功能性低聚糖一水蘇糖 梁麗心 (華南理工大學食品與生物工程學院，廣州510640) 摘要:水蘇糖作為一種新興的功能性低聚糖類，其開發(fā)和應(yīng)用日益受到重視。本文介紹了水蘇糖的性質(zhì)、生理功能、制備方法及應(yīng)用，并對其開發(fā)應(yīng)用前景進行了展望。 關(guān)鍵詞:水蘇糖，功能性低聚糖，制備，應(yīng)用 Functional Oligosaccharide-Stachyose Liang Lixin (Food and Abstract: Stachyose,as a new functional oligosacchairide,has been paid much ttention incressingly.Here the properties,physiological functions,properation and application of Stachyose are introduced.The development prospect of Stachyose has also been foreseen. Key words: Stachyose, Functional Oligosaccharide,Peparation,Aplication 低聚糖是指由2～10個單糖經(jīng)糖有鍵連接而成的低度聚合糖，分功能性低聚糖和普通低聚糖兩大類。蔗糖、乳糖、麥芽糖等屬于普通低聚糖，它們可被機體消化吸收，不是腸道有益菌雙歧桿菌的增殖因子。以水蘇糖、棉子糖、低聚果糖、乳酮糖、異麥芽酮糖、大豆低聚糖、低聚半乳糖、低聚木糖、低聚乳果糖、低聚龍膽糖等為代表的新型低聚糖一般都具有促進腸道雙歧桿菌增殖，難以被人體消化吸收，預(yù)防齲齒等一系列的生理功能，所以稱它們?yōu)楣δ苄缘途厶?。功能性低聚糖是國?nèi)外食品科學與工程研究領(lǐng)域的前沿，被譽為“21世紀食品工業(yè)的先導”。 水蘇糖( Stdchyo})是自然界存在的一種四糖，廣泛分布于豆科植物中，屬于棉子糖屬半乳糖苷類非還原性功能性低聚糖。它能顯著促進雙歧桿菌增殖，因此又被譽為“超強雙歧因了”，成為近年來保健食品市場上比較受歡迎的一種功能原料。下面本文僅就水蘇糖的物化性質(zhì)、生理功能、制備方法及應(yīng)用等作一簡要概述。 1水蘇糖的結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì) 水蘇糖是蔗糖的葡萄糖基一側(cè)以1, 6糖苷鍵結(jié)合2個α-半乳糖而形成的糖類，分了式為C24H42O21，相對分了量666，化學結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 水蘇糖的化學結(jié)構(gòu) 純水蘇糖為白色粉末，微甜，甜度為蔗糖的22% ,口感清爽，無異味。水蘇糖溶于水，溶解度為130g（20℃)，不溶于乙醚、乙醇等有機溶劑。純品體水蘇糖為帶4分子結(jié)晶水的片狀物，熔點101℃，真空中115℃失水，無水物的熔點為167～170℃。 水蘇糖具有良好的熱穩(wěn)定性，在100℃的高溫下也不會分解，但在酸條件下熱穩(wěn)定性有所下降，因此，水蘇糖可用于需熱壓處理的食品;當用于酸性飲料時，只要pH值不太低，在100℃的殺菌條件下足夠穩(wěn)定;它在酸性環(huán)境中的貯藏穩(wěn)定性和溫度有關(guān)，溫度低于20℃時相當穩(wěn)定。水蘇糖的保濕性和吸濕性均小于蔗糖但高于高果糖漿，滲透壓接近于蔗糖。在80℃以上，水蘇糖具有著色性，因此，可在焙烤食品中加入水蘇糖，令食品呈現(xiàn)出誘人的焦黃色。 