大豆低聚糖的研究进展1大豆低聚糖的研究进展摘要:大豆低聚糖是一种新型的功能性低聚糖,它具有许多功能特性。
本文论述了大豆低聚糖的结构理化性质、生理功能、制备纯化及其测量,对大豆低聚糖的发展前景提出展望。
进一步为大豆低聚糖在食品工业中的应用和开发提供参考依据。
关键词:大豆低聚糖生理功能制备研究进展前言大豆低聚糖是指大豆中所含有的低聚糖类（主要成分是水苏糖，棉籽糖，蔗糖）的总称。
它可作为一种甜味剂。
大豆低聚糖在成熟大豆中的含量最高, 约占大豆总质量的10%。
此外,大豆低聚糖中还含有葡萄糖、果糖、半乳糖肌醇甲醚、右旋肌醇甲醚等,它不能被胃酸及酶降解, 是一种功能性低聚糖]1[。
大豆低聚糖主要来源于工业上生产大豆分离蛋白( SPL) 和大豆浓缩蛋白( SPC) 副产物的乳清中。
我国盛产大豆, 大豆产量在全世界排名第三, 全国现有30 多家规模较大的生产大豆蛋白的厂家, 生产1吨大豆分离蛋白就要排放10 吨大豆乳清, 因此大豆低聚糖的资源十分丰富。
近年来，随着人们对大豆保健功能的关注，大豆低聚糖也日益受到重视。
我国是大豆的主要生产国家之一，研制开发大豆低聚糖具有良好的条件。
国外尤其是日本，对大豆低聚糖的开发和应用位居世界前列，其开发的大豆低聚糖产品在1988年已推向市场，现已广泛应用于饮料、酸奶、水产制品、果酱、糕点和面包等食品中，并形成了工业化生产规模。
到目前为止, 大豆低聚糖还是美国FDA 惟一认可应用于食品中的功能性低聚糖, 我国对大豆低聚糖的研究尚属起步阶段一大豆低聚糖的结构含量及分布大豆低聚糖是指大豆中所含有的低聚糖类其分子结构由2～10个单糖分子以糖苷键相连接而形成的糖类总称。
分子量300～2000，界于单糖（葡萄糖、果糖、半乳糖）和多糖（纤维、淀粉）之间，又有二糖、三糖、四糖之分（主要成分是指单糖数为3～4的蔗糖（双糖）、棉子糖（三糖）和水苏糖（四糖）等。
）的总称。
其中，蔗糖占4.2%~5.7% , 水苏糖占2.7%~4.7% , 棉子糖占1.1% ~1.3% , 此外, 还含有少量其他糖类, 如葡萄糖、果糖、右旋肌醉甲醚、半乳糖肌醇甲醚等。
]2[。
水苏糖和棉籽糖的化学结构式是在蔗糖分子的葡萄糖一侧，以糖苷键（一个环状单糖半缩醛（或半缩酮）羟基与另一个分子（例如醇、糖、嘌呤或嘧啶）的羟基、胺基或巯基之间缩合形成的缩醛键或缩酮键，常见的糖苷键有O-糖苷键和N-糖苷键。
）分别结合两个和一个半乳糖分子构成的糖。
其化学结构式见图一。
水苏糖，棉籽糖广泛分布于植物中，尤以豆科植物中含量最多。
图1.大豆低聚糖的化学结构二大豆低聚糖的理化性质]43[大豆低聚糖浆是一种无色透明液体,甜味纯正,近似蔗糖,甜度为蔗糖70%~75%,其黏度高于蔗糖和高果糖浆( 含55%果糖的果葡糖浆),低于麦芽糖浆( 含麦芽糖55%)。
大豆低聚糖与其他糖浆一样, 当温度升高时,黏度降低;大豆低聚糖的吸湿性、保湿性比蔗糖小,但优于果葡糖浆;大豆低聚糖的渗透压略高于蔗糖,低于含量为55%的高果糖浆。
大豆低聚糖浆具有良好的热稳定性、酸稳定性和酸性贮存稳定性。
大豆低聚糖在温度140 ℃短时间加热时不会分解,即使加热到温度160 ℃,对水苏糖和棉子糖的破坏也很少;在酸性条件下( pH 值为5~6),将大豆低聚糖加热到温度120 ℃仍很稳定,即使在pH 值为3 的酸性条下,大豆低聚糖稳定性也优于蔗糖。
大豆低聚糖还有很好的酸性贮存稳定性, 在pH 值为3, 温度20 ℃下, 贮存120 天的残存率为85% 以上,温度37 ℃下贮存120 天的残存率仍大于60%。
