水溶性膳食纖維水蘇糖的研究概況及應用現(xiàn)狀

張金澤

膳食纖維是一類嶄新的食品配料和活性成分，GB/T 5009.88-2008標準中將膳食纖維定義為：植物的可食部分，不能被人體小腸消化吸收，對人體有健康意義，聚合度≥3的碳水化合物和木質(zhì)素，包括纖維素、半纖維素、果膠、菊粉等?？茖W研究業(yè)已證實，膳食纖維的缺乏與不足會引起高血脂、高血糖、腸癌、便秘等各種“文明病”。然而，由于膳食纖維化學成分的高度不專一性，并不是所有的膳食纖維都具備這些功效。對于不同品種的膳食纖維，由于其內(nèi)部化學組成、結(jié)構(gòu)及物化特性的不同，在對機體健康的作用及影響方面也有差異。以水蘇糖等功能性低聚糖為代表的小分子水溶性膳食纖維類產(chǎn)品，因其功能明確、有效使用量低、易于定性定量等優(yōu)點，受到越來越多食品及保健品廠家的青睞。

水蘇糖的功能特點

水蘇糖是唇形科水蘇屬植物中天然存在的能顯著促進人體腸道有益菌群增殖的功能性低聚糖，被譽為“天然超強雙歧因子”。水蘇糖甜味純正（甜度為蔗糖的22%），性質(zhì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)明確，分子式C24H42O21，分子量666.59，簡單的結(jié)構(gòu)表示為果糖-葡萄糖-半乳糖-半乳糖。一般每天食用0.5～3g就有促進腸道內(nèi)雙歧桿菌和乳桿菌增殖的功效。水蘇糖以我國特有的傳統(tǒng)蔬菜草石蠶為原料提取分離得到，對比目前國內(nèi)以淀粉、蔗糖為原料，通過酶工程轉(zhuǎn)化而得到低聚異麥芽糖、低聚果糖等產(chǎn)品（有效使用量8～15g/d），水蘇糖具有純天然、使用量低、無副作用的突出優(yōu)勢，是一種具有天然屬性的水溶性膳食纖維。

水蘇糖的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)生產(chǎn)水蘇糖的方法以物理提取工藝為主，采用的原料為毛葉地筍、澤蘭、草石蠶等，經(jīng)過浸提、澄清、活性炭脫色、離子交換脫鹽后噴霧干燥得到水蘇糖產(chǎn)品。因提純過程中使用不同原料及提取過程中水蘇糖發(fā)生分解，最終產(chǎn)品中水蘇糖含量一般為20%～70%，限制了其應用領(lǐng)域。早在20世紀60年代國外就有關(guān)于水蘇糖酶法生物合成的研究，主要是應用從植物中提取的半乳糖基轉(zhuǎn)移酶來合成棉籽糖族功能性低聚糖，包括棉籽糖、水蘇糖和毛蕊五糖，但因為資源限制和成本問題一直未形成生產(chǎn)規(guī)模。

中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院承擔的國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）“高純水蘇糖生物提取與工業(yè)色譜分離技術(shù)研究”項目，是從我國傳統(tǒng)特色蔬菜草石蠶中提取分離得到的水蘇糖，更符合人們對食品綠色、天然、安全的要求。對于純天然提取物普遍存在的提取率低、提取過程中功能性成分發(fā)生變化、功能性成分純度低等問題，該項目憑借微生物對不同糖類利用的特殊性，通過篩選特殊的微生物發(fā)酵菌株，馴化菌種對單糖、雙糖的優(yōu)先利用，控制發(fā)酵工藝條件，對純天然植物提取原液接種特定的菌種，通過微生物發(fā)酵、去除提取液中的單糖、雙糖等，保留功能性低聚糖的成分，相對富集提高水蘇糖在總糖中的比例，結(jié)合水蘇糖工業(yè)色譜分離技術(shù)，研究選擇適合的分離固定相、分離液的特性，優(yōu)化分離條件，達到提純分離的目的，最終產(chǎn)品水蘇糖含量可達90%以上，屬于國際先進水平，實現(xiàn)了高純水蘇糖的規(guī)模化生產(chǎn)。項目成果“水蘇糖P80型”產(chǎn)品于2013年9月5日通過科技部立項被列入“2013年度國家重點新產(chǎn)品計劃”，帶動了水蘇糖的產(chǎn)業(yè)化升級和推廣應用。

高純度水蘇糖的研究開發(fā)，由于其使用量小，不會改變食品的外觀、色澤、口味等，可把水蘇糖擴大應用到食品配料的各個領(lǐng)域，包括特殊膳食如糖尿病病人食品，防齲齒食品等，有望進入醫(yī)藥領(lǐng)域；同時還可提高低聚糖產(chǎn)品的國際市場競爭力，打破日本等國外商家壟斷低聚糖國際市場的局面。

