低聚果糖（一种非还原性糖）
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更新时间：2023-05-22
低聚果糖
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一种非还原性糖
低聚果糖又称寡果糖或蔗糖三糖族低聚糖。低聚果糖通常食用的很多水果、蔬菜中均存在。蔗糖分子以β-（1→2）糖苷键与1-3个果糖分子结合成的蔗果三糖，蔗果四糖和蔗果五糖，属于果糖和葡萄糖构成的直链杂低聚糖。分子式为G-F- Fn（n=1，2，3，G为葡萄糖，F为果糖）。
它是以蔗糖为原料，通过现代生物工程技术―果糖基转移酶转化、精制而成。天然存在的和酶法生产的低聚果糖几乎都是直链状。低聚果糖作为一种非还原性糖，其黏度、水分活度、保湿性和酸性条件下的热稳定性以及可加工性，均与蔗糖相似。专家一致指出低聚果糖的难消化性和对双歧杆菌的滋养作用，主要是由于小分子量的果糖低聚物承担的，因此蔗果三糖含量越高，则低聚果糖增殖双歧杆菌的保健功效越高，在酸性和加热的条件下的稳定性也就越高。
低聚果糖拥有保健功能确切和食品配料优良的双重品格。以其低热值，无龋齿、促进双歧杆菌增殖、降血糖，改善血清脂质，促进微量元素吸收等优良生理功能。近年来在许多低聚糖类的食品中，低聚果糖被国际营养学者确认为“具有优良难消化性的水溶性膳食纤维”，可以双向调节人体微生态平衡，属典型的超强双歧因子，备受现代食品生产企业和消费者青睐，并被广泛应用于第三代保健食品之中。
目前生产的低聚果糖G和P的甜度约为蔗糖的60%和30% ，它们均保持了蔗糖良好的甜味特性。G型糖浆中低聚果糖含量为55%，蔗糖和葡萄糖及果糖含量共为45%，甜度为60%；P型粉末低聚果糖含量超过95%，甜度为30%。
结构特征
理化性能
低聚果糖的性能见表
类别 | 性能 |
性状 | 无色粉末。 |
溶解性 | 溶解性好，溶液呈无色透明。 |
甜度 | 纯度为55%- 60%的果寡糖甜度约为蔗糖的60%，纯度为96%的果寡糖甜度约为蔗糖的30%，具有蔗糖的纯正甜昧，又比蔗糖甜味清爽、纯净，不带任何后味。 |
稳定性 | 热稳定性较蔗糖高，在中性条件下，120℃时还非常稳定；在酸性（pH 3）条件下，温度达到70℃以后，稳定性才显著降低。它在一般的食品pH范围（4.0-7.0）内非常稳定，可在冷藏温度下保存一年以上。 |
黏度 | 0-70℃范围内，果寡糖的黏度同玉米高果糖浆相似，比同浓度的蔗糖溶液略大，并随温度的上升而下降。 |
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存在分布
主要价值
低聚果糖作为被研究最多、应用范围最广的益生元之一，低聚果糖已被证实是唯一同时具有超强双歧因子和水溶性膳食纤维的双生理学特性的全天然配料，在世界范围内被200多个国家和地区政府所认可，并被广泛应用于食品、保健、医药、化妆品以及饲料领域。在中国市场，低聚果糖被政府批准为“保健食品”、“食品配料”以及“营养强化剂”等，相关功能性产品市场发展也非常迅猛。
产品类型
根据文献报道，低聚果糖G中糖的组成（干基计）：低聚果糖总量为55%（蔗果三糖25%，蔗果四糖25%，蔗果五糖5%），葡萄糖33%，蔗糖为12%；而低聚果糖P中糖的组成（以干基计）：低聚果糖95%（蔗果三糖35%，蔗果四糖50%，蔗果五糖10%），葡萄糖2%，蔗糖39%。
