第四章功能性甜味剂 本章要点 1.功能性甜味剂的种类 2.功能性单糖的物化性质与甜味特性 3.功能性单糖的生理代谢性质 4.功能性单糖的加工及应用 5.功能性低聚糖的加工及生理功能 6.功能性低聚糖的种类、性质及其应用 甜味剂是指能赋于食品甜味的一种调味剂,而功能性甜味剂( Functional Sweε teners) 是指具有特殊生理功能或特殊用途的食品甜味剂,也可理解为可代替蔗糖应用在功能性食品 中的甜味。它包含两层含义 一是最基本的,对健康无不良影响的,它解决了多吃蔗糖无益于身体健康的问题。 二是更高层次的,对人体健康起有益的调节或促进的作用。 功能性甜味剂分为四大类 (1)功能性单糖,包括结晶果糖、高果糖浆和L糖等 (2)功能性低聚糖,包括低聚异麦芽糖、异麦芽酮糖、低聚半乳糖、低聚果糖、乳酮 糖、棉子糖、大豆低聚糖、低聚乳果糖、低聚木糖等。 3)多元糖醇,包括赤藓糖醇、木糖醇、山梨糖醇、甘露糖醇、麦芽糖醇、异麦芽糖 醇、氢化淀粉水解物等。 (4)强力甜味剂,包括三氯蔗糖、阿斯巴甜、纽甜、二氢査耳酮、甘草甜素、甜菊苷、 罗汉果精、甜蜜素、安赛蜜等。强力甜味剂的甜度很高,通常都在蔗糖的50倍以上 功能性甜味剂以其特殊的生理功能,既能满足人们对甜食的偏爱,又不会引起副作用, 并对糖尿病、肝病患者有一定的辅助治疗作用。功能甜味剂将是21世纪发展的方向。它对 发展食品工业,提高人们的健康水平,丰富人们的物质生活起着重要的作用。 本章主要讲述功能性单糖和功能性低聚糖。 第一节功能性单糖 自然界中的单糖有很多种类,如葡萄糖、果糖、木糖、甘露糖和半乳糖等:单糖几乎都 是D-糖,其中属于功能性食品基料的仅D果糖一种,这是因为 它具有以下几种独特的性质: (1)甜度大,等甜度下的能量值低,可在低能量食品中应用
1 第四章 功能性甜味剂 本章要点 1. 功能性甜味剂的种类 2. 功能性单糖的物化性质与甜味特性 3. 功能性单糖的生理代谢性质 4. 功能性单糖的加工及应用 5. 功能性低聚糖的加工及生理功能 6. 功能性低聚糖的种类、性质及其应用 甜味剂是指能赋于食品甜味的一种调味剂，而功能性甜味剂（Functional Sweeteners） 是指具有特殊生理功能或特殊用途的食品甜味剂，也可理解为可代替蔗糖应用在功能性食品 中的甜味。它包含两层含义 一是最基本的，对健康无不良影响的，它解决了多吃蔗糖无益于身体健康的问题。 二是更高层次的，对人体健康起有益的调节或促进的作用。 功能性甜味剂分为四大类： （1）功能性单糖，包括结晶果糖、高果糖浆和 L-糖等。 （2）功能性低聚糖，包括低聚异麦芽糖、异麦芽酮糖、低聚半乳糖、低聚果糖、乳酮 糖、棉子糖、大豆低聚糖、低聚乳果糖、低聚木糖等。 （3）多元糖醇，包括赤藓糖醇、木糖醇、山梨糖醇、甘露糖醇、麦芽糖醇、异麦芽糖 醇、氢化淀粉水解物等。 （4）强力甜味剂，包括三氯蔗糖、阿斯巴甜、纽甜、二氢查耳酮、甘草甜素、甜菊苷、 罗汉果精、甜蜜素、安赛蜜等。强力甜味剂的甜度很高，通常都在蔗糖的 50 倍以上。 功能性甜味剂以其特殊的生理功能，既能满足人们对甜食的偏爱，又不会引起副作用， 并对糖尿病、肝病患者有一定的辅助治疗作用。功能甜味剂将是 21 世纪发展的方向。它对 发展食品工业，提高人们的健康水平，丰富人们的物质生活起着重要的作用。 本章主要讲述功能性单糖和功能性低聚糖。 第一节 功能性单糖 自然界中的单糖有很多种类，如葡萄糖、果糖、木糖、甘露糖和半乳糖等；单糖几乎都 是 D-糖，其中属于功能性食品基料的仅 D-果糖一种，这是因为 它具有以下几种独特的性质： (1)甜度大，等甜度下的能量值低，可在低能量食品中应用
2)代谢途径与胰岛素无关,可供糖尿病人食用 (3)不易被口腔微生物利用,对牙齿的不利影响比蔗糖小,不易造成龋齿。 由于果糖(如不特别标明指的是D构型,L-糖将特别标明)具有优越的代谢特性和 甜味特性。因此,美国自20世纪50年代起就深入系统地对它加以研究,80年代开始工业 化生产。果葡糖浆是果糖含量较高的一种产品。 L-糖在自然界很少存在,因为它不是机体糖代谢酶系所需的构型,其不被人体代谢,因 而没有能量。但其化学和物理性质如沸点、熔点、可溶性和外观等都一样,而且它们的甜味 特性也相似,L一糖能够代替D-糖加工出相同的食品,是一种有巨大发展潜力的低能量的功 能性甜味剂。 、功能性单糖的物化性质与甜味特性 果糖是人类最早认识的自然界中最甜的一种糖,在蜂蜜中的含量最为丰富。1792年, 德国 Lowity在分离结晶葡萄糖时,发现并分离出一种会阻碍葡萄糖结晶的糖。1843年, Mitscherlich对这种糖物质作了系统的研究,发现这种物质在水果中的含量比较丰富,故 称为“水果糖”,后定名为“果糖”。 果糖是己酮糖,其分子式为CH20,分子量180,相对密度1.60(20/4℃),熔点103~ 105℃。水溶液中果糖主要以吡喃结构存在,有α和β异构体,与开链结构呈动态平衡。果 糖的互变异构体如图4-1所示。 (一)果糖的物化特性与甜味特性 物化特性 纯净的果糖呈无色针状或三棱形结晶,故称结晶果糖( Crystalline fructose):;能使 偏振光面左旋,在水溶液中有变旋光现象:吸湿性强,吸湿后呈粘稠状。 O HOH; C CH OH CH2oH HOH,C OH CH,OH OH 3D吡喃果糖 3-D呋喃果糖 aD-呋喃果糖 图41果糖的互变异构体 结晶果糖在pB3.3时最稳定,其热稳定性较蔗糖和葡萄糖低:具有还原性,能与可溶性 氨基化合物发生美拉德褐变:与葡萄糖一样可被酵母发酵利用,故可用于焙烤食品中。果糖 不是口腔微生物的合适底物,不易造成龋齿。果糖的净能量值为15.5kJ/g,等甜度下的能 量值较蔗糖和葡萄糖低,加上它优越的代谢特性,因此是一种重要的低能量功能性甜味剂。 2.甜味特性 果糖是最甜的天然糖品,甜度一般为蔗糖的1.2~1.8倍。 温度、pH和浓度都会影响果糖的甜度,其中温度的影响最明显,温度降低,甜度升高 除了高甜度的特性外,果糖的甜味独特,图4-2是两次甜度的试验结果。味蕾对果糖的 甜味的感觉比对葡萄糖和蔗糖快,消失得也快。使之能很好地应用到饮料和其它多汁食品中 果糖甜味的快速消退,不会掩盖食品的其它风味,有利于保持食品原有的风味
2 (2)代谢途径与胰岛素无关，可供糖尿病人食用。 (3)不易被口腔微生物利用，对牙齿的不利影响比蔗糖小，不易造成龋齿。 由于果糖(如不特别标明指的是 D-构型，L-糖将特别标明)具有优越的代谢特性和 甜味特性。因此，美国自 20 世纪 50 年代起就深入系统地对它加以研究，80 年代开始工业 化生产。果葡糖浆是果糖含量较高的一种产品。 L-糖在自然界很少存在，因为它不是机体糖代谢酶系所需的构型，其不被人体代谢，因 而没有能量。但其化学和物理性质如沸点、熔点、可溶性和外观等都一样，而且它们的甜味 特性也相似，L-糖能够代替 D-糖加工出相同的食品，是一种有巨大发展潜力的低能量的功 能性甜味剂。 一、功能性单糖的物化性质与甜味特性 果糖是人类最早认识的自然界中最甜的一种糖，在蜂蜜中的含量最为丰富。1792 年， 德国 Löwity 在分离结晶葡萄糖时，发现并分离出一种会阻碍葡萄糖结晶的糖。1843 年， Mitscherlich 对这种糖物质作了系统的研究，发现这种物质在水果中的含量比较丰富，故 称为“水果糖”，后定名为“果糖”。 果糖是己酮糖，其分子式为 C6H12O6，分子量 180，相对密度 1.60(20/4℃)，熔点 103～ 105℃。