湖北大学李广汉教授

1. 请问什么是低聚果糖

低聚果糖

低聚果糖（Fructo－oligosaccharides，简称FOS），又称寡果糖或蔗果低聚糖，分子式为G-F-Fn，n＝1～3（其中G为葡萄糖基，F为果糖基），是由蔗糖和1～3个果糖基通过β2，1键与蔗糖中的果糖基结合而成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖（分别简称为GF2、GF3、GF4）及其混合物。它们的分子式及相对分子质量如表1所示。

1950年Bacon与Edelman及Blanchard与Albon在研究酵母转化酶（invertase）时，分别独立地发现了该转化酶除了具有水解作用外，还具有转移作用。蔗糖水解时产生了不等量的葡萄糖和果糖，除此之外，还生成了一些低聚糖，这些低聚糖的结构后来得到了进一步确定，并被命名为蔗果三糖（kestose）族低聚糖。1952年Whalley等用酵母转化酶作用于蔗糖，首先得到蔗果三糖（kestose）。次年Bacon和Bell用高峰淀粉酶作用于蔗糖，产生了一系列低聚糖，从中析出异蔗果三糖（isokestose）。1954年Gross等从中又析出新蔗果三糖（neokestose）。

后来人们发现，低聚果糖各成分天然存在于各种植物中（见表2），在日常食用的食物如香蕉、大蒜、蜂蜜、洋葱、红糖、芦笋根茎、菊芋、小麦等中也发现有低聚果糖存在。1990年，NET（美国国家环境测试局）评估了低聚果糖在一些食物中的含量，根据这些食物中含量以及人们的日常食用量，对人们每天食用的低聚果糖量进行了估算（见表3），其中人均年平均消耗量来源于美国环境保护局（EPA）膳食安全评估系统所公布的数据，以体重58.9kg的成人年消费量计，水份含量取自美国农业部的消费数据（USDA，1975）。在这些数据的基础上，计算出人们每天从食物中获取的低聚果糖约为13.7mg／（kg·d）或806mg/d。

一、低聚果糖的化学结构

低聚果糖

低聚果糖（Fructo－oligosaccharides，简称FOS），又称寡果糖或蔗果低聚糖，分子式为G-F-Fn，n＝1～3（其中G为葡萄糖基，F为果糖基），是由蔗糖和1～3个果糖基通过β2，1键与蔗糖中的果糖基结合而成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖（分别简称为GF2、GF3、GF4）及其混合物。它们的分子式及相对分子质量如表1所示。

1950年Bacon与Edelman及Blanchard与Albon在研究酵母转化酶（invertase）时，分别独立地发现了该转化酶除了具有水解作用外，还具有转移作用。蔗糖水解时产生了不等量的葡萄糖和果糖，除此之外，还生成了一些低聚糖，这些低聚糖的结构后来得到了进一步确定，并被命名为蔗果三糖（kestose）族低聚糖。1952年Whalley等用酵母转化酶作用于蔗糖，首先得到蔗果三糖（kestose）。次年Bacon和Bell用高峰淀粉酶作用于蔗糖，产生了一系列低聚糖，从中析出异蔗果三糖（isokestose）。1954年Gross等从中又析出新蔗果三糖（neokestose）。

后来人们发现，低聚果糖各成分天然存在于各种植物中（见表2），在日常食用的食物如香蕉、大蒜、蜂蜜、洋葱、红糖、芦笋根茎、菊芋、小麦等中也发现有低聚果糖存在。1990年，NET（美国国家环境测试局）评估了低聚果糖在一些食物中的含量，根据这些食物中含量以及人们的日常食用量，对人们每天食用的低聚果糖量进行了估算（见表3），其中人均年平均消耗量来源于美国环境保护局（EPA）膳食安全评估系统所公布的数据，以体重58.9kg的成人年消费量计，水份含量取自美国农业部的消费数据（USDA，1975）。在这些数据的基础上，计算出人们每天从食物中获取的低聚果糖约为13.7mg／（kg·d）或806mg/d。

一、低聚果糖的化学结构

5、热稳定性

低聚果糖的热稳定性相当好，在中性条件下加热至140℃时都很稳定，见图6。

6、酸度与热稳定性的关系

低聚果糖在中性或接近中性的环境中具有相当好的热稳定性。当它处于pH低于4的酸性环境中时，则取决于温度，高温时易分解，而低温时则影响不大。它的热稳定性和酸奶中的稳定性分别见图7和表5所示.

