常見(jiàn)功能性低聚糖的應(yīng)用研究進(jìn)展及安全性分析

楊 成，史潤(rùn)東東，3，姜 欣，3，瞿東楊，唐曉姝，李興偉，張連富*，3

（1.食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江南大學(xué)，江蘇 無(wú)錫214122；2.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫214122；3.北京工商大學(xué)北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心，北京100048；4.無(wú)錫中糧工程科技有限公司，江蘇無(wú)錫214035）

功能性低聚糖是指由2～10個(gè)單糖通過(guò)糖苷鍵聚合而成的具有多種生理活性的碳水化合物[1]。經(jīng)研究證實(shí)具有諸多保健功效，如促進(jìn)腸道健康、提高免疫力、降低血清膽固醇等。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主要的功能性低聚糖有：低聚果糖（FOS）、異麥芽低聚糖（IMO）、低聚半乳糖（GOS）等[2]。

添加到已有保健食品或市售產(chǎn)品中的低聚糖種類和來(lái)源各異，不同低聚糖的來(lái)源、加工工藝、純度、產(chǎn)品中成分占比、產(chǎn)品形式（粉劑、液態(tài)糖漿等）以及添加量和建議攝入量都會(huì)影響產(chǎn)品的食用安全性以及預(yù)期達(dá)到的功能性。因此，研究3種功能性低聚糖的原料一致性、產(chǎn)品一致性，闡明原料來(lái)源、原料生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品純度和產(chǎn)品添加量對(duì)產(chǎn)品的安全性和功能活性的影響規(guī)律，明確其量效關(guān)系對(duì)建立3種功能性低聚糖的原料質(zhì)量技術(shù)要求和產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)要求意義重大。作者就3種功能性低聚糖的研究進(jìn)展、安全性和在食品產(chǎn)業(yè)中的使用作一闡述。

1 功能性低聚糖的來(lái)源與生產(chǎn)

1.1 低聚果糖

FOS的天然來(lái)源主要有小麥、洋蔥、菊芋等植物[3]。此外還可通過(guò)微生物如霉菌或酵母菌的單、混菌發(fā)酵制得，常見(jiàn)菌種有：出芽短梗霉、釀酒酵母[4]、黑曲霉[5]等。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T23528—2009[6]規(guī)定，F(xiàn)OS生產(chǎn)應(yīng)以蔗糖或菊芋、菊苣等植物根莖為原料。美國(guó)FDA描述FOS的加工工藝為：通過(guò)β-呋喃果糖酶轉(zhuǎn)化蔗糖得到FOS。再經(jīng)Pachysolen tannophilus去除轉(zhuǎn)化時(shí)產(chǎn)生的還原糖，后通過(guò)活性炭脫色、過(guò)濾、微濾澄清除去沉淀得到終產(chǎn)品。FOS的主要來(lái)源及生產(chǎn)方式見(jiàn) 。

表1 低聚果糖的來(lái)源及生產(chǎn)Table 1 Source and production of oligofructose

目前工業(yè)生產(chǎn)FOS主要有兩種方法：以菊苣、菊粉為原料的酶水解法或以蔗糖為原料的酶轉(zhuǎn)化法，前者在工業(yè)上使用更多[2]。產(chǎn)品主要為G型FOS（純度55%～65%）和P型FOS（純度96%）。

1.2 異麥芽低聚糖

IMO天然來(lái)源于發(fā)酵食品包括味噌、清酒、醬油，在馬鈴薯、小麥、蜂蜜[15]等食品中也廣泛存在。

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20881—2017[16]中規(guī)定IMO是以淀粉或淀粉質(zhì)為原料，經(jīng)酶法轉(zhuǎn)化、精制、濃縮等工藝制得的一種淀粉糖制品。FDA指出制備IMO的方法是以玉米、小麥等與水混合制得漿液，通過(guò)酶水解形成異麥芽低聚糖。經(jīng)酵母消耗過(guò)量的葡萄糖后，加熱使酵母失活并除去乙醇，混合物純化后通過(guò)噴霧干燥或蒸發(fā)得到終產(chǎn)品。加拿大衛(wèi)生部指出，IMO是通過(guò)酶催化水解淀粉，經(jīng)糖化產(chǎn)生高濃度糖漿，最后由轉(zhuǎn)葡糖苷酶轉(zhuǎn)化為IMO，其主要來(lái)源及生產(chǎn)工藝見(jiàn)表2。

表2 異麥芽低聚糖的來(lái)源及生產(chǎn)Table 2 Source and production of isomalto-oligosaccharides