2水蘇糖的生理功能 2.1增殖雙歧桿菌、調(diào)節(jié)腸內(nèi)菌群 水蘇糖與其它功能性低聚糖相類似，它不為人體腸胃消化液所分解，能被人體腸道內(nèi)的雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌群利用，促進這些有益菌的增殖，它對雙岐桿菌的增殖效果更是優(yōu)于低聚異麥芽糖和低聚果糖(有效量約為1/4-1/5)，能夠以40倍遞增的速度增殖雙歧桿菌。此外，水蘇糖還能抑制腐敗菌如大腸桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌的生長，從而抑制腐敗菌代謝產(chǎn)生的酚、氨,吲哚等有害物質(zhì)。李迎慧等人通過實驗鼠及志愿者進行調(diào)節(jié)腸道菌群試驗，證明了水蘇糖確實具有調(diào)節(jié)腸道菌群、改善腸道內(nèi)環(huán)境的功能。另外，也有研究表明，在雜種仔豬的飼料中添加1%水蘇糖，就可明顯地調(diào)節(jié)仔豬的腸道微生物菌群。據(jù)日本報道，每天攝入0.5～3g水蘇糖，即有效果，過量服用則可引起脹氣和增加排氣乃至輕瀉。 2. 2改善排便功能、防止便秘 由于雙歧桿菌發(fā)酵水蘇糖產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸，能刺激腸道蠕動，增加糞便的濕潤度，并通過菌體的大量生長而保持一定的滲透壓，避免了糞便積存在大腸，當水分被吸收后形成干硬的便塊，從而防止便秘的發(fā)生。在人體試驗中，便秘者每天攝入3g水蘇糖，一周后排便次數(shù)、排便量以及排便的容易程度都有顯著改善，但對一些嚴重的便秘患者效果不佳。 2. 3預(yù)防齲齒 齲齒是由口腔微生物，特別是突變鏈球菌發(fā)酵糖類大量繁殖、產(chǎn)酸并侵蝕牙齒形成的。水蘇糖不能作為口腔微生物的合適底物，因此不能被吸收利用，不會引起齲齒。 2. 4水溶性膳食纖維樣功能 雖然水蘇糖不完全具備膳食纖維的粘稠性、持水性和遇水膨脹等物理特性，但是它具有低分子水溶性纖維素的某些功能特性，如防治便秘、提高機體免疫力以及提供低熱量等，并且水蘇糖還具有下列有點:①口感好，味質(zhì)好;②日需量少，不脹肚;③易溶于水;④易加工但不影響食品的原有性質(zhì)。 2. 5低熱值，人體難消化 由于人體消化酶中缺少能夠分解水蘇糖的α-D-半乳糖苷酶，故水蘇糖很難被人體消化吸收，提供的能量很低。有研究者對水蘇糖的吸收動力學作了研究，證明水蘇糖在動物體內(nèi)吸收快但很少，生物利用度只有3. 82%。正因為水蘇糖產(chǎn)生的熱值低，目具有一定的甜度，因此可作為甜味劑加入糖尿病、肥胖癥等患者的食物中。 2. 6促進腸道內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的生成 水蘇糖可促進雙歧桿菌增殖，而雙歧桿菌可在腸道內(nèi)合成維生素B1, B6,B12，煙酸、葉酸等營養(yǎng)物質(zhì)。 2. 7對化學性肝損傷有一定的預(yù)防作用 有研究者發(fā)現(xiàn)中藥提取物水蘇糖對臨床/亞臨床肝性腦病(HE/ SHE)有預(yù)防作用，而A水蘇糖作為治療SHE的藥物與乳果糖一樣有很好的療效。 此外，水蘇糖還能促進腸內(nèi)短鏈脂肪酸的增加，降低腸內(nèi)pH值。它還兼有調(diào)節(jié)免疫、降血糖和降血脂(膽固醇)功能，并能促進腸道對鈣、鎂等微量元素的吸收。 3水蘇糖的制備方法 目前，水蘇糖的生產(chǎn)方法有天然提取法和酶法兩種，酶法生產(chǎn)水蘇糖是最近發(fā)展起來的方法，日前尚處于實驗室階段。天然提取法是目前水蘇糖工業(yè)化生產(chǎn)中常用的方法，經(jīng)過研究和工業(yè)化試點該方法己經(jīng)逐步成熟。天然提取法以寶塔菜(又名甘露、草石蠶)、毛葉地筍、中藥地黃或大豆種子等為原料，經(jīng)提取、精制而得。 3. 1從寶塔菜中提取水蘇糖 據(jù)北京化工大學化學工程學院的袁其朋等人報道，中國特有的水蘇屬植物蔬菜—寶塔菜干基含糖量達17% , 且水蘇糖含量高、雜糖少，是生產(chǎn)水蘇糖的理想原料。