注：光明牌酸奶，贮藏温度4℃。

7、保存稳定性

12％的低聚果糖在pH3和pH4的酸性条件下，于－25℃到40℃条件下保持3个月的稳定性如图8所示。由图可知，12％的糖浆在20℃以下，pH3和pH4的条件下保持3个月也非常稳定。

三、低聚果糖功能性质评价

研究表明，低聚果糖具有与普通食糖迥然不同的消化过程和代谢途径，并具有多种生理功能。

(一)消化代谢特性

低聚果糖经口腔进入人体消化系统后，不能被各种消化酶分解，因而经过胃、小肠不能被吸收，几乎未受影响的进入大肠。低聚果糖在大肠内可被双歧杆菌、乳杆菌等有益菌选择利用，使它们快速和大量繁殖。同时双歧杆菌等又对低聚果糖进行酵解，部分转化为短链脂肪酸和少量气体。其中，大约40％的低聚果糖被菌体利用排出体外，10％转化为CO2、H2、CH4等气体，近50％转变为醋酸、丙酸、丁酸和乳酸等。部分短链脂肪酸经结肠黏膜吸收后，再入肝脏，进一步代谢而转变为摄食者可吸收的能量，但其能量值很低，仅占蔗糖能量的1／3。

低聚果糖在消化过程中具有如下两个特点：

一方面它是一种难消化糖，并具有与水溶性膳食纤维相同的特征。据健康人及糖尿病患者数人摄取低聚果糖后的血糖负荷试验，摄取低聚果糖3h后连续采血样测定，血糖值及胰岛素值未见上升，从而确定了低聚果糖的难消化性。截止到1998年，日本厚生省在7年多的时间里共批准了108种保健食品，其中有77种声明使用不可消化低聚糖、膳食纤维等维护胃肠道功能，占其保健食品总量的71.3％。由此可见，低聚果糖作为保健食品在先进发达国家的地位很高。

另一方面，在大肠内，它有促进双歧杆菌等少数有益菌繁殖生长的作用，同时显著抑制有害菌的繁殖，实现对人体微生态的双相调节。在天然的非消化性功能食品中，低聚果糖是完全符合益生元（指能提高肠道内有益于健康的优势菌群的构成和数量，有利于宿主健康的物质）标准的典型双歧因子。

1998年11月15日，我国卫生部在北京举行的保健食品国际研讨会上，Fergus M. Clydesdale博士指出：Roberforid已于1995年提出了“益生元（Prebiotics）”这个相当新的概念，它强调的是非消化性的食物成分（目前来说，特别是非消化性的低聚糖），这种物质到达结肠，通过对肠道生理具有积极作用的一种或少数几种细菌进行选择性发酵，由于选择性的适宜基质的滋养，这些细菌对其它细菌而言具有繁殖上的优势，因而人们在食用了含益生元的食物后，结肠微生物菌群的组成发生了重大变化。

（二）生理功能

低聚果糖作为益生元的代表，具有双相调节微生态平衡的“整肠”生理功能。

1992年6月8日，日本健康食品协会就对日本明治制糖公司生产的低聚果糖的生理功能进行了综合评价，1995年9月29日，日本厚生省正式批准日本明治制糖公司生产的低聚果糖为特定保健用食品，确认了低聚果糖的“整肠作用，肠内菌群改善，大便性状改善，抑制肠内有害生成物质”的功能，并颁发了“保健食品的标示许可证书”。

1997年10月，我国卫生部保健食品评审委员会，经过对低聚果糖增殖双歧杆菌的人体试验后，证明该产品具有“抑制致病菌繁殖，消除肠内有害物质，降低血脂，增强机体免疫力”的能力。低聚果糖优越的生理学功能主要表现在以下几个方面：

1、 改善肠道菌群的功能

双歧杆菌（Lactobacillus bifis）是1899年由法国的巴斯德研究所的Tissier博士首次从健康的母乳喂养婴儿的粪便中分离出的一种菌。之后，以日本为主以及欧洲其他国家在内的研究人员通过30多年的研究，渐渐发现了双歧杆菌对人体的有益作用，并已成为衡量机体健康、评价改善胃肠菌群的功能性食品的标志之一。低聚果糖能够使双歧杆菌、乳杆菌增殖，使产气荚膜梭菌受到抑制或不增殖，是大肠肝菌或肠球菌、拟杆菌不增殖或增殖幅度低于双歧杆菌或乳杆菌增殖，可以认为，具有一定的调节胃肠道菌群的功能。

