功能性低聚糖产业发展及市场应用 低聚糖是指由2～10个单糖组成的糖类，由于其聚合度低，所以称作低聚糖。而功能性低聚糖，指的是不为人体酶解，在小肠中不被吸收的低聚糖，即不消化性的低聚糖。但低聚糖，进入大肠后，能促进体内双歧杆菌的增殖，即通常所说的双歧因子。1999年国家公布的“功能性低聚糖通用技术规则行业标准”中，规定的功能性低聚糖定义为： (1)功能性低聚糖是由2～10个相同或不同的单糖，以糖苷键聚合而成。 (2)具有糖类某些共同的特性，可直接代替糖料，作为甜食品配料，但不被人体胃酸、胃酶降解。不在小肠吸收，可到达大肠部位。 (3)具有促进人体双歧杆菌的增殖等生理功能。 功能性低聚糖在自然界广泛存在，和人类食物有关的如：香蕉、大麦、洋葱、洋姜中含有低聚果糖；竹笋中含有低聚木糖；大豆中含有水苏糖和棉籽糖；淀粉糖化液中含有低聚异麦芽糖。目前，市场上出现的主要功能性低聚糖有：低聚木糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚半乳糖等。 一、低聚糖的功能 1、促进双歧杆菌生长，调整肠道菌群平衡 通常大肠中因缺乏大肠细菌可利用的碳源，一旦有碳水化合物进入就会对肠道菌群代谢产生重要影响。大肠菌群利用低聚糖的能力是不同的，体外试验结果表明：双歧杆菌对各种低聚糖几乎都可以加以利用，而一些有害细菌对大多数益生元几乎都不能利用或很难利用。 2、促进钙吸收作用 欧州Orafti经多年研究证实,功能性低聚糖不仅能促进钙吸收,而且能提高骨密度，减轻骨质疏松的危险。早川幸男的《低聚糖新知识》中提到，服用2%低聚木糖水溶液以后，大鼠的钙吸收可以提高23%，而钙的利用率可以提高21%。 3、提高免疫力 有利于人体肠内双歧杆菌的增加,同时可抑制肠内有害菌及腐败物质的形成,增加体内维生素的量,提高机体免疫力。 4、防止龋齿 高纯度低聚糖不被造成龋齿的链球菌利用，不被口腔酶液分解，因而能防止龋齿。 5、难消化性糖类 低聚糖是一种难消化性糖类,不被人体消化酶系分解,有一定甜度,人体摄入后基本上不增加血糖、血脂。进入大肠后,在结肠部位被双歧杆菌利用,而不能被有害菌利用,称作双歧因子,可广泛使用于各类食品作为功能性食品配料。 二、目前市场主要功能糖简介 1、基本信息 项目 低聚木糖 低聚果糖 低聚异麦芽糖 低聚半乳糖 简写 XOS FOS IMO GOS

批文 新资源食品 食品添加剂、营养强化剂 拟新资源食品 新资源食品、营养强化剂

原料 桦木、玉米芯、 秸秆等 菊芋、菊苣、蔗糖 淀粉 乳糖 生产方法 酶法转化 酶法转化 酶法转化 酶法转化 单体 木糖 果糖、蔗糖 葡萄糖 葡萄糖、半乳糖 连接键 β-1,4 β-1,2 α-1,6 β-1,6

主要成分 木二糖, 木三糖, 木四糖 蔗果三糖、 蔗果四糖、 蔗果五糖 潘糖、 异麦芽三糖、 异麦芽四糖 半乳糖基乳糖、 半乳糖基半乳糖、 半乳糖基葡萄糖 甜度 40-50% 30%-60% 42%-52% 20%-40%

甜味性质 甜爽， 略有特殊气味 较蔗糖稍逊 甜厚 甜爽

粘度 低于低聚异麦芽糖 高于蔗糖，低于低聚半乳糖 与蔗糖相近 最高 热量 几乎为零 1.5Kcal/g — 1.7Kcal/g 着色性 易着色 较蔗糖稍逊 易着色 不易着色 注：甜度以20℃条件下的蔗糖甜度作为100%；“—”表示不详。 从表中可以看出，低聚木糖是唯一以五碳糖为单位的功能性低聚糖，其也是人体难消化性糖，其在机体内产生热量值极低，不会影响血糖浓度。低聚半乳糖的组成单元为葡萄糖和半乳糖，低聚果糖的组成单元为果糖和蔗糖，低聚异麦芽糖的组成单元为葡萄糖。另外，其粘度排序为：低聚半乳糖>低聚果糖>低聚异麦芽糖>低聚木糖；热量排序为：低聚半乳糖>低聚果糖>低聚木糖。 2、摄入量介绍 项目 低聚木糖 低聚果糖 低聚异麦芽糖 低聚半乳糖 有效摄入量 0.7-1.4 g/d 5-10 g/d 15-20 g/d 8-10 g/d

不腹泻最大摄入量 7.5 g/d 18 g/d 90 g/d 18 g/d

最小有效剂量 0.7g/d 3 g/d 10 g/d 2-3 g/d

从表中可以看出：低聚木糖是有效摄入量最少的益生元物质，有报道显示，人体连续三周摄入低聚木糖0.7g/d，双歧杆菌的比例由8.5%提高到20.2%；如果换用其它的低聚糖类要到达这一效果，低聚果糖需日摄取8g，低聚异麦芽糖需日摄取15g。Suntory公司研究发现，每天服用0.7g低聚木糖可使肠内双歧杆菌有效增殖，增加粪便含水量，甚至每天服用量低至0.4g亦有效果；根据山东龙力公司在上海六家医院做的临床研究表明，每天服用低聚木糖1.4克两周，对于便秘患者的有效率可以达到88%；每天服用低聚木糖0.7克两周，对于腹泻患者的有效率可以达到92%。一般情况下，低聚果糖之有效量为3g，低聚半乳糖为2-3g，低聚异麦芽糖为10g。 3、酸热稳定性介绍 种类 酸热稳定性

