功能性低聚糖一水蘇糖 梁麗心 (華南理工大學(xué)食品與生物工程學(xué)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(kāi)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(duì)其開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景進(jìn)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(gè)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(jī)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(jìn)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?guó)內(nèi)外食品科學(xué)與工程研究領(lǐng)域的前沿，被譽(yù)為“21世紀(jì)食品工業(yè)的先導(dǎo)”。 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(jìn)雙歧桿菌增殖，因此又被譽(yù)為“超強(qiáng)雙歧因了”，成為近年來(lái)保健食品市場(chǎng)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(jiǎn)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(gè)α-半乳糖而形成的糖類，分了式為C24H42O21，相對(duì)分了量666，化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 水蘇糖的化學(xué)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(wú)異味。水蘇糖溶于水，溶解度為130g（20℃)，不溶于乙醚、乙醇等有機(jī)溶劑。純品體水蘇糖為帶4分子結(jié)晶水的片狀物，熔點(diǎn)101℃，真空中115℃失水，無(wú)水物的熔點(diǎn)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(huì)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(dāng)用于酸性飲料時(shí)，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(shí)相當(dāng)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(jìn)這些有益菌的增殖，它對(duì)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(zhǎng)，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(guò)實(shí)驗(yàn)鼠及志愿者進(jìn)行調(diào)節(jié)腸道菌群試驗(yàn)，證明了水蘇糖確實(shí)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(bào)道，每天攝入0.5～3g水蘇糖，即有效果，過(guò)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(dòng)，增加糞便的濕潤(rùn)度，并通過(guò)菌體的大量生長(zhǎng)而保持一定的滲透壓，避免了糞便積存在大腸，當(dāng)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(yàn)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(duì)一些嚴(yán)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(huì)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(jī)體免疫力以及提供低熱量等，并且水蘇糖還具有下列有點(diǎn):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(duì)水蘇糖的吸收動(dòng)力學(xué)作了研究，證明水蘇糖在動(dòng)物體內(nèi)吸收快但很少，生物利用度只有3. 82%。正因?yàn)樗K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(jìn)腸道內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生成 水蘇糖可促進(jìn)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 2. 7對(duì)化學(xué)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(duì)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(jìn)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(jìn)腸道對(duì)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(lái)的方法，日前尚處于實(shí)驗(yàn)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(guò)研究和工業(yè)化試點(diǎn)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(xué)化學(xué)工程學(xué)院的袁其朋等人報(bào)道，中國(guó)特有的水蘇屬植物蔬菜—寶塔菜干基含糖量達(dá)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(kāi)發(fā)出的以寶塔菜為原料生產(chǎn)水蘇糖的簡(jiǎn)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(xiàn)報(bào)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(jī)溶劑等方法提取水蘇糖。若用草石蠶的干品進(jìn)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(shí)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(bào)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(guò)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(guò)濾、濃縮和噴霧干燥，得到粉末狀水蘇糖產(chǎn)品。 另外，中國(guó)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(yàn)，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(guó)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(dá)60～90%，遠(yuǎn)高于國(guó)外從大豆中提取的30%的含量，在國(guó)際上具有領(lǐng)先水平。因此，可以說(shuō)，從我國(guó)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(dú)樹(shù)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(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，它安全可靠，無(wú)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(duì)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(yùn)動(dòng)飲料)和焙烤食物如面包中。 