爱华网低聚木糖的应用综述
摘要：低聚木糖是一种功能性低聚糖，作为一种安全有效的添加剂可广泛应用于食品、保健品、医药、饲料和农业等领域。本文对低聚木糖理化性质、生理功能等方面做了深入的分析，为我国低聚木糖行业的生产和应用提供有益的参考。
关键词：低聚木糖，功能性低聚糖，功能
一前言
功能性低聚糖在自然界是广泛存在的，并且和人类食物息息相关，例如：香蕉、大麦、洋葱、洋姜中含有低聚果糖；竹笋中含有低聚木糖；大豆中含有水苏糖和棉籽糖；淀粉糖化液中含有低聚异麦芽糖；酸奶中含有低聚半乳糖。
2000年国家公布的《功能性低聚糖通用技术规则行业标准》（QB/T2492—2000）中，规定功能性低聚糖的定义为：（1）是由2～10个相同的或不同的单糖，以糖苷键聚合而成的；（2）具有糖类的特性，可直接作为食品配料，但是不被人体消化道酶和胃酸降解，不被（或难被）小肠吸收；（3）具有促进人体双歧杆菌增殖等生理功能。
低聚木糖属国际新型低聚糖类产品，是低聚糖中有效用量最少、对双歧杆菌增殖能力最强的产品，通过选择性增殖有益菌、抑制有害菌而被称为“超强双歧因子”，以其功效强、原料简单易得而受到业内人士的关注。
现今，低聚木糖的应用领域已涉及到食品、医药、饲料和农业，日本自1989年实现低聚木糖的工业化生产至今，已经有20多年的历史，其市场仍在不断的扩大，欧洲各国对低聚木糖的开发热情也正不断升温。我国在"九五"期间立项开展对低聚木糖工业化生产研究。山东龙力生物科技股份有限公司与国内高等院校联合研制开发了以玉米芯生产低聚木糖先进技术，并于2001年在国内首家实现了低聚木糖的工业化生产，填补了国内空白，龙力公司经历了低聚木糖发展的十个年头，目前已是国内最大的低聚木糖生产企业，拥有年产能万吨的生产线，六大系列产品体系，龙力产品远销53个国家和地区，并具有ISO、HALAL、KOSHER等认证。
二低聚木糖理化性质及特性
低聚木糖又称木寡糖，是一种天然存在的功能性聚合糖，由2-7个木糖分子以β-1,4糖苷键结合而成。在自然界中以游离和聚合两种形式存在。游离低聚木糖存在于竹根、水果、蔬菜、牛乳和蜂蜜中，但含量都非常少。大多数情况下，低聚木糖以木聚糖的形式存在于植物的半纤维素中，与纤维素、木质素共存。商业化生产低聚木糖的典型原料有硬木、玉米芯、锯屑、蔗渣、甜菜渣、谷壳、麸皮等。
1理化性质
1）黏度较低：随温度的升高而降低，便于生产中操作；
2）甜度相当于蔗糖的40%，而且甜味柔和，可部分代替蔗糖；
3）易溶于水：溶解度为1.15g/mL；
4）低热低能：其热量值按木糖热量约为4Kcal/g计算，木二糖和木三糖为2Kcal/g，而聚合度大于木四糖的几乎为0；
5）冰点很低，具有很强的抗冻性，即使在零下10℃也不会结冰，在现在的各种加工工艺中，其有效性不会受到不利影响；
6）良好的保湿性，持水能力强；
7）防龋齿
龋齿是由于口腔微生物特别是链球菌侵蚀而引起的，低聚木糖不是这些口腔微生物的合适作用底物，因此不会引起牙齿龋变。所以低聚木糖可以作为儿童食品的甜味添加剂。
2低聚木糖的特性
我国市场功能性低聚糖主要包括低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、水苏糖、棉子糖、大豆低聚糖、低聚龙胆糖等十几个品种，低聚木糖具有其他同类产品无法比拟的特性：