摄取功能性低聚果糖后，肠内双歧杆菌数量可增加数百倍。双歧杆菌不仅可抑制病菌的繁殖，而且可减少甚至完全消除梭状芽孢杆菌等腐败菌。腐败菌在将氨基酸分节时会产生出氨、胺、硫化氢、吲哚、酚等有害物质，是引起人体健康受到危害的诸多原因之一。低聚果糖可有效促进双歧杆菌繁殖，双歧杆菌不但不会产生有害物质，而且其代谢后产生的醋酸、乳酸等有机酸，可降低肠道pH，提高内源性溶菌酶活性，起到抑制大肠杆菌及梭状菌等致病菌或腐败菌繁殖的作用。另外，双歧杆菌还可以产生维生素B1、维生素B2、维生素B6、叶酸等维生素类物质，起到维护人体健康的作用。

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，每克低聚果糖中仅含6.3KJ的热量，因此非常适合于糖尿病患者及肥胖者食用。

3、降血脂

大量的人体试验已经证实，摄入低聚果糖后可降低血清胆固醇水平。每天摄入6～12g低聚果糖并持续2周至3个月，总血清胆固醇降低20～50mg/dl。包括双歧杆菌在内的乳酸菌及其发酵乳制品菌均能降低总血清胆固醇水平，提高女性血清中高密度脂蛋白胆固醇总胆固醇的比率。

血清胆固醇水平的降低，被认为是由于肠道微生物菌群平衡改变的结果。体外试验也表明，人体肠道内12株固有的嗜酸乳杆菌可吸收胆固醇，嗜酸乳杆菌能抑制小肠壁对胆固醇的吸收。双歧杆菌代谢产生烟酸的能力与血清胆固醇水平的降低也有一定关系。双歧杆菌通过抑制人体内活化的T细胞，控制新形成低密度脂蛋白接受器，起到降低血清胆固醇含量的作用。对小鼠的试验结果表明，双歧杆菌通过影响β－羟基－β－甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶的活性，控制胆固醇的合成，从而起到降低血清胆固醇含量的作用。

4、润肠通便

常用的具有润肠通便作用的物质有膳食纤维、糖醇和微生态制剂。膳食纤维不能被人体吸收，能部分被肠道菌群分解和发酵，产生有机酸，降低肠道pH，刺激肠粘膜蠕动。未被消化的膳食纤维形成的食物残渣能改变粪便性状，刺激结肠运动，促进排便。此外，水溶性膳食纤维能被细菌利用并能保持粪便中的水分。

低聚果糖不能在人体内被消化吸收，属于低相对分子质量的水溶性膳食纤维，因此可用它来使粪便变稀、缓解便秘。它的这种生理功能完全归功于其独有的发酵特征（双歧杆菌增殖特性）。低聚果糖优于膳食纤维的特点是它的日常需求量较小，在推荐量范围内不会引起腹泻。它具有一定的甜度，甜味特性良好，易溶于水，不增加产品的粘度，物理性质稳定，并易于添加于加工食品和饮料中。

5、增强免疫力

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、抗龋齿

功能性低聚果糖一般对牙齿无不良影响。龋齿主要是由于口腔微生物，特别是突变链球菌（Streptococcus mutans）利用蔗糖所生成的酸，特别是乳酸及不溶于水的β－葡聚糖作用的结果。功能性低聚果糖不能成为上述口腔微生物的作用底物，也没有菌体凝结作用，因而不会引起牙齿龋变。

7、促进矿物质的吸收

研究表明，低聚果糖具有截留矿物质元素如Ca、Mg、Fe、Zn的能力。低聚果糖不能被消化酶分解，在到达大肠后，随着低聚果糖被双歧杆菌发酵分解，释放出矿物质离子。众所周知，消化道的后半部分如盲肠、结肠等恰是矿物质元素被吸收的重要场所。另外，低聚果糖经双歧杆菌等发酵，产生的短链脂肪酸降低了肠道pH，在酸性环境中，许多矿物质溶解速度增加，因而有利于吸收。由于短链脂肪酸能刺激结肠膜细胞生长，因而提高了对矿物质的吸收能力。

