功能性益生元和膳食纤维

图源：摄图网

随着全球经济的迅速发展和人们生活水平的不断提高，人们的健康状况有了明显的改善。但由于生活环境周围空气和水资源等污染日益加剧、饮食结构的不合理，如脂肪摄入过多，膳食纤维严重不足等原因，高血压、高血脂、肥胖病、超体重、脂肪肝等疾病的患病率增加。面对各种恶性疾病发病率的逐年上升，人们在生活水平普遍提高的今天，更加关注自己的健康。功能性益生元和膳食纤维由于具有促进有益菌生长繁殖，纠正肠道微生态失衡的功效而被人们所熟知。近年来，由于益生元和膳食纤维在肠道健康中的显著作用，已经成为功能食品研发领域的宠儿，含有益生元和膳食纤维强化的食品、药品、保健品纷纷进入市场，以及产业的不断扩大也进一步促进了功能食品行业的不断发展。

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益生元

益生元(Prebiotics)的概念是由GR．Gibson等(1995)提出，是指不易被消化的食品成分，通过选择性的刺激一种或几种细菌的生长与活性，而对寄主产生有益的影响，从而改善寄主健康的物质。益生元主要为一些低聚糖如低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖等。由于益生元不能被人体分解、吸收和利用，通过消化道到达结肠后，有的能被结肠群分解和利用，而促进结肠菌群的生长，在改善肠道微生态、促进脂质、蛋白质与矿物类代谢方面具有重要意义。

1.1 益生元的物化特性及生理功能

1.1.1 物化特性

低聚糖类益生元大多具有良好水溶性，粘度低，口感清爽，甜度低。与蔗糖相比，低聚果糖的甜度约为蔗糖的40~60％，低聚异麦芽糖约为40％～５0％，低聚半乳糖为25％左右。益生元的酸稳定性和热稳定性较好，储存稳定性也很好，无不良质构和风味，可在食品和保健品领域中取代蔗糖使用。

1.1.2生理功能

益生元的生理功能，主要是通过促进肠道内有益菌繁殖、优化菌群平衡来实现和益生菌一样的功能。

（1）改善肠道菌群的功能
大肠是人体最大的细菌库，人体细菌的95%以上集中在大肠，含菌量可达1012cfu/g以上，代谢活动非常旺盛。人体试验表明，各种低聚糖都可以大幅度促进大肠中双歧杆菌之增殖，以低聚果糖为例，Mitsuoka(1987)就23名老年病人(50-90岁)进行试验，在每日膳食中添加低聚果糖NeosugarG15g，为期两周，每日收集粪便作细菌学试验，结果表明食用低聚果糖后，大便中双歧杆菌比试验前增加了10倍。

（2）低甜度、低热量
低聚果糖的甜度仅为蔗糖的1/3，在人体内不被α－淀粉酶、蔗糖转化酶和麦芽糖酶分解，不能作为能源被人体利用，不会使血糖值升高，因此非常适合于糖尿病患者及肥胖者食用。

（3）改善脂质代谢，降低血脂和胆固醇
动物和人体实验都表明，食用低聚果糖对血糖、血压、降低血清胆固醇，提高HDL/LDL比例有一定的效果。双歧杆菌可产生胆酸水解酶，将结合胆酸游离，而游离胆酸可抑制病原菌的生长，在pH6.0时，胆汁酸可同胆固醇结合而生成沉淀，随大便排除体外。双歧杆菌和低聚果糖本身也可吸收胆固醇而随大便排除，从而可有效调节血脂。此外低聚果糖被双歧杆菌发酵生成的丙酸，可抑制胆固醇的生成有关酶类的活性而抑制了胆固醇的合成。