水溶液中果糖主要以吡喃结构存在，有α和β异构体，与开链结构呈动态平衡。果 糖的互变异构体如图 4-1 所示。 （一）果糖的物化特性与甜味特性 1. 物化特性 纯净的果糖呈无色针状或三棱形结晶，故称结晶果糖 (Crystalline fructose)；能使 偏振光面左旋，在水溶液中有变旋光现象；吸湿性强,吸湿后呈粘稠状。 结晶果糖在 pH3.3 时最稳定，其热稳定性较蔗糖和葡萄糖低；具有还原性，能与可溶性 氨基化合物发生美拉德褐变；与葡萄糖一样可被酵母发酵利用，故可用于焙烤食品中。果糖 不是口腔微生物的合适底物，不易造成龋齿。果糖的净能量值为 15.5kJ／g，等甜度下的能 量值较蔗糖和葡萄糖低，加上它优越的代谢特性，因此是一种重要的低能量功能性甜味剂。 2.甜味特性 果糖是最甜的天然糖品，甜度一般为蔗糖的 1. 2～1.8 倍。 温度、pH 和浓度都会影响果糖的甜度，其中温度的影响最明显，温度降低，甜度升高。 除了高甜度的特性外，果糖的甜味独特，图 4-2 是两次甜度的试验结果。味蕾对果糖的 甜味的感觉比对葡萄糖和蔗糖快，消失得也快。使之能很好地应用到饮料和其它多汁食品中。 果糖甜味的快速消退，不会掩盖食品的其它风味，有利于保持食品原有的风味
葡萄糖 图42舌味蕾对几种精的甜味惑觉反应 果糖还具有很好的甜味协同作用,可同其它甜味剂混合使用。10%的果糖和蔗糖的混合 溶液(果糖/蔗糖=60/40)比纯蔗糖的10%的水溶液甜度提高30%,50/50的果糖蔗糖混 合物的甜度为纯蔗糖的1.3倍。这种协同机制在果糖与其它高甜度甜味剂,如糖精钠、蛋白 糖的混合使用中显得更加突出。一方面可使甜味剂甜度大大提高,另一方面可减少或清除糖 精钠或蛋白糖的苦涩味及其它不良后味 甜味剂甜度提高的一个重要的有利方面就是可以减少甜味剂的含热量,生产出低热值的 食品。 (二)果葡糖浆的物化性质与甜味特性 果葡糖浆是一种低淀粉品,因其组成主要是果糖和葡萄糖,故称为果葡糖浆 工业上开始生产果葡糖浆,目前世界上已有20多个国家和地区生产,我国于1976年在安徽 蚌埠市建起了第一个果葡糖浆工厂 根据产品中固形物果糖含量多少,果葡糖浆有三个品种:F42糖浆,含果糖42%,称为 第一代产品;F55糖浆,含果糖55%,为第二代产品:F90糖浆,含果糖9%,是第三代产品, 又叫高纯糖浆。三种产品性能有差异,应用领域也有不同。 衰4-1各种果葡糖浆的化学成分 42%果葡糖浆 55%果葡糖桊 90%果葡糖浆 果糖/% 42 55 葡萄糖/% 多糖/% 6 4 固形物/% 71 77 80 相对于蔗糖的甜度 果葡糖浆还含有相当数量的葡萄糖等其它成分,它在甜味特性及与其它甜味剂协同増效 特性等方面,与结晶果糖有很大的差别。特别在代谢上,果糖进入机体不会引起血糖的波动, 因此糖尿病人可食用。但果葡糖浆因含相当数量的葡萄糖,不具备这方面的生理功能。两者 不可混为一谈。结晶果糖与果葡糖浆的区别见表4-2。 表4-2结晶果糖与果葡糖浆的比较 告果糖 42%果葡糖浆55果葡糖浆90%果葡糖浆 物理状态 结晶体 液体 液体 液体 化学组成 己酮糖,纯单糖葡萄糖、果糖、葡萄糖、果糖和葡萄糖、果糖和 麦芽糖、异构麦更高级糖类混合更高级糖类混合 芽糖和更高级糖物 物 类混合物
3 果糖还具有很好的甜味协同作用，可同其它甜味剂混合使用。10％的果糖和蔗糖的混合 溶液(果糖／蔗糖＝60／40)比纯蔗糖的 10％的水溶液甜度提高 30％，50／50 的果糖蔗糖混 合物的甜度为纯蔗糖的 1.3 倍。这种协同机制在果糖与其它高甜度甜味剂，如糖精钠、蛋白 糖的混合使用中显得更加突出。一方面可使甜味剂甜度大大提高，另一方面可减少或清除糖 精钠或蛋白糖的苦涩味及其它不良后味。 甜味剂甜度提高的一个重要的有利方面就是可以减少甜味剂的含热量，生产出低热值的 食品。 （二）果葡糖浆的物化性质与甜味特性 果葡糖浆是一种低淀粉品，因其组成主要是果糖和葡萄糖，故称为果葡糖浆。1966 年 工业上开始生产果葡糖浆，目前世界上已有 20 多个国家和地区生产，我国于 1976 年在安徽 蚌埠市建起了第—个果葡糖浆工厂。 根据产品中固形物果糖含量多少，果葡糖浆有三个品种：F42 糖浆，含果糖 42%，称为 第一代产品；F55 糖浆，含果糖 55%，为第二代产品；F90 糖浆，含果糖 90%，是第三代产品， 又叫高纯糖浆。三种产品性能有差异，应用领域也有不同。 表 4-1 各种果葡糖浆的化学成分 成分 42%果葡糖浆 55%果葡糖浆 90%果葡糖浆 果糖/% 42 55 90 葡萄糖/% 52 40 9 多糖/% 6 4 1 固形物/% 71 77 80 相对于蔗糖的甜度 1 - 1 1.2+ 果葡糖浆还含有相当数量的葡萄糖等其它成分，它在甜味特性及与其它甜味剂协同增效 特性等方面，与结晶果糖有很大的差别。特别在代谢上，果糖进入机体不会引起血糖的波动， 因此糖尿病人可食用。但果葡糖浆因含相当数量的葡萄糖，不具备这方面的生理功能。两者 不可混为一谈。结晶果糖与果葡糖浆的区别见表 4-2。 表 4-2 结晶果糖与果葡糖浆的比较 特性 结晶果糖 42%果葡糖浆 55%果葡糖浆 90%果葡糖浆 物理状态 结晶体 液体 液体 液体 化学组成 己酮糖，纯单糖 葡萄糖、果糖、 麦芽糖、异构麦 芽糖和更高级糖 类混合物 葡萄糖、果糖和 更高级糖类混合 物 葡萄糖、果糖和 更高级糖类混合 物
果糖含量/%|99.6 29.8 水分含量/%0.2 相对于蔗糖的1.3~1 甜度 贮藏运输容器|袋装 圆桶罐 圆桶罐、箱式罐圆桶罐、箱式罐 最适合使用的营养食品和低能色拉调味料、焙软饮料、水果罐软饮料、液体营 典型食品 量食品,要求特烤食品、果酱和头 养食品 别甜的干混合物果冻 (三)L-糖的物化性质与甜味特性 对某一特定的L-糖和D糖,它们的差别仅是由于它们的镜影关系引起的。其化学和物 理性质如沸点、熔点、可溶性、粘度、质构、吸湿性、密度、颜色和外观等都一样,而且它 们的甜味特性也相似。因此,可望用L-糖代替D糖加工相同的食品,同时又降低了产品的 能量。 在一些包含L-糖和D糖的试验中,通过风味评定证实了L-糖及其异构体D糖的口感在 实验允许误差范围内是一样的。与其他低能量甜味剂相比,L-糖在某些重要方面有其优越性。 L-糖和D-糖在水中的稳定性一样。就现在所能得到的低能量甜味剂而言,除D-果糖之外, 没有一种能在焙烤中发生褐变反应,而L糖则可能。L-糖可望在食品的外观、加工配方、 加工工艺和产品贮藏等方面与D糖一样。目前,已应用在食品和医药品中的L-糖,包括L 古洛糖(L- gulose)、L-果糖、L-葡萄糖、L-半乳糖、L-阿洛糖(- allose)、L-艾杜糖①- idose) L-塔罗糖(- talose)、L-塔格糖(- tagatose)、L-阿洛酮糖(-a1uose)和L-阿卓糖 (L- altrose)等 、功能性单糖的生理代谢性质 (一)果糖的生理代谢性质 果糖优于其它甜味剂的最重要的是其生理代谢特性。果糖在体内的代谢不受胰岛素的控 制,在肝脏内果糖首先磷酸化生成1一磷酸果糖,然后分解成丙糖,丙糖进一步合成为葡萄 糖和甘油三酯或进入酵解途径。身体正常的人仅有极少量葡萄糖从肝脏释放出来,因此人体 摄入果糖不会引起摄入葡萄糖和蔗糖容易引起的严重的饭后血糖高峰和低血糖, Olefsky和 Crapo的试验表明,口服50g果糖、20g脂肪和20g蛋白质所引起的胰岛素和血糖波动是很 小的。表4-3是几种食物的血糖指数。从表中可以看出果糖的血糖指数大大低于其它糖类 表4-3血糖指数表 食物名称葡萄糖蔗糖果糖麦芽糖苹果葡萄白面包 血糖指数100 59±1020±5105±1239±364±1169±5 果糖的这个特性,使得果糖可作为糖尿病患者的食物甜味剂,并广泛用于老年和儿童食 品中。山梨醇是一种广泛用于糖尿病人食物中的甜味剂,它在体内被吸收后迅速转化为果糖, 其后的代谢与果糖一致。另外,山梨醇的甜度只有果糖的1/3。因此,果糖更适于糖尿病患 者食用。此外,果糖在体内代谢不会产生乳酸,不会引起肌肉酸痛、倦怠感。果糖与体内的 细胞结合力强,在极稳定的状态下释放热能,具有强化人体耐力及代谢的效果,是运动饮料 的良好甜味剂 (二)L糖生理代谢性质 用化学合成法制备了由等量L-糖和D糖组成的混合物,用这种混合物培养细菌,发现 D糖能被消化吸收掉而L-糖却完整无缺地保留下来。根据L-糖和D-糖这种明显的生化差异 可知L-糖不提供能量
