张守文1　 胡源媛2　 谢应根2

(黑龙江省食品药品监督管理局1,哈尔滨　150076)

(哈尔滨商业大学食品工程学院2,哈尔滨　150076)

摘   要   论述了低聚木糖的功能特性、 在食品中的应用以及国内外的生产状况 ,并概括了低聚木糖的发展趋势及前景。

关键词   低聚木糖 　 功能特性 　 应用 　 生产状况 　 发展趋势

功能性食品因其能满足特殊人群的需要 ,具有调节机体的功能而倍受消费者的青睐。其中尤以日本最为活跃 ,欧美等发达国家也加紧了对它的研制。不少专家学者都认为 21世纪将是功能性食品的世纪[ 1 ],其中关键是功能性食品基料 (即生理活性物质 )的制备。功能性低聚糖因具有独特的生理功能己引起全世界的广泛关注 ,在功能性食品基料中起着举足轻重的作用。世界各国纷纷投入该领域的研究。各项研究表明 ,功能性低聚糖除了具有低热、 稳定、 安全、 无毒等良好的理化特性外 ,还有促进肠道内有益菌的繁殖、 抑制有害菌生长独特生理功能[ 2 ]。低聚木糖是功能性低聚糖的一种 ,与其他功能性低聚糖相比 ,具有许多优点。低聚木糖作为一种附加值高、 市场前景看好的功能性食品添加剂 ,是目前国内外竞相研究开发的功能性低聚糖之一。在日本低聚木糖被认为是一种十分有前途的功能性低聚糖。

1　 低聚木糖简介

低聚木糖又名木寡糖[ 3 ],是指由 2～10个木糖通过糖苷键连接起来形成的直键或分支键低度聚合五碳糖的总称 ,分子量约为 300～2 000。低聚木糖是最近发展起来的一种功能性食品添加剂 ,除具有功能性低聚糖的一般特性外 ,与其他功能性低聚糖相比 ,还具有有效用量小、 耐热、 耐酸等特点[ 4 - 6 ]。此外 , 它可高选择性地促使双歧杆菌增殖 ,提高人体免疫力和抗癌能力 ,抑制外源性病菌对人体的侵入 ,防治肠道疾病 ,降低人体胆固醇 ,促进钙吸收 ,由于其代谢不受胰岛素的控制 ,可作为糖尿病和肥胖病患者的矫味剂。低聚木糖成为国内外竞相研究开发的功能性低聚糖之一[ 7 ]。

2　 低聚木糖的功能特性

2 . 1　 良好的保湿性 ,持水能力强

由有关资料获悉 ,低聚木糖主链由四个单糖聚合而成,在水溶液中 ,一定的条件下可以形成螺旋状结构 ,因此其持水能力较强。若在焙烤食品中添加该低聚木糖 ,可保持食品水分 ,延长食品保质期 ,改善其流变特性。

2 . 2　 良好的稳定性[ 8 - 9 ]、 保存性

由于低聚木糖耐酸耐热 ,因此在很宽的 pH范围内加热 1h,仍可以保持原状 ,无明显变化。这说明低聚木糖据有很好的保存性。

2 . 3　 强烈的抗龋齿作用

龋齿的形成是由于口腔中的变异链球菌等细菌利用口腔中的唾液淀粉酶降解食物而形成的营养物质 ,分泌一些黏着性单糖 ,如葡萄糖、 果糖、 半乳糖等。而低聚木糖不能被变异链球菌利用 ,并且与蔗糖并用时能阻止蔗糖被龋齿病原菌作用而生成水不溶性的高分子葡聚糖 (牙垢 ) ,因此无龋齿性并具有抗龋齿性[ 10 ]。

2 . 4　 低热值

由于人体缺乏水解小麦麸皮低聚木糖的酶系 ,因此其能量值非常低;又因为其代谢不受胰岛素调节控制 ,因此该低聚糖产品是糖尿病,肥胖病 ,高血脂等病人理想的糖源[ 11 - 14 ]。