1）高选择性增殖双歧杆菌
在各种功能性低聚糖中，低聚木糖对双歧杆菌的增殖作用是最好的，增殖的双歧杆菌主要有婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、长双歧杆菌以及两歧双歧杆菌[1,2]。
2）有效摄入量低
生物活性最高，是所有低聚糖中有效摄入量最低的品种。其他低聚糖日有效摄入量分别为低聚果糖5.0~20.0g；低聚半乳糖8.0~10.0g；乳酮糖3.0~5.0g；大豆低聚糖3.0~10.0g；异麦芽低聚糖15.0~20.0g；棉子糖5.0~10.0g；低聚乳果糖3.0~6.0g[3]。Suntory公司研究发现，每天服用0.7g低聚木糖就可有效增殖结肠内的双歧杆菌，增加粪便含水量，甚至每天服用量低至0.4g也有效果。
3）酸热稳定性好
与其他聚合糖相比，稳定性好是低聚木糖的突出特点。它具有广谱pH值和较好的耐热性（pH2.5-8范围内100℃加热1h基本不分解），在高温操作中，不会影响产品的功能性质，可以广泛的应用于乳酸制品、碳酸饮料的生产和加工中。
4）难以被人体消化酶分解
低聚木糖是具有一定甜度的非消化性糖类。低聚木糖的低能量值既不会影响血糖浓度，也不增加血糖中胰岛素水平，并且不会形成脂肪沉积，故低聚木糖可在低能量食品中发挥作用，最大限度地满足了那些喜爱甜品而又担心糖尿病和肥胖病人的要求，因此糖尿病人、肥胖病人和低血糖病人均可放心食用。
三低聚木糖的生理功能及作用机理
1高选择性增殖双歧杆菌等有益菌
低聚木糖是一种优秀的益生元，在结肠中作为碳源被双歧杆菌等有益菌优先利用。例如山东龙力在2009年依托上海市疾病控制中心进行的低聚木糖对双歧杆菌的增殖试验结果显示：小鼠服用添加低聚木糖的乳饮料后，体内双歧杆菌有了明显的增殖，低、中、高三个剂量组分别较实验初提高了77.8%、157.0%、412.9%。
2预防便秘和腹泻
低聚木糖是一种优秀的水溶性膳食纤维，具有双向调节微生态平衡“整肠”的生理功能，双歧杆菌发酵利用低聚木糖产生的大量短链脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸等），可以使肠道呈酸性，短链脂肪酸还能刺激肠道蠕动，增加粪便的湿润度并保持一定的渗透性，从而调节肠道内环境而防止便秘发生。同时低聚木糖具有较强的持水能力，可以改善腹泻[4,5]。
3促进钙镁等矿物质的吸收
低聚木糖能够促进钙镁等矿物质吸收机理说法不一，但主要观点有三种，第一，肠道方面：双歧杆菌等有益菌优先利用低聚木糖产生短链脂肪酸，进而降低了肠道内的pH值，增加了钙的溶解性，促进机体对钙的吸收。第二，肠绒毛方面：短链脂肪酸中的乳酸和丁酸能够促进肠上皮细胞的增殖，并增加肠绒毛的高度，扩大钙吸收的表面积，从而提高钙的吸收率。KleessenB等在2003年等曾报道喂食低聚果糖和菊粉后大鼠的肠绒毛高度和肠隐窝深度有了增加[6]。第三，钙结合蛋白：钙结合蛋白-D9k主要功能是参与钙的运载，促进钙的吸收。益生元能够增加结肠内钙结合蛋白-D9k的表达量，因此激活了钙扩散通道，扩大钙的转运量，促进钙的吸收。Ohta等曾报道：在大鼠膳食中添加低聚果糖能提高结肠中钙结合蛋白-D9k的浓度[7]。
4辅助降血糖和血脂
