水蘇糖的制備、功能及應(yīng)用

徐寶財， 張桂菊

(北京工商大學(xué)食品學(xué)院/食品風(fēng)味化學(xué)北京市重點實驗室，北京 100048)

水蘇糖的制備、功能及應(yīng)用

徐寶財， 張桂菊

(北京工商大學(xué)食品學(xué)院/食品風(fēng)味化學(xué)北京市重點實驗室，北京 100048)

水蘇糖是一種新興的功能性低聚糖，是一種優(yōu)良的功能性食品原料，含有水蘇糖的食物已被許多國家接受為健康食品.介紹了水蘇糖的制備方法，論述了水蘇糖在增殖雙歧桿菌、調(diào)節(jié)腸內(nèi)菌群、降血脂血壓等方面的生理功效.對其在食品、醫(yī)藥、化妝品及飼料等領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)現(xiàn)狀及前景進行了討論.

功能性低聚糖;水蘇糖;雙歧桿菌;功能食品

功能性低聚糖，是指對機體健康具有一定改善效果的功能性糖類，多是由2～10個單糖通過糖苷鍵連接形成的低度聚合糖.主要品種包括低聚木糖、低聚果糖、低聚異麥芽糖、低聚半乳糖、水蘇糖、海藻糖等.隨著人類生活水平的提高以及對健康的追求，功能性低聚糖已走進人們的生活.功能糖由于能調(diào)節(jié)腸道菌群、改善脂質(zhì)代謝、提高身體免疫力等健康功能和增強食品營養(yǎng)和加工性能，可用于各種功能食品，并逐步發(fā)展到醫(yī)藥、化工、飼料和植物調(diào)節(jié)等領(lǐng)域中.

功能性低聚糖的研究是當(dāng)今食品研究領(lǐng)域的前沿課題，也是生命科學(xué)最活躍的領(lǐng)域之一.水蘇糖是一種優(yōu)質(zhì)的功能性低聚糖，經(jīng)毒理學(xué)實驗證實，它安全可靠，無毒副作用.隨著人類健康保健意識的提高以及功能食品研究和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，水蘇糖在功能食品及醫(yī)藥行業(yè)得到日益廣泛的應(yīng)用，已成為國內(nèi)外功能性低聚糖研究和開發(fā)的熱點.

1 水蘇糖的性質(zhì)

水蘇糖是天然存在的一種四糖，分子式為C24H42O21，其結(jié)構(gòu)為果糖－葡萄糖－半乳糖－乳糖，如圖1.純凈的水蘇糖為白色粉末，其甜度是蔗糖的22%，并且口感清爽，無異味.水蘇糖極易溶解于水中，溶解度130 g(20℃)，不溶于乙醚、乙醇等有機溶劑.結(jié)晶水蘇糖為帶4個分子結(jié)晶水的片狀晶體，熔點101℃，在真空中加熱可失去結(jié)晶水，無水水蘇糖的熔點為167℃ ～170℃.

圖1 水蘇糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)［1］Fig.1 Structure of stachyose［1］

2 水蘇糖的制備

水蘇糖的制備方法目前主要有天然提取法和酶法兩種.酶法制備水蘇糖是最近發(fā)展起來的方法，多處于試驗研究階段.

水蘇糖較廣泛存在于天然植物中，目前，生產(chǎn)水蘇糖主要以草石蠶、銀白條或大豆等天然植物為原料，一般經(jīng)水提、除雜、脫色、精制等過程制得［2］.草石蠶是唇形科水蘇屬多年草本植物，塊莖呈螺旋狀，又名寶塔菜、地牯牛、露子、地瘤等，在我國重慶、江蘇、河北、陜西等地作為泡菜原料種植，含約12% ～15%以水蘇糖為主的低聚糖.草食蠶作為水蘇糖的生產(chǎn)原料，一般分為鮮基或干基兩種，以鮮基作原料，生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高［3］.利用草石蠶提取水蘇糖的脫色［4］，一般采用離子交換樹脂，活性炭方法脫色，因原料中含有酚類氧化酶，易產(chǎn)生褐色物質(zhì)，脫色難，易污染離子交換樹脂，并增加了污水量.為了解決提取草石蠶中水蘇糖脫色難問題，陳德經(jīng)等［5］對鮮原料分別進行直接打漿法、開水浸燙法、微波法處理，提取后用石灰澄清、磷酸中和、臭氧脫色、柱層析脫色，脫色率可達99.4%.