因此大豆低聚糖可应用于高温加热的罐头食品及酸性食品与饮料中。
研究表明,大豆低聚糖具有明显抑制淀粉老化的作用，且抑制效果随着添加量的增加而加强。
因此,在面包等淀粉类食品中添加大豆低聚糖,能延缓淀粉老化,防止产品变硬,延长产品的货架寿命。
三大豆低聚糖的生理功能研究表明传统大豆发酵食品中的功能性低聚糖具有提高免疫力,降低血压,保护肝脏、促进益生菌增殖、调节肠道平衡等生理机能,通过摄入大豆低聚糖可以有效改善人体的胃肠道机能。
1 大豆低聚糖直接的生理功能由于大豆低聚糖的难消化特性,这使之具有膳食纤维的功能[7],摄入人体后可以增加大便持水性和容量,使其易于排出,达到防止便秘的作用。
并且大豆低聚糖还可以吸附胃肠道中的阴离子和胆汁酸,从而降低血脂和胆固醇。
同时它还可与进入人体胃肠道的某些病原菌细胞结合,抑制其在肠壁上的定植和生长,起到预防感染的作用[8]。
2 大豆低聚糖的益生机制2.1 大豆低聚糖通过促进益生菌增殖改善胃肠道机能由于人体中缺乏-D-半乳糖苷酶,当大豆低聚糖进入机体后并不会被分解吸收,而是进入大肠后被肠道内的乳酸菌、双歧杆菌等益生菌利用,从而使得大豆低聚糖具有促进肠道内益生菌增殖生长进而人体健康产生良性影响[5], 其作用机制见图2。
的作用。
同时改善肠道微生态系统,图 2 大豆低聚糖对人体的影响病原菌能通过其表面或绒毛上的特异性凝集素与人体肠壁黏膜上皮细胞表面上的糖类或糖蛋白相结合[10],进而附着在肠黏膜上繁殖。
例如大肠埃希菌I型菌毛[9],便是与肠黏膜上皮细胞的 D-甘露糖受体结合。
然而低聚糖的结构与此糖受体的结构比较相似,可以竞争性地与病原菌相结合, 从而减少其在肠道内的粘附,最终导致病原菌随粪便排出体外,从而降低对人体的危害。
同时益生菌还能利用大豆低聚糖进行发酵, 产生醋酸、乳酸、植物乳杆菌素NA、乳链菌肽等抗菌物质。
这些抗菌物质可以抑制外源性致病菌及人体肠道内原有有害细菌的繁殖, 同时有研究证实植物乳杆菌素 NA能有效抑制李斯特菌生长繁殖,引起李斯特菌的自溶;而乳链菌肽可以对葡萄球菌、链球菌、微球菌等革兰阳性菌起到抑制作用。
并且益生菌还可以分泌磷脂酸与肠黏膜形成一层生物膜屏障,使得有害微生物难以附着在肠道内,从而降低致病菌的感染机会。
2.2 促进免疫, 降胆固醇及保护肝脏的作用乳酸菌的细胞壁主要是由肽聚糖、多糖和磷壁酸组成,肽聚糖对免疫反应具有促进作用。
乳酸菌细胞壁肽聚糖的主要组分是胞壁酰二肽,它能够刺激巨噬细胞释放白细胞介素-1,从而活化 T 淋巴细胞,并诱导其产生-干扰素。
细胞壁中的磷壁酸还能刺激单核细胞产生白细胞介素-1和肿瘤坏死因子。
乳酸菌的代谢产物也可以增强机体的免疫力,乳酸菌发酵能产生大量的游离氨基酸和短肽, 例如谷胱甘肽能够促进淋巴细胞的分裂反应,激活淋巴因子白细胞介素-2的活性,并且抑制内源性和外源性的致癌物。
乳酸菌还可以降低血液中胆固醇的含量,在pH 降低时,乳酸菌的共轭活性增加,使胆固醇与胆盐形成了沉淀,从而降低了血液中胆固醇的含量。
GILLI- LAND[10]等进行的体外实验也表明,嗜酸乳杆菌可以降低培养液中的胆固醇含量, 而菌体细胞的胆固醇含量却增加了。
其机制目前虽然还未被揭露,但是人们推测是细菌细胞吸收了肠道中的胆固醇并导致血清胆固醇含量的下降。
肠道内的腐生菌在代谢过程中会产生大量的吲哚、硫化氢、胺和酚等代谢产物[12],这些产物在肝脏中经酸降解解毒, 随后以葡糖醛酸盐和硫酸盐等形式经尿排出体外,如若它们不能被及时解毒,将导致肝功能紊乱和循环系统失常。