4 果糖含量/% 99.6 29.8 42.4 69.3 水分含量/% 0.2 29 23 23 相对于蔗糖的 甜度 1.3～1.8 0.90～0.95 0.95～1 1～1.3 贮藏运输容器 袋装 圆桶罐 圆桶罐、箱式罐 圆桶罐、箱式罐 最适合使用的 典型食品 营养食品和低能 量食品，要求特 别甜的干混合物 色拉调味料、焙 烤食品、果酱和 果冻 软饮料、水果罐 头 软饮料、液体营 养食品 （三）L-糖的物化性质与甜味特性 对某一特定的 L-糖和 D-糖，它们的差别仅是由于它们的镜影关系引起的。其化学和物 理性质如沸点、熔点、可溶性、粘度、质构、吸湿性、密度、颜色和外观等都一样，而且它 们的甜味特性也相似。因此，可望用 L-糖代替 D-糖加工相同的食品，同时又降低了产品的 能量。 在一些包含 L-糖和 D-糖的试验中，通过风味评定证实了 L-糖及其异构体 D-糖的口感在 实验允许误差范围内是一样的。与其他低能量甜味剂相比，L-糖在某些重要方面有其优越性。 L-糖和 D-糖在水中的稳定性一样。就现在所能得到的低能量甜味剂而言，除 D-果糖之外， 没有一种能在焙烤中发生褐变反应，而 L-糖则可能。L-糖可望在食品的外观、加工配方、 加工工艺和产品贮藏等方面与 D-糖一样。目前，已应用在食品和医药品中的 L-糖，包括 L- 古洛糖(L-gulose)、L-果糖、L-葡萄糖、L-半乳糖、L-阿洛糖(L-allose)、L-艾杜糖(L-idose)、 L-塔罗糖(L-talose)、L-塔格糖(L-tagatose)、L-阿洛酮糖(L-allulose)和 L-阿卓糖 （L-altrose）等。 二、功能性单糖的生理代谢性质 （一）果糖的生理代谢性质 果糖优于其它甜味剂的最重要的是其生理代谢特性。果糖在体内的代谢不受胰岛素的控 制，在肝脏内果糖首先磷酸化生成 1—磷酸果糖，然后分解成丙糖，丙糖进一步合成为葡萄 糖和甘油三酯或进入酵解途径。身体正常的人仅有极少量葡萄糖从肝脏释放出来，因此人体 摄入果糖不会引起摄入葡萄糖和蔗糖容易引起的严重的饭后血糖高峰和低血糖，Olefsky 和 Crapo 的试验表明，口服 50g 果糖、20g 脂肪和 20g 蛋白质所引起的胰岛素和血糖波动是很 小的。表 4-3 是几种食物的血糖指数。从表中可以看出果糖的血糖指数大大低于其它糖类。 表 4-3 血糖指数表 食物名称 葡萄糖 蔗糖 果糖 麦芽糖 苹果 葡萄 白面包 血糖指数 100 59±10 20±5 105±12 39±3 64±11 69±5 果糖的这个特性，使得果糖可作为糖尿病患者的食物甜味剂，并广泛用于老年和儿童食 品中。山梨醇是一种广泛用于糖尿病人食物中的甜味剂，它在体内被吸收后迅速转化为果糖， 其后的代谢与果糖一致。另外，山梨醇的甜度只有果糖的 1/3。因此，果糖更适于糖尿病患 者食用。此外，果糖在体内代谢不会产生乳酸，不会引起肌肉酸痛、倦怠感。果糖与体内的 细胞结合力强，在极稳定的状态下释放热能，具有强化人体耐力及代谢的效果，是运动饮料 的良好甜味剂。 （二）L-糖生理代谢性质 用化学合成法制备了由等量 L-糖和 D-糖组成的混合物，用这种混合物培养细菌，发现 D-糖能被消化吸收掉而 L-糖却完整无缺地保留下来。根据 L-糖和 D-糖这种明显的生化差异， 可知 L-糖不提供能量
据分析,L-糖具备以下一些特点 1.不提供能量 2.与D糖的口感一样 3.口腔微生物不能发酵L一糖,因此它不会引起牙齿龋变反应; 4对通常由细菌引起的腐败具有免疫力 5.作为D糖的替代品,不需另外添加填充剂: 6.在水溶液中稳定; 7.在需经热处理的食品加工中稳定; 8.可用在焙烤食品中,能发生美拉德褐变反应; 9.适合于糖尿病人或其他糖代谢紊乱病人食用 L-糖可作为一种用途独特的甜味剂这一理论预测,已为报道文献中出现的几个有限 的生物试验结果所证实。现在需弄清的是,人体中是否存在这样一种酶,它能使L-糖穿过 肠膜或转变成可代谢的D糖,或者肠道中是否会有这样的微生物,它能把L-糖分解代谢成 可被人体消化吸收的各种中间产物。而且,还有必要做彻底的安全毒理试验,包括急性毒理、 潜在的慢性毒理及遗传毒理等。例如,一个混合有其他甜味剂的试验报道中提到了L-糖可 能会引起人体腹泻现象。 三、功能性单糖的加工 (一)果葡糖浆的加工 果葡糖浆一般以富含淀粉的物质如玉米、马铃薯、小麦等或直接以淀粉为原料,经液化 糖化和异构化工艺加工而成。原料液化和糖化可以用酸(盐酸、草酸等)水解法,也可以用 酶水解法。 许多工厂采用双酶法生产果葡糖浆。淀粉或液化富含淀粉的原料经α-淀粉酶、β-淀粉 酶水解到一定程度的糊精的低聚糖程度,粘度大为降低,流动性増高,为酶糖化提供物质基 础。一般采用喷射法液化,在110~120℃时淀粉迅速糊化而不会发生回生现象,从而使糖 化液顺利过滤。糖化时利用葡萄糖淀粉酶进一步将上述产物水解成葡萄糖,制得淀粉糖化液, 精制后,在经葡萄糖异构酶的作用,将葡萄糖异构为果糖,制得果葡糖浆。 工艺流程: 液化酶 糖化酶 淀粉乳亠液化亠液化液亠糖化→糖化液亠脱色亠树脂处理→精制糖化液 异构化→脱色→树脂处理亠蒸发→果葡糖浆 异构酶 生产果葡糖浆的淀粉糖化液要求葡萄糖含量髙,淀粉糖化液的浓度一般在30%,通过蒸 发调节其浓度至40%~50%,以利于酶异构反应。要求进入异构化酶柱的葡萄糖干基含量在 95%以上,低聚糖干基含量小于5%,麦芽酮糖干基含量小于0.2%,pH为7.5(25℃)。异构 化是,温度为55~60℃,加入MgS04·7HO(0.55~0.6g/L)作为酶的激活剂,因Ca离子对 酶有抑制作用,故Ca离子浓度小于lmg/kg。糖化液中溶解的氧会促进葡萄糖和果糖的分解 分解物对异构酶的活力有不利影响,添加Na2SO3,可防止氧化的不利影响,添加量保持进料 液中的SO2含量在100mg/kg以下。 在酶柱异构化反应的连续操作中,糖化液由顶部进入慢慢渗透到酶柱颗粒内部,异 构化反应后由底部出料,所以进料浓度不宜过高,否则会因渗透困难而影响酶的活力。浓度 过低,则底物与酶的比例下降且易受细菌感染。故严格控制进料浓度在35%~45%之间。另 外,进料前须经过5~10μm滤网过滤以避免微粒堵塞多孔酶柱粒。酶柱异构化反应中,酶
