膳食纤维聚葡萄糖的功能及其在食品中应用摘要:功能性食品是21世纪食品的主流，膳食纤维也成为保健食品的功能成分之一,水溶性膳食纤维聚葡萄糖作为一种作用和性能最好的膳食纤维之一,近年来得到快速发展,它可用于各种食品的纤维强化,取代食品中的糖和脂肪,改善食品的质构和口感。

因此在众多食品、饮料、保健食品中得到越来越广泛的应用。

本文综述了水溶性膳食纤维聚葡萄糖的功能及其在食品中应用。

关键词:水溶性膳食纤维、聚葡萄糖、生产工艺、特性、功能、应用前言聚葡萄糖(Polydextrose),是一种水溶性膳食纤维。

与不溶性膳食纤维相比,聚葡萄糖有更多的保健功能和加工优势。

聚葡萄糖因其具有低热量、稳定、极高耐受性等特性的特殊碳水化合物,还具有益生元的特点。

可广泛应用于各种食品中,尤其是低能量、高纤维等的功能性食品中。

美国和日本对聚葡萄糖的研究起步比较早,作为添加剂或食品,聚葡萄糖已被广泛用于保健品、无糖糖果、乳制品、功能饮料、烘焙食品、胶体食品、沙拉酱等食品中。

目前,国内除了将聚葡萄糖作为添加剂使用外,还有部分以聚葡萄糖为主的胶囊、冲剂以及片剂之类的产品。

随着研究的深入和人们认识的加强,作为膳食纤维补充剂,聚葡萄糖必将会在功能性食品及饮料的开发当中发挥巨大的作用。

１.聚葡萄糖简介聚葡萄糖是Pfizer公司中心研究试验室的HansRennhard博士于1975年发明的，产品几经改性推出市场后，商品名定为利体素(Litesse®)。

聚葡萄糖是随机交联的葡萄糖组成的多糖，系由葡萄糖和少量山梨醇、柠檬酸经高温熔融缩聚而成。

这样所得的初级聚葡萄糖产品微酸、无甜味、水溶性好，还含有少量的山梨醇和柠檬酸，但不太适用于大规模食品饮料的生产。

利体素(改性聚葡萄糖)则是由聚葡萄糖初级产品进一步深加工而来，产品的酸度、苦味由此而减低，口味与色泽得到了很大的改进。

精炼聚葡萄糖(超级利体素)是进一步去除游离葡萄糖并提炼而成的新产品，因其没有美拉德反应，溶液又无色无味，产品的应用范围拓宽不少。

由于聚葡萄糖系随机聚合而成，其支链结构很多，并以β-1,6键为主，其化学结构如图1所示,平均分子量大于3200,聚葡萄糖的聚合度约为12[1]。

若引用IUPAC关于碳水化合物的定义，聚葡萄糖应属于多糖(平均聚合度大于10)；而在日本，它被列为耐消化性多糖。

但是，聚葡萄糖经常被分类为耐消化性低聚糖，因为其支链结构使之不能在80﹪的乙醇中沉淀。

鉴于聚葡萄糖不能被人体消化酶分解，能顺利通过胃而直达小肠下部，因而热量很低。

由于聚葡萄糖只能被人体部分代谢，其热量只有4.18kJ/g。

利体素最初被用作重要的低热量填充剂，可用来取代各种食品中的糖和脂肪，在美国有很多著名的低热量巧克力、冰淇淋和糖果等产品使用了利体素。

鉴于后来发现聚葡萄糖兼有耐消化低聚糖和多糖的物理和分析化学性质，并具有应有的生理保健功能，又由于膳食纤维最新定义为“食品中不被人体消化酶消化的组分的总和”，越来越多的国家把聚葡萄糖当作膳食纤维。