（4）产生有机酸，降低肠道pH，抑制腐败，预防便秘
低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚乳糖等各种不消化或难消化低聚糖食后直达大肠，在结肠中被大肠菌群发酵作为能源而利用，双歧杆菌、乳酸菌等有益菌发酵这类碳水化合物，可产生有机酸，有机酸可降低肠道pH值，可有效抑制肠道腐败产物的生成，并促进肠道蠕动而促进排便。

（5）提高免疫力 、抑制、预防肿瘤
大量的动物试验结果表明，双歧杆菌在肠道内大量繁殖能够起抗癌作用。这种抗癌作用归功于双歧杆菌的细胞、细胞壁成分和胞外分泌物使机体的免疫力提高。例如喂养定殖双歧杆菌单因子的无菌小鼠，要比未处理的无菌小鼠寿命长。低聚果糖具有整肠通便的功能，它能使肠道腐败菌受到抑制，腐败产物显著减少并及时排出，因而可减少大肠癌的发生。

（6）促进钙等矿物质元素的吸收
食用功能性益生元可以促进钙、镁、锌、铁等矿物元素的吸收，对于促进儿童生长及防治老年骨质丢失已有不少研究证实。用含10％低聚果糖的饲料喂养小鼠，试验表明低聚果糖可促进钙、铁、镁、锌的吸收，并可阻止因缺乏雌性激素而引起的骨质丢失，Niness(1999)报道对青少年志愿者所作试验结果表明少年日食低聚果糖15g，钙吸收增加26％，青年日食菊粉40g，钙吸收可增加58％。

1.2 益生元的应用

益生元不仅具有防龋齿、促进肠道有益菌增殖等生理功能，而且具有一系列良好的理化性能，如甜味温和、耐酸热、低粘度、保湿性好、防止淀粉老化、低水分活度等，从而使其能广泛应用于保健品、饮料和食品中。概括起来，主要有以下几方面：

（1）餐桌甜味剂：小包装低聚异麦芽糖可直接加入冷热饮料和咖啡中，做为家庭保健糖可以用粉状或液体直接加入饮品和食品中。
（2）饮料：益生元性质稳定适宜添加在各种饮料中，既保持饮料特有的风格，又具有一定的保健功能。可添加至碳酸饮料、豆奶饮料、果蔬饮料、茶饮料、营养饮料等各类饮品中。
（3）乳制品：益生元在乳制品中已经有了非常广泛的应用，从常温奶到各个阶段的婴幼儿奶粉中都添加了不同的益生元，复合益生元组合低聚糖果与低聚半乳糖，应用到婴幼儿奶粉中可以协同提高婴儿的肠道健康，达能公司含有低聚果糖的Activi a品牌酸奶，日本添加低聚异麦芽糖的EcoLife品牌乳酸菌饮等。
（4）焙烤食品：益生元具有很好的保湿性和抑菌性，作为甜味剂添加在糕点或点心的甜馅心中，既能提供柔和的甜味，又能延长产品的货架寿命。可加入各种面包、蛋糕、饼干、西点、月饼及各种饼馅中。
（5）糖果：低聚糖类益生元具有很好的耐热性，在熬糖温度下保持稳定，因此利用其做糖果时，工艺上无特殊要求。益生元中的低聚异麦芽糖加工特性同常规麦芽糖浆非常相近，也是目前性价比最高的益生元品类，其可以完全替代糖果及植脂末中的麦芽糖浆的应用，这样可显著降低糖果等传统食品中的含糖量，达到富含膳食纤维的宣称，符合当下消费趋势。

1.3在酒业中的应用

利用低聚果糖和低聚异麦芽糖的甜度特性，可替代蔗糖作为酒类的糖源。利用其不发酵性，加入黑米酒、黄酒、稠酒等发酵酒中陈酿，制成营养甜酒保健品。如特别添加了低聚果糖的汾酒竹叶青。

1.4其他领域中的应用

利用添加低聚异麦芽糖的饲料饲喂动物，可以通过改善其肠道内的微生态环境，改善其健康状况，在提高动物抗病能力的同时提高了饲料利用率和增重率。与通常使用的兽药类保健品相比，具有无残留、无污染、无毒副作用等好处。