低聚木糖 pH=2.5-8，125℃，1h不分解， pH3-4室温储存3年，保留率达97%

低聚果糖 当pH5-7时，稳定，150℃也不分解， pH<4时，热稳定性大幅下降 低聚异麦芽糖 pH=4-6,80℃不稳定

低聚半乳糖 耐热：180℃，浓度12%,15min不分解 耐酸：20-120℃，PH 3-4，15min不分解

目前，为了保障产品的有效保质期，各类食品的加工都避免不了灭菌的过程，而现阶段在食品饮料领域，其灭菌过程多采用加热灭菌的方法；而在人类的食物生产中，其焙烤食品占有一定的比例。因此，在这些加工过程中对于所添加的其他辅料或添加剂就有着相应的耐热性要求。另外，酸性饮料是市场饮料的一大部分，各种辅料因子添加其中，必须要保障它的完整性。由表中可以看出，低聚木糖的酸稳定性范围最广，其储存稳定性也相当好。而低聚果糖和低聚异麦芽糖在其酸性介质中，稳定性大幅下降。因此，低聚木糖在使用时并不需要担心低聚木糖加工或贮藏过程中可能导致有效成分的分解现象，使用起来十分方便，而且可以广泛用于各种食品体系中。 4 、人体消化酶降解率介绍

人体消化酶降解率

0.00%2.00%4.00%6.00%8.00%10.00%12.00%14.00%

低聚木糖低聚果糖低聚异麦芽糖 功能性低聚糖的主要功效在于其对结肠菌群的调整作用，通过对结肠有益菌群，特别是双歧杆菌的选择性刺激增殖或激活代谢功能作用，从而起到增强机体健康的作用。作为结肠性功效因子，决定性条件在于其在胃肠道上部既不被水解，又不能被宿主吸收。由上图可知：低聚木糖的人体消化酶降解率在0.4%以下，而低聚果糖，低聚异麦芽糖超过了10%,是其低聚木糖的30倍左右。低聚木糖与其他功能性低聚糖相比较，有着结肠到达率高的优势。

三、典型功能性低聚糖生产及工艺发展 1、低聚木糖 低聚木糖主要是以还有木聚糖的玉米芯、桦木、农作物秸秆为主要原料，利用内切性高温酶糖化以及膜集成分离提纯技术进行产业化的，随着酶工业及膜工业的发展，低聚木糖的生产工艺不断的革新。 其最初于1989年在日本Suntory公司实现工业化生产。我国在"九五"期间立项开展对低聚木糖工业化生产研究。山东龙力生物科技股份有限公司与中国农业大学联合研制开发低聚木糖的工业化生产技术，在国内独家采用直接蒸汽高压瞬时汽爆裂解预处理技术，提高了木聚糖溶出率和木聚糖酶使用效率，避免了酸降解带来的高单糖和高腐蚀问题；采用膜集成技术有效提高了产品总回收率，实现了水资源的综合利用，降低了给排水量，有助于产品附加值和减少污水处理负担；回收蒸发冷凝水用于调浆工序，节约了工艺用水； 所用高活性链霉菌sp.E-86菌株从根本上解决了我国“八五”、“九五”课题研究中所用菌株活力不高，不适合工业化生产的问题。其技术申请了国内和韩国国际专利并授权，专利号：01131171.1和10-0653748，该技术项目于2001年4月通过教育部组织的国家科技成果鉴定，填补了国内空白。2002年，被卫生部批准为新资源食品。同期，江苏康维生物有限公司与南京林业大学联合开发饲料级低聚木糖，于2003年7月获得国家农业部颁发的饲料和饲料添加剂新产品证书。2005年，龙力低聚木糖再度获得国家农业部颁发的饲料和饲料添加剂新产品证书，2007年，低聚木糖被国家公众营养与发展中心批准推荐为“营养健康倡导产品。随着公众对营养健康和功能性聚合糖的关注，以及低聚木糖工业技术的不断革新和市场需求的不断扩大，其生产企业在国内发展到6家左右。 为了规范行业发展，引导有序竞争，2005年中国轻工业联合会以中轻联综［2005］119号文"关于印发《二00五年轻工业制定、修订国家标准、待业标准项目计划》的通知"中，低聚木糖被列为行业标准制定计划。由山东龙力生物科技股份有限公司为主起草单位，在参考了日本suntory公司企业标准和我国其他低聚糖行业标准的基础上，形成了低聚木糖行业标准QBT 2984-2008，于2008年由国家发展和改革委员会发布实施。2009年，由中国农业科学院饲料研究所联合山东龙力生物科技股份有限公司及其他相关单位起草的饲料添加剂低聚木糖国家标准GBT 23747-2009发布实施。 低聚木糖主要生产企业有日本三得利公司、山东龙力生物科技股份有限公司、山东丰原中科生态有限公司、江苏康维有限公司等。总年产量5000余吨，据2009年统计，低聚木糖的市场容量在1.5万吨左右。 随着工艺的不断革新，市场上的低聚木糖出现了不同规格的产品。主要包括：95%低聚木糖粉剂、70%低聚木糖粉剂、35%低聚木糖粉剂、20%低聚木糖粉剂、95%低聚木糖糖浆、70%低聚木糖糖浆。日本三得利的产品规格和山东龙力生物科技股份有限公司产品规格相当，但是丰源中科产品以70%和35%的为主，江苏康维的产品以饲料级低聚木糖为主。 2、低聚果糖