低聚果糖G和P的甜度分别约为蔗糖的60%和30%，它们均保持了蔗糖良好的甜味特性。
生产工艺
经过美国食品工艺师协会，应用现代科学研究反复测试得出结论，现代酶法工艺酶化蔗糖生产的低聚果糖的分子结构和保健功能，与天然存在于果蔬植物中的低聚果糖完全相同，是全天然的双歧因子。云南天元低聚果糖在1998年分别经中科院上海药物所和北京医科大学药学院进行分离后，进行了氢1和碳13核磁振的测定，根据测试所获谱峰结果证明，其分子结构与日本文献报道的GF2、GF3、GF4相同。
低聚果糖主要有两大类生产工艺，一种是以蔗糖为原料，利用微生物发酵生产的β-果糖基转移酶或β-呋喃果糖苷酶转化而成；另一种是以菊粉为原料，采用酶水解生成。中国、日本和韩国等国家的主流生产方法是第一种方法，以蔗糖为原料，利用黑曲霉、镰刀霉、日本曲霉等菌种分泌的β-呋喃果糖苷酶和卢-果糖基转移酶进行酶反应，依次经过滤、净化、精制和浓缩而得到成品。工业生产上一般采用黑曲霉等产生的果糖转移酶作用于高浓度（50%-60%）的蔗糖溶液，经过一系列的酶转移作用而获得低聚果糖产品。目前，低聚果糖的生产工艺，已从第一代的液态发酵技术、第二代的固定化细胞催化技术，发展到第三代固定化酶催化生产技术。
（一）酶水解法
菊芋→菊粉→水解→过滤→脱色→脱盐→浓缩→低聚果糖
此法生成的低聚果糖链较长。
以菊芋为原料，热水浸提获得提取液，然后酶法处理提取液，使压滤液流畅，提高低聚果糖出率达95%以上，应用纳滤高纯化技术分离去除葡萄糖、果糖和蔗糖，使低聚果糖纯度达94. 85%-98. 58%。
（二）黑曲霉发酵高浓度蔗糖法
以蔗糖为基质进行发酵生产时，当基质蔗糖浓度低于0.5%，倾向于水解反应，主要生成葡萄糖和果糖；当基质蔗糖浓度提高到50%时，只有转移反应而不发生水解反应，低聚果糖的收率可超过60%。首先，将筛选出的高酶活黑曲霉株接种于浓度为5%-10%的蔗糖液培养基中，在28-30℃下振摇培养2-4d，获得具有较高果糖转移酶活性的黑曲霉菌体。为了有利于酶活性的提高，在培养基中可适当添加氮源物质（如蛋白胨和NH4 NO3，0.5%-0.75%）及无机盐（如MgSO4和KH2PO4，0.1%-0.15%），再将这些菌体作用于50%～60%蔗糖溶液，在一定温度和pH下催化产生低聚果糖。反应结束后，发酵液的组成为：葡萄糖（36%-38%）、蔗糖（10%-12%）、果寡三糖（21%-28%）、果寡四糖（21%-24%）、果寡五糖（3%-6%），低聚果糖55%-60%。该法虽然使果寡糖产率得到大幅度提高，工艺设备简单，但酶无法重复利用，自动化程度低，因而生产成本较高。
（三）固定化增殖细胞法
由黑曲霉等大多数真菌所产生的果糖转移酶属胞内酶，故一般可直接采用固定化增殖细胞来连续化生产低聚果糖，用载体将产酶细胞进行包埋，得到固定化颗粒。将包埋产物与蔗糖或葡萄糖溶液反应，得到低聚果糖溶液，固定化酶可重复使用，又便于连续化生产。固定化黑曲霉菌体细胞的方法以采用海藻酸钙包埋法为好，其他还有琼脂包埋法、卡拉胶包埋法及微胶囊法等。将黑曲霉孢子与预先灭过菌的海藻酸钠以一定的体积比混合，然后在其中滴入氯化钙溶液，固化1h后收集固定化增殖细胞颗粒。将颗粒填人反应柱，在50-60℃以下，以一定的速率通人50%蔗糖溶液，流出液经过脱色、脱盐、浓缩等工艺即可生产出液体低聚果糖。
（四）固定化酶法
