功能性低聚糖課件

第一章功能性低聚糖第一節(jié)低聚糖概述第二節(jié)低聚果糖第三節(jié)低聚乳果糖第四節(jié)低聚異麥芽糖第五節(jié)低聚木糖第六節(jié)大豆低聚糖低聚糖產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)重要的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)，市場化品種20多種，正在研發(fā)的品種有近百種，并催生了300多億美元的功能食品市場及100多億美元的功能飼料市場，而且每年仍以10%~20%的速度增長，市場前景良好。我國對低聚糖的研究始于上世紀(jì)80年代，在“九五”期間形成工業(yè)規(guī)模和商品化?，F(xiàn)各種低聚糖生產(chǎn)能力約5萬噸，實(shí)際年產(chǎn)4萬噸。品種主要有低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖、水蘇糖等，實(shí)際年產(chǎn)以萬噸計(jì)的只有低聚異麥芽糖，年產(chǎn)以千噸計(jì)的有低聚果糖、水蘇糖，其它品種的年產(chǎn)量有限。第一節(jié)低聚糖概述低聚糖產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)重要的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)，市場化品種20多種，正在研發(fā)的品種有近百種，并催生了300多億美元的功能食品市場及100多億美元的功能飼料市場，而且每年仍以10%~20%的速度增長，市場前景良好。我國對低聚糖的研究始于上世紀(jì)80年代，在“九五”期間形成工業(yè)規(guī)模和商品化?，F(xiàn)各種低聚糖生產(chǎn)能力約5萬噸，實(shí)際年產(chǎn)4萬噸。品種主要有低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚甘露糖、大豆低聚糖、水蘇糖等，實(shí)際年產(chǎn)以萬噸計(jì)的只有低聚異麥芽糖，年產(chǎn)以千噸計(jì)的有低聚果糖、水蘇糖，其它品種的年產(chǎn)量有限。第一節(jié)低聚糖概述一、概念：由2～10個(gè)單糖通過苷鍵結(jié)合而成的直鏈或支鏈聚糖。二、化學(xué)命名法：以末端糖為母體，其它的糖作為糖基，同時(shí)應(yīng)標(biāo)明糖與糖之間的連接位置、糖的成環(huán)形式以及苷鍵的構(gòu)型等。蔗糖、乳糖、麥芽糖等也屬于低聚糖，但是與近年來開發(fā)的新型低聚糖相比，不具備預(yù)防齲齒、降低血脂和促進(jìn)雙歧桿菌增殖等生理功能，所以稱為普通低聚糖。

以乳果糖、低聚果糖、大豆低聚糖、低聚木糖、低聚乳果糖、低聚龍膽糖等為代表的新型低聚糖一般都具有促進(jìn)腸道雙歧桿菌增殖、難以被人體消化吸收、預(yù)防齲齒等一系列的生理功能，所以又稱為功能性低聚糖。功能性低聚糖的研究和開發(fā)最早的是日本，己有二十多年的歷史。目前在世界低聚糖市場中，日本占著絕對的優(yōu)勢。繼日本之后，歐洲各國對功能性低聚糖的開發(fā)熱情日漸升溫。各種功能性低聚糖在國外已廣泛用在不同食品的加工中，包括飲料、酸奶、冷飲、乳品、糖果、糕點(diǎn)等方面。功能性低聚糖的加入賦予了這些食品不同的保健功能。使其產(chǎn)品檔次和價(jià)格都上了一個(gè)臺階。我國在20世紀(jì)80年代末開始對功能性低聚糖進(jìn)行研制和應(yīng)用開發(fā)，較早研究開發(fā)的是以蔗糖為原料制取低聚果糖和以淀粉為原料制取低聚異麥芽糖；其它功能性低聚糖，如大豆低聚糖、低聚甘露糖、低聚乳果糖等也研制開發(fā)成功。功能性低聚糖可從天然原料中提取。