酶加入５０％～　复测试认为，以果糖基转酶转化而成的低聚果糖　６０％蔗糖溶液中，在一定温度和ｐＨ下催化产生　分子结构和保健功能，与天然存在于果蔬等植物　低聚果糖。　中的完全相同。　间歇式生产的特点是工艺设备简单，但酶无　１９８２年日本首次利用酶法工业化生产低聚果　法重复利用，自动化程度低，产量也较低，因而　糖获得成功，随后韩国、中国台湾学者也相继开　生产成本较高。　始研究，目前欧、美、韩国、中国台湾等发达国　３．２．２连续式生产　家和地区均有较大规模生产。　目前国际上开发较多的为固定化酶法。先将　低聚果糖的生产工艺，按使用的原料不同，　Ｂ一果糖转移酶或Ｂ一呋喃果糖苷酶固定化，然后　可分为二大类，即菊苣浸提法和蔗糖酶法。　按以下过程生产：５０％～６０％蔗糖溶液－＋固定化　管柱或固定化床生物反应器（２４ｈ，５０～６０￣Ｃ）　糖液－＋活性炭脱色－＋离子交换脱盐－＋真空浓缩　成品糖浆。该法因固定化酶具有很好的操作稳　维普资讯 http://www.cqvip.com

定性，能反复使用，利用率高，可实现生产工艺　选用２００型膜组件，对透过液回收三糖及以上　连续化、自动化，生产成本降低，应用前景广　阔。　的糖，得到普通低聚果糖产品（ＦＯＳ≥５５％）。　二次分离结果合计使低聚果糖收得率和产品得　率达到理想的效果。　３．３．１色谱分离法　但上述两种工艺无论是间歇式还是连续式　生产，都会受酶促反应的影响。酶促反应是一　个平衡反应，反应到达平衡时低聚果糖含量　５０％～５５％，葡萄糖３０％。葡萄糖是酶反应的　副产物，又是酶反应的抑制剂，阻碍蔗糖的进　色谱分离法和纳滤分离法是当代国际先进的　物理分离方法。近年日本和韩国最先研究色谱分　离法在低聚果糖生产中的应用。　一步转化。　３．３低聚果糖生产技术的进步　目前低聚果糖生产的研究集中于工艺和菌种　两个方面。工艺方面提高酶作用的寿命和稳定性　及去除酶反应的副产物葡萄糖成为技术的关键。　目前国内外已趋向于采取固定化酶法来使酶使用　寿命和作用稳定性延长。同时，采用与葡萄糖氧　化酶或葡萄糖异构酶共固定化以及利用酵母来除　去反应中高含量的副产物葡萄糖。　此外，为了提高低聚果糖的含量，采用纳滤　分离、色谱分离等方法来提高低聚果糖的纯度也　已成为一种趋势，已有应用于生产的报道。　３．３．１微生物分离法（发酵法）　发酵法生产高纯度低聚果糖是利用筛选出的　酵母将低聚果糖溶液中的副产品葡萄糖进行分　解，从而提高低聚果糖的含量，可得到８２％以上　的低聚果糖产品，然后经果糖转移酶的作用，将　剩余的部分蔗糖再转化，使含量升至８５％以上。　虽然发酵法可以提高低聚果糖的纯度，但提　高幅度并不是很大，这是由于蔗糖含量较低，使　果糖转移酶的作用受到限制。　３．３．２纳滤分离法　随着膜产品工艺技术的改进，膜分离逐渐　被引入到物质的分离纯化领域，并应用于工业　化生产。低聚果糖的纳滤分离，目的是去除相　对分子质量１８０的葡萄糖、果糖和相对分子质　量３４２的蔗糖，保留相对分子质量５０４的三糖、　相对分子质量６６６的四糖等低聚糖，使低聚果　糖质量分数总含量达９５％。一般采用二级分离　方法，第一级分离选用３００型膜组件，得到高　纯度低聚果糖（ＦＯＳＩ＞９５％）产品；第二级分离　用色谱分离法即模拟移动床分离设备来纯化　５５％的低聚果糖，它的关键在设备设计、制造，　分离的自动控制和分离剂的选取。采用设计合理　的设备，选用适当的分离剂，对低聚果糖进行纯　化，纯度可达９５％以上，并且所有物料均可被充　分利用，浪费极少。　色谱分离法分离低聚果糖，尽管设备的一　次性投入相对大些，但可以实现大规模连续化　生产，操作简便、实用，自动化程度高，且趋　于洁净化生产，是值得推广应用的一种分离方　法。　