先用黑曲霉发酵产生β-果糖转移酶或β-呋喃果糖苷酶，再将菌体细胞破碎，分离纯化出β-果糖转移酶或卢-呋喃果糖苷酶，然后进行固定化处理。与固定菌体一样，一般采用海藻酸钠包埋法。将50%-60%的蔗糖糖浆在50-60℃下以一定速度通过固定化酶柱或固定化床生物反应器，使酶催化蔗糖发生转移反应，反应时间控制在24h，再经过一系列的脱色、脱盐、浓缩等分离提纯步骤，获得占总产物60%左右的低聚果糖产品。因固定化酶具有很好的操作稳定性，能反复使用，利用率高，可实现生产工艺连续化、自动化，生产成本降低，该法是目前国际上研究较多的方法。
（五）共固定化法
黑曲霉发酵高浓度蔗糖法、固定化增殖细胞法和固定化酶法生产果寡糖的反应式：
GF（蔗糖）→GF2（果寡三糖） +GF3，（果寡四糖） +GF4（果寡五糖） +G（葡萄糖）
副产物葡萄糖既是平衡产物，影响化学推动力；又是屁-呋喃果糖苷酶的抑制物，阻遏蔗糖的进一步转化。显然，消除葡萄糖可以提高蔗糖的转化率，工业上一般利用黑曲霉与其他酶（异构酶、葡萄糖氧化酶）共包埋或协同作用的方法，如采用戊二醛与丹宁将葡萄糖氧化酶或异构酶与黑曲霉交联后再和海藻酸钠结合，制成共包埋颗粒，再填入反应柱，在生产低聚果糖的同时将副产物葡萄糖异构化或氧化，从而解除了葡萄糖的抑制作用，可以得到含量分别为63%和71%的低聚果糖。
（六）纯化
酶法或发酵法生产低聚果糖得到的低聚果糖含量并不高，为50%-60%，该产品也含有30%-35%的葡萄糖，10%-15%的蔗糖。这些副产物不但降低了低聚果糖的功能特性，也造成糖尿病人、肥胖者不能食用的现状，限制了低聚果糖的应用领域，不利于低聚果糖的普遍推广。生产的低聚果糖溶液在投放市场之前，还需进一步加工处理，包括脱色、脱盐、分离提纯、浓缩和微生物灭菌等，可进一步得到低聚果糖含量大于95%的液体糖浆。
到目前为止，制备高纯度低聚果糖的有以下几种方法，凝胶过滤色谱法、纳滤法、发酵法、酶法、离子交换色谱法。利用酵母消化低聚果糖产品中的葡萄糖，可生产高纯度低聚果糖，将具有较弱转化酶活性的酵母经培养后添加于总糖浓度为20%的低聚果糖中，经30℃、250r/min反应24h，可制得纯度为80.24%的低聚果糖。
早些年，国内色谱分离技术产业化工艺不成熟，色谱分离技术制备高纯度95%低聚果糖在国内一直未被推广。近几年，上海某公司利用色谱分离技术提纯功能糖取得了突破性进展，成功开发了模拟移动床技术，协助国内低聚果糖企业实现了高纯度95%低聚果糖的产业化生产，缩小了与国际知名品牌的差距。在55型低聚果糖产品的基础上，采用分离提纯技术去掉绝大部分葡萄糖和蔗糖，经过精制成为高纯度95%低聚果糖。在诸多分离提纯技术中，色谱分离技术经济实用，分离效率高，通过模拟移动床技术可实现连续生产，分离提纯低聚果糖。分离出来的葡萄糖和蔗糖还可以作为原料生产果葡糖浆，降低了高纯度95%低聚果糖的生产成本，更利于低聚果糖在大众食品中的推广。
食用安全性
主要应用
近几年低聚果糖的产品不仅风靡国内外保健品市场，而且被广泛应用于保健食品、饮料、乳制品、糖果等食品行业，饲料工业以及医药、美容等行业中，应用前景十分广阔。在日本果寡糖有500多种产品，每人每天都摄入相当数量的果寡糖，果寡糖在日本已被视为一种食品，而不仅仅是一种食品组成。一些发达国家已将果寡糖作为一种功能性添加剂用于动物生产，果寡糖被喻为是继抗生素时代后最有潜力的一代添加剂—促生物质；在法国果寡糖被称为原生素。低聚果糖一般应用于乳制品（如乳粉、乳酸菌乳、冰淇淋等）、各类保健品、婴幼儿及中老年食品、饮料（如咖啡、凉茶等）、酒类、糕点以及饲料中，作为保健添加剂在食品和饮料中的添加量为10-150g/kg。低聚果糖的性能比较稳定，不会分解产生有毒成分，因此人们在做菜、做点心时，只要普通食糖能用到的地方，都可以放心大胆地使用果寡糖。