但大部分功能性低聚糖在天然植物中含量太低或在自然界分布較分散難以收集，現(xiàn)代工業(yè)往往采用生物技術(shù)酶法來制取，其原料多為糖類，如蔗糖、淀粉等。低聚果糖是較早開發(fā)的功能性低聚糖之一,日本于1983年實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化生產(chǎn)。第二節(jié)低聚果糖(Fructooligosaccharide，F(xiàn)OS)低聚果糖又稱蔗果低聚糖或果寡糖、蔗果三糖族低聚糖。其組成主要是蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖的混合物。是以蔗糖為原料，通過現(xiàn)代生物工程技術(shù)———果糖基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)化、精制而成。商品化程度在國內(nèi)外處于領(lǐng)先地位。經(jīng)過美國IFT（美國食品工藝協(xié)會）和日本醫(yī)學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)研究反復(fù)測試得出結(jié)論，以果糖基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)化而成的低聚果糖分子結(jié)構(gòu)和保健功能，與天然存在于果蔬植物中的完全相同。二、主要生理功能1.高效的雙歧桿菌增殖因子。能進(jìn)入大腸被有益菌雙歧桿菌選擇性地利用,使雙歧桿菌數(shù)量顯著增加,有助于維持腸道正常菌群的平衡,抑制病原菌和腐敗菌的生長,提高機(jī)能的免疫功能,低聚果糖的攝入對腹瀉及便秘患者均有明顯的改善作用。2.低熱值。由于低聚果糖不為人體消化系統(tǒng)的酶類所水解,很難被消化吸收，故提供的熱值很低，攝入后不會導(dǎo)致肥胖。3.低聚果糖是一種水溶性膳食纖維，能降低血清膽固醇和甘油三酯，且攝入后不會引起血糖值和胰島素水平的升高。三、生產(chǎn)方法工業(yè)上主要采用具有果糖基轉(zhuǎn)移活性的酶(如β-Ｄ-呋喃果糖苷酶)作用于蔗糖而制取低聚果糖。其反應(yīng)可表示為:工業(yè)化生產(chǎn)低聚果糖多采用固定化細(xì)胞法進(jìn)行連續(xù)化生產(chǎn),即將具有較高果糖基轉(zhuǎn)移酶活力的活性菌體固定在一定載體上并裝柱,高濃度蔗糖溶液以一定速度通過固定化酶柱,由酶作用于蔗糖發(fā)生轉(zhuǎn)移反應(yīng),然后經(jīng)活性炭脫色,離子交換法脫鹽等手段進(jìn)行分離提純,經(jīng)濃縮可得低聚果糖含量為55%～60%的液體產(chǎn)品。若進(jìn)一步分離提純,可精制出含量為95%的高純度產(chǎn)品。在蔗糖轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成低聚果糖的同時(shí),也生成了副產(chǎn)物———葡萄糖,葡萄糖是酶抑制物,它的存在會削弱酶的催化能力,使低聚果糖含量降低?？稍诜磻?yīng)體系中加入葡萄糖氧化酶或葡萄糖異構(gòu)酶,前者能將葡萄糖氧化成葡萄糖酸,而后者能使葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖,從而對蔗糖的轉(zhuǎn)移反應(yīng)起協(xié)同促進(jìn)作用,達(dá)到增加低聚果糖生成量、提高產(chǎn)品純度的目的。除酶法外,一些國家,如法國、比利時(shí)還采用由植物菊芋提取低聚果糖的生產(chǎn)工藝。法國Ｌｅｒｏｕｒ公司用菊芋生產(chǎn)菊粉,菊粉中單糖分子聚合度較大,需經(jīng)局部酶解才能得到低聚果糖。該公司也以菊粉作為產(chǎn)品出售,平均單糖分子聚合度≥9,低聚果糖含量少,削弱了其生理功能。第三節(jié)低聚乳果糖(LactosylfructosideorLactosurose)