5 据分析，L-糖具备以下一些特点： 1.不提供能量； 2.与 D-糖的口感一样； 3.口腔微生物不能发酵 L—糖，因此它不会引起牙齿龋变反应； 4.对通常由细菌引起的腐败具有免疫力； 5.作为 D-糖的替代品，不需另外添加填充剂； 6.在水溶液中稳定； 7.在需经热处理的食品加工中稳定； 8.可用在焙烤食品中，能发生美拉德褐变反应； 9.适合于糖尿病人或其他糖代谢紊乱病人食用。 L-糖可作为一种用途独特的甜味剂这一理论预测，已为报道文献中出现的几个有限 的生物试验结果所证实。现在需弄清的是，人体中是否存在这样一种酶，它能使 L-糖穿过 肠膜或转变成可代谢的 D-糖，或者肠道中是否会有这样的微生物，它能把 L-糖分解代谢成 可被人体消化吸收的各种中间产物。而且，还有必要做彻底的安全毒理试验，包括急性毒理、 潜在的慢性毒理及遗传毒理等。例如，一个混合有其他甜味剂的试验报道中提到了 L-糖可 能会引起人体腹泻现象。 三、功能性单糖的加工 （一）果葡糖浆的加工 果葡糖浆一般以富含淀粉的物质如玉米、马铃薯、小麦等或直接以淀粉为原料，经液化、 糖化和异构化工艺加工而成。原料液化和糖化可以用酸（盐酸、草酸等）水解法，也可以用 酶水解法。 许多工厂采用双酶法生产果葡糖浆。淀粉或液化富含淀粉的原料经α-淀粉酶、β-淀粉 酶水解到一定程度的糊精的低聚糖程度，粘度大为降低，流动性增高，为酶糖化提供物质基 础。一般采用喷射法液化，在 110～120℃时淀粉迅速糊化而不会发生回生现象，从而使糖 化液顺利过滤。糖化时利用葡萄糖淀粉酶进一步将上述产物水解成葡萄糖，制得淀粉糖化液， 精制后，在经葡萄糖异构酶的作用，将葡萄糖异构为果糖，制得果葡糖浆。 工艺流程： 液化酶 糖化酶 ↓ ↓ 淀粉乳 → 液化 → 液化液 → 糖化 →糖化液 → 脱色 → 树脂处理 →精制糖化液 → 异构化→ 脱色 → 树脂处理 → 蒸发→ 果葡糖浆 ↑ 异构酶 生产果葡糖浆的淀粉糖化液要求葡萄糖含量高，淀粉糖化液的浓度一般在 30%，通过蒸 发调节其浓度至 40%～50%，以利于酶异构反应。要求进入异构化酶柱的葡萄糖干基含量在 95%以上，低聚糖干基含量小于 5%，麦芽酮糖干基含量小于 0.2％，pH 为 7.5(25℃)。异构 化是，温度为 55～60℃，加入 MgS04•7H2O（0.55～0.6g/L）作为酶的激活剂，因 Ca 离子对 酶有抑制作用，故 Ca 离子浓度小于 1mg/kg。糖化液中溶解的氧会促进葡萄糖和果糖的分解。 分解物对异构酶的活力有不利影响，添加 Na2SO3，可防止氧化的不利影响，添加量保持进料 液中的 SO2 含量在 100mg／kg 以下。 在酶柱异构化反应的连续操作中，糖化液由顶部进入慢慢渗透到酶柱颗粒内部，异 构化反应后由底部出料，所以进料浓度不宜过高，否则会因渗透困难而影响酶的活力。浓度 过低，则底物与酶的比例下降且易受细菌感染。故严格控制进料浓度在 35%～45%之间。 另 外，进料前须经过 5～l0μm 滤网过滤以避免微粒堵塞多孔酶柱粒。酶柱异构化反应中，酶
的活力逐渐下降,与时间呈线性关系,此时应按比例减少糖化液进料量,始终保持出料中果 糖含量为42%左右(干基)。当酶活力降低至原活力的10%时,必须更换新酶。酶柱寿命受进 料纯度、浓度、温度、pH、氧等因素影响,一般在200~360天 异构化反应程度受酶柱下方出料中果糖含量的限制,一般工业生产异构化糖液中约 有42%的葡萄糖转化为果糖时,异构化反应即停止。刚岀料的异构化糖浆呈碱性,p较 高,调节pH至4.5并降温至50℃以下,以抑制糖分分解反应发生。异构化糖浆中含有有色 物质及灰分等,需要经过活性炭脱色和离子交换树脂精制,然后浓缩至浓度70%左右,得 到无色澄淸的42%高果糖浆(含果糖42%,干基)。若要得到果糖含量在50%以上的高果糖 浆,则需采用色谱分离技术将42%高果糖浆中的果糖与葡萄糖分离,可得到果糖含量在90% 以上的高果糖浆,再将它与42%产品按比例混合可得到55%或90%的高果糖浆 (二)结晶果糖的加工 早期,商业化加工果糖主要以菊粉为原料。通过控制菊粉多聚果糖( Polyfructan的水 解,其中β-(1→2)糖苷键断裂,释放出含量丰富的呋喃果糖,呋喃果糖随后转化成更为稳 定的异构物吡喃果糖。此法生产成本高,不适合果糖的大规模加工需要 1847年法国 Dubrunfant的开拓性果糖加工的工作,以蔗糖为原料。20世纪60年代期 间,欧洲开始工业化生产结晶果糖。所用的方法是通过蔗糖的转化生成果糖和葡萄糖,之后 通过离子排斥工艺来分离和纯化,最后严格控制果糖的结晶,加工纯结晶果糖。但是,果糖 在水中的溶解度大,达到结晶过饱和度时的粘度太高,结晶操作困难,化学稳定性较低,整 个生产周期超过一周。 1981年,密西西比河岸边的美国伊利诺斯州的汤姆逊城出现了世界上最大的纯结晶 果糖制造厂(名叫 yrofin)。它是以液体葡萄糖浆为原料,经纯化和酶异构化后,利用传统 的蔗糖提取果糖生产技术制造出质量特别高的结晶果糖,整个生产周期缩短至5天。 目前,以果葡糖浆生产工艺为基础,利用酶技术生产出结晶果糖 工艺流程: 葡萄糖富集液→回流→异构化酶柱→果葡糖浆 精致果葡糖浆亠色谱分离亠果糖富集液→浓缩→加入晶种→冷却→结晶 果糖母液→回流→浓缩 离心分离→果糖结晶亠洗涤→干燥→筛分→结晶果糖 42%果葡糖浆经过模拟流动床色谱分离得高纯度果糖富集液(含果糖97%,干基),再 经单效蒸发器浓缩至物质含量大于70%,在此糖浆溶液或醇一水系统中加入晶种进行冷却结 晶,温度慢慢由60℃降至25℃,约有50%果糖结晶析岀,果糖母液再回流。然后,经过离 心杋分离、蒸馏水洗涤、干燥、筛分等工艺处理,最后得到无水β-D果糖结晶。结晶果糖 吸湿性大,需在相对湿度低于45%的环境密封保存。 (三)L-糖加工 除自然界存在的以外,L-糖可通过化学合成法、酶法、化学异构化法(使D型转化成 L-型)和遗传工程法等来制备,可以由这些方法合成包括L-葡萄糖和L-果糖在内的十几种 L-糖。但目前投入工业化生产规模的仅L-山梨糖一种,它是维生素C生产过程中的一种中 间产物。 葡萄糖 ≯D山梨糖醇一微生物发,L-山梨糖_微生物发酵 2酮基1古洛酸一MOHH+,甲基2酮基1古洛酸一MOCL-抗坏血酸 四、功能性单糖的应用
6 的活力逐渐下降，与时间呈线性关系，此时应按比例减少糖化液进料量，始终保持出料中果 糖含量为 42%左右(干基)。当酶活力降低至原活力的 10%时，必须更换新酶。酶柱寿命受进 料纯度、浓度、温度、pH、氧等因素影响，一般在 200～360 天。 异构化反应程度受酶柱下方出料中果糖含量的限制，一般工业生产异构化糖液中约 有 42%的葡萄糖转化为果糖时，异构化反应即停止。刚出料的异构化糖浆呈碱性，pH 较 高，调节 pH 至 4.5 并降温至 50℃以下，以抑制糖分分解反应发生。异构化糖浆中含有有色 物质及灰分等，需要经过活性炭脱色和离子交换树脂精制，然后浓缩至浓度 70％左右，得 到无色澄清的 42%高果糖浆(含果糖 42％，干基)。若要得到果糖含量在 50％以上的高果糖 浆，则需采用色谱分离技术将 42％高果糖浆中的果糖与葡萄糖分离，可得到果糖含量在 90％ 以上的高果糖浆，再将它与 42％产品按比例混合可得到 55％或 90％的高果糖浆。 （二）结晶果糖的加工 早期，商业化加工果糖主要以菊粉为原料。通过控制菊粉多聚果糖(Polyfructan)的水 解，其中β-(1→2)糖苷键断裂，释放出含量丰富的呋喃果糖，呋喃果糖随后转化成更为稳 定的异构物吡喃果糖。此法生产成本高，不适合果糖的大规模加工需要。 