在日本和韩国，含聚葡萄糖的纤维饮品更是风靡一时。

图1 聚葡萄糖的化学结构2.聚葡萄糖的生产工艺生产流程:原料→混合→真空热熔缩聚→溶解→纯化→乙醇沉淀→真空干燥→粉碎→成品。

工艺条件为先经过混合,反应原料全为固体，因此须充分混合均匀，才能保证体系内反应均衡。

再经过真空热熔缩聚,即反应原料经加热后，在熔融状态下分子间缩合生成聚合物。

在1～20mmHg调压条件下，反应物缩聚生成的水能快速被抽出体系，使反应向正反应方向进行，并缩短反应时间。

通过纯化过程,使反应过程中的副产物会使体系色泽变深，对产物纯化可达到除去副产物和浅化色泽的效果。

经过真空干燥、粉碎,乙醇沉淀粘稠物于60℃真空干燥3～4h。

得到浅色蜂窝状固体，粉碎成颗粒均匀的粉末,再经过产品分析工序,得到聚葡萄糖产品[2]。

3. 聚葡萄糖的特性3.1理化特性3.1.1 稳定性聚葡萄糖非常稳定,在25℃、45℃和60℃裸露的条件下,可稳定地保存90天以上。

在200℃左右高温下,稳定性仍非常好,不与酸碱起反应。

由于聚葡萄糖粉末会吸湿,须有良好的包装,贮存于低湿度条件下。

聚葡萄糖溶液也相当稳定,微生物难在其中生存。

N型聚葡萄糖暴露在空气中会失水,相对湿度75%时,浓度缩至80%;相对湿度52%时,浓度可缩至高达90%,而且高温下长时间放置,颜色变暗。

因此,宜置于低温封闭容器中保存。

3.1.2 水溶性聚葡萄糖易溶于水,25℃时溶解度为80%,加热溶解的更快,这是与纤维类填充剂的不同之处。

聚葡萄糖K比聚葡萄糖溶解速度快,因为KHCO3起了分散剂的作用。

3.1.3保湿性环境相对温度高时,固体聚葡萄糖会充分吸水。

聚葡萄糖可作为食品的保湿剂, 控制温度的变化。

以焙烤食品为例,聚葡萄糖可延缓其水分蒸发,从而阻止产品走味,保持或延长产品的货架寿命。

聚葡萄糖另一重要特性是对溶液水分活度的影响。

水分活度会影响食品质构、湿度变化和微生物稳定性。

当浓度较低(小于60%)时,聚葡萄糖降低水分活度的效果不如蔗糖和山梨醇等小分子物质。

但在高浓度时,聚葡萄糖的效果更好,因为蔗糖会析出结晶,而聚葡萄糖由于是不同分子量的高度分支结构的混合物,不会结晶。

3.1.4黏度同等浓度下,聚葡萄糖溶液的黏度高于蔗糖溶液和山梨醇溶液。

聚葡萄糖溶液的黏度随温度升高而降低,与蔗糖溶液相似。

在25℃时黏度会随聚葡萄糖的浓度增加而增加。

3.1.5矫正冰点聚葡萄糖的冰点比同浓度的蔗糖溶液的要高。

用KOH中和过的聚葡萄糖比未经中和的其冰点要降低很多。

冰点降低值越低,食品口感越硬, 更适合冰棒和某些甜点中添加。

使用高甜度甜味剂制造低热量冷冻甜食时,可添加聚葡萄糖调整产品的基体, 补偿由于砂糖减少造成的基体丧失,改善由于冰点降低而造成的不良质构变化。

3.1.6融熔性质净聚葡萄糖无定形粉末在温度高于130℃时熔化,冷却后形成一种透明的玻璃状物质,有着与硬糖相似的脆性结构,但与糖不同的是聚葡萄糖不会形成晶体。

3.1.7风味聚葡萄糖没有甜味,A型稍有酸苦味,经改性后味道变淡或消失。

聚葡萄糖可与高甜度低热量甜味剂共用制作低热量甜食。

聚葡萄糖浓度高时具有不良风味,这可通过减少用量、加调味料或风味修饰剂来消除。

3.2 生理特性3.2.1低能量聚葡萄糖是随机聚合的产物,糖甙键种类多,分子结构复杂,难以生物降解。

众多研究均表明,聚葡萄糖的热量值为在lkcal/g左右,证明其确为难消化糖类。

聚葡萄糖经过胃和小肠时不被吸收，约30%被大肠内微生物发酵，生成挥发性脂肪酸和CO2等，约60%从粪便中排出，产生的热量只有蔗糖的25%、脂肪的11%。

由于聚葡萄糖的发热量极低，很少能转化为脂肪，不会引起肥胖。

3.2.2非胰岛素依赖性聚葡萄糖能改善末稍组织对胰岛素的感受性,降低对胰岛素的要求,抑制胰岛素的分泌,阻碍对糖的吸收,且聚葡萄糖本身不被吸收,从而达到降低血糖水平的目的,有效预防糖尿病。

3.2.3吸附性聚葡萄糖能够吸附胆酸、胆固醇和多种有毒成分[3]。

聚葡萄糖进入肠道后被肠道微生物降解的产物可抑制胆固醇的合成,并能吸附胆固醇的代谢产物胆汁酸并排出体外,从而降低人体内胆固醇含量,阻碍对胆固醇的吸收,预防胆结石的形成。

