低聚乳果糖及在食品中的应用

[收稿日期]2007-03-20

[作者简介]朱桂兰(1980-),女,合肥师范学院生物系讲师,硕士,研究方向:碳水化合物生物技术。

低聚乳果糖及在食品中的应用

朱桂兰

(合肥师范学院生物系,安徽合肥230061)

[摘

要]低聚乳果糖是一种功能性低聚糖,具有优良理化性质和生理功效,开发利用低聚乳果糖对改善人们的膳食结构、

提高人们的健康水平具有重要的意义。

[关键词]低聚乳果糖;生理功能;应用

[中图分类号]T S201.2 [文献标识码]B [文章编号]1001-5116(2007)06-0086-04

低聚乳果糖(Lactosucrose,LS)[1,2]是由日本林原生物化学研究所、盐水港精糖与维饿费明制药公司于1990年联合开发成功的一种新型低聚糖。它是以蔗糖和乳糖为原料,经过节杆菌(A r throbacter ) 呋喃果糖苷酶的作用生成的。商品化的低聚乳果糖是一种包括低聚乳果糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖以及其他微量的低聚糖(如1 蔗果三糖、半乳糖基果糖、半乳糖基乳糖等)在内的混合物。纯净的低聚乳果糖是一种三糖。1 低聚乳果糖的结构式

2 低聚乳果糖的性质[3-7]

2.1 甜度

低聚乳果糖的甜度为蔗糖的30%,甜味特性类似于蔗糖,甜味质量是各种低聚糖中最佳的,因此可

应用于食品工业中而不必担心其对产品风味产生影响。商业化生产的低聚乳果糖,由于含有蔗糖、乳糖等其他成分,因而甜度要略高一些。日本市场上销售的低聚乳果糖制品有三种:LS 35、LS 55P 和LS 55L,其甜度分别为蔗糖的70%、50%和55%。2.2 对酸、热的稳定性

与其它低聚糖相比,低聚乳果糖对酸、热具有较高的稳定性,其稳定性与蔗糖相似,在中性条件下稳定,在酸性条件下相对更稳定,pH 7.0下80 加热2h 和pH 3.0下80 加热2h,都几乎不发生分解,在pH 4.5的条件下,其加热温度甚至可达到120 。2.3 保湿性

低聚乳果糖具有高的保湿性,能使食品保持湿润,可防止面包、点心等淀粉类食品老化,延长食品货架期。 2.4 水分活度

为使食品的保存期延长,即为了达到降低水分活度的目的,经常采用添加各种糖类来实现。水分活度愈小,微生物生长繁殖能利用的水分也就愈少,微生物的发育就受到抑制。低聚乳果糖与蔗糖近似的水分活性,高浓度的糖液对微生物有抑制作用。3 低聚乳果糖的生理功能

低聚乳果糖同其它一些功能性低聚糖一样,不能为肠道的产气荚膜杆菌和梭菌利用,增殖双歧杆菌。研究发现[8]每天摄入5g,一周后粪便中双歧杆菌数从摄入前占10.5%增加到32.6%,若以身体条件较好的成年男子为试验对象,则双歧杆菌数增加至占50%左右,同时,肠道内的其他有害微生物如梭菌属、拟杆菌的含量显著降低。与同是双歧杆菌

增殖因子的低聚半乳糖、低聚异麦芽糖等相比,低聚乳果糖的双歧杆菌增殖活性更高。研究者[9]用较纯的低聚乳果糖(含量>98%)以10.0,5.0和2.0g/d 三种剂量对健康人群进行为期7-14d 的试验,发现10.0和5.0g/d 两种剂量对双歧杆菌有明显的增殖促进作用,而2.0g/d 的剂量虽然也具有促进双歧杆菌增殖的作用,但是效果不显著。可以肯定,若要显示出对肠道内的双歧杆菌的增殖效果,摄取的低聚乳果糖应为2g/d 以上。

肠道内的双歧杆菌、乳杆菌优先利用低聚乳果糖产生乳酸、乙酸等有机酸代谢物,降低了肠道内的pH 值,从而抑制了大肠内其他腐败微生物和病原微生物的生长,进而抑制了氨、吲哚、3-甲基吲哚、苯酚、甲苯酚、硫化物等有害物质的产生,未服用和服用低聚乳果糖的受试者的粪便经比较检验证明了上

2007年11月第25卷第6期 安徽教育学院学报Jo urnal o f Anhui Inst itut e o f Education

N ov.2007

V ol.25N o.6

述结论[10]。人体肠道内固有的嗜酸乳杆菌可吸收胆固醇或者抑制小肠壁对胆固醇的吸收,试验证明[11]包括双歧杆菌在内的乳杆菌及其发酵乳制品均能降低总血清胆固醇的含量。双歧杆菌利用低聚乳果糖发酵产生的大量短链脂肪酸(主要是乳酸和乙酸)能够刺激肠道蠕动,提高粪便渗透压,增加粪便的湿润度,防止便秘;肠道蠕动还有利于肠道内有害物质排出体外[15]。