1847 年法国 Dubrunfant 的开拓性果糖加工的工作，以蔗糖为原料。20 世纪 60 年代期 间，欧洲开始工业化生产结晶果糖。所用的方法是通过蔗糖的转化生成果糖和葡萄糖，之后 通过离子排斥工艺来分离和纯化，最后严格控制果糖的结晶，加工纯结晶果糖。但是，果糖 在水中的溶解度大，达到结晶过饱和度时的粘度太高，结晶操作困难，化学稳定性较低，整 个生产周期超过一周。 1981 年，密西西比河岸边的美国伊利诺斯州的汤姆逊城出现了世界上最大的纯结晶 果糖制造厂(名叫 Xyrofin)。它是以液体葡萄糖浆为原料，经纯化和酶异构化后，利用传统 的蔗糖提取果糖生产技术制造出质量特别高的结晶果糖，整个生产周期缩短至 5 天。 目前，以果葡糖浆生产工艺为基础，利用酶技术生产出结晶果糖。 工艺流程： 葡萄糖富集液 →回流 → 异构化酶柱 → 果葡糖浆 精致果葡糖浆 → 色谱分离 → 果糖富集液 → 浓缩 →加入晶种→ 冷却 →结晶 → 果糖母液 →回流 → 浓缩 离心分离 →果糖结晶 → 洗涤 → 干燥 → 筛分 →结晶果糖 42％果葡糖浆经过模拟流动床色谱分离得高纯度果糖富集液(含果糖 97%，干基)，再 经单效蒸发器浓缩至物质含量大于 70%，在此糖浆溶液或醇—水系统中加入晶种进行冷却结 晶，温度慢慢由 60℃降至 25℃，约有 50%果糖结晶析出，果糖母液再回流。然后，经过离 心机分离、蒸馏水洗涤、干燥、筛分等工艺处理，最后得到无水β-D-果糖结晶。结晶果糖 吸湿性大，需在相对湿度低于 45%的环境密封保存。 （三）L-糖加工 除自然界存在的以外，L-糖可通过化学合成法、酶法、化学异构化法(使 D-型转化 成 L-型)和遗传工程法等来制备，可以由这些方法合成包括 L-葡萄糖和 L-果糖在内的十几种 L-糖。但目前投入工业化生产规模的仅 L-山梨糖一种，它是维生素 C 生产过程中的一种中 间产物。 葡萄糖 ⎯⎯H2 /⎯Ni→ D-山梨糖醇 ⎯⎯⎯⎯⎯→ 微生物发酵 L-山梨糖 ⎯⎯⎯⎯⎯→ 微生物发酵 2-酮基-L-古洛酸 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ + MeOH / H 甲基-2-酮基-L-古洛酸 ⎯⎯⎯⎯→ − MeO L- 抗坏血酸 四、功能性单糖的应用
果糖可以同其它甜味剂、淀粉和其它风味添加剂起协同作用,增强风味和节约添加剂, 广泛应用于食品工业中 (一)果糖的应用 1.果糖与其它甜味剂混合使用 般高甜度的甜味剂有苦涩味和金属味,如糖精钠。果糖与其它高甜度甜味剂混合使用 则可大大降低甜味剂的热值和保证甜味剂的甜味纯正。在保证配制的甜味剂甜味纯正的前提 下,果糖与糖精混合使用可将甜度提髙50%~60%:果糖与蛋白糖混合使用,两种甜味剂可 按各自的甜度以50:50进行配比。 用98.0%~98.4%结晶果糖混合0.6%~1.0%糖精,能制得各种低能量饮料。有一种结晶 果糖与糖精混合物的简单配方:结晶果糖98%,糖精钠1%,二氧化硅1%。用该混合物配制 低能量饮料时,只需按原来加糖重量的1/5数量添加即可 通常在可可粉之类饮料中,结晶果糖的甜度会下降。但以98:1比例混合的果糖与糖精 混合物,在巧克力粉中有独特效果。利用它能配制出与全能量饮料相媲美的低能量饮料来。 2.在低热值饮料中的应用 (1)低热值葡萄风味饮料 结晶果糖47.55%,蔗糖47.55%,葡萄香精1.90%,柠檬酸1.5%,苹果酸1.45% (2)低热值草莓一一橙汁饮料 结晶果糖80.97%,浓缩橙汁10.1踮%,草莓酱6.07%,柠檬酸1.55%,草莓香精1.01%, 抗坏血酸0.3%,柠檬酸钠0.3%,桔子香精0.2%,色素少许。 在上述两配方的混合物中加11~13倍的冰水搅匀即可饮用。 3.果糖在低能量蛋糕中的应用 1984年,由 Hoffmann-La roche公司和美国 Xyrofin联合研制出一系列使用果糖的低能 量蛋糕粉。用它可制出能量减33%左右的蛋糕。后来,美国国立淀粉与化学联合公司在此基 础上研制出一种称为“ Matriⅸ System”的产品来。它是一种由乳化剂、碳水化合物型油脂模 拟品和植物胶组成的平衡混合物,商品名为“N- Flare”。将 Matrix System用在蛋糕上,它可 控制面团糊状物的粘度并提供平衡性,使得产品的容积增大、蜂窝孔状结构精细均匀。用 atriⅸ System制得的蛋糕能保持更多的水分,这使蛋糕的食用品质变好、货架稳定性提高, 配合使用 Matrix System(即N- Flate)和结晶果糖制造蛋糕时,还可以不用起酥油或植物 油,因为油脂提供的能量很高(37.62kJ/g),因此使用果糖和 Matrix System能成功制造出 低能量蛋糕粉。同时它减少了碳水化合物类甜味料的用量和起酥油的用量或不用起酥油,这 样使制出产品的能量大幅度下降。 巧克力低能量蛋糕的配方: Roche结晶果糖44.9%、Hi- ratlo蛋糕专用粉37.7%、N- Flate 7.5%、P-20蛋白粉3.↓%、焙烤粉1.5%、焙烤用苏打0.3%、香兰素0.5%。 4.在乳制品中的应用 果糖用于酸乳酪中可起到增甜和增香作用,减少果汁的用量,降低成本,还可降低产品 的热量。 使用果糖作甜味剂,同样的总固形物可多生产15%的巧克力奶,因而降低产品的热值和 成本 5在冷饮中的应用 糖对冰淇淋的质构与溶化有重要的影响,糖的浓度越高,冰淇淋的溶点降得越多 果糖代替蔗糖后,冰淇淋的外观,质构和风味差别不大,但在25℃贮存3个月后,用 果糖的冰淇淋的溶化情况仍然令人满意,而用蔗糖的却不好。 此外,果糖在糖果、果酱、果冻和布丁中也有应用。 (二)果葡糖浆的应用
7 果糖可以同其它甜味剂、淀粉和其它风味添加剂起协同作用，增强风味和节约添加剂， 广泛应用于食品工业中。 （一）果糖的应用 1. 果糖与其它甜味剂混合使用 一般高甜度的甜味剂有苦涩味和金属味，如糖精钠。果糖与其它高甜度甜味剂混合使用 则可大大降低甜味剂的热值和保证甜味剂的甜味纯正。在保证配制的甜味剂甜味纯正的前提 下，果糖与糖精混合使用可将甜度提高 50%～60%；果糖与蛋白糖混合使用，两种甜味剂可 按各自的甜度以 50：50 进行配比。 用 98.0%～98.4%结晶果糖混合 0.6%～1.0%糖精，能制得各种低能量饮料。有一种结晶 果糖与糖精混合物的简单配方：结晶果糖 98%，糖精钠 1%，二氧化硅 1%。用该混合物配制 低能量饮料时，只需按原来加糖重量的 1/5 数量添加即可。 通常在可可粉之类饮料中，结晶果糖的甜度会下降。但以 98：1 比例混合的果糖与糖精 混合物，在巧克力粉中有独特效果。利用它能配制出与全能量饮料相媲美的低能量饮料来。 2. 在低热值饮料中的应用 （1）低热值葡萄风味饮料 结晶果糖 47.55%，蔗糖 47.55%，葡萄香精 1.90%，柠檬酸 1.55%，苹果酸 1.45%。 （2）低热值草莓——橙汁饮料 结晶果糖 80.97%，浓缩橙汁 10.12%，草莓酱 6.07%，柠檬酸 1.55%，草莓香精 1.01%， 抗坏血酸 0.3%，柠檬酸钠 0.3%，桔子香精 0.2%，色素少许。 在上述两配方的混合物中加 11～13 倍的冰水搅匀即可饮用。 3. 果糖在低能量蛋糕中的应用 1984 年，由 Hoffmann-La Roche 公司和美国 Xyrofin 联合研制出一系列使用果糖的低能 量蛋糕粉。用它可制出能量减 33%左右的蛋糕。