４　国内低聚果糖生产现状和发展　４．１国内低聚果糖生产现状　国内低聚果糖的研究和生产起步较晚，生产　企业约５～６家，每条生产线的生产规模约为　１０００～３０００吨／年，总规模及单条生产线的生产　能力均较小。　日本低聚果糖的生产和应用较早，其产品质　量也是各国企业作为参照的标准。国内企业生产　的低聚果糖与日本较具代表性的明治制果公司的　产品质量对照如表１。　可见尽管国内企业低聚果糖生产规模较小，　但部分厂家的产品质量也还不错，特别是高纯度　的Ｐ型产品。　尽管国内低聚果糖的生产已有一定的规模，　产品质量也已与国外大公司相差不多，但大多　企业仍存在生产规模小，技术水平有待提高，　产品质量不稳定，难以抵御国际市场竞争的风　险。　维普资讯 http://www.cqvip.com

表１国内企业生产的低聚果糖与１３本明治制果公司的产品质量对照　４．２国内低聚果糖的发展　为了提高低聚果糖的含量，降低生产成本，　许多新技术和新工艺，如膜分离技术、模拟移动　床分离（即色谱分离）技术等陆续被国内的科研　单位和生产企业研究与开发或成功应用。　快加以应用，以提高装置的技术水平，降低生产　成本，提高产品质量。　我国的菌种、发酵技术，特别是直接深层发　酵工艺在国际上处于领先地位。在低聚果糖生产　膜分离技术近年在很多行业都得到了广泛应　用。国内已有部分厂家如山东宝龄宝、云南健生　生物等将膜分离技术应用于低聚果糖生产中。经　酶接触反应后，得到低聚果糖含量大于５０％的糖　浆，经脱色、脱盐并用无离子水稀释后，用微孔　过滤，再经膜过滤去除酶化的Ｇ型产品中的葡萄　糖、果糖等副产物和未反应的蔗糖，后用二次酶　化的工艺生产出低聚果糖含量大于９５％的产品。　的菌种方面，要继续筛选酶活高的菌株，深入研　究果糖苷酶、果糖转移酶的调控机理以求获得最　大产量的酶。加强研究酶的结构，构象、催化机　理，构建基因工程菌并利用蛋白质工程技术人工　设计出高活力，并适宜于生产实际的酶。　５结语　我国在工程和设备方面，与国外尚有差距，　低聚果糖行业也是如此。但应该看到，国内低聚　果糖生产企业已经在逐步进行设备改造、降低能　耗、提高产品质量、实施清洁生产的工作。随着　模拟移动床分离技术经过４０余年的发展，特　别是近１０年的快速发展，己被应用于许多领域，　我国石油化工行业已有大规模应用。近年，国内　应用领域的不断开发，低聚果糖作为国际新一代　功能性食品大规模进入我国大众的日常消费生活　将为时不远。　参考文献　［１］王惠莲．低聚果糖的特性及其开发应用．中国食品添加剂，　１９９７，（２）：３５～３８．　由中国淀粉工业协会糖醇专业委员会、江苏省粮　食科学研究设计院联合组织模拟移动床在糖醇行　业上的开发应用，并取得突破性进展，已建成如　分离甘露醇和山梨醇、分离木糖醇和阿拉伯糖　醇、分离果糖与葡萄糖糖等多条工业化生产线。　其中开发成功的模拟移动床分离低聚果糖和葡萄　糖技术中，选取合适的分离剂，选择合适的运行　控制条件，可以分离出蔗果三糖（ＧＦ２）＋蔗果　四糖（ＧＦ３）＋蔗果五糖（ＧＦ４）总含量大于　９６％的低聚果糖。国外已有生产企业将模拟移动　床分离技术应用于低聚果糖的生产，国内亦应尽　［２］杨海军等．低聚果糖的应用及发展．中国食品添加剂ＦＩＣ论　文集，２０ｏ５：１４２～１４３．　［３］姚建国等．低聚果糖在动物营养中应用的研究进展，四川畜　牧兽医，２０００，（５）：２９～３１．　［４］李林宗等．高纯度低聚果糖及其在第三代保健食品中的应　用，中国医药技术与市场，２００６，（３）：２１～２５．