中藥地黃中含有水蘇糖39.4%［6］，地黃中水蘇糖的提取以水提法為主，Tomod［7］、張汝學(xué)［8］、王曉莉［9］等對地黃提取液進行陽陰離子樹脂交換，再用活性炭柱層析得到水蘇糖等寡糖.但是使用離子交換樹脂使工藝復(fù)雜，制備周期延長，且水蘇糖的得率低.武衛(wèi)紅［10］以鮮地黃為原料進行了水蘇糖醇提工藝的研究，對地黃寡糖的分離純化工藝進行了改進，將大孔吸附樹脂和葡聚糖凝膠柱層析應(yīng)用于水蘇糖的分離中.樊海燕等［11］對水蘇糖的分離和脫色技術(shù)進行了研究，將水蘇糖提取液經(jīng)微濾預(yù)處理后超濾，可使提取液中水蘇糖含量提升，并將提取液初步脫色，脫色率為72.4%.其中脫色效果以活性炭最好，水蘇糖的損失較小.

3 水蘇糖的功能

水蘇糖具有顯著的增值雙歧桿菌、潤腸通便、防止便秘、降低血壓和血脂、預(yù)防齲齒等功能.

3.1 增殖雙歧桿菌、調(diào)節(jié)腸內(nèi)菌群

水蘇糖不為人體腸胃消化液所分解，但實驗證明水蘇糖對腸道有益菌如雙歧桿菌、乳桿菌有特異性的增殖作用，水蘇糖對雙岐桿菌的增殖效果優(yōu)于低聚異麥芽糖和低聚果糖;水蘇糖還能抑制腐敗菌如大腸桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌的生長，從而抑制由于腐敗菌代謝而產(chǎn)生的酚、氨、吲哚等有害物質(zhì).水蘇糖因而具有改善腸道內(nèi)環(huán)境、改善腸道菌群失衡的功能［12－15］.水蘇糖被雙歧桿菌利用后能分解產(chǎn)生提高人體免疫力的多重免疫功能因子—如甘露三糖、甘露醇、棉子糖、半乳糖等，因而具有提高機體免疫力的功能.

3.2 潤腸通便

水蘇糖結(jié)構(gòu)中有很多羥基，在腸道中可以很好地吸收水分，而起到膳食纖維的功能，還可與增殖有益菌的作用相協(xié)調(diào)，對便秘和腹瀉有雙重調(diào)節(jié)作用.席昭雁等［16］對水蘇糖治療便秘進行臨床觀察，結(jié)果顯示水蘇糖能顯著促進雙歧桿菌增殖，降低腸道pH值，促進胃腸蠕動，具有潤腸通便功效［17－18］.

鈣、鐵、鋅及B族維生素等與鉛的吸收有關(guān)，這幾種物質(zhì)聯(lián)合應(yīng)用可以減少鉛在小腸內(nèi)的吸收［19］，而水蘇糖能促進合成B族維生素;并且由于具有潤腸通便功效，可以減少食物殘渣在腸道內(nèi)的停留，水蘇糖從而可減少鉛在腸道內(nèi)被吸收的可能性.

3.3 降低血壓和血脂

水蘇糖可以通過增殖雙歧桿菌來抑制膽固醇的合成，起到降低血清膽固醇含量的功效［20］.有試驗表明［21－22］，攝入水蘇糖能夠降低血壓;高脂血癥患者服用水蘇糖制劑后，血清總膽固醇濃度和低密度脂蛋白膽固醇也有顯著的降低.

3.4 保護肝臟

水蘇糖可有效減少有毒代謝產(chǎn)物的形成，可以減少肝臟分解毒素的負擔(dān).研究也證實水蘇糖對于肝臟具有保護作用，對臨床、亞臨床肝性腦病具有一定的預(yù)防作用［23－25］.