國(guó)內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)IMO主要通過(guò)耐高溫α-淀粉酶水解原料得到麥芽糖漿，再經(jīng)由α-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶的轉(zhuǎn)化、過(guò)濾、脫色、脫鹽、濃縮等工藝制得。目前我國(guó)市場(chǎng)上的IMO商品有IMO-50和IMO-90兩種，分別有糖漿和糖粉兩種產(chǎn)品形態(tài)。

1.3 低聚半乳糖

GOS天然存在于母乳和水果蔬菜中，目前我國(guó)僅有將其作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑使用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。衛(wèi)生部2008年第20號(hào)公告批準(zhǔn)GOS為新資源食品，是以牛乳的乳糖為原料，經(jīng)β-半乳糖苷酶催化再通過(guò)轉(zhuǎn)半乳糖苷的轉(zhuǎn)移作用得到GOS，其主要來(lái)源及生產(chǎn)方式見(jiàn)表3。

表3 低聚半乳糖的來(lái)源及生產(chǎn)Table 3 Source and production of galactooligosaccharides

工業(yè)制備GOS的方法主要有5種：天然提取、微生物發(fā)酵、天然多糖酸水解、化學(xué)及酶法合成。其中酶法合成用途最為廣泛，是以乳糖為底物，經(jīng)微生物來(lái)源的β-半乳糖苷酶催化合成[33]。

2 功能性低聚糖的安全性

2.1 低聚果糖

關(guān)于FOS在動(dòng)物和人體實(shí)驗(yàn)方面的研究見(jiàn)表4。在安全性上，F(xiàn)DA在GRN000044中聲明在為期104周的慢性喂養(yǎng)中，每天分別按小鼠體重2 170 mg/kg和2 664 mg/kg的劑量飼喂雄性和雌性大鼠，沒(méi)有顯示FOS具有致癌性，致真菌性或致裂性潛力。FDA也指出一般人群中攝入FOS量最高達(dá)20 g/d，高劑量攝入FOS時(shí)，在動(dòng)物和人體中出現(xiàn)腹痛、腹瀉、腸道炎癥加劇的情況。

表4 低聚果糖的動(dòng)物及人體實(shí)驗(yàn)Table 4 Animal and human experiments of oligofructose

2.2 異麥芽低聚糖

關(guān)于IMO在動(dòng)物和人體實(shí)驗(yàn)方面的研究見(jiàn)表5。在適用人群方面，IMO適用于便秘患者、腸道菌群失調(diào)但無(wú)明顯胃腸疾患、內(nèi)分泌代謝性疾患的人群及老年人。值得注意的是，英國(guó)食品標(biāo)準(zhǔn)局在2013年要求：食品中包含Bioneutra IMO必須標(biāo)注不適用于糖尿病患者。結(jié)合以上各國(guó)和組織的報(bào)道，每人食用10～30 g/d IMO具有通便功能和調(diào)節(jié)腸道菌群的作用，且不會(huì)產(chǎn)生明顯不良作用。

表5 異麥芽低聚糖的動(dòng)物及人體實(shí)驗(yàn)Table 5 Animal and human experiments of isomalto-oligosaccharides

續(xù)表5

2.3 低聚半乳糖

關(guān)于GOS在動(dòng)物和人體實(shí)驗(yàn)方面的研究見(jiàn)表6。1991年日本厚生省推薦GOS的日攝入量2.5 g。FDA將GOS列為國(guó)際公認(rèn)安全的食品添加劑。

表6 低聚半乳糖的動(dòng)物及人體實(shí)驗(yàn)Table 6 Animal and human experiments of galactooligosaccharide

3 國(guó)內(nèi)外政策法規(guī)

3.1 低聚果糖

各國(guó)法規(guī)對(duì)于FOS的使用聲明見(jiàn)表7。歐盟食品科學(xué)委員會(huì)指出，使用90%的“低聚半乳糖基乳糖”和10%的“高相對(duì)分子質(zhì)量FOS基蔗糖”高達(dá)8 g/L的配方，無(wú)證據(jù)表明不良影響。

表7 各國(guó)法規(guī)對(duì)低聚果糖的使用說(shuō)明Table 7 Instructions for the use of oligofructose in national regulations

根據(jù)各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的情況來(lái)看，各國(guó)在一般食品中對(duì)于FOS的使用無(wú)較為明確和統(tǒng)一的用量規(guī)定，但在對(duì)嬰兒配方食品中均特別限定添加量。FOS對(duì)于健康足月嬰兒來(lái)說(shuō)是安全的。