WayneHuey-HerngSHEU等在研究中报道：Ⅱ型糖尿病患者食用低聚木糖8周后，受试者的空腹血糖浓度减低了8.0%；糖化血红蛋白减低幅度为0.37%；果糖胺的浓度减低了21.1%，血浆胆固醇和甘油三酯、高密度脂蛋白胆固醇、载脂蛋白B浓度也分别降低了13.9%、24.8%、5.1%、17.0%[8]。
2010年Lay-GaikOoi等对低聚糖降低血脂作用机制做了相关研究：双歧杆菌代谢低聚糖产生的丙酸能够阻止肝脏中胆固醇的合成，并为机体肠道上皮细胞提供能量，丁酸能够阻止肝脏中脂肪酸的合成[9]。
5促进B族维生素的合成
低聚木糖促进双歧杆菌的增殖，从而有利于双歧杆菌合成更足量的多种B族维生素（B1、B2、B6、叶酸等）及维生素K、尼克酸等。
6提高机体免疫力
人类在低聚木糖增强人体免疫力这一领域做了很多研究：低聚木糖选择性增殖双歧杆菌等有益菌，而不能被一些有害厌氧菌（大肠杆菌、葡萄球菌、梭状芽孢杆菌等）利用，这样就会造成有害菌营养的缺乏和对环境的不适应；同时有益菌产生的代谢产物短链脂肪酸能刺激肠道蠕动，缩短食糜在肠内的滞留时间，从而减少有害菌代谢产物对机体造成的毒害，进而提高免疫力。
低聚木糖还可激活或促进机体的细胞和体液免疫功能，使得机体免受致病微生物的侵袭和损害。低聚木糖可通过与肠绒毛免疫细胞表面蛋白质受体相互作用，或通过干预存在于淋巴结和粘膜固有层记忆细胞上的信号系统进行免疫调节。
除此之外，低聚木糖还具有抗肿瘤和保护肝脏的功效。由低聚木糖的理化性质和生理功能延伸出其他的概念，例如合生元。根据Gibson和Roberfroid报道，合生元可以被描述为益生元和益生菌的混合物，它可以通过选择性的刺激一种或几种有益菌的生长或提高它们的新陈代谢活力，来改善胃肠道中活菌幸存率和移入量，进而改善机体的健康状况。第一个合生元产品是Suntory公司的‘Bikkle’，并在1993年成功上市，其成分包括低聚木糖、双歧杆菌、乳清矿物质和乌龙茶提取物[10]。
四应用
1食品
近年来，随着我国食品工业飞速发展，特别是具有营养保健作用的功能性食品（各种营养食品、保健食品、膳食补充剂等）推动了低聚木糖行业的进步，目前，低聚木糖的开发进展很快，低聚木糖产品在功能食品中的应用异彩纷呈。特别是在日本，低聚木糖经日本保健用食品学术委员会审定和日本厚生省第64号许可证认定为"特定保健用食品添加剂"，可直接作为保健食品销售，也可作为保健食品功能因子开发高效保健食品。低聚木糖由于添加量小、稳定性好、选择性高，从现在流行的携带、服用比较方便的胶囊、片剂等剂型来考虑，低聚木糖也是众多保健食品厂家的首选。因为低聚木糖添加量比其他功能性因子都小，所以在开发胶囊等体积小的产品方面占极大优势，这些优势是其他低聚糖无法比拟的[11,12]。
以普通食品为载体，添加具有功能因子的功能食品，成为当今国内外食品工业新的增长点。例如乳制品的市场扩张也为低聚木糖行业再添活力，将低聚木糖添加至乳品中，能够赋予产品调节肠道菌群结构及平衡、选择性增殖双歧杆菌，进而预防便秘、腹泻，提高机体免疫力，缓解乳糖不耐症等特性，成为乳制品新的卖点和功能诉求点[13,14]。
低聚木糖可应用在大量的酸性饮料中，如pH值低的水果汁、乳饮料、碳酸饮料[15]。低聚木糖的耐酸性使得它在酸性饮料中有很大的发展空间。同时，低聚木糖的添加使饮料具有低糖、低热量的特点，使产品具有营养与保健的双重价值，能满足不同消费人群对饮料的需要，它的添加亦使产品更上档次，具有广阔的市场前景。