低聚果糖在饲料中的应用
上世纪80年代初，国内外研究者设法寻找一类可促进肠道有益菌生长繁殖且不为有害菌和畜禽自身吸收和利用的物质，研究发现，短链糖类物质亦称功能性低聚糖，具有此功能。20世纪80年代中后期，日本首先把它开发成饲料添加剂用于饲料工业。我国动物营养学界20世纪90年代后期才接触到这类添加剂。低聚果糖主要功效是对动物机体中双歧杆菌有增殖作用，从而增加了双歧杆菌的生长速率，使肠道中的有害菌受不同程度的抑制。
低聚果糖对存在于其他暖血动物中的双歧杆菌也有极好的增殖作用。2000年6月浙江大学农学院采用云南天元低聚果糖制成新型双歧因子物资饲料；“无腹泻饲料”，成功完成了畜牧业实验重大科研课题。试验说明：低聚果糖可有效治疗家畜断乳后出现腹泻、下痢症状，对其引发的染病死亡、生长缓慢、发育延迟等不良问题起到积极预防作用。2000年2月28日云南某食品公司与中国成都大熊猫繁育研究基地联合开展“低聚果糖投喂大熊猫试验”。该基地已于2000年2月初对一只病弱的大熊猫“莉莉”连续20天喂低聚果糖，结果该大熊猫周期性出现的“排粘”、腹泻、厌食、稀便等症状得到有效遏制，体能与精神转好，食欲与体重都明显增加。成都大熊猫繁育研究基地主任李光汉教授表示，对利用低聚果糖进各种濒危野生珍稀动物由野外微生态平衡转为人工繁衍微生态失衡的调节，将大有可为。
低聚果糖在食品及保健品中的应用
（1）作为双歧杆菌促生素。不仅可以使产品附加上低聚果糖的功能，而且可以克服原产品的某些缺陷，使产品更完美。如在非发酵乳制品（原乳、奶粉等）中添加低聚果糖，可以解决中老年人和儿童在补充营养时易上火和使秘等问题；在发酵乳制品中增加低聚果糖，可以为产品中的活菌提供营养源，增强活菌作用，延长保质期；在谷物产品等添加低聚果糖，可以得高产品品质并延长产品货架期。
（2）作为活化因子即钙、镁、铁等矿物质和微量元素的活化因子，可以达到促进矿物质和微量元索吸收的效果，如在补钙、铁、锌等食品、保健品中添加低聚果糖，可以提高品的功效。
（3）作为独特的低糖、低热值、难消化的甜味剂，添加于食品中，不仅可以改善产品的口味，降低食品的热值，而且可以延长产品的货架期。如在减肥食品中添加低聚果糖可以极大降低产品热值；在低糖食品中低聚果糖，较难引起血糖升髙；在酒类产品中添加低聚果糖，可以防止酒中内溶物沉淀，改善澄明度，提高酒的风味，使酒的口感更醇厚更清爽；在果味饮料和茶饮料中添加低聚果糖，可以使产品口昧更细腻柔和、更凊爽。
新西兰食品安全部发布新西兰食品标准第55号修正案，批准低聚果糖用于婴儿配方食品、婴儿食品、儿童辅食，并于2013年10月17日实施。国家卫生计生委已经批准发布的低聚果糖公告包括原卫生部2009年第11号公告、2012年第6号公告以及国家卫生计生委2013年第8号公告。其对应的生产工艺包括：①原卫生部2009年第1I号公告中生产工艺规定为以菊苣为原料，经部分酶水解后提纯、喷雾干燥制得；②原卫生部2012年第6号公告中生产工艺规定为以蔗糖为原料，用来源于米曲霉的B一果糖基转移酶水解后，经色谱分离提纯、干燥制得；③国家卫生计生委2013年第8号公告中生产工艺规定为以白砂糖为原料，用来源于黑曲霉的酶酶解后，经脱色、过滤、干燥等工艺制得。以上3种生产工艺生产的低聚果糖都可以用于婴幼儿配方食品和婴幼儿谷类辅助食品。