3.2 異麥芽低聚糖

各國(guó)法規(guī)對(duì)于IMO的使用聲明見(jiàn)表8。歐洲食品安全局表示食用IMO產(chǎn)品每天15～20 g可達(dá)到低升糖指數(shù)的目的。另外，根據(jù)Oku and Nakamura的結(jié)果顯示，男性對(duì)于IMO的最大允許劑量為1.5 g/kg，此劑量不會(huì)造成暫時(shí)性腹瀉。

表8 各國(guó)法規(guī)對(duì)異麥芽低聚糖的使用說(shuō)明Table 8 Instructions for the use of isomalto-oligosaccharides innational regulations

值得注意的是，英國(guó)食品標(biāo)準(zhǔn)局在2013年要求食品中包含BioNeutra IMO必須標(biāo)注不適用于糖尿病患者。

結(jié)合各國(guó)報(bào)道，每人食用10～30 g/d IMO具有通便和調(diào)節(jié)腸道菌群的作用，適用于便秘患者、腸道菌群失調(diào)但無(wú)明顯胃腸疾患、內(nèi)分泌代謝性疾患的人群及老年人，每人攝入IMO不應(yīng)超過(guò)30 g/d。

3.3 低聚半乳糖

各國(guó)關(guān)于GOS的使用聲明見(jiàn)表9。日本厚生省推薦GOS日攝入量為2.5 g。FDA將其列為國(guó)際公認(rèn)安全的食品添加劑。目前，我國(guó)僅有將其作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑使用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。另外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，每人每日攝入GOS 3～10 g即能顯示各種生理功能。結(jié)合相關(guān)研究及法規(guī)，GOS添加量為0.5%～6.0%。

表9 各國(guó)法規(guī)對(duì)低聚半乳糖的使用說(shuō)明Table 9 Instructions for the use of galactooligosaccharides in national regulations

4 功能性低聚糖在保健食品中的應(yīng)用

根據(jù)國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局和衛(wèi)生部的批示，目前國(guó)產(chǎn)保健食品中已獲批準(zhǔn)的以FOS為原料或配料的產(chǎn)品共計(jì)218例，進(jìn)口保健食品1例。以IMO為原料或配料的保健食品共計(jì)108例，無(wú)進(jìn)口保健食品。含GOS的保健食品共計(jì)12例，無(wú)進(jìn)口保健食品。我國(guó)主要包含3種功能性低聚糖的產(chǎn)品見(jiàn)表10。國(guó)外如比利時(shí)ORAFTI公司和荷蘭SENSUS公司已經(jīng)對(duì)菊粉進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，成功地開(kāi)發(fā)出菊粉系列的功能性食品基料。

表10 我國(guó)含3種功能性低聚糖的保健食品舉例Table 10 Examples ofhealth food products containing three oligosaccharidesin China

我國(guó)含功能性低聚糖的產(chǎn)品形式多樣，主要包含口服液、膠囊、粉劑等。功效主要為改善胃腸道功能、增強(qiáng)免疫。不適宜人群集中在少年兒童、孕期及哺乳期婦女、腹瀉者這3類人群。從批準(zhǔn)的產(chǎn)品例數(shù)上可得出，我國(guó)對(duì)3種功能性低聚糖的應(yīng)用為FOS＞IMO＞GOS。

5 現(xiàn)存問(wèn)題

5.1 不同國(guó)家法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)要求存在差異

5.1.1 原料來(lái)源不統(tǒng)一、產(chǎn)品純度不明確功能性低聚糖的生產(chǎn)方式包括：天然原料中提取、天然多糖的水解（酸解、酶解）、化學(xué)法、發(fā)酵法或酶法合成。僅酶法合成就有不同酶可以選擇，而多樣的選擇帶來(lái)產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定性，純度參差不齊，且安全性沒(méi)有保障。以GOS為例，不同酶源合成的GOS糖鏈組成也有差別，導(dǎo)致GOS產(chǎn)物的耐酸性、熱穩(wěn)定型及保存穩(wěn)定性均有所差異。

不同生產(chǎn)方式得到的低聚糖原料純度、雜質(zhì)含量不同，而各個(gè)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定沒(méi)有全面考慮該差異。以IMO為例，不同國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品中IMO的純度也有不同規(guī)定。加拿大衛(wèi)生部要求IMO制劑（糖漿或粉末）中IMO＞90%，葡萄糖＜5%。而我國(guó)GB/T 20881—2017IMO中僅對(duì)IMO-50型（干物質(zhì)≥75%，其中IMO占干物質(zhì)≥50%）和IMO-90型（干物質(zhì)≥75%，其中IMO占干物質(zhì)≥90%）產(chǎn)品做出要求。

