低聚木糖在食品中的應用

王新明 閻金龍 覃樹林 劉立存 肖林 朱占祥

1.山東龍力生物科技股份有限公司； 2.山東省功能糖工程技術研究中心； 3.山東省秸稈生物煉制技術重點實驗室

一、引言

低聚木糖（Xylo-oligosaccharide，XOS）是2-9個木糖分子通過β-1，4-糖苷鍵連接而成，并以木二糖、木三糖、木四糖為主要成分的混合物。1980s在日本研制成功并產(chǎn)業(yè)化，2001年在國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化，低聚木糖不能被人體消化酶消化，但能被腸道中的有益菌尤其是雙歧桿菌利用[1]，高效增殖有益菌，抑制有害菌生長，改善腸道微生態(tài)，并進一步改善機體健康[2]。與其他低聚糖相比，低聚木糖有較好的穩(wěn)定性，適用于各類食品加工條件。隨著低聚木糖的功能研究不斷深入，相關標準和法規(guī)不斷完善，低聚木糖的應用越來越廣泛，目前主要應用于保健品、乳品、功能性食品、動物飼料中[3]。

二、低聚木糖在食品中的應用法規(guī)和標準

（一）低聚木糖在中國法規(guī)標準概況

低聚木糖在中國作為“新資源食品”管理，2005年，衛(wèi)生部向山東龍力生物科技股份有限公司頒發(fā)了新資源食品衛(wèi)生審查批件；2008年5月衛(wèi)生部第12號公告，批準低聚木糖為新資源食品；2014年衛(wèi)生部第20號公告，調(diào)整了原公告中低聚木糖的來源、食用量和生產(chǎn)工藝等要求，生產(chǎn)經(jīng)營上述食品應當符合有關法律、法規(guī)、標準規(guī)定。其中主要成分是木二糖-木七糖；來源為小麥秸稈、玉米秸稈（玉米芯）；生產(chǎn)工藝是以小麥秸稈或玉米秸稈為原料采用蒸汽爆破法或高壓蒸煮法，經(jīng)木聚糖酶酶解生產(chǎn)而成；食用量為≤3.0g/d（以木二糖-木七糖計）；適用食品類別為使用范圍不包括嬰幼兒食品；質(zhì)量要求是性狀為淺黃色粘稠狀液體，低聚木糖（木二糖—木七糖）含量 （以干基計）（g/100g）為 ≥70，干物質(zhì)（固形物）(g/100g)為70±1，pH為3.5-6.5，灰分為 (g/100g)≤0.3。

2017年12月中國國家標準化管理委員會發(fā)布第32號公告“關于批準發(fā)布《花生油》等1090項國家標準、4項國家標準修改單和51項國家標準外文版的公告”。其中包括低聚木糖GB/T 35545-2017將在2018年7月1日起正式實施。此標準適用于以玉米芯為原料，經(jīng)酶解精制而成的低聚木糖。并且規(guī)定了低聚木糖的術語和定義、產(chǎn)品分類、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸和貯存。規(guī)范了不同類型XOS含量的檢測方法，其中XOS-95型、XOS-70型糖粉（不含賦形劑）、XOS-70型糖漿可以采用附錄A（高效液相色譜法）和附錄B（稀酸水解高效液相色譜法）方法測定，以附錄B方法為仲裁方法；而XOS-70型糖粉（含賦形劑）、XOS-35型、XOS-20型采用附錄B方法測定。

（二）低聚木糖在國際法規(guī)標準概況

日本是最早研究和使用低聚木糖的國家，1996年低聚木糖經(jīng)日本保健用食品學術委員會審定和日本厚生省第64號許可證認定為“特定保健用食品添加劑”，功能為能夠增殖雙歧桿菌，保持腸道的良好環(huán)境，以調(diào)理腸胃健康，每天攝入量為1-3g。可直接作為保健食品銷售，也可作為保健食品功能因子開發(fā)高效保健食品。2009年，韓國將龍力低聚木糖批準為“健康功能食品的功能性原料”，功能為增殖腸內(nèi)有益菌，抑制有害菌繁殖，促進排便活動，每天攝入量為0.7-7.5g。