低聚乳果糖是由日本林原生化研究所、鹽水港株式會社等在1990年聯(lián)合開發(fā)成功的一種新型低聚糖,產(chǎn)品于1991年推向市場。商品化的低聚乳果糖是一種包括低聚乳果糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖以及其它微量低聚糖(如1-蔗果三糖、半乳糖基果糖、半乳糖基乳糖等)在內(nèi)的混合物。純凈的低聚乳果糖是一種三糖,由β-D-半乳糖苷、α-D-葡萄糖苷以及β-D-呋喃果糖苷殘基組成。日本產(chǎn)品類型有LS-35、LS-55Ｐ(粉末狀)、LS-55Ｌ(液體狀),其中低聚乳果糖含量分別為總糖量的35%、55%,此外還有未反應(yīng)的蔗糖、乳果糖,副產(chǎn)物葡萄糖等。一、分子構(gòu)成低聚乳果糖由3個(gè)單糖殘基通過糖苷鍵相連而成,其結(jié)構(gòu)式如下圖所示:從分子結(jié)構(gòu)式上看,低聚乳果糖可看成是乳糖接上一個(gè)果糖基,也可看成是蔗糖接上一個(gè)半乳糖基。二、低聚乳果糖的合成1.低聚乳果糖生物合成的機(jī)理低聚乳果糖以蔗糖和乳糖為原料,利用糖基轉(zhuǎn)移酶催化而成。圖為低聚乳果糖的生物合成反應(yīng)式。三、低聚乳果糖的生理功能1.改善腸道菌群,促進(jìn)雙歧桿菌增殖。2.抑制有毒代謝物的產(chǎn)生。3.難消化、低熱值。4.不致齲。5.降低血清膽固醇。6.整腸作用。第四節(jié)低聚異麥芽糖(Isomaltooligosacchride，IMO)低聚異麥芽糖,是以淀粉為原料,采用生物酶工程生產(chǎn)精制而成的,具有一定的保健功能。在低聚糖中,除了直鏈低聚糖外,還有支鏈低聚糖。直鏈低聚糖是以葡萄糖為單位,由2～10個(gè)分子聯(lián)結(jié)而成的糖,一般稱為低聚麥芽糖。與之對應(yīng)的支鏈低聚糖是將葡聚糖以分枝方式聯(lián)結(jié)而成帶支鏈的糖,被稱為低聚異麥芽糖。前者只有α-1,4鍵結(jié)合方式，不具備特殊的功能性,而后者除α-1,4鍵外,還有α-1,6鍵、α-1,2鍵、α-1,3鍵等鍵合方式,因此形成支鏈狀結(jié)構(gòu)。二、低聚異麥芽糖生理功能1.能促進(jìn)體內(nèi)雙歧桿菌的繁殖,調(diào)整腸道內(nèi)的菌群,增加有益菌的比例。2.難以被消化,低甜度,低熱量,基本上不增加血糖、血脂,有利于防止心腦血管疾病。3.不致齲。第五節(jié)低聚木糖(Xylooligosaccharide)

低聚木糖作為一種附加值高、市場前景看好的功能性食品添加劑,是目前國內(nèi)外競相研究開發(fā)的功能性低聚糖之一。一、低聚木糖的構(gòu)成及存在一般認(rèn)為,低聚木糖是由木二糖～木十糖等組成的。在自然界中,竹筍等天然植物中含有少量的低聚木糖。另外,一部分植物半纖維素在人體大腸內(nèi)也可以被分解轉(zhuǎn)化為低聚木糖。第六節(jié)大豆低聚糖典型的大豆低聚糖是從大豆中提取的可溶性低聚糖的總稱,主要有水蘇糖、棉子糖和蔗糖,其在成熟大豆中的干基含量分別為4%、1%和5%。水蘇糖和棉子糖都是由半乳糖、葡萄糖和果糖組成的低聚糖,是在蔗糖的葡萄糖一側(cè)連接1或2個(gè)半乳糖。大豆低聚糖中使雙歧桿菌增殖的是其中的水蘇糖和棉子糖,水蘇糖和棉子糖在人體的小腸中不易被消化吸收,而直接到達(dá)大腸為雙歧桿菌選擇性地利用使其增殖,并能使腸內(nèi)有害菌減少而改善腸內(nèi)菌群的構(gòu)成,從而抑制了腸內(nèi)腐敗產(chǎn)物的產(chǎn)生和有害酶(如偶氮還原酶，為致癌物質(zhì)生成酶)的活性,有利于維持和增進(jìn)健康。棉子糖是自然界中最知名的一種三糖，由半乳糖、果糖和葡萄糖結(jié)合而成，在大部分的植物中都存在，也被稱為蜜三糖、蜜里三糖。棉子糖能順利地通過胃和腸道而不被吸收。棉子糖是人體腸道中雙歧桿菌、嗜酸乳酸桿菌等有益菌極好的營養(yǎng)源和