后来，美国国立淀粉与化学联合公司在此基 础上研制出一种称为“Matrix System”的产品来。它是一种由乳化剂、碳水化合物型油脂模 拟品和植物胶组成的平衡混合物，商品名为“N-Flare”。将 Matrix System 用在蛋糕上，它可 控制面团糊状物的粘度并提供平衡性，使得产品的容积增大、蜂窝孔状结构精细均匀。用 Matrix System 制得的蛋糕能保持更多的水分，这使蛋糕的食用品质变好、货架稳定性提高， 配合使用 Matrix System(即 N-Flate)和结晶果糖制造蛋糕时，还可以不用起酥油或植物 油，因为油脂提供的能量很高(37.62kJ／g)，因此使用果糖和 Matrix System 能成功制造出 低能量蛋糕粉。同时它减少了碳水化合物类甜味料的用量和起酥油的用量或不用起酥油，这 样使制出产品的能量大幅度下降。 巧克力低能量蛋糕的配方：Rochc 结晶果糖 44.9%、Hi-ratio 蛋糕专用粉 37.7%、N-Flate 7.5%、P-20 蛋白粉 3.4%、焙烤粉 1.5%、焙烤用苏打 0.3%、香兰素 0.5%。 4.在乳制品中的应用 果糖用于酸乳酪中可起到增甜和增香作用，减少果汁的用量，降低成本，还可降低产品 的热量。 使用果糖作甜味剂，同样的总固形物可多生产 15%的巧克力奶，因而降低产品的热值和 成本。 5.在冷饮中的应用 糖对冰淇淋的质构与溶化有重要的影响，糖的浓度越高，冰淇淋的溶点降得越多。 果糖代替蔗糖后，冰淇淋的外观，质构和风味差别不大，但在 25℃贮存 3 个月后，用 果糖的冰淇淋的溶化情况仍然令人满意，而用蔗糖的却不好。 此外，果糖在糖果、果酱、果冻和布丁中也有应用。 （二）果葡糖浆的应用
果葡糖浆的糖类组成与蜂蜜相近,所以果葡糖浆用于各类饮料,如汽水、可乐型饮料和 果汁中,不但风味好,而且透明度也好,也可用于含酒精饮料,如果酒、酒、汽酒、药酒和 其他配制酒。美国的果葡糖浆大部分用于饮料,我国则90%用于饮料 果葡糖浆的冰点较蔗糖低,用于加工冰淇淋、雪糕等可避免冰晶的出现,使产品柔软, 细腻 果葡糖浆中的果糖保潮性较好,果葡糖浆用于加工面包、西式糕点、蛋糕、月饼和其他 糕点,产品不但松软,而且货架保存期较长。用于卷烟,可防止过于干燥,避免空头。 果葡糖浆中的果糖和葡萄糖的单糖发酵速度快这一特点,果葡糖浆用于面包等酵母发酵 食品,则发酵速度快,气孔性也好。此外,果葡糖浆还适宜加工果脯、蜜饯、果酱等。 第二节功能性低聚糖 低聚糖( Oligosaccharide)或寡糖,由2~10个分子单糖通过糖苷键连接形成直链或支 链的低度聚合糖。低聚糖主要分二大类,一类是β-1,4葡萄糖苷键等连接的低聚糖,称为 直接低聚糖或普通低聚糖,如蔗糖、乳糖、麦芽糖、麦芽三糖和麦芽四糖:另一类是以α-1, 6葡萄糖苷键连接的低聚糖称为双歧増殖因子,这些低聚糖由于其糖分子相互结合的位置不 同,因人体没有代谢这类低聚糖的酶系,所以就成为难消化性低聚糖,也就是说,人吃了不 产生热量,它不能成为人体的营养源但它们对人体有特别的生理功能,所以称它们为功能性 低聚糖。因而也可以说,一般低聚糖和功能性低聚糖不同,就在于能否被人体胃酸和胃酶所 降解并对人体有无特殊的生理功能 功能性低聚糖包括低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚乳果糖、乳酮糖、大豆 低聚糖、低聚木糖、帕拉金糖、耦合果糖、低聚龙胆糖等,其中,除了低聚龙胆糖无甜味反 具有苦味外,其余的均带有程度不一的甜味,可作为功能性甜味剂用来替代或部分替代食品 中的蔗糖,迄今为止,已知的功能性低聚糖有1000多种,自然界中只有少数食品中含有天 然的功能性低聚糖,例如:洋葱、大蒜、芒壳、天门冬、菊苣根和伊斯兰洋蓟块茎等含有低 聚果糖,大豆中含有大豆低聚糖。由于受到生产条件的限制,所以除大豆低聚糖等少数几种 由提取法制取外,大部分由来源广泛的淀粉原料经生物技术合成。目前,国际上已研究开发 成功的有70多种 功能性低聚糖因具独特的生理功能而成为一种重要的功能性食品原料,已引起全世界广 泛的关注。日本在这方面的研究、开发与应用位居前列,已形成工业化生产规模的低聚糖品 种多达十几种,1999年的消费量为3万吨。2000年我国功能性低聚糖总产量约3万吨,主 要品种是低聚异麦芽糖。同时,国家批准了低聚异麦芽糖的行业标准和功能性低聚糖通用技 术标准,为规范行业发展发挥了重要作用。目前,功能性低聚糖替代或部分替代蔗糖而广泛 应用在饮料、糖果、糕点、乳制品及调味料等多种食品中 低聚糖的生理功能 1979年发现低聚糖难被人体所消化,并发现这种难消化的糖有助于改善肠道菌群和抗 龋齿作用。由于蛀牙、肥胖症、高血脂,糖尿病等都同食糖摄取过多有着密切关系,人们对 利用低聚糖代替部分砂糖来改善食品,促进人体健康寄予很大希望并进行了广泛硏究 功能性低聚糖的生理功效分为直接生理功能与间接生理功能,间接功能指服用功能性低 聚糖后,肠内双歧杆菌显著增殖产生的许多积极的生理功能 (一)直接生理功能
8 果葡糖浆的糖类组成与蜂蜜相近，所以果葡糖浆用于各类饮料，如汽水、可乐型饮料和 果汁中，不但风味好，而且透明度也好，也可用于含酒精饮料，如果酒、酒、汽酒、药酒和 其他配制酒。美国的果葡糖浆大部分用于饮料，我国则 90%用于饮料。 果葡糖浆的冰点较蔗糖低，用于加工冰淇淋、雪糕等可避免冰晶的出现，使产品柔软， 细腻。 果葡糖浆中的果糖保潮性较好，果葡糖浆用于加工面包、西式糕点、蛋糕、月饼和其他 糕点，产品不但松软，而且货架保存期较长。用于卷烟，可防止过于干燥，避免空头。 果葡糖浆中的果糖和葡萄糖的单糖发酵速度快这一特点，果葡糖浆用于面包等酵母发酵 食品，则发酵速度快，气孔性也好。此外，果葡糖浆还适宜加工果脯、蜜饯、果酱等。 第二节 功能性低聚糖 低聚糖（Oligosaccharide）或寡糖，由 2～10 个分子单糖通过糖苷键连接形成直链或支 链的低度聚合糖。低聚糖主要分二大类，一类是β-1，4 葡萄糖苷键等连接的低聚糖，称为 直接低聚糖或普通低聚糖，如蔗糖、乳糖、麦芽糖、麦芽三糖和麦芽四糖；另一类是以α-1， 6 葡萄糖苷键连接的低聚糖称为双歧增殖因子，这些低聚糖由于其糖分子相互结合的位置不 同，因人体没有代谢这类低聚糖的酶系，所以就成为难消化性低聚糖，也就是说，人吃了不 产生热量，它不能成为人体的营养源但它们对人体有特别的生理功能，所以称它们为功能性 低聚糖。因而也可以说，一般低聚糖和功能性低聚糖不同，就在于能否被人体胃酸和胃酶所 降解并对人体有无特殊的生理功能。 功能性低聚糖包括低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚乳果糖、乳酮糖、大豆 低聚糖、低聚木糖、帕拉金糖、耦合果糖、低聚龙胆糖等，其中，除了低聚龙胆糖无甜味反 具有苦味外，其余的均带有程度不一的甜味，可作为功能性甜味剂用来替代或部分替代食品 中的蔗糖，迄今为止，已知的功能性低聚糖有 1000 多种，自然界中只有少数食品中含有天 然的功能性低聚糖，例如：洋葱、大蒜、芒壳、天门冬、菊苣根和伊斯兰洋蓟块茎等含有低 聚果糖，大豆中含有大豆低聚糖。由于受到生产条件的限制，所以除大豆低聚糖等少数几种 由提取法制取外，大部分由来源广泛的淀粉原料经生物技术合成。目前，国际上已研究开发 成功的有 70 多种。 功能性低聚糖因具独特的生理功能而成为一种重要的功能性食品原料，已引起全世界广 泛的关注。日本在这方面的研究、开发与应用位居前列，已形成工业化生产规模的低聚糖品 种多达十几种，1999 年的消费量为 3 万吨。2000 年我国功能性低聚糖总产量约 3 万吨，主 要品种是低聚异麦芽糖。同时，国家批准了低聚异麦芽糖的行业标准和功能性低聚糖通用技 术标准，为规范行业发展发挥了重要作用。目前，功能性低聚糖替代或部分替代蔗糖而广泛 应用在饮料、糖果、糕点、乳制品及调味料等多种食品中。 一、低聚糖的生理功能 1979 年发现低聚糖难被人体所消化，并发现这种难消化的糖有助于改善肠道菌群和抗 龋齿作用。由于蛀牙、肥胖症、高血脂，糖尿病等都同食糖摄取过多有着密切关系，人们对 利用低聚糖代替部分砂糖来改善食品，促进人体健康寄予很大希望并进行了广泛研究。 功能性低聚糖的生理功效分为直接生理功能与间接生理功能，间接功能指服用功能性低 聚糖后，肠内双歧杆菌显著增殖产生的许多积极的生理功能。 （一）直接生理功能