另外，低聚木糖还可以应用到各种糖果、甜点心、烘焙中[16]，同时也由于低聚木糖的特性和生理功能，使得添加低聚木糖的产品和同类产品相比具有更多的市场差异化。随着人们生活水平的提高和对低聚木糖认知度的加深，低聚木糖将会被更广泛地应用。
2饲料
在人类食品安全问题日益得到世界各国重视的今天，低聚木糖作为新型饲料添加剂，对于动物健康和生产性能促进作用就某些方面来说并不亚于抗生素。
低聚木糖是我国农业部批准的饲料添加剂，它结构稳定，在储存加工中不易失活，无毒、无害、无残留，是一种新型的、极具潜力的绿色饲料添加剂。低聚木糖对动物也有和对人体相似的功效：提高动物免疫力，降低饲养用药量，提高饲料转化率，提高动物生产性能和产品品质。目前，饲料领域的功能性低聚糖以低聚木糖为主，占到50%以上。由于动物种类和年龄的不同，它在全价料中的添加量也是不同的，大约为0.005%-0.007%。低聚木糖的配伍性很好，低聚木糖和微生态制剂等复配产品在市场上已不鲜见，并且通过这几年的推广来看效果很好，微生态制剂可以增加胃肠道有益菌群数量，抑制有害菌群的生长和繁殖，而益生元又可选择性地快速增殖这些有益菌，使益生菌作用更显著更持久，两者互相促进，共同达到对机体有益的效果[17,18]。
3农业
目前低聚木糖主要应用在食品和饲料等领域，在农业中应用不多，所见相关报道较少，市场上所见产品更是少之又少，低聚木糖在农业生产中可以作为新型植物生长调节剂、生物农药和果实保鲜剂应用。作为植物生长调节剂，低聚木糖这些寡糖类物质的作用机制尚不清楚，但越来越多的研究结果支持其作为信号分子而调节植物发育的过程这一说法，低聚木糖在农业中应用具有多功能、安全、环保等优势，是目前开发的热点之一[19,20]。
五结论
低聚木糖在2005年被卫生部批准为新资源食品【卫新食准字（2005）第0001号】。低聚木糖作为较早批复的新资源食品，大量应用于功能性食品，为国家营养健康产业的发展做出了贡献。除了新资源食品外，低聚木糖还被国家农业部批准为饲料添加剂新品种。作为一种新型功能性食品添加剂，低聚木糖具有优越的生理学特性，可用作食品、保健品、医药、饲料、农业等领域，是国内外食品、生物、化学工业界研究的热点[21]。低聚木糖作为新型饲料添加剂，有望成为抗生素的替代产品，具有良好的市场前景，除此之外，低聚木糖在农业生产中作为新型植物生长调节剂、生物农药和果实保鲜剂也具有不可估量的潜力。
社会快速发展，生活压力增大以及环境改变使得越来越多的人处于亚健康状态。所以人们对通过改善饮食结构，采用摄入功能食品的形式来改善健康状况给予了厚望，同时国际上对环境和健康的关注，对食品安全问题的日益重视，回归大自然、崇尚绿色、健康畅饮称为新的消费潮流[22]。低聚木糖以其特有的功能赋予产品低热量、调整肠道菌群、双向调节便秘和腹泻、促进钙、铁等微量元素吸收、提高免疫力等功效，增加产品的卖点，夯实企业的基础，为人类健康作出贡献，为企业赢得未来。
在人们追求天然，安全，高效的理念下，我们有理由相信低聚木糖在各领域的应用越来越广泛。
参考文献
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