2 . 5　 显著的双歧杆菌增殖作用[ 15 - 16 ]

双歧杆菌是人体内一类重要的有益菌株 ,它在人体肠道内既不产生内毒素又不产生外毒素 ,无致病性 ,并且具有许多重要的生理功能。低聚木糖被人体摄取时不会被口腔内变异链球菌所利用 ,也不能被消化道酶所分解 ,而是直接通过胃和小肠到达大肠 ,促进肠内双歧杆菌的增殖。而且除青春双歧杆菌 ( Bifidobacterium adolescentis ) ,婴儿双歧杆菌(B, infantis)和长双歧杆菌 (B , l ongum)外 ,大多数肠道细菌对低聚木糖的利用都较差 ,因此低聚木糖增殖双歧杆菌的选择性高于其他功能性低聚糖。每天只要摄入少量的低聚木糖就能达到增殖双歧杆菌的目的。

2 . 6　 抑制病原菌[ 17 - 19 ]

低聚木糖能促进双歧杆菌的增殖 ,从而抑制有害细菌如产气英膜梭状芽抱杆菌的生长。双歧杆菌发酵低聚木糖产生短链脂肪酸 (主要是醋酸和乳酸) ,抑制外源致病菌和肠内固有腐败细菌的生长繁殖。双歧杆菌素 (B ifidin )是由两歧双歧杆菌产生的一种抗菌素物质 ,能非常有效地抑制志贺氏杆菌( Shigella s p. )、 沙门氏杆菌 ( Sal monella s p. )、 金黄色葡萄球菌 ( Staphyl ococcus aureus )、 大肠杆菌 ( Esche2richia coli )和其他一些微生物 ,从而使人体内的引噪、 酚、 氨和尸胺等有害物质明显减少。

2 . 7　 促进对钙的吸收[ 20 - 21 ]

当低聚木糖与钙一起摄入时 ,会促进人体对钙的吸收。因此低聚木糖可作为开发孕妇、 老年食品的理想原料。

3　 低聚木糖的应用

3 . 1　 在食品中的应用[ 22 - 23 ]

在焙烤食品中 ,由于低聚木糖具有良好的保湿性和持水性 ,因此添加到焙烤食品中去可以改变面团的流变特性 ,控制最佳水分效果 ,延长货架期;而且在变色反应过程中 ,它比果糖容易着色而比蔗糖的颜色要浅 ,以此可以控制焙烤食品的颜色。在饮料中 ,低聚木糖作为蔗糖的替代物在风味上无明显差别。在酸饮料中 ,由于低聚木糖的耐酸性和双歧杆菌的增殖性使其具有很大的发展空间 ,而其他一些低聚糖在此酸性环境中则容易分解。同时 ,低聚木糖具有良好的保存性 ,因此添加低聚木糖的食品不用考虑在加工过程中和贮存时其有效成分的损失。 而且由于其低聚木糖增殖双歧杆菌的选择性高于其他功能性低聚糖 ,这又增加了它的经济价值。总之 ,低聚木糖在食品应用中有着广阔的发展前景。

3 . 2　 在保健食品中的应用

在日木 ,超过半数的“特定保健食品 ” 种类中添加了低聚木糖。由于人体缺乏水解小麦麸皮低聚糖的酶系,所以低聚木糖很难为唾液、 胃液、 胰液、 小肠液等消化液降解 , 能量值很低;又因为其代谢不受胰岛素的调节控制 ,服用后不会引起血糖的升高 ,可在低能量食品中发挥作用 ,最大限度地满足那些喜欢甜品又担心发胖者的要求;还可供糖尿病人、 肥胖病人和高血糖病人食用;增加维生素含量;提高机体免疫能力;防龋齿 ,降低血清胆固醇和预防结肠癌等。且它与通常为高分子的膳食纤维不同 ,它属于小分子物质,添加到食品中基本不会改变食品原有的组织结构及物化性质。