四、安全性

低聚果糖具有如上所述的对人体有益的功能性质。作为保健食品或食品配料，对人体的安全性是它能被接受并广泛使用的一个关键因素。1982年，日本明治制糖公司中央研究所对低聚果糖的安全性进行了急性毒理试验、亚急性毒理试验、下痢试验等，结果表明了低聚果糖作为食品及食品配料的安全性。此外，还有很多的体内、体外试验，都用以评测低聚果糖对动物和人体的潜在毒性，结果表明，低聚果糖并没有任何副作用，惟一已知的影响就是进食大量低聚果糖（在小鼠的食物中超过5％）会发生粪便变稀或腹泻现象。

因而在日本，低聚果糖被看做是一种食品，而非食品添加剂，已经广泛用于多种食品中，形成了一项极为可观的日常消费。在台湾，保健食品市场中含有低聚果糖的奶、软饮料和饼干非常普遍。另外，目前在美国和日本，低聚果糖还被用作动物和家禽的饲料添加剂。

在我国，国产低聚果糖经国家卫生部指定的科研机构完成的多项安全毒理学试验都表明，低聚果糖是安全、无毒的。酶法生产低聚果糖所采用的菌种一般为黑曲霉（Aspergillus niger），属可安全用于食品的菌种。低聚果糖作为保健食品或食品配料添加到AD钙奶、乳酸饮料和酒等中都已获得国家卫生部颁发的保健食品证书。

五、产品的应用和发展方向

随着人们生活水平的提高，功能性食品添加剂的应用越来越广泛。低聚果糖由于其优良的生理活性及其保健功能，已广泛用于食品和其它领域。作为一种保健食品配料，它可添加于几乎所有饮料及允许有甜味的食品中，从而提高原有食品的价值。有很多专利报道了低聚果糖在食品及医药方面的应用，如作为沙门氏菌抑制剂、低热量食品及饮料、贫血改善剂等。需要注意的是，酸性较强的食品（pH＜3或某些面团中的酵母在一定条件下能水解低聚果糖，因此在这些食品中使用低聚果糖应十分小心。

（一）在食品和保健品中的应用

低聚果糖具有清纯、适中的甜味，保湿性好，易于加工，可广泛应用于各种食品中。在低聚果糖受到好评的日本，自1984年日本明治公司首先将低聚果糖作为食品推向市场以来，产量在1990年就超过了4000T，添加低聚果糖的食品，已由1992年的200多种增到530余种。例如：

奶制品：牛奶饮料、酸奶、乳酸菌饮料、奶粉等；
饮料：咖啡、茶饮料、清凉饮料、豆奶、酒类等；
糖果糕点：糖果、甜饼、面包、快餐、日式和西式点心、果冻、布丁等；
其他：保健食品、肉食加工品、水产加工品、腌菜、豆腐等。

在我国，低聚果糖除可单独作为保健食品销售外，还可添加于乳制品、糖果、果冻、面包及其他焙烤食品、饮料、食醋、酒等加工食品中，与其他成分配合使用后，还可制成改善肠道功能的药品。例如：添加到三元“高生物活性酸奶”、龙丹“双歧因子鲜奶”、三鹿“婴儿阶段双歧因子奶粉”、娃哈哈“AD钙奶乳酸饮料”和“竹叶青酒”以及喜之郎“健肠果冻”等五十余个食品中，它们大多数已经获得卫生部颁发的保健食品证书，“竹叶青保健酒”还获得国家级科技成果进步奖。

（二）在动物饲料中的应用

低聚果糖还可用于畜产领域。在幼猪饲料中加入低聚果糖进行饲养试验。刚断乳的幼猪容易患肠胃消化不良症或下痢，发育迟缓，体重增长很少。这时，将混有低聚果糖的饲料与没混低聚果糖的饲料相比较，发现下痢发生显著减少，测定粪便中腐败物质，结果氨的量是没投低聚果糖的1／10以下，p－甲酚、粪臭素也显著减少。低聚果糖用于鱼饲料、断奶小牛饲料及犬饲料也有类似效果。2000年6月浙江大学动物科学院采用低聚果糖制成新型双歧因子特效饲料：“无腹泻饲料”，成功完成了动物分子营养学试验重大科研课题。试验说明：FOS可对家禽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。