水蘇糖的國內(nèi)外應用現(xiàn)狀

水蘇糖可以促進雙歧桿菌、乳桿菌增殖，快速調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，因此可以作為輔料添加入日常膳食中改善胃腸道健康。通過調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，水蘇糖可以起到促進鈣吸收、減少肝內(nèi)毒素、排除體內(nèi)鉛等重金屬的作用，因此也被用于制備具有特殊功能的保健品，包括補鈣產(chǎn)品、護肝產(chǎn)品及排鉛產(chǎn)品等。水蘇糖具有Gal-α-1，6-Gal結(jié)構(gòu)，國外有研究證實其α-Gal結(jié)構(gòu)在配合基接收器交感反應的分子機制基礎(chǔ)上參與免疫、病原體和細胞之間的吸附等生物過程，使水蘇糖具有預防病原體感染、中和毒素和調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的功能，因而可以應用到醫(yī)藥領(lǐng)域。

隨著水蘇糖生產(chǎn)技術(shù)的成熟及應用的推廣，其功能逐步得到市場的認可，在保健品和食品領(lǐng)域得到廣泛的應用。目前我國有關(guān)水蘇糖的專利共計153項，其中涉及水蘇糖生產(chǎn)技術(shù)的有29項，涉及水蘇糖檢測技術(shù)的2項，其余122項專利均為水蘇糖的應用專利。應用的產(chǎn)品包括乳飲料、酒類、茶飲料、保健品、護膚品等，產(chǎn)品功能涉及調(diào)節(jié)胃腸道、保肝護肝、改善骨健康、治療尿毒癥、增強免疫功能、治療糖尿病、抑制有害菌、保濕護膚等。

水蘇糖的市場化現(xiàn)狀

隨著消費者對水蘇糖認知度的逐漸提高，國內(nèi)生產(chǎn)水蘇糖的企業(yè)也越來越多。如何在水蘇糖漸熱之時把握好水蘇糖的安全生產(chǎn)及正確宣傳，讓水蘇糖產(chǎn)業(yè)健康、穩(wěn)健、持續(xù)的發(fā)展，成為人們關(guān)注的熱點。

中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院自1996年承擔輕工總會重點科研項目“功能性低聚糖——水蘇糖的研究與開發(fā)”開始至今，一直致力于水蘇糖生產(chǎn)開發(fā)技術(shù)的研究及市場規(guī)范化的推動。2007年，研究院在河北省合作成立了承德京天食品科技有限公司，建立年產(chǎn)300噸的生產(chǎn)線；2010年10月，由研究院聯(lián)合承德京天食品科技有限公司向衛(wèi)生部申報的水蘇糖新資源食品行政許可獲得批準，水蘇糖可以作為普通食品配料使用；2012年7月1日，由研究院和承德京天食品科技有限公司為起草單位的水蘇糖行業(yè)標準開始正式實施；2012年11月，承德京天食品科技有限公司獲得水蘇糖食品生產(chǎn)許可證，并成為國內(nèi)首家獲準按其他食品-2802（水蘇糖）進行生產(chǎn)管理的水蘇糖制造商。

這一系列市場規(guī)范化舉措保證了水蘇糖產(chǎn)品使用的安全性，推動了水蘇糖產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

膳食纖維產(chǎn)品的發(fā)展前景

膳食纖維的生理功效是明確而肯定的，隨著人們對膳食纖維功能性關(guān)注度的不斷提升，市場上出現(xiàn)了越來越多的添加膳食纖維的相關(guān)食品和飲料。目前膳食纖維類產(chǎn)品已被確定的功能包括低熱量、防治肥胖、降血糖、降血脂、調(diào)節(jié)腸道菌群、潤腸通便等，具備這些功能且應用較為廣泛的產(chǎn)品包括高聚合度的聚葡萄糖、日本松谷fibersol～2、法國羅蓋特FB～06等水溶性膳食纖維；中等聚合度的菊粉、多聚果糖，及水蘇糖、低聚果糖、低聚異麥芽糖等聚合度較低的功能性低聚糖類。高聚合度的水溶性膳食纖維有效使用量一般為25g/d，菊粉、低聚異麥芽糖、低聚果糖的有效使用量為8～15g/d，水蘇糖、低聚木糖的有效使用量為0.5～3g/d。考慮到生產(chǎn)成本及產(chǎn)品形式等因素，市場上多數(shù)膳食纖維概念產(chǎn)品均不能達到有效添加量，甚至遠遠低于其推薦量，使得最終產(chǎn)品不能達到應具有的效果。因此，開發(fā)出高效、價優(yōu)的膳食纖維產(chǎn)品將成為今后努力的方向，以水蘇糖為代表的天然、安全、高效的小分子水溶性膳食纖維產(chǎn)品將具有廣闊的發(fā)展前景。endprint