低聚乳果糖低甜度,低热量,难以被人体消化,食用后基本上不增加血糖含量和血胰岛素水平,可供糖尿病人、肥胖病人和低血糖病人食用。

低聚乳果糖可看成一种水溶性食物纤维,能降低血脂,改善脂类代谢,人体接受后结肠癌的发病率减少,粪便中的胆汁酸含量下降[12]。此外,对慢性肠炎具有治愈作用[13],还有减轻乳糖不耐症引起的腹疼[14]。

低聚乳果糖不被口腔酶液分解,不被导致龋齿的链球菌所利用,有防止龋齿功能。

4 低聚乳果糖的安全性评价

低聚乳果糖作为一种新型功能性甜味剂自1990年被日本人开发以来,其保健功能逐渐被人们接受,近年来已进入日本及欧美市场。毒理试验研究[18]显示低聚乳果糖不会增加发病率和死亡率,也不会导致癌变和畸变,确认低聚乳果糖对健康有潜在的好处。唯一不利的生物学影响就是因为低聚乳果糖是一种不消化性的碳水化合物,可能引起胃肠痛。科学家们通过大量的体内、体外毒性试验表明:低聚乳果糖对人和动物没有任何不利的影响,因此,低聚乳果糖具有食用安全性[19]。

5 低聚乳果糖国内外研究概况

自1957年Av ig ad等[20]利用果聚糖蔗糖酶作用于蔗糖和乳糖合成了低聚乳果糖以后,学者们开始从事低聚乳果糖生产的研究,但都是利用果聚糖蔗糖酶或 -半乳糖苷酶作用于蔗糖和乳糖,未能实现低聚乳果糖的工业化生产。

起先用的Bacillus subtilis果聚糖蔗糖酶合成低聚乳果糖,由于果聚糖蔗糖酶是诱导酶,在培养基中必须添加蔗糖,致使培养基的粘度增加,导致酶的生产能力下降,耐热性差等问题,为了解决以上问题,须寻求一种能生产具有广泛的受体特异性,转移果糖基的细胞外酶的微生物。1990年,研究者[21-22]发现土壤中的一种微生物,在含蔗糖为唯一碳源的培养基中,30 ,42h培养所产生的酶符合以上要求,经鉴定这种微生物是节杆菌属的新种,命名为Ar thr obacter sp.K 1,与此同时日本林原生物化学研究所、盐水港精糖与维饿费明制药公司联合开发成功并投入市场,销售前景良好,对保健领域产生了巨大的影响。商业化生产的低聚乳果糖产品包含37%低聚乳果糖、28%蔗糖、13%乳糖、17%葡萄糖及果糖和5%其他糖,甜度约为蔗糖的70%。除用节杆菌产 呋喃果糖苷酶生产低聚乳果糖外,A ki hiro[23]等发现B acillus natto产的蔗糖 果糖转移酶也可用来生成低聚乳果糖,而M asahar u[24]等指出Bacillus sp.N O417产的 呋喃果糖苷酶在45 , pH5.6与蔗糖和乳糖反应8h也可生成低聚乳果糖。

目前对低聚乳果糖生产的研究集中于工艺和菌种两个方面[29-30]。在工艺方面如何提高酶作用的寿命和稳定性以及如何去除副产物成为技术的关键。大量的副产物严重影响了产品中低聚乳果糖的含量。目前国外[25]现已趋向于采取固定化酶法来使酶使用寿命和作用稳定性延长,可以预计未来固定化酶法将占绝对优势。在菌种方面,要继续筛选酶活高的菌株,其次是深入研究果糖苷酶的调控机理以求获得最大产量的酶。第三是要加强研究酶的结构、构象、催化机理,并利用蛋白质工程技术人工设计出高活力,并适宜于生产实际的酶。第四是加快果糖苷酶的基因遗传学研究,以期构建基因工程菌。

6 低聚乳果糖在食品中的应用[26-28]

由于低聚乳果糖具有一些优良加工性能和生理功能的特性,使其广泛应用于食品工业领域,可部分或全部替代蔗糖。特别是低聚乳果糖低甜度、低热值特性使其应用于保健食品中对提高消费者健康水平有积极作用。

6.1 低聚乳果糖在饮料中的应用

低聚乳果糖可添加到乳制品的乳酸菌饮料、碳酸饮料、固体饮料中制成营养型、保健型、美容型等各种饮品。

6.2 低聚乳果糖应用于糕点、糖果中

低聚乳果糖可替代蔗糖用于糖果、蛋糕、休闲食品、饼干等制品中,并能增强产品的营养保健功能。

6.3 低聚乳果糖应用于其它食品中

低聚乳果糖除以上应用外,还可应用于冰淇淋、雪糕、果冻、布丁、沙司、甜味料、奶粉等产品中,在许多食品中它已部分或全部替代蔗糖,以适于特殊人群的需要。