在美國，低聚木糖已經(jīng)通過了GRAS（美國 FDA 評價食品添加劑的安全性指標）準入認證。根據(jù)《聯(lián)邦食品、藥品和化妝品法》(FDC)第 21 U.S.C. 350b(d)的規(guī)定，在美國市場的膳食補充劑中，含有新的膳食成分，必須通過NDI（定義為1994年10月15日后進入美國市場的膳食原料成分）安全認證。低聚木糖屬于新的膳食成分，已通過NDI準入認證，安全性和功能性都得到了國際權威認可。作為膳食補充劑無毒、無害、無任何副作用，可添加到任意一款保健品以及成人的食品、糖果和飲料中。

歐盟的食品安全由食品安全局（EFSA）統(tǒng)一管理，根據(jù)歐盟委員會評審要求，歐洲食品安全局飲食產(chǎn)品、營養(yǎng)和過敏癥小組（NDA）根據(jù)法規(guī)EU2015/2283對低聚木糖作為新資源食品（NF）的安全性進行了評估認為低聚木糖是通過酶催化水解玉米芯并隨后純化獲得的，主要成分為低聚糖，能耐受人體消化酶，并被結(jié)腸細菌發(fā)酵。經(jīng)驗證其成分組成、規(guī)格、生產(chǎn)工藝和穩(wěn)定性不會引起安全問題，在擬建議的應用領域和推薦劑量下是安全的。2018年11月6日，根據(jù)歐盟委員會發(fā)布（EU）2018/1648條例，批準低聚木糖作為新型食品投放市場。將低聚木糖列入實施法規(guī)（EU）2017/2470中建立的授權新型食品的清單中，其用于的食品類別（特定食物類別）及最大用量如下：白面包、全麥面包、谷類早餐食品、餅干最大使用水平14 g/kg；豆奶、酸奶最大使用水平3.5g/kg；果醬制品、巧克力糖果最大使用水平30g/kg。2020年7月2日，歐盟委員會發(fā)布（EU）2020/916號條例，批準低聚木糖（xylooligosaccharides）作為新型食品的擴增用途，可用于成人食品補充劑中，最大使用水平2g/天。

三、低聚木糖在食品加工貯存中的穩(wěn)定性

低聚木糖的優(yōu)異功能由其特殊的結(jié)構(gòu)和單體組成比例所決定，特殊的糖苷鍵不能被機體和腸道有害菌消化，只能被有益菌利用，木二塘-木七糖中各種糖組分所占的比例不同，對腸道有益菌群的增殖效果也存在差異。低聚木糖在食品加工過程和食品貯存過程中的總含量和各糖組分比例穩(wěn)定性決定了其功能的保持。

經(jīng)考察低聚木糖在pH2.5～8下加熱時的含量穩(wěn)定性和顏色渾濁度，發(fā)現(xiàn)低聚木糖在pH2.5-8下加熱100℃含量穩(wěn)定，顏色渾濁度隨pH上升而略有加深，但不影響食品加工。經(jīng)研究低聚木糖在不同pH條件和食品滅菌條件下的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)低聚木糖在食品pH條件下（4.2-7），巴氏殺菌、高溫殺菌、高壓殺菌過程中總含量穩(wěn)定，本文進一步分析了低聚木糖中各組分在酸性高溫條件處理中的變化，發(fā)現(xiàn)低聚木糖總量穩(wěn)定的同時，各組分的比例也保持恒定。

經(jīng)研究低聚木糖在pH為2和11，4℃、37℃儲存后的穩(wěn)定性。pH為11時，低聚木糖中的糖苷鍵斷裂明顯，4℃儲存18周后斷裂16%，37℃儲存56天后斷裂67%；pH為2時在兩種溫度下沒有糖苷鍵斷裂，低聚木糖具有較好的耐酸性。低聚木糖含有羰基，與氨基酸產(chǎn)品混合加熱會發(fā)生美拉德反應，不過產(chǎn)生的低聚木糖衍生物具有一定抗氧化作用。

四、低聚木糖在食品中的應用

（一）低聚木糖在普通食品中的應用

隨著普通食品功能化，功能食品大眾化的發(fā)展趨勢，低聚木糖在普通食品中添加不斷增加。低聚木糖的起效量低，方便添加到各類劑型食品中。在乳制品中添加低聚木糖可以改善乳糖不耐受、改善蛋白質(zhì)代謝、延長酸奶貨架期、緩解胃腸不適。在酸奶、乳酸菌飲料或益生菌固體飲料中添加低聚木糖，可以起到改善腸道健康的協(xié)同增效效應。在代餐粉中添加低聚木糖，可以有快速的體感。將營養(yǎng)素與低聚木糖復配，可以促進營養(yǎng)素的有效吸收利用。