低热量,难消化。 由于大多数功能性低聚糖的糖苷键不能被人体内的消化酶水解,摄食后难以消化吸收 因而能量值很低或为零。基本上不增加血糖、血脂,能有效防治肥胖、高血压、糖尿病等。 例如一般的糖类热量值为21kJ/g,而果糖的发热量仅为3.6kJ/g,低聚半乳糖热值也仅为 7.1 kJ/g. 2.有水溶性膳食纤维作用 功能性低聚糖也是一类低分子量的膳食纤维,与一般膳食纤维相比有如下优点:甜味圆 润柔和,有较好的组织结构和口感特性:;易溶于水,使用方便,且不影响食品原有的性质: 在推荐范围内不会引起腹泻;整肠使用显著;日常需求量较少,约3g左右等。 3.龋齿主要是由突变链球菌( Streptococcus mutans)引起的,大量研究表明突变链球菌 产生的葡萄糖转移酶,不能将低聚糖分解成粘着性的单糖如葡萄糖、果糖、半乳糖等,另外 突变链球菌从功能性低聚糖生成的乳酸也明显比从非功能性低聚糖蔗糖、乳糖生成的乳酸 少,故功能性低聚糖是一种低龋齿性糖类。 4.肠道中有益菌群双歧杆菌增殖 功能性低聚糖通过消化道不被酸和酶分解,直接进入大肠为双歧杆菌利用,使双歧杆菌 得以迅速增加。人体摄入低聚果糖后,体内双歧杆菌数量可以增加100~1000倍。 研宄标明,每天摄入2~10g低聚糖持续数周后,人肠道中双歧杆菌平均增加η.5倍。 某些品种的低聚糖所产生的乳酸菌数量也增加了2~3倍,如乳杆菌。 (二)间接生理功能 功能低聚糖有利于双歧杆菌的增殖,从而表现出更重要的生理作用。 1.抑制病原菌 双歧杆菌能防止外源性病原微生物的生长和内源性有害微生物的过度生长,这种抑制作 用主要源于双歧菌产生的短链脂肪酸(乙酸:乳酸=3:2)的抑菌作用,乙酸和乳酸对病原菌 的抑制作用已为许多研究者所证实, Chung和 Tamura等分别报道了乙酸和乳酸对沙门氏菌 和大肠杆菌的抑制作用。 Anand等证实双歧杆菌产生的双歧菌素( Bifidin)对志贺氏杆菌、沙 门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和其它某些微生物可有效抑制。 Nakaya和 Okamura等 证实从婴儿双歧杆菌分离的一种高分子物质对志贺氏杆菌5503—0、沙门氏菌和大肠杆菌等 也能很好地抑制。 2.抑制有毒物代谢和有害酶的产生 服用功能性低聚糖能够抑制有毒物质的产生,降低有害酶的生成量,这已在人体实验和 人类粪便微生物的测试中得到证实:服用或在人粪便中添加3~6gd的低聚糖,3周之内能 降低有毒物和有害酶分别为446%和40.9% 3.防止腹泻 由于功能性低聚糖能降低病原菌的量,故它对腹泻有预防作用和治疗效果, Hidaka等 报道对6个排便不良的老年人每天摄入8g低聚果糖,8d后所有情况恢复正常。Hott等让 15个一月龄~15岁的患有严重小儿腹泻的婴儿和儿童,每天服用3g含10×100短双歧杆菌 /g的活菌制品,6~7d后所有患者大便次数明显减少。 Reamer等报道,德国产的“ Omniflors 是一种含长双歧杆菌, gasseri乳杆菌和大肠杆菌的冻干生物制品,它能有效地平衡胃肠道 的微生物菌群,有利于肠胃失调者的治疗。此外,许多研究者认为母乳喂养的婴儿比代乳品 喂养儿健康 4.防止便秘 由于功能性低聚糖类导致双歧菌的量增加,相应增加了乙酸、乳酸的分泌量,因而刺激 了肠的蠕动和通过渗透压增加粪便水份,故有防止便秘的作用,日服3.0~100g低聚糖,1 周内就有明显的抗便秘效果,但对严重便秘患者,低聚糖的治疗效果不明显
9 1. 低热量，难消化。 由于大多数功能性低聚糖的糖苷键不能被人体内的消化酶水解，摄食后难以消化吸收， 因而能量值很低或为零。基本上不增加血糖、血脂，能有效防治肥胖、高血压、糖尿病等。 例如一般的糖类热量值为 21kJ／g，而果糖的发热量仅为 3.6 kJ/g，低聚半乳糖热值也仅为 7.1 kJ/g。 2. 有水溶性膳食纤维作用 功能性低聚糖也是一类低分子量的膳食纤维，与一般膳食纤维相比有如下优点：甜味圆 润柔和，有较好的组织结构和口感特性；易溶于水，使用方便，且不影响食品原有的性质； 在推荐范围内不会引起腹泻；整肠使用显著；日常需求量较少，约 3g 左右等。 3. 龋齿主要是由突变链球菌（Streptococcus mutans）引起的，大量研究表明突变链球菌 产生的葡萄糖转移酶，不能将低聚糖分解成粘着性的单糖如葡萄糖、果糖、半乳糖等，另外 突变链球菌从功能性低聚糖生成的乳酸也明显比从非功能性低聚糖蔗糖、乳糖生成的乳酸 少，故功能性低聚糖是一种低龋齿性糖类。 4. 肠道中有益菌群双歧杆菌增殖 功能性低聚糖通过消化道不被酸和酶分解，直接进入大肠为双歧杆菌利用，使双歧杆菌 得以迅速增加。人体摄入低聚果糖后，体内双歧杆菌数量可以增加 100～1000 倍。 研究标明，每天摄入 2～10g 低聚糖持续数周后，人肠道中双歧杆菌平均增加 7.5 倍。 某些品种的低聚糖所产生的乳酸菌数量也增加了 2～3 倍，如乳杆菌。 （二）间接生理功能 功能低聚糖有利于双歧杆菌的增殖，从而表现出更重要的生理作用。 1. 抑制病原菌 双歧杆菌能防止外源性病原微生物的生长和内源性有害微生物的过度生长，这种抑制作 用主要源于双歧菌产生的短链脂肪酸(乙酸：乳酸=3：2)的抑菌作用，乙酸和乳酸对病原菌 的抑制作用已为许多研究者所证实，Chung 和 Tamura 等分别报道了乙酸和乳酸对沙门氏菌 和大肠杆菌的抑制作用。Anand 等证实双歧杆菌产生的双歧菌素(Bifidin)对志贺氏杆菌、沙 门氏菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和其它某些微生物可有效抑制。Nakaya 和 Okamura 等 证实从婴儿双歧杆菌分离的一种高分子物质对志贺氏杆菌 5503—0l、沙门氏菌和大肠杆菌等 也能很好地抑制。 2. 抑制有毒物代谢和有害酶的产生 服用功能性低聚糖能够抑制有毒物质的产生，降低有害酶的生成量，这已在人体实验和 人类粪便微生物的测试中得到证实：服用或在人粪便中添加 3～6g/d 的低聚糖，3 周之内能 降低有毒物和有害酶分别为 44.6%和 40.9%。 3. 防止腹泻 由于功能性低聚糖能降低病原菌的量，故它对腹泻有预防作用和治疗效果，Hidaka 等 报道对 6 个排便不良的老年人每天摄入 8g 低聚果糖，8d 后所有情况恢复正常。Hotta 等让 15 个一月龄～15 岁的患有严重小儿腹泻的婴儿和儿童，每天服用 3g 含 10×1010 短双歧杆菌 ／g 的活菌制品，6～7d 后所有患者大便次数明显减少。Rermer 等报道，德国产的“Omniflors” 是一种含长双歧杆菌，gasserir 乳杆菌和大肠杆菌的冻干生物制品，它能有效地平衡胃肠道 的微生物菌群，有利于肠胃失调者的治疗。此外，许多研究者认为母乳喂养的婴儿比代乳品 喂养儿健康。 4. 防止便秘 由于功能性低聚糖类导致双歧菌的量增加，相应增加了乙酸、乳酸的分泌量，因而刺激 了肠的蠕动和通过渗透压增加粪便水份，故有防止便秘的作用，日服 3.0～10.0g 低聚糖，l 周内就有明显的抗便秘效果，但对严重便秘患者，低聚糖的治疗效果不明显