他們開發(fā)出的以寶塔菜為原料生產(chǎn)水蘇糖的簡單生產(chǎn)工藝如下: 寶塔菜→粉碎→水提取→離心除渣→起濾除雜→活性炭脫色→脫鹽→真空濃縮→噴霧干燥→產(chǎn)品 此外，也有專利文獻報道，可以采用新鮮的草石蠶或其干燥品作為原料，使用榨汁法或極性有機溶劑等方法提取水蘇糖。若用草石蠶的干品進行提取，則提取前需將干品用3～6倍清水浸泡120～300min，其提取或回流浸提的時間為鮮品的1～2倍。 3. 2從毛葉地筍中提取水蘇糖 據(jù)有關(guān)專利報道，水蘇糖可以從一種叫毛葉地筍的植物中提取，其主要提取工藝包括:將毛葉地筍的根莖經(jīng)過清洗、壓榨、浸泡和蒸煮后得到提取液，再經(jīng)離心除雜，并先后向提取液中添加醋酸鋁和草酸，添加量分別為原料重量的1%～ 2%和0. 3～3%。最后經(jīng)過濾、濃縮和噴霧干燥，得到粉末狀水蘇糖產(chǎn)品。 另外，中國食品發(fā)酵研究院陳瑞娟等人選取華北地區(qū)的一種蔬菜根莖為原料生產(chǎn)水蘇糖，己于1999年完成日產(chǎn)40 ～ 60kg流水線工業(yè)性試驗，其主要工藝流程如下圖所示。成品中水蘇糖和棉子糖含量為80～90%。 干燥原料一熱水浸提二次→12%粗糖液澄清→活性炭脫色→離子交換→濃縮→糖漿產(chǎn)品→噴霧干燥→粉末狀產(chǎn)品 由于大豆中水蘇糖含量為4%，大豆低聚糖中約含30%的水蘇糖，因此國際上多由大豆低聚糖色譜分離制備水蘇糖。從植物蔬菜中提取的水蘇糖，其成品中水蘇糖和棉子糖總含量一般可達60～90%，遠高于國外從大豆中提取的30%的含量，在國際上具有領(lǐng)先水平。因此，可以說，從我國特有的植物蔬菜中提取高純度水蘇糖在世界功能性低聚糖領(lǐng)域是獨樹一幟的。 4水蘇糖的應(yīng)用 水蘇糖具有良好的物化性質(zhì)和生理功能，且經(jīng)毒理學實驗證實，它安全可靠，無任何毒副作用，因此日益受到人們的重視，并被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、飼料等領(lǐng)域。 4. 1水蘇糖在食品中的應(yīng)用 由于水蘇糖口味純正，在水中溶解性好，對酸和熱的穩(wěn)定性高，不受一般的加熱、蒸煮、焙烤的影響，具有良好的可加工性，因此，可用于酸性食品、飲料(健康飲料、運動飲料)和焙烤食物如面包中。 水蘇糖具有低熱量、低甜度(相當于蔗糖的22% )，在體內(nèi)不消化、不吸收的特點，可應(yīng)用于糖果、冰淇淋、巧克力和各類甜品中，替代蔗糖，適用于糖尿病人和減肥人士食用。 作為第三代功能性食品基料，水蘇糖能有效促進雙歧桿菌等有益菌的增殖，將水蘇糖添加到啤酒、紅酒、牛奶、酸奶、奶酪等食品中，開發(fā)出具有特殊功能的保健飲料和保健乳制品。水蘇糖還具有調(diào)節(jié)菌群平衡、改善腸道功能、降低血脂、預(yù)防化學性肝損傷、調(diào)節(jié)免疫、潤腸通便等獨特功效，且化學性質(zhì)極其穩(wěn)定、可加工性極佳，適用于開發(fā)成沖劑、膠囊、軟膠囊、片劑、日服液等劑型的保健食品。 另外，水蘇糖不會被口腔微生物利用，從而防止了齲齒的形成，可應(yīng)用于兒童食品。 4. 2水蘇糖在醫(yī)藥方面的應(yīng)用 水蘇糖結(jié)構(gòu)清楚、功效因子明確，而目性質(zhì)穩(wěn)定，是“靶向給藥”的穩(wěn)定劑。另外，水蘇糖粘度高，吸水能力強，可以用作藥物賦型劑，也適用于開發(fā)少戊沖劑、膠囊、軟膠囊、片劑、日服液等劑型的藥品。 一些研究證明水蘇糖能夠減少纖維原細胞中k-彈性蛋白酶的合成或分泌，從而減少組織彈性蛋白的水解和皮膚細胞之間透明質(zhì)酸水解，達到維持皮膚彈性和可塑性的日的，因此水蘇糖在皮膚保健和抗皮膚衰老等醫(yī)藥品中有很好的應(yīng)用。 