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功能性低聚糖的食品安全性综述

发布时间：2010/7/19 阅读次数：8722 字体大小: 【小】【中】【大】

功能性低聚糖的食品安全性综述

前言

母乳中含有婴儿出生后4-6个月内生长发育所需的多种营养物质，是婴儿的最佳食物。尤其是产后头7天的初乳中含有丰富的抗感染物质，含有免疫抗体，能减少婴儿患病，提高婴儿对消化道、呼吸道和某些传染病的抵抗力，因此，母乳喂养的孩子健康、结实，不容易过胖，很少得病。早在1900年Moro^[1]就指出，母乳含有能促进肠道双歧杆菌菌群生长的因子,众所周知，这些因子后来被除数称为母乳低聚糖。因此，母乳低聚糖是婴儿获得以双歧杆菌为主导的肠道菌群，增强免疫功能和抗感染能力的十分重要的成分。

Espgan^[2]的研究表明，母乳中大约100ml含有7g碳水化合物，这些碳水化合物中约有80-90%是乳糖，其余为低聚糖。母乳低聚糖的主要是由唾液酸、N-乙酰氨基葡萄糖、L-岩藻糖、D-葡萄糖和D-半乳糖等单糖组成，虽然这些单糖是可知的，但是它们又以不同的方式组合形成多达130种不同的母乳低聚糖，其组成和结构非常复杂,因此原始的母乳低聚糖在工业上至今还不能被复制。

一、低聚糖与婴幼儿发育的关系

1、母乳低聚糖是婴幼儿发育的最佳益生元

Harmsen等^[3]对出生20天内不同喂养方式婴儿粪便的菌群组成进行鉴定和探测，结果表明，母乳喂养儿肠道菌群中的双歧杆菌占绝对优势（占60%-91%），其次为乳酸杆菌和链球菌。人工喂养婴儿肠道菌群中的双坡杆菌比例明显偏低（只占25%-75%），而大肠杆菌、类杆菌属的比例高于前者。Harmsen的研究证实母乳低聚糖是诱导母乳喂养儿肠道双歧杆菌优势发育的主要因素。

低聚糖的另一个特点是“抗感染效应”，就是具有能够抑制细菌粘附上皮的能力。王凤英等^[4]研究了母乳对致病性大肠杆菌粘附的影响，认为母乳可能具有抑制致病性大肠杆菌粘附婴儿肠道的作用。Newburg等^[5]报道，肠道致病细菌及其毒素能使用低聚糖的一部分作为其结合部位，这样低聚糖可代替肠细胞受体类似物。由于肠道致病菌对低聚糖具有亲和力，就不能粘在肠道壁上，而留在小肠腔中，易于随粪便中排出，从而达到抗感染的效果。这样，即使婴儿胃内pH值不及成人酸，其免疫系统尚未完善，但通过母乳低聚糖抑制致病菌对肠表面的粘附，可使婴儿肠道受到额外的防护^[6]。另一方面，母乳中低聚糖促使双歧杆菌和乳酸杆菌的大量繁殖，在乳糖的存在下，这些微生物造成一种酸性环境，在某些致病菌，如大肠杆菌和脆弱性环境还能促进肠的蠕动，对致病有机械性排出作用，有助于抑制致病菌的生长。

以同样的方式，低聚糖可能对脑部发育起首重要作用。母乳低聚糖是由单糖（唾液酸、N-乙酰氨基葡萄糖、L-岩藻糖、D-葡萄糖和D-半乳糖）构成，其中唾液酸是脑神经节苷脂和糖蛋白的基本组成部分，在哺乳期的第一周，母乳中高含量的唾液酸恰和此时脑唾液酸糖蛋白和神经节苷脂的快速合成一致^[7]。

益生元的概念是由Gibson等^[7]于1995年明确提出来的，指不能在上消化道被分解的食物成分，进入结肠后有选择地刺激结肠中的一种或少数几种有益菌（通常为双歧杆菌和乳酸菌）的生长，从而对宿主产生有益的作用。作为益生元必须同时具备两个必要条件：即不能在上消化道被水解或吸收；选择性地刺激结肠益生菌的生长^{[8，9 ]}，这两个条件缺一不可。

母乳低聚糖在人体小肠里具有抗肠道消化酶和胰酶的作用^[10，11]。Engfer等^[6]为了验证母乳低聚糖在小肠不被消化酶水解的代谢特征，对其进行模拟人体的体外消化试验，结果表明将母乳低聚糖加入到含有人体胰液和小肠刷状缘消化体系中消化20小时以上，能抵抗胰酶和膜结合糖原酶的消化，用酶学、色谱和质谱分析未发现母乳低聚糖可在上消化道被除数水解成分子量小一些的低聚糖，也未测出其组成单体。该项研究证实母乳低聚糖不会在上消化道被酶分解，而是以原形完整形式进入结肠，成为结肠细菌代谢的底物。