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功能性膳食纤维—聚葡萄糖

膳食纤维是食品中不被人体消化酶消化的组分的总和，具有卓越的保健功能，近年来被喻为糖、蛋白质、脂肪、矿物质和维生素以外的第七营养素和活性成分，有“生命绿洲”之称。聚葡萄糖属于一种水溶性的膳食纤维，它是由天然存在的葡萄糖、和少量山梨醇、柠檬酸经高温熔融缩聚而成，是随机交联的葡萄糖组成的多糖。

2.1聚葡萄糖物化特性和生理功能

2.1.1 聚葡萄糖物化特性

聚葡萄糖易溶于水，25℃时溶解度为80％，聚葡萄糖非常稳定，在200℃左右高温下，稳定性仍非常好，不与酸碱起反应。聚葡萄糖具有良好的保湿性，延长焙烤食品货架期。此外，聚葡萄糖粘度类似蔗糖，耐受量高（90g/天）其加工性能优于传统的膳食纤维。

2.1.2 聚葡萄糖生理特性

（1）低能量、不致龋齿
聚葡萄糖热量值约为1kcal／g，而且不能被口腔中有害微生物利用，因此不会导致龋齿。
（2）非胰岛素依赖性
聚葡萄糖能改善末稍组织对胰岛素的感受性，降低对胰岛素的要求，抑制胰岛素的分泌，阻碍对糖的吸收，且聚葡萄糖本身不被吸收，从而达到降低血糖水平的目的，有效预防糖尿病。
（3）增殖双歧因子、肠道调节作用
经研究验证，浓度为1%和2%的聚葡萄糖即可对肠道双歧杆菌有显著的刺激作用。它所作用的双歧杆菌范围较广，除了对青春双歧杆菌、两叉双歧杆菌、长双歧杆菌等有增殖作用外，还对婴儿双歧杆菌有增殖作用（Hollie M.et al,2004）。聚葡萄糖可改善排便功能而无腹胀、腹泻等不良效应。有助于增加肠道中有益菌的数量，减少有害菌的数量，降低大便pH值。
（4）降低甘油三酯和胆固醇
聚葡萄糖可阻止或减少甘油三酯和胆固醇进入淋巴细管的量。同时，聚葡萄糖进入肠道后被肠道微生物降解的产物可抑制胆固醇的合成，并能吸附胆固醇的代谢产物胆汁酸并排出体外，从而降低人体内胆固醇含量，阻碍对胆固醇的吸收。也可预防胆结石的形成（S Ogata, et al.,1997）。用聚葡萄糖制出的巧克力有明显的减少血清甘油三酯的作用。若与乳糖醇配合使用，这种作用更强（Yoshiharu S, 2005）。
（5）助控和减肥作用
一方面聚葡萄糖可以抑制食欲，减少进食量，并从人体内带走多余的脂肪和能量（King NA et al.,2005）。另一方面聚葡萄糖还可在胃肠壁上形成一层薄膜，缠裹部分食物中的脂肪，限制消化道内脂肪的吸收，促进脂类物质的排泄，从而达到减少脂肪堆积，预防肥胖的功效（Ogata shinichi, et al.,1999； Shimomura, et al.,2005）。
（6）促进Ca吸收
Hara H等（2000）的研究表明，摄入聚葡萄糖（50g/kg,21d）后，能增加Ca的吸收和骨矿化。Hitoshi Mineo等（2001）的研究表明：随着聚葡萄糖的浓度增加，小鼠空肠、回肠、盲肠、大肠的钙吸收作用呈递增趋势。 
（7）提高免疫力
可溶性纤维的大量吸水，稀释了肠道中有害物质的浓度，并促使它排除体外，研究证明，可溶性纤维对癌症特别是结肠癌具有一定的防治作用，并具有排毒养颜，美容的作用（Rautonen nina,et al,2005）。