然而大豆低聚糖能有效增殖双歧杆菌等益生菌,增殖的细菌可以通过拮抗、分泌细菌素产酸等方式抑制有害细菌的生长繁殖,并由此达到减少有害物质产生的目的。
双歧杆菌[11]等益生菌还能分解一些因食物腐败变质等原因所产生的有害物质,同时产生对人体有益的物质,从而促进人体的正常新陈代谢,同时起到保护肝脏的作用。
3 抗肿瘤作用细菌和某些植物的细胞壁可吸附肠道内的毒素,而肉类食品在烹饪过程中常产生一些诸如杂环胺、吡啶、喹啉等导致突变的物质。
这些物质一旦被人体摄入后,对其健康产生潜在的威胁。
大量研究表明[11], 益生菌中乳脂链球菌的胞壁肽聚糖和多糖成分可以对这类致突变物质进行吸附, 其中对最主要的致突变物吡啶的吸附率可以达到 50% 以上,而传统大豆发酵食品中的大豆低聚糖可以有效增殖人体肠道内的益生菌,从而达到抗肿瘤作用。
同时有理论表明, 传统大豆发酵食品中的大豆低聚糖被人体摄入后, 人体中的肿瘤细胞会被杀伤。
其主要原因是大豆低聚糖能促进人体肠道内的益生菌增殖, 并由其激活 Mφ, 从而诱导机体产生非特异性免疫反应。
激活的 Mφ可以增强其吞噬细菌的功能, 还可以使 Mφ内酸性磷酸酶的活性增高, 从而加强 Mφ的毒性。
激活的 Mφ可以释放白细胞介素 2 与 IFN- γ等多种细胞因子, 这些免疫调节因子可以调节人体免疫系统, 从而增强人体的免疫机能, 达到抗肿瘤作用。
另具研究证实[6],益生菌所分泌的可溶性代谢产物可以明显降低人类肠癌细胞 HT-29 的存活率,并提高分解 HT-29 的二肽多肽酶 IV 的活性,二肽多肽酶 IV 是分解 HT-29 的特性指标,这说明乳酸菌可以促进这些肿瘤细胞的分解。
然而就抗肿瘤机制而言, 还有待进一步研究。
传统大豆发酵食品中的大豆低聚糖可以有效地增加益生菌的数量揭示可溶性代谢产物的含量,从而达到抑制肿瘤细胞生长的作用。
4 大豆低聚糖的其他生理功能传统大豆发酵食品中的大豆低聚糖还可以被肠道内的益生菌发酵,进而产生有机酸,其中绝大多数的有机酸都可以被人体吸收,为人体供应能量[14]。
同时有机酸还可以有效降低肠道的pH, 从而抑制由一级胆酸转变具有致癌性的次级胆酸的反应。
并且有机酸还可以与有毒的氨结合, 形成不扩散的铵离子,降低血液中氨的浓度,从而降低老年痴呆症的发病机率[13]。
大豆低聚糖本身还具有一定的吸附胆固醇的作用,使之随大便排出体外,达到调节血脂[9]的目的。
四大豆低聚糖的制备大豆低聚糖多是从生产大豆分离蛋白时的副产物大豆乳清中提取的，乳清液中含有多种低分子蛋白、多糖类、肽、低聚糖类等物质,其中碳水化合物约为62％,粗蛋白约为21％,灰分5％，其它12％，而碳水化合物中含量较高的是大豆低聚糖。
以脱脂豆粕为原料，制备大豆低聚糖浆的生产工艺见图3：图3 大豆低聚糖的生产工艺五大豆低聚糖的提取纯化大豆低聚糖是以工业生产大豆分离蛋白时的副产物大豆乳清为原料制得。
乳清大部分为碳水化合物，约占62%，其中又含有约为42%的大豆低聚糖,乳清中其他各组份分别为：粗蛋白约21%、灰分5％、其它12％。
大豆低聚糖分离纯化的典型工艺流程如下：大豆→脱脂大豆→大豆低聚糖粗提→大豆乳清→脱除蔗糖→蛋白质分离→过渡→脱色→脱盐→浓缩→喷雾干燥→造粒→颗粒大豆低聚糖。
1大豆低聚糖的粗提大豆低聚糖的粗提一般采取水浸取、碱液提取、膜分离技术等方法得到。
其中水浸取效率较低；碱液浸取有效成分含量高，但时间太长；膜分离技术设备投资大，工艺较复杂。
采用碱液为提取剂，在微波条件下提取大豆中的低聚糖，既保持了碱液提取的优点，又有操作简单、效率高、时间短的特点，是一种较佳的低聚糖提取技术。