水蘇糖作為一種α一半乳糖苷類物質(zhì)，對多種慢性疾病有潛在的預(yù)防治療作用，如水蘇糖對慢性炎癥具有緩解作用。 4. 3水蘇糖在化妝品中的應(yīng)用 水蘇糖溶解性好，對皮膚無刺激性，在化妝品及皮膚清潔劑中使用可改善皮膚的粗糙性，使皮膚產(chǎn)生光滑感，其改善作用明顯目沒有副作用。由于水蘇糖從調(diào)節(jié)體表微生態(tài)平衡開始，易于為皮膚中的有益菌群所代謝，并抑制有害菌，從根本上抑制黃褐斑的形成，因此它具有分解黑色素、清褪黃褐斑、清除自由基、排出毒素、延緩衰老等功效，適于開發(fā)養(yǎng)顏美容用品。若與其他抗自由基物質(zhì)合用，其嫩膚和抗衰老的效果會更明顯。 除以上幾方面外，水蘇糖還可以在動物飼料中使用，在斷奶仔豬的飼料中添加水蘇糖，可以調(diào)節(jié)仔豬體內(nèi)微生物菌群，使有益菌數(shù)量提高，有害菌減少，從而提高仔豬的免疫能力和促進對礦物元素的吸收。但是，也有報道指出，在飼料中加入水蘇糖會降低仔豬的生產(chǎn)性能，不利于仔豬的生長。 5水蘇糖的開發(fā)應(yīng)用前景 功能性食品將是21世紀的食品，功能性低聚糖則是一種極好的功能性食品基料。在日本和歐洲用功能性低聚糖開發(fā)的食品多達400～500種。由日本厚生省批準的69種特定保健食品中有40種加有低聚糖。水蘇糖作為一種新興的功能性低聚糖，其產(chǎn)品功效顯著，故它的開發(fā)和應(yīng)用日益受到重視。 日本在十多年前就從大豆中以工業(yè)化方式生產(chǎn)出水蘇糖，現(xiàn)在己經(jīng)成為全球水蘇糖產(chǎn)業(yè)化規(guī)模最大的國家，對功能性水蘇糖的需求己經(jīng)比較成熟。但就全球范圍而言，美國利用水蘇糖的開發(fā)力度最大，程度最深，因而水蘇糖在美國市場的應(yīng)用范圍也最為廣泛。有關(guān)水蘇糖產(chǎn)品的應(yīng)用專利在美國專利局己有306項以上。據(jù)統(tǒng)計分析，2000年全球?qū)λK糖產(chǎn)品的需求量達35萬噸，實際供應(yīng)量僅為23萬噸，供需之間存在較大差距;且隨著水蘇糖應(yīng)用范圍的不斷拓展，供需不平衡將進一步拉大，市場前景廣闊。 目前，國際上大量使用的大豆低聚糖，其水蘇糖含量不到30%，而高純度水蘇糖未見有工業(yè)化生產(chǎn)的報道。由于水蘇糖可以從我國特有的一種蔬菜中提取，而且其產(chǎn)品純度可達80%以上，此得天獨厚的資源，令我國在水蘇糖生產(chǎn)開發(fā)方面走在了世界前列。目前，西安大鵬生物科技股份有限公司、陜西美辰生物科技股份有限公司和中國食品發(fā)酵研究所下屬的北京中食科技有限公司等己達到批量生產(chǎn)水蘇糖的規(guī)模，真正實現(xiàn)了水蘇糖的工業(yè)化生產(chǎn)，在國際上處于領(lǐng)先地位。 參考文獻 <!--[if !supportLists]-->1. <!--[endif]-->鄭建仙，耿立萍，功能性低聚糖析論，食品與發(fā)酵工業(yè)，1997，23（1）：39～46 <!--[if !supportLists]-->2. <!--[endif]-->袁其朋，范穎，誰蘇堂堂，精細與專用化學品，2002，1：13～14 <!--[if !supportLists]-->3. <!--[endif]-->楊昌林，水蘇糖—新一代超強雙歧因子，中國食品 報保健產(chǎn)業(yè)導刊，2003年1月4日 <!--[if !supportLists]-->4. <!--[endif]-->李迎慧，劉衡川，余倩等，長康雙歧菌增殖膠囊對腸道菌群影響的研究，中國微生態(tài)學雜志，2001，1393：138～139 <!--[if 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