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功能性低聚糖一水苏糖
   发布时间:2013-09-25    |    浏览次数:次 

 功能性低聚糖一水苏糖

梁丽心

(华南理工大学食品与生物工程学院,广州510640)

    摘要:水苏糖作为一种新兴的功能性低聚糖类,其开发和应用日益受到重视。本文介绍了水苏糖的性质、生理功能、制备方法及应用,并对其开发应用前景进行了展望。

关键词:水苏糖,功能性低聚糖,制备,应用

Functional Oligosaccharide-Stachyose

Liang Lixin

(Food and Biology Engineering College,South China University of Technology,Guangzhou 510640)

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210个单糖经糖有键连接而成的低度聚合糖,分功能性低聚糖和普通低聚糖两大类。蔗糖、乳糖、麦芽糖等属于普通低聚糖,它们可被机体消化吸收,不是肠道有益菌双歧杆菌的增殖因子。以水苏糖、棉子糖、低聚果糖、乳酮糖、异麦芽酮糖、大豆低聚糖、低聚半乳糖、低聚木糖、低聚乳果糖、低聚龙胆糖等为代表的新型低聚糖一般都具有促进肠道双歧杆菌增殖,难以被人体消化吸收,预防龋齿等一系列的生理功能,所以称它们为功能性低聚糖。功能性低聚糖是国内外食品科学与工程研究领域的前沿,被誉为“21世纪食品工业的先导

水苏糖( Stdchyo})是自然界存在的一种四糖,广泛分布于豆科植物中,属于棉子糖属半乳糖苷类非还原性功能性低聚糖。它能显著促进双歧杆菌增殖,因此又被誉为超强双歧因了,成为近年来保健食品市场上比较受欢迎的一种功能原料。下面本文仅就水苏糖的物化性质、生理功能、制备方法及应用等作一简要概述。

1水苏糖的结构和物化性质

水苏糖是蔗糖的葡萄糖基一侧以1, 6糖苷键结合2α-半乳糖而形成的糖类,分了式为C24H42O21,相对分了量666,化学结构如图1所示。

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1 水苏糖的化学结构

纯水苏糖为白色粉末,微甜,甜度为蔗糖的22% ,口感清爽,无异味。水苏糖溶于水,溶解度为130g20℃),不溶于乙醚、乙醇等有机溶剂。纯品体水苏糖为带4分子结晶水的片状物,熔点101℃,真空中115℃失水,无水物的熔点为167170℃

水苏糖具有良好的热稳定性,在100℃的高温下也不会分解,但在酸条件下热稳定性有所下降,因此,水苏糖可用于需热压处理的食品;当用于酸性饮料时,只要pH值不太低,在100℃的杀菌条件下足够稳定;它在酸性环境中的贮藏稳定性和温度有关,温度低于20℃时相当稳定。水苏糖的保湿性和吸湿性均小于蔗糖但高于高果糖浆,渗透压接近于蔗糖。在80℃以上,水苏糖具有着色性,因此,可在焙烤食品中加入水苏糖,令食品呈现出诱人的焦黄色。

2水苏糖的生理功能

2.1增殖双歧杆菌、调节肠内菌群

水苏糖与其它功能性低聚糖相类似,它不为人体肠胃消化液所分解,能被人体肠道内的双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌群利用,促进这些有益菌的增殖,它对双岐杆菌的增殖效果更是优于低聚异麦芽糖和低聚果糖(有效量约为1/4-1/5),能够以40倍递增的速度增殖双歧杆菌。此外,水苏糖还能抑制腐败菌如大肠杆菌和产气荚膜梭菌的生长,从而抑制腐败菌代谢产生的酚、氨,吲哚等有害物质。李迎慧等人通过实验鼠及志愿者进行调节肠道菌群试验,证明了水苏糖确实具有调节肠道菌群、改善肠道内环境的功能。另外,也有研究表明,在杂种仔猪的饲料中添加1%水苏糖,就可明显地调节仔猪的肠道微生物菌群。据日本报道,每天摄入0.53g水苏糖,即有效果,过量服用则可引起胀气和增加排气乃至轻泻。

2. 2改善排便功能、防止便秘

由于双歧杆菌发酵水苏糖产生大量的短链脂肪酸,能刺激肠道蠕动,增加粪便的湿润度,并通过菌体的大量生长而保持一定的渗透压,避免了粪便积存在大肠,当水分被吸收后形成干硬的便块,从而防止便秘的发生。在人体试验中,便秘者每天摄入3g水苏糖,一周后排便次数、排便量以及排便的容易程度都有显著改善,但对一些严重的便秘患者效果不佳。