（二）低聚木糖在特殊食品中的應用

保健食品、特殊醫(yī)學用途配方食品、特殊膳食用食品等為滿足某些特殊人群的生理需要，或某些疾病患者的營養(yǎng)需要，按特殊配方而專門加工的食品。低聚木糖因其優(yōu)異的健康功效在特殊食品中有廣泛應用。

低聚木糖在日本應用于調(diào)理腸胃健康的特定保健食品中，在韓國應用于改善腸道菌群、潤腸通便的健康功能食品中，在美國也有多種添加低聚木糖的膳食補充劑上市。在中國保健品中應用低聚木糖的產(chǎn)品數(shù)量眾多，主要涉及到通便、增強免疫力、調(diào)節(jié)腸道菌群等15個功能宣傳。其中通便類產(chǎn)品占比41.25%，增強免疫力類產(chǎn)品占比30%、調(diào)節(jié)腸道菌群類產(chǎn)品占比27.5%、其他類產(chǎn)品（輔助降血脂、輔助降血糖等）占比22.5%。

低聚木糖在特殊膳食用食品和特殊醫(yī)學用途配方食品中有廣闊的應用前景?？蓱糜谀c道功能紊亂患者、營養(yǎng)不良患者、免疫力低下患者、癌癥和腫瘤患者、三高患者等。

（三）低聚木糖在食品貯存中的應用

低聚木糖有一定的保濕性，耐酸性和耐高溫性，添加到食品中可以延長食品的貨架期，也可作為冷凍食品的保護劑和食品包裝膜材料。

研究者以低聚糖為共包埋劑擠壓微膠囊化對發(fā)酵乳桿菌l7在模擬胃液和模擬腸液中的保護作用及在4℃下的長期冷藏效果，發(fā)現(xiàn)低聚糖共包酵母菌細胞的包封率、暴露于模擬胃液、腸液及長期冷藏后的存活率均優(yōu)于單獨海藻酸鈉包埋的細胞。將低聚木糖添加到雙歧桿菌bb01的冷凍干燥劑中，菌的存活率顯著升高。

低聚木糖（XOS）經(jīng)研究具有降低食品水分活度、抑制有害微生物生長的功能，可以增長保質(zhì)期，延長食品貨架期。利用低聚木糖代替糙米面包中的蔗糖，發(fā)現(xiàn)添加低聚木糖的面包具有更好的保水性、更低的水分活度，可以改善面包口感和延長面包貨架期[4]。李竹生等[5]在蒸烤饅頭中添加2%的龍力低聚木糖70糖粉，發(fā)現(xiàn)普通蒸烤饅頭的貨架期為6-13 天，添加2.0%低聚木糖蒸烤饅頭的貨架期為12-19 天。龍力研究院研究發(fā)現(xiàn)，在焙烤食品中添加低聚木糖可以將食品貨架期延長50%-100%，在常溫乳酸菌飲料中添加低聚木糖可以有效保持有益菌的活力。

研究者評估了低聚木糖對溫度變化下凍蝦仁冰晶生長和重結(jié)晶的影響，發(fā)現(xiàn)低聚木糖可以通過氫鍵結(jié)合到肌肉蛋白質(zhì)上，并在肌顫網(wǎng)絡中捕獲水分子，從而抑制冰晶生長和再結(jié)晶引起的肌顫變性和組織結(jié)構(gòu)破壞。研究者發(fā)現(xiàn)纖維素納米纖維與低聚木糖復合增強了半纖維素/殼聚糖基食用纖維的性能，低聚木糖可以成功地添加到食品包裝膜中改善功能性，并賦予膜較高的抗拉強度和較低的透氧性。

五、結(jié)論

2017年，國際益生菌和益生元科學協(xié)會（ISAPP）明確了低聚木糖為益生元—一種被寄主微生物選擇性地利用的有益于宿主健康的物質(zhì)，低聚木糖的功能性得到充分認可，低聚木糖有優(yōu)異的穩(wěn)定性和配伍性，隨著法規(guī)不斷完善和功能研究更加充分，低聚木糖在食品中應用具有更加廣闊的前景。