低聚果糖在特殊医学用途食品中的应用
虽然低聚果糖由于分子量小，人们认为低聚果糖不能起到膳食纤维的全部作用，但这一特性使其能很好地与液态特殊医用食品相容，而后者多是患者通过管道来进食。很多膳食纤维并不能与液态医疗食品相容，不溶性纤维容易沉淀从而堵塞进食管道，而可溶性膳食纤维会增加产品的黏度，这使得通过固定管道来给药变得更为困难。低聚果糖能起到很多类膳食纤维的生理效应，如调节肠道功能、维持大肠完整性、抗移植性、改变氮排泄的途径以及增加矿物质的吸收等。总之，低聚果糖与液态医疗食物良好的相容性及很多生理功效使低聚果糖在特殊医用食品中得到广泛应用。
其他应用
在焙烧食品中增加低聚果糖，可以增进产品的色泽，改进脆性，有利于膨化。
使用检验
相关标准
实物标准
低聚果糖由2-10个相同或不同的单糖聚合而成，糖链聚合的位点不同，长短不同，就形成了不同的异构体，导致了成分的复杂性。特别是存在结构相近的同分异构体，难以进一步分离纯化，除此之外很多有效成分自身缺乏光谱敏感的分子结构，常规分析方法不能满足各成分分离、检测的要求，检测难度很高。更为重要的是，由于缺乏不同异构体单品的高纯度标准品作为检测的参照物，在世界范围内一直缺乏统一的、直接的检测方法，导致不同国家、不同企业甚至不同个人之间所做的检测都存在很大的不同和争议，给低聚果糖的推广和应用带来了很多困难
此外，目前只有国外几家公司生产低聚果糖标准品，国内尚需要进口，且价格十分昂贵。新蔗果三糖、异蔗果三糖为蔗果三糖的同分异构体，国际上尚没有公司能够生产。
此次发布的新蔗果三糖、异蔗果三糖、蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖、蔗果六糖六项高纯度国家标准样品，填补了国内外实物标准多项空白，将有助于破解对低聚果糖检测的难题，形成规范的、统一的、直接的低聚果糖检测方法，进一步推动低聚果糖的推广和应用。
标准重新修订
2015年，由中国食品发酵工业研究院牵头，某生物股份有限公司协办的低聚果糖、菊粉国家标准起草工作组会议在广东江门市举办。会议对GB/T 23528-2009《低聚果糖》进行重新修订，并同时启动了菊粉的国家标准起草工作。
我国最早关于低聚果糖的法规可追溯到1990年国家轻工业部颁布的行业标准《功能性低聚糖通用技术规则》；1997年，国家技术监督局颁布的GB 16740-1997《保健（功能）食品通用标准》实施，明确低聚果糖可作为食品原料应用于保健食品；2006年，卫生部批准低聚果糖作为新资源食品。随着低聚果糖研究的深入和应用的扩大，2009年，国家质量监督检验检疫总局发布了GB/T 23528-2009《低聚果糖》。
然而，近年来，低聚果糖工业得到较快发展，其生产工艺、质量、产量、市场应用发生了很大变化，现有国标需要作进一步修订。本次国标修订会议主要解决了不同原料来源的低聚果糖定义问题。作为国际公认的益生元低聚果糖（FOS）除了以蔗糖为原料外，菊粉也是其重要的原料来源。由于原料及工艺技术的差异，两者在结构、聚合度（链长）等方面均存在差异，需要在国标中进一步予以明确。会议还讨论了低聚果糖的标准品、检测方法等事项，并根据《中华人民共和国食品安全法》的要求，对部分理化、安全性指标作出修订。