1998年，日本中村尹羲等人已完成了对猪仔和牛犊摄取FOS的试验，结论：添加0.375％的低聚果糖可使母猪消化道有效吸收增强，从而使其产后重新发情的天数由20天缩短至11天，提高产仔数，并避免了药物催情副作用。

2002年2月初，成都大熊猫繁育研究基地对一只病弱的大熊猫“莉莉”，连续20天投喂FOS，结果该大熊猫原来周期性出现的“排粘”、腹痛、厌食、稀便等症状得到了有效遏制，体能和精神转好，食欲和体重都明显增加。成都大熊猫繁育研究基地主任李光汉教授表示，利用FOS，促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后的调节，将大有可为。

低聚果糖由于其纯正清爽的甜味，众多优良的生理活性、保健功能与其良好的加工特性，在世界各国都有广阔的应用前景。消费资料表明，随着消费者对低热量食品兴趣的与日俱增，低聚果糖在市场上的用量将会继续增长。尽管用低聚果糖不能够取代蔗糖所拥有的使用广泛性，但就低聚果糖本身而言，它们几乎就是蔗糖的替代品。此外，高纯度低聚果糖产品也是糖尿病患者所需甜味剂的首选佳品，因此高纯度低聚果糖产品在我国也具有广泛的开发前景。

2. 低聚果糖的作用是什么

主要有以下6个方面的作用：

1.防治腹泄和便秘。 低聚果糖的属性与作用机理 低聚果糖是一种水溶性膳食纤维，长期服用可以降低血清胆固醇，改善脂质代谢，经动物和人体实验证实。

2.低聚果糖是一种优良的水溶性膳食纤维，能有效降低血清胆固醇、甘油三脂、游离脂肪酸的数量，对于因血脂高而引起的高血压、动脉硬化等一系列心血管疾病有较好的改善作用。

3.低热能值，由于低聚果糖不能被人体直接消化吸收，只能被肠道细菌吸收利用，故其热值低，不会导致肥胖，间接也有减肥作用。对糖尿病患者来说也是一种良好的甜味剂。

4.低聚果糖可以促进生长发育和防止骨质疏松症。同时还可促进维生素B1、B2、B3、B6、B12及叶酸的自然形成，从而提高人体新陈代谢水平，提高免疫力和抗病力。预防及改善由于体内毒而引起的皮肤性疾病，可防止面疮、黑斑、雀斑，青春痘、老人斑，使皮肤亮丽、老化减缓。

5.减少毒性代谢物（如吲哚、亚硝基氨）的生成，同时迅速将毒性代谢物排出体外，减轻肝脏负担，起到保护肝脏的作用，预防各种慢性病、癌症等作用明显，低聚果糖极少会被消化道中的胃酸和酶分解，极难被人体吸收。

6.由于其不能被口腔细菌(指突变链球菌Smutans)利用，因而具有防龋齿作用。

(2)湖北大学李广汉教授扩展阅读：

低聚果糖在糖果、饮料中的应用作为独特的低糖、低热值、难消化的功能性甜味剂，低聚果糖添加于甜味食品、饮料中，可以改善产品口味，降低食品热值。实际上，低聚果糖可以代替部分蔗糖用于生产各种糖果、果冻、巧克力等甜食制品，既能保持一定的甜度，又能防治龋齿，特别适合于儿童食用；在果味饮料和茶饮料中添加低聚果糖，可以使产品口味更柔和清爽。

在酒类中的应用 在酒类产品中添加低聚果糖，可以防止酒中内溶物沉淀，改善澄清度，提高酒的风味，使酒的口感更醇厚、更清爽。仝建波将低聚果糖应用于白酒中，并研究了低聚果糖与脂肪酸酯的缔合行为，测定了在体积分数为38%的乙醇溶液中低聚果糖对脂肪酸酯水解速率常数的影响。

参考资料：网络-低聚果糖

3. 湖北大学数学系教授都有谁

湖北大学数学抄与统计学学袭院的教授与副教授名单：

教授

吴传喜

李落清

刘合国

张绍义

田范基

万成高

李光汉

文胜友

曾祥勇

徐运阁

刘慧清

彭志刚

余杨

副教授

夏长清

黄朝炎

游春林

唐元义

尤俊桥

胡清峰

郑大彬

付应雄

邹斌

聂昌雄

李胜华

孙志敏

向妮

陈媛