2.2 聚葡萄糖在食品中的应用

聚葡萄糖作为填充剂、防冻剂、低温防护剂、抗老化剂、膳食纤维、益生元成分及防腐保鲜、增加渗透压等的成分添加入食品中，既提供必要的体积，又赋予逼真的质构和口感，还能保证优质的纤维来源。希望摄入低热量和保持健康的正常人群可以食用，糖尿病人等特殊群体也可以食用。

（1）乳品
聚葡萄糖具有低pH值条件下稳定性好，无甜度且口味中性，粘度高、防止蔗糖再结晶和淀粉再老化等优良特性，因而应用于低脂、无脂乳品中，不仅可以改善乳品口感，还可提高乳品在保质期的稳定性。如伊利推出的“谷粒多”和“每益添”，旺旺的益纤多，日本的三得利公司（Suntory）"Bikkle"酸乳饮料，日本的Yakult的Joie益生菌奶等，均添加了聚葡萄糖，强化膳食纤维，起到增加饱腹感，改善肠道健康的功效。

（2）糖果
无糖糖果的良好配料，耐受性好。高水溶性和高黏度，保证硬糖和橡皮糖的良好咀嚼性；能防止结晶，特别是使用糖醇的糖果；非致龋性，适用于健齿糖果。添加聚葡萄糖的蔗糖糖果，起到强化纤维/益生元/降低蔗糖的作用，也可降低热量或降低总血糖生成值，例如国内养生堂特别推出的成长快乐益生元Q片，日本UHA优哈味觉糖果（高纤低糖）等功能糖果中，聚葡萄糖含量都大于30%，以及德芙无糖巧克力和好时无糖巧克力中也都添加了聚葡萄糖。

（3）饮料
膳食纤维类饮料既能解渴、补充水分，又可提供人体所需膳食纤维，并可增强无糖或低糖饮料的口感。同时，聚葡萄糖良好的保健功能使其更适于中老年人、糖尿病病人和肥胖者饮用，起到使肠道舒畅，防治便秘，并可降低胆固醇，调节血脂、血糖，助控减肥等的作用。

在欧美、日本等国十分流行。如日本可口可乐公司生产的含膳食纤维矿泉水，西欧、美国的高纤维橙汁、高纤维茶，韩国饮乐多奥优热带水果纤维饮料，国内汇源开发的高纤果汁，三元乳业的高纤奶等。

（4）焙烤食品
聚葡萄糖十分耐热，在焙烤生产过程中把各种优良的特性理想地结合起来，作为有效的蔗糖替代品，能延缓淀粉老化，保持水分，提供良好的质构和口感，特别适于加工低糖、低脂高纤的焙烤食品。如，奥利奥无糖夹心饼干中，特别添加聚葡萄糖，其纤维含量达到12.5%，以及fibrelle公司推出的富含纤维的烘烤甜味剂，该甜味剂中融合了聚葡萄糖，低聚果糖和菊粉等，用于烘焙产品，完全替代蔗糖，在欧美的焙烤市场中，强化纤维产品已经成为食品常态。

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总结

全球功能食品60%以上功能宣称可以归到功能性益生元和膳食纤维等功能糖的健康作用上，例如消化道健康、口腔健康、体重控制及心血管健康等等。功能性益生元和膳食纤维作为一种健康的功能配料，具有低热、低血糖反应、防龋齿和调节肠道等生理功效，功能性益生元和膳食纤维与抗生素和益生素相比有着不可替代的优点，它无药物残留，细菌不会产生抗药性，无污染，耐高温，性质稳定，是一种天然的食品添加剂，符合现代人的健康消费观念，因此具有广阔开发前景，专家预测健康产业将成为21世纪新的兆亿美元产业，而益生元和膳食纤维等功能食品配料将是健康产业的基石。

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