3.2.4非龋齿性聚葡萄糖在口腔内不被微生物利用发酵,故对牙齿没有损害。

3.3应用特性综合以上的基本特性及生理功能,可知聚葡萄糖在食品中具有众多的应用优势,主要有:●可取代食品中的糖和脂肪,有改善食品质构和口感的作用●口味清爽,使食品香味易于释放,在各类应用中有改善食品风味的作用●广为认知的良好的膳食纤维来源●能改善消化道健康的益生元●血糖反应低,代谢不依赖胰岛素,适于糖尿病人●饱腹感,帮助控制体重,适用于想控制碳水化合物摄入量的消费者●耐受性好3.4安全性通过动物和人体试验证实,聚葡萄糖具有高度的安全性。

FDA和FAO/WHO均已批准聚葡萄糖为安全的食品添加剂。

目前,中国、日本、澳大利亚等45个国家己批准使用聚葡萄糖。

另外,日本的厚生省己确认聚葡萄糖是一种食品,我国已将其列入国家食品添加剂。

食品中添加聚葡萄糖作为通便剂的平均最大无作用量为90g/d。

4. 聚葡萄糖的功能4.1降低甘油三酯和胆固醇聚葡萄糖可阻止或减少甘油三酯和胆固醇进入淋巴细管的量。

同时,聚葡萄糖进入肠道后被肠道微生物降解的产物可抑制胆固醇的合成,并能吸附胆固醇的代谢产物胆汁酸并排出体外,从而降低人体内胆固醇含量,阻碍对胆固醇的吸收,也可预防胆结石的形成[4]。

用聚葡萄糖制出的巧克力有明显的减少血清甘油三酯的作用。

若与乳糖醇配合使用, 这种作用更强[5]。

4.2调节血脂水溶性膳食纤维聚葡萄糖可在小肠内造成一层膜,并缠裹部分食物脂肪,能有效限制消化道内脂肪的吸收,促进类脂化合物的排泄,增加饱腹感,减少进食量,从而达到调节血脂,减少脂肪堆积,预防肥胖等功效。

4.3整肠作用由于膳食纤维有助于消化道平衡，摄入高纤维膳食是维持消化道健康的关键。

聚葡萄糖能促进人体肠胃蠕动,消除便秘,预防痔疮;能促进肠道中有益微生物的生长,降低十二指肠中pH值,摄入后在大肠中发酵产生短链脂肪酸如丁酸、异丁酸、醋酸等[6],创造微酸环境以刺激有益微生物如双歧杆菌及其他乳酸菌的生长,同时减低有害细菌的繁殖,提高机体免疫能力。

减少肠道与有毒物质接触的机会,抑制有害物质的吸收并促进排泄,达到排毒养颜的作用;预防痔疮和结肠癌;改善体质。

4.4助控和减肥作用一方面聚葡萄糖可以抑制食欲,减少进食量,并从人体内带走多余的脂肪和能量[7]。

另一方面聚葡萄糖还可在胃肠壁上形成一层薄膜,缠裹部分食物中的脂肪, 限制消化道内脂肪的吸收,促进脂类物质的排泄,从而达到减少脂肪堆积,预防肥胖的功效。

4.5增殖双歧因子的作用浓度为1%和2%的聚葡萄糖即可对肠道双歧杆菌有显著的刺激作用。

它所作用的双歧杆菌范围较广,除了对青春双歧杆菌、两叉双歧杆菌、长双歧杆菌等有增殖作用外,还对婴儿双歧杆菌有增殖作用。

4.6提高免疫力可溶性纤维的大量吸水,稀释了肠道中有害物质的浓度,并促使它排除体外。

研究表明,可溶性纤维对癌症特别是结肠癌具有一定的防治作用,并具有排毒养颜的美容作用。

4.7促进Ca 吸收Hara[8]等的研究表明,摄入聚葡萄糖(50g/kg,21d)后,能增加Ca的吸收和骨矿化,推测其Ca吸收主要是小肠的作用,而与大肠无关。

Hitoshi[9]等的研究表明:随着聚葡萄糖的浓度增加小鼠空肠、回肠、盲肠、大肠的钙吸收作用呈递增趋势,且100mmol/l的聚葡萄糖对小鼠空肠、回肠、盲肠的钙吸收作用显著,而大肠的钙吸收作用不显著。

4.8调节血糖值聚葡萄糖能改善末梢组织对胰岛素的感受性,降低对胰岛素的要求,抑制胰岛素的分泌,阻碍对糖的吸收,从而达到降低血糖水平的目的,预防糖尿病。