2. 3预防龋齿

龋齿是由口腔微生物,特别是突变链球菌发酵糖类大量繁殖、产酸并侵蚀牙齿形成的。水苏糖不能作为口腔微生物的合适底物,因此不能被吸收利用,不会引起龋齿。

2. 4水溶性膳食纤维样功能

虽然水苏糖不完全具备膳食纤维的粘稠性、持水性和遇水膨胀等物理特性,但是它具有低分子水溶性纤维素的某些功能特性,如防治便秘、提高机体免疫力以及提供低热量等,并且水苏糖还具有下列有点:①口感好,味质好;②日需量少,不胀肚;③易溶于水;④易加工但不影响食品的原有性质。

2. 5低热值,人体难消化

由于人体消化酶中缺少能够分解水苏糖的α-D-半乳糖苷酶,故水苏糖很难被人体消化吸收,提供的能量很低。有研究者对水苏糖的吸收动力学作了研究,证明水苏糖在动物体内吸收快但很少,生物利用度只有3. 82%。正因为水苏糖产生的热值低,目具有一定的甜度,因此可作为甜味剂加入糖尿病、肥胖症等患者的食物中。

2. 6促进肠道内营养物质的生成

水苏糖可促进双歧杆菌增殖,而双歧杆菌可在肠道内合成维生素B1, B6,B12,烟酸、叶酸等营养物质。

2. 7对化学性肝损伤有一定的预防作用

有研究者发现中药提取物水苏糖对临床/亚临床肝性脑病(HE/ SHE)有预防作用,而A水苏糖作为治疗SHE的药物与乳果糖一样有很好的疗效。

此外,水苏糖还能促进肠内短链脂肪酸的增加,降低肠内pH值。它还兼有调节免疫、降血糖和降血脂(胆固醇)功能,并能促进肠道对钙、镁等微量元素的吸收。

3水苏糖的制备方法

目前,水苏糖的生产方法有天然提取法和酶法两种,酶法生产水苏糖是最近发展起来的方法,日前尚处于实验室阶段。天然提取法是目前水苏糖工业化生产中常用的方法,经过研究和工业化试点该方法己经逐步成熟。天然提取法以宝塔菜(又名甘露、草石蚕)、毛叶地笋、中药地黄或大豆种子等为原料,经提取、精制而得。

3. 1从宝塔菜中提取水苏糖

据北京化工大学化学工程学院的袁其朋等人报道,中国特有的水苏属植物蔬菜宝塔菜干基含糖量达17% , 且水苏糖含量高、杂糖少,是生产水苏糖的理想原料。他们开发出的以宝塔菜为原料生产水苏糖的简单生产工艺如下:

宝塔菜粉碎水提取离心除渣起滤除杂活性炭脱色脱盐真空浓缩喷雾干燥产品

此外,也有专利文献报道,可以采用新鲜的草石蚕或其干燥品作为原料,使用榨汁法或极性有机溶剂等方法提取水苏糖。若用草石蚕的干品进行提取,则提取前需将干品用36倍清水浸泡120300min,其提取或回流浸提的时间为鲜品的12倍。

3. 2从毛叶地笋中提取水苏糖

据有关专利报道,水苏糖可以从一种叫毛叶地笋的植物中提取,其主要提取工艺包括:将毛叶地笋的根茎经过清洗、压榨、浸泡和蒸煮后得到提取液,再经离心除杂,并先后向提取液中添加醋酸铝和草酸,添加量分别为原料重量的1% 2%0. 33%。最后经过滤、浓缩和喷雾干燥,得到粉末状水苏糖产品。

另外,中国食品发酵研究院陈瑞娟等人选取华北地区的一种蔬菜根茎为原料生产水苏糖,己于1999年完成日产40 60kg流水线工业性试验,其主要工艺流程如下图所示。成品中水苏糖和棉子糖含量为8090%

    干燥原料一热水浸提二次→12%粗糖液澄清活性炭脱色离子交换浓缩糖浆产品喷雾干燥粉末状产品

由于大豆中水苏糖含量为4%,大豆低聚糖中约含30%的水苏糖,因此国际上多由大豆低聚糖色谱分离制备水苏糖。从植物蔬菜中提取的水苏糖,其成品中水苏糖和棉子糖总含量一般可达6090%,远高于国外从大豆中提取的30%的含量,在国际上具有领先水平。因此,可以说,从我国特有的植物蔬菜中提取高纯度水苏糖在世界功能性低聚糖领域是独树一帜的。