因此，母乳低聚糖完合符合益生元的特征，是最佳的益生元，所以母乳喂养儿效果最好。

2、商品低聚糖对婴幼儿发育的益生元作用

母乳低聚糖的组成和结构非常复杂，原始的母乳低聚糖在工业上至今无法复制，至目前为止，还没有发现能够代替母乳的奶源。在食品工业中，虽然无法采用母乳低聚糖来配制婴儿食品，但是我们采用其他动物和植物来源的低聚糖，如低聚果糖和低聚半乳糖，用于婴儿喂养，来试图取得与母乳低聚糖相似的喂养效果是可行的^[12]。

从理论上说，符合益生元的特征的功能性低聚糖都可以用来作为婴儿食品的益生元，但是从安全性、双歧因子活性和对婴儿的健康益处等方面考虑，需要考查产品的毒理性和菌株的安全性。

就化学组成而言，益生元是一些不能被消化的低聚糖，目前已知的低聚糖有数百种，但并非所有的低聚糖都是益生元^[13]。Gibson等^[14]认为，仅有部分低聚糖符合益生元的所有特征，这些符合益生元特征的低聚糖就是我们目前所说的功能性低聚糖，例如低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖等。

二、已获准的商品化低聚糖的结构、来源、工艺

目前已获准应用到婴幼儿配方食品中应用的工业低聚糖有多聚果糖（含低聚果糖）、棉子糖、低聚半乳糖。

1、多聚果糖(低聚果糖)的结构、来源和工艺^[15]：

多聚果糖是指10-20个果糖基以β-2，1键连接在D-果糖基上而形成的混合物。低聚果糖是指1-4个果糖基以β-2，1键连接在蔗糖的D-果糖基上而形成的蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖和蔗果六糖的混合物。

在许多高等植物中，都有多种果糖聚合物及蔗糖衍生物，作为碳水化合物储存形式存在着。自然界中能催化合成低聚果糖的酶种类及来源也非常丰富，许多低聚果糖是利用植物及微生物来源的酶的转糖苷活性进行生产的，但酶源不同产物也不同。

多聚果糖(低聚果糖)是以菊苣为原料，用酸、碱过滤去除蛋白质和矿物质，蒸发干燥得到多聚果糖粉。商品低聚果糖制备,工业上大多采用霉菌发酵生产β-呋喃果糖苷酶。菊粉糖化液或葡萄糖或高浓度蔗糖溶液经固定化酶（或细胞）转移反应，再经活性炭脱色，膜分离或离子交换脱盐，真空浓缩，分离提纯、干燥等步骤精制而成。

低聚果糖产品有两种形式，低聚果糖G和低聚果糖P，后者是在前者基础上进一步精制而得；低聚果糖G含量为55%，低聚果糖P含量为95%。

2、棉子糖的结构、来源和工艺^[16]：

棉子糖是由果糖、葡萄糖和半乳糖组成的三糖，分子式为C₁₈H₃₂O₁₆。

棉子糖广泛存在于甜菜、棉子、蜂蜜、卷心菜、酵母、马铃薯、葡萄、麦类、玉米和豆科植物种子中，它是除蔗糖外在植物中分布最广的低聚糖，也是大豆低聚糖的主要成分。

棉子糖的工业化生产工艺有两种：第一种是由甜菜糖蜜液经过色谱分离、浓缩和重结晶技术、分离、干燥制得棉子糖；第二种是将棉子采用两次溶剂浸出法同时进行脱毒和取油，再从脱毒和取油后的乙醇浸出液中分离出棉子糖，再经过结晶、洗涤、干燥得到纯净的棉子糖。

产品为白色结晶状粉末，纯度达98%以上，乳糖小于2%。

3、低聚半乳糖的结构、来源和工艺^[17]：

低聚半乳糖的分子结构是在乳糖分子的半乳糖一侧又结合上了1-4个半乳糖，分子式为(Gal)-Glu。

工业上是以乳糖或乳清为原料，由β-半乳糖苷酶催化作用而制成的，工艺经调浆、生物酶水解、活性炭脱色、离子交换脱盐、浓缩、干燥等工序可制得商品液体和粉体低聚半乳糖。

产品含低聚糖约50%、乳糖约20%、葡萄糖约30%和少量半乳糖的混合物。

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