水蘇糖具有低熱量、低甜度(相當(dāng)于蔗糖的22% )，在體內(nèi)不消化、不吸收的特點(diǎn)，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(jìn)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(kāi)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(xué)性肝損傷、調(diào)節(jié)免疫、潤(rùn)腸通便等獨(dú)特功效，且化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定、可加工性極佳，適用于開(kāi)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(huì)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(qiáng)，可以用作藥物賦型劑，也適用于開(kāi)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(xì)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(xì)胞之間透明質(zhì)酸水解，達(dá)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(duì)多種慢性疾病有潛在的預(yù)防治療作用，如水蘇糖對(duì)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(duì)皮膚無(wú)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(méi)有副作用。由于水蘇糖從調(diào)節(jié)體表微生態(tài)平衡開(kāi)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(kāi)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(huì)更明顯。 除以上幾方面外，水蘇糖還可以在動(dòng)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(jìn)對(duì)礦物元素的吸收。但是，也有報(bào)道指出，在飼料中加入水蘇糖會(huì)降低仔豬的生產(chǎn)性能，不利于仔豬的生長(zhǎng)。 5水蘇糖的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景 功能性食品將是21世紀(jì)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(kāi)發(fā)的食品多達(dá)400～500種。由日本厚生省批準(zhǔn)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(kāi)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(guó)家，對(duì)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(guó)利用水蘇糖的開(kāi)發(fā)力度最大，程度最深，因而水蘇糖在美國(guó)市場(chǎng)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(guó)專利局己有306項(xiàng)以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，2000年全球?qū)λK糖產(chǎn)品的需求量達(dá)35萬(wàn)噸，實(shí)際供應(yīng)量?jī)H為23萬(wàn)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(jìn)一步拉大，市場(chǎng)前景廣闊。 目前，國(guó)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(jiàn)有工業(yè)化生產(chǎn)的報(bào)道。由于水蘇糖可以從我國(guó)特有的一種蔬菜中提取，而且其產(chǎn)品純度可達(dá)80%以上，此得天獨(dú)厚的資源，令我國(guó)在水蘇糖生產(chǎn)開(kāi)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(guó)食品發(fā)酵研究所下屬的北京中食科技有限公司等己達(dá)到批量生產(chǎn)水蘇糖的規(guī)模，真正實(shí)現(xiàn)了水蘇糖的工業(yè)化生產(chǎn)，在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。 參考文獻(xiàn) <!--[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(shuí)蘇堂堂，精細(xì)與專用化學(xué)品，2002，1：13～14 <!--[if !supportLists]-->3. <!--[endif]-->楊昌林，水蘇糖—新一代超強(qiáng)雙歧因子，中國(guó)食品 報(bào)保健產(chǎn)業(yè)導(dǎo)刊，2003年1月4日 <!--[if !supportLists]-->4. <!--[endif]-->李迎慧，劉衡川，余倩等，長(zhǎng)康雙歧菌增殖膠囊對(duì)腸道菌群影響的研究，中國(guó)微生態(tài)學(xué)雜志，2001，1393：138～139 <!--[if !supportLists]-->5. <!--[endif]-->ZLiying,D Li,S Oiao,et al,Effects of stachyouse on performance,diarrhoea and intest inal bacteria in weanling pigs,Arch Tieremahr,2003,57(1:1～10 <!--[if !supportLists]-->6. <!--[endif]-->尤新，我國(guó)低聚糖生產(chǎn)技術(shù)研究進(jìn)展，食品工業(yè)科技，2002，23（4） <!--[if !supportLists]-->7. <!--[endif]-->任宏強(qiáng)，水蘇糖，精細(xì)與化學(xué)專用品，2002，14：15～17 <!--[if !supportLists]-->8. <!--[endif]-->鄭年新，阮金秀，張永祥等，地黃寡糖的吸收動(dòng)力學(xué)研究，中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合雜志，2000，20（6）:444～446 <!--[if !supportLists]-->9. <!--[endif]-->李瑞軍，唐曉山，楊昭徐，中藥提取物水蘇糖對(duì)臨床/亞臨床肝性腦病的預(yù)防作用，中國(guó)新藥雜志，2001，10（6）：428～430 <!--[if !supportLists]-->10.<!--[endif]-->Chen Meiying,Extracting methed for stachyose,CN1339443,2002 <!--[if !supportLists]-->11.<!--[endif]-->Jin Xueyuan,Wang Xiumei,Wu Zhong,Process for preparing stachyose and its products and application,CN1223265,1999 |