5.1.2 推薦劑量參差不齊、適宜人群不明確根據(jù)歐洲食品安全局（EFSA）提供數(shù)據(jù)可知，每天食用IMO產(chǎn)品15～20 g可達(dá)到低升糖指數(shù)的目的，每天30 g可保持正常的胃腸道等功能；加拿大衛(wèi)生部規(guī)定每天IMO攝入量應(yīng)不超過(guò)30 g；FDA規(guī)定IMO混合物的攝入量約為每人30 g/d；澳大利亞和新西蘭食品標(biāo)準(zhǔn)局、日本厚生勞動(dòng)?。∕HLW）和我國(guó)國(guó)標(biāo)（GB/T 20881—2017低聚異麥芽糖）均未對(duì)IMO的使用劑量以及適用人群做出描述。

5.2 產(chǎn)品功能性評(píng)價(jià)方法、作用原理不明確

根據(jù)前期文獻(xiàn)采集及分析發(fā)現(xiàn)，針對(duì)3種功能性低聚糖的研究論文多采用人體試驗(yàn)和動(dòng)物試驗(yàn)等研究方法，而細(xì)胞實(shí)驗(yàn)等機(jī)理性研究欠缺。此外，以IMO為例，人體和動(dòng)物試驗(yàn)中，受試物基本不統(tǒng)一，IMO總量不同，且異麥芽糖、潘糖、異麥芽三糖、異麥芽四糖的比例也不同。因此試驗(yàn)所用原料具有差異性，也會(huì)影響對(duì)產(chǎn)品的功能性指標(biāo)的評(píng)價(jià)和判定。

6 解決辦法

6.1 明確標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)機(jī)理研究

低聚糖已成功應(yīng)用于食品產(chǎn)業(yè)并深受消費(fèi)者喜愛(ài)，然而其測(cè)定方法、評(píng)價(jià)方法不一，機(jī)理研究仍較缺乏。因此，仍需企業(yè)和院校的研發(fā)人員和科研工作者在該領(lǐng)域開(kāi)疆?dāng)U土，深耕細(xì)作，促進(jìn)低聚糖的廣泛應(yīng)用，形成良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。

6.2 信息共享、及時(shí)更新

信息不暢是造成各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)不一、產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊的原因之一。應(yīng)充分利用大數(shù)據(jù)時(shí)代的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，征集功能性低聚糖相關(guān)的產(chǎn)業(yè)調(diào)研、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和健康證據(jù)，信息共享，明確功能性低聚糖的作用機(jī)理、產(chǎn)品形態(tài)、純度及對(duì)應(yīng)推薦用量。

7 展望

隨著我國(guó)新消費(fèi)升級(jí)和人們對(duì)健康、養(yǎng)生需求的日益增長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)、保健食品將會(huì)愈加受到大眾青睞，人們比以往更加注重甜味劑的質(zhì)量、營(yíng)養(yǎng)及保健特性。功能性低聚糖作為一款理想的化學(xué)甜味劑替代品，不僅能保證產(chǎn)品感官品質(zhì)，又能發(fā)揮其獨(dú)特的保健功能，與此同時(shí)還可避免人們因攝入過(guò)多蔗糖而產(chǎn)生的對(duì)身體的危害，減少人們的飲食負(fù)擔(dān)。因此，開(kāi)發(fā)功能性低聚糖的相關(guān)保健食品，促進(jìn)我國(guó)人群的健康，已成為食品行業(yè)工作者的一項(xiàng)迫切任務(wù)。

我國(guó)有豐富的大豆、甜菜糖蜜、淀粉、砂糖等制造功能性低聚糖的原料，具備開(kāi)發(fā)功能性低聚糖相關(guān)產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，盡管對(duì)低聚糖的研究起步較晚，但隨著研究的深入，發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。北京、無(wú)錫、山東等地均有生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品種類及數(shù)量也在逐年增多。

功能性低聚糖的市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。作者針對(duì)目前國(guó)際市場(chǎng)常用的3種功能性低聚糖的安全性以及法律法規(guī)要求進(jìn)行梳理，初步得到不同低聚糖的推薦或安全使用劑量，并指出目前低聚糖應(yīng)用研究方面存在的問(wèn)題，有利于功能性低聚糖在食品和飼料方面的應(yīng)用，并對(duì)其在保健及醫(yī)藥領(lǐng)域的深入開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)支撐。