4水苏糖的应用

水苏糖具有良好的物化性质和生理功能,且经毒理学实验证实,它安全可靠,无任何毒副作用,因此日益受到人们的重视,并被广泛应用于食品、医药、化妆品、饲料等领域。

4. 1水苏糖在食品中的应用

由于水苏糖口味纯正,在水中溶解性好,对酸和热的稳定性高,不受一般的加热、蒸煮、焙烤的影响,具有良好的可加工性,因此,可用于酸性食品、饮料(健康饮料、运动饮料)和焙烤食物如面包中。

水苏糖具有低热量、低甜度(相当于蔗糖的22% ),在体内不消化、不吸收的特点,可应用于糖果、冰淇淋、巧克力和各类甜品中,替代蔗糖,适用于糖尿病人和减肥人士食用。

作为第三代功能性食品基料,水苏糖能有效促进双歧杆菌等有益菌的增殖,将水苏糖添加到啤酒、红酒、牛奶、酸奶、奶酪等食品中,开发出具有特殊功能的保健饮料和保健乳制品。水苏糖还具有调节菌群平衡、改善肠道功能、降低血脂、预防化学性肝损伤、调节免疫、润肠通便等独特功效,且化学性质极其稳定、可加工性极佳,适用于开发成冲剂、胶囊、软胶囊、片剂、日服液等剂型的保健食品。

另外,水苏糖不会被口腔微生物利用,从而防止了龋齿的形成,可应用于儿童食品。

4. 2水苏糖在医药方面的应用

水苏糖结构清楚、功效因子明确,而目性质稳定,是靶向给药的稳定剂。另外,水苏糖粘度高,吸水能力强,可以用作药物赋型剂,也适用于开发少戊冲剂、胶囊、软胶囊、片剂、日服液等剂型的药品。

一些研究证明水苏糖能够减少纤维原细胞中k-弹性蛋白酶的合成或分泌,从而减少组织弹性蛋白的水解和皮肤细胞之间透明质酸水解,达到维持皮肤弹性和可塑性的日的,因此水苏糖在皮肤保健和抗皮肤衰老等医药品中有很好的应用。

水苏糖作为一种α一半乳糖苷类物质,对多种慢性疾病有潜在的预防治疗作用,如水苏糖对慢性炎症具有缓解作用。

4. 3水苏糖在化妆品中的应用

水苏糖溶解性好,对皮肤无刺激性,在化妆品及皮肤清洁剂中使用可改善皮肤的粗糙性,使皮肤产生光滑感,其改善作用明显目没有副作用。由于水苏糖从调节体表微生态平衡开始,易于为皮肤中的有益菌群所代谢,并抑制有害菌,从根本上抑制黄褐斑的形成,因此它具有分解黑色素、清褪黄褐斑、清除自由基、排出毒素、延缓衰老等功效,适于开发养颜美容用品。若与其他抗自由基物质合用,其嫩肤和抗衰老的效果会更明显。

除以上几方面外,水苏糖还可以在动物饲料中使用,在断奶仔猪的饲料中添加水苏糖,可以调节仔猪体内微生物菌群,使有益菌数量提高,有害菌减少,从而提高仔猪的免疫能力和促进对矿物元素的吸收。但是,也有报道指出,在饲料中加入水苏糖会降低仔猪的生产性能,不利于仔猪的生长。

5水苏糖的开发应用前景

功能性食品将是21世纪的食品,功能性低聚糖则是一种极好的功能性食品基料。在日本和欧洲用功能性低聚糖开发的食品多达400500种。由日本厚生省批准的69种特定保健食品中有40种加有低聚糖。水苏糖作为一种新兴的功能性低聚糖,其产品功效显著,故它的开发和应用日益受到重视。

日本在十多年前就从大豆中以工业化方式生产出水苏糖,现在己经成为全球水苏糖产业化规模最大的国家,对功能性水苏糖的需求己经比较成熟。但就全球范围而言,美国利用水苏糖的开发力度最大,程度最深,因而水苏糖在美国市场的应用范围也最为广泛。有关水苏糖产品的应用专利在美国专利局己有306项以上。据统计分析,2000年全球对水苏糖产品的需求量达35万吨,实际供应量仅为23万吨,供需之间存在较大差距;且随着水苏糖应用范围的不断拓展,供需不平衡将进一步拉大,市场前景广阔。

目前,国际上大量使用的大豆低聚糖,其水苏糖含量不到30%,而高纯度水苏糖未见有工业化生产的报道。由于水苏糖可以从我国特有的一种蔬菜中提取,而且其产品纯度可达80%以上,此得天独厚的资源,令我国在水苏糖生产开发方面走在了世界前列。目前,西安大鹏生物科技股份有限公司、陕西美辰生物科技股份有限公司和中国食品发酵研究所下属的北京中食科技有限公司等己达到批量生产水苏糖的规模,真正实现了水苏糖的工业化生产,在国际上处于领先地位。

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