5.降低血清胆固醇 服用功能性低聚糖后,使血清胆固醇的含量明显下降。如日摄入6~12g功能性低聚糖 2周~3个月可减少血清胆固醇20~50m1,研究血清胆固醇生长,增加HDL在整个胆固醇 中的比重(在女性中明显,在男性中不显著)。 6.保护肝功能 摄入低聚糖,有毒的代谢产物减少,从而减少了肝的去毒负担,故其对肝有保护作用 如给6岁有肝炎和便秘病患者服用30g/d的大豆低聚糖,5天后症状明显得以改善。 Muting 等报道口服含高浓度双歧杄菌的发酵乳,持续80d,12个慢性肝炎或肝硬化、无髙血压的患 者,以及8个有严重高血压的肝硬化患者,血清和尿中的有毒物降至健康人或接近健康人的 水平,病情转好,如食欲増加,蛋白质耐受性增强,体重平均增加2.6kg 7.降低血压的作用 摄入低聚糖有降血压作用。Hata等对46个高血脂患者作实验,让他们日服用低聚果糖 5周,血压平均下降998Pa(6mmHg),同时血糖值下降,但不显著。对6个健康的男人, 年龄介于28~48岁之间,日摄入3g大豆低聚糖1周,心房扩张血压下降8937Pa (6. mmhG)o 8.提高机体免疫力,抗肿瘤 大量试验表明,双歧杄菌在肠道内大量繁殖对小动物有抗癌作用,这种作用归功于双歧 杆菌的细胞,细胞壁物质和细胞间物质使机体免疫力提高。喂养长双歧杆菌单因子的无菌小 鼠中,要比未处理的无菌小鼠活得长,口服或静脉注射具有埃希氏大肠杆菌或静脉注射肉毒 素,在有活性长双歧杆菌同时存在的情况下,小鼠在第2~3周内,就可诱导抗致死作用。 但在无胸腺的无菌小鼠中,未发现此现象。因此可见,长双歧杆菌可诱导抗埃希氏大肠杆菌 感染的细菌免疫 9.营养素吸收促进作用,产生营养素 双歧菌能产生维生素B1、B2、B6、B12、烟酸、叶酸,含双歧菌的发酵乳制品改善了乳 糖不耐症、钙的吸收和消化。双歧菌对矿物元素有促进吸收的作用。日本人钙摄入不足,故 骨质疏松患者较多;№g摄入也有类似问题。日本学者用低聚果糖、低聚半乳糖、异构低聚 麦芽糖、棉子糖在兔上进行钙吸收的实验表明,它们均有明显的促进钙吸收的作用,钙吸收 量和盲肠中L乳酸的量密切相关,研究者认为这种促进吸收作用是难消化的低聚糖转化为 L-乳酸,L-乳酸吸附钙化合物使其溶解性増加,导致钙吸收力増强。 10.血糖值的改善作 Yamashita等进行非胰岛素依赖型糖尿病患者的功能性低聚糖口服实验,结果表明低聚 果糖具有明显的降低血糖作用,对非胰岛素依赖性糖尿病有一定的疗效。佐野隆志等进行该 类患者腔囊收缩能力实验,日摄入10g低聚果糖4周,半数患者有明显的改善作用,3/4 的患者通便得以改善 二、功能性低聚糖的摄入剂量和副作用 功能性低聚糖纯品日摄入有效剂量是低聚果糖3.0g,低聚半乳糖2.0~2.5g,大豆低聚糖20g, 低聚木糖0.7g。Hata等报道大豆低聚糖最大的不引起腹泻剂量为男人0.64g/kg、女人 0.%6g/kg。 Spiesel等报道低聚果糖引起腹泻的最小剂量男人44g、女人49g。低聚半乳糖急 性中毒的LD0>15g/kg(对兔)。 三、功能性低聚糖的种类、性质及其应用 低聚糖产品中有的以原料冠其首命名,如大豆低聚糖,其中主要含的是水苏糖,少量棉 籽糖,还有蔗糖;有的则以单糖或二糖基命名,如低聚异麦芽糖、低聚果糖。 (一)低聚异麦芽糖
10 5. 降低血清胆固醇 服用功能性低聚糖后，使血清胆固醇的含量明显下降。如日摄入 6～12g 功能性低聚糖 2 周～3 个月可减少血清胆固醇 20～50m1，研究血清胆固醇生长，增加 HDL 在整个胆固醇 中的比重(在女性中明显，在男性中不显著)。 6. 保护肝功能 摄入低聚糖，有毒的代谢产物减少，从而减少了肝的去毒负担，故其对肝有保护作用。 如给 69 岁有肝炎和便秘病患者服用 3.0g/d 的大豆低聚糖，5 天后症状明显得以改善。Mutlng 等报道口服含高浓度双歧杆菌的发酵乳，持续 80d，12 个慢性肝炎或肝硬化、无高血压的患 者，以及 8 个有严重高血压的肝硬化患者，血清和尿中的有毒物降至健康人或接近健康人的 水平，病情转好，如食欲增加，蛋白质耐受性增强，体重平均增加 2.6kg。 7. 降低血压的作用 摄入低聚糖有降血压作用。Hata 等对 46 个高血脂患者作实验，让他们日服用低聚果糖 5 周，血压平均下降 799.8Pa（6mmHg），同时血糖值下降，但不显著。对 6 个健康的男人， 年龄介于 28～48 岁之间，日摄入 3.0g 大豆低聚糖 1 周，心房扩张血压下降 893.7Pa （6.3mmHg）。 8. 提高机体免疫力，抗肿瘤 大量试验表明，双歧杆菌在肠道内大量繁殖对小动物有抗癌作用，这种作用归功于双歧 杆菌的细胞，细胞壁物质和细胞间物质使机体免疫力提高。喂养长双歧杆菌单因子的无菌小 鼠中，要比未处理的无菌小鼠活得长，口服或静脉注射具有埃希氏大肠杆菌或静脉注射肉毒 素，在有活性长双歧杆菌同时存在的情况下，小鼠在第 2～3 周内，就可诱导抗致死作用。 但在无胸腺的无菌小鼠中，未发现此现象。因此可见，长双歧杆菌可诱导抗埃希氏大肠杆菌 感染的细菌免疫。 9. 营养素吸收促进作用，产生营养素 双歧菌能产生维生素 B1、B2、B6、B12、烟酸、叶酸，含双歧菌的发酵乳制品改善了乳 糖不耐症、钙的吸收和消化。双歧菌对矿物元素有促进吸收的作用。日本人钙摄入不足，故 骨质疏松患者较多；Mg 摄入也有类似问题。日本学者用低聚果糖、低聚半乳糖、异构低聚 麦芽糖、棉子糖在兔上进行钙吸收的实验表明，它们均有明显的促进钙吸收的作用，钙吸收 量和盲肠中 L-乳酸的量密切相关，研究者认为这种促进吸收作用是难消化的低聚糖转化为 L-乳酸，L-乳酸吸附钙化合物使其溶解性增加，导致钙吸收力增强。 10. 血糖值的改善作用 Yamashita 等进行非胰岛素依赖型糖尿病患者的功能性低聚糖口服实验，结果表明低聚 果糖具有明显的降低血糖作用，对非胰岛素依赖性糖尿病有一定的疗效。佐野隆志等进行该 类患者腔囊收缩能力实验，日摄入 10g 低聚果糖 4 周，半数患者有明显的改善作用，3／4 的患者通便得以改善。 二、功能性低聚糖的摄入剂量和副作用 功能性低聚糖纯品日摄入有效剂量是低聚果糖 3.0g，低聚半乳糖 2.0～2.5g，大豆低聚糖 2.0g， 低聚木糖 0.7g。Hata 等报道大豆低聚糖最大的不引起腹泻剂量为男人 0.64g／kg、女人 0.96g/kg。Spiesel 等报道低聚果糖引起腹泻的最小剂量男人 44g、女人 49g。低聚半乳糖急 性中毒的 LD50＞15g／kg(对兔) 。 三、功能性低聚糖的种类、性质及其应用 低聚糖产品中有的以原料冠其首命名，如大豆低聚糖，其中主要含的是水苏糖，少量棉 籽糖，还有蔗糖；有的则以单糖或二糖基命名，如低聚异麦芽糖、低聚果糖。 （一）低聚异麦芽糖