3 . 3　 在医药中的应用

由于该低聚木糖具有表面活性部位 ,可吸附肠道有毒物质及致病菌 ,提高机体抗病力 ,激活免疫系统 ,故在医药中应用前景也相当广阔。

3 . 4　 在饲料中的应用

在家禽家畜饲料中加入小麦麸皮低聚木糖 ,可达到增加家禽家畜体重 ,减轻腹泻 ,提高饲料利用率的效果[ 24 - 25 ]。

4　 低聚木糖的生产状况及发展趋势

目前 ,低聚木糖的研究已引起国内外学术界广泛关注,关于低聚木糖的研究报道涉及到低聚木糖的性质、 功能、 生产工艺、 产木聚糖酶菌菌株选育、 生产原料等各个方面。由于低聚木糖生产原料丰富且价格低廉、 而功能优异 ,所以是一种附加值高 ,市场前景看好的功能性食品添加剂。在日本 ,木低聚糖被认为是最有前途的功能性低聚糖之一 ,目前其年产量已超过 1 500 t。经日本保健食品学术委员会审定 ,厚生省第 64号许可证认定低聚木糖为特定保健用食品添加剂。在国内 ,低聚木糖尚未实现工业化生产。1997年后 ,许多学者 ,特别是江南大学的多位学者 ,陆续报道了他们关于低聚木糖的研究成果。目前 ,国内多以玉米芯为原料进行低聚木糖的提取 ,少数以小麦麸皮为原料进行提取。迄今为止 ,低聚木糖的制备方法,大体可归纳为四种: (1)酸水解法[ 26 ]; (2)热水抽提法[ 27 - 31 ](含蒸汽喷爆法 ) ; ( 3 )酶水解法[ 32 ](含物理或化学 — — — 酶联合法 ) ; ( 4 ) 微波降解法 [ 33 ]。 但这几种方法分别存在一些实际问题而未能广泛应用。主要由于稀酸水解法需要耐酸、 耐压、 耐热设备 ,技术要求高 ,投资大;而且速度快 ,很难将反应停止在低聚木糖阶段 ,并且酸水解反应会伴随有害物质生成 ,造成产品的精制工艺烦琐 ,得率低 ,不适合工业化生产。热水抽提制备低聚木糖的方法精制工艺烦琐 ,产品得率低。微波降解法目前仅限于实验室研究。我国的研究多集中在酶法制备低聚木糖。产木聚糖酶的微生物分布很广 ,有几十个属、 一百多个种 ,放线菌、 真菌以及某些酵母均能产木聚糖酶。目前国内多以霉菌为产酶菌种 ,少数以细菌为产酶菌种 ,但普遍存在酶活较低的问题。

5　 问题及展望

我国具有丰富的玉米芯、 甘蔗渣、 小麦麸、 秆等富含半纤维素类自然资源的农林废弃物。长期以来未受到充分重视和开发利用 ,如能将其制备成高附加值的低聚木糖 ,不仅促进我国低聚糖工业发展 ,还可以处理农林废料,变废为宝 ,保护环境 ,因此 ,对低聚木糖的研究开发具有十分重大的经济效益、 社会效益。就我国情况而言 ,由于在这方面的研究开发和宣传推广的时间还不太长 ,现在真正了解低聚糖的人很少 ,人们对它也还需要一个认识和接受的过程。 我国木聚糖酶和低聚木糖的规模化生产还没有开始 ,今后的发展方向应以工业化推广为主 ,尽快将科研成果转化为生产力 ,利用已开发成功的国际领先技术生产高质量的产品 ,不仅要在国内市场普及推广低聚糖的保健功能和产品 ,还要将产品推向国际市场。 在科研开发方面,一方面要完善低聚木糖的酶法生产工艺 ,另一方面要在木聚糖酶和低聚木糖的应用方面加大科研开发力度 ,扩大应用范围 ,创造出更为巨大的经济效益和社会效益。

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