3.5 預(yù)防齲齒

齲齒一般是由口腔微生物，特別是鏈球菌發(fā)酵糖類大量繁殖、產(chǎn)酸并侵蝕牙齒形成的.水蘇糖不能被引起齲齒的鏈球菌等口腔微生物所利用，經(jīng)常食用也不會引起齲齒.

3.6 促進微量元素的吸收

水蘇糖可通過調(diào)節(jié)腸道內(nèi)pH值，促進人體對鈣、鐵、鎂、鋅等多種微量元素的有效吸收，如服用水蘇糖制品因有利于Ca的吸收，可促進兒童生長，防止老年骨質(zhì)疏松［26－27］.

4 水蘇糖的應(yīng)用

由于具有特異的理化性質(zhì)和生理功效，水蘇糖在食品、醫(yī)藥、化妝品、飼料、釀酒等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景.

功能性低聚糖在美國、日本和歐洲等發(fā)達地區(qū)得到了廣泛的開發(fā)利用，在日本和歐洲用功能性低聚糖開發(fā)的食品達400～500種，我國則起步較晚，尚未形成規(guī)模.日本是水蘇糖產(chǎn)業(yè)化規(guī)模最大的國家，由日本厚生省批準的69種特定保健食品中有40種加有水蘇糖;美國也是水蘇糖的開發(fā)力度最大，專利技術(shù)最多、程度最深，應(yīng)用范圍最廣的國家之一.

4.1 在食品工業(yè)中的應(yīng)用

在一般的食品加工工藝條件下，水蘇糖不與食品原料或食品添加劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不會影響食品的氣味或味道，是一種優(yōu)良的功能性食品原料.經(jīng)毒理學(xué)實驗表明，水蘇糖安全可靠，無毒副作用;其結(jié)構(gòu)清楚，功效作用明顯，可用于面包、饅頭、蛋糕、甜點、糖果、乳制品、飲料、冰淇淋等食品中，可用于開發(fā)適宜不同消費者需要的多種功能食品［28］.

水蘇糖具有良好的熱穩(wěn)定性，可耐100℃的高溫，因此，水蘇糖可用于需熱壓處理的食品.用于酸性飲料時，只要pH值不太低，在100℃的殺菌條件下也很穩(wěn)定.

水蘇糖的甜度為蔗糖的22%，其熱值為8.36 kJ/g，約為蔗糖的50%，是低熱量的甜味劑.同時，水蘇糖對糖尿病人的糖和脂質(zhì)代謝無影響，可用作糖尿病患者的甜味劑替代品［29］.水蘇糖不能被引起齲齒的鏈球菌等口腔微生物所利用，可以防止齲齒，可以替代部分蔗糖用于生產(chǎn)蛋糕、甜點以及各種糖果，這些食品添加水蘇糖后，既能保持一定的甜度，又能預(yù)防齲齒，故適合于制作兒童食品.

水蘇糖在80℃以上具有著色性，加入面包、餅干等焙烤食品中，可使焙烤食品產(chǎn)生令人愉快的焦黃色.水蘇糖還有抑制淀粉老化作用，用于面包、饅頭等加工中，能防止產(chǎn)品變硬，使其松軟可口，并可延長貯藏期［30－31］.

水蘇糖的粘度隨溫度的升高而降低，其結(jié)晶性低于蔗糖，可用于需要甜度又不能結(jié)晶的冰淇淋、棒冰等冷飲及巧克力的生產(chǎn)，作為部分蔗糖的替代品.

蛋白質(zhì)、氨基酸等含氮化合物被腸道內(nèi)腐敗菌代謝后，產(chǎn)生的氨、胺、硫化氫、酚等產(chǎn)物和細菌毒素會引發(fā)多種疾病，促進衰老.攝入水蘇糖后，腸內(nèi)的腐敗指標明顯下降，腐敗菌的代謝產(chǎn)物的含量也顯著減少.因此，水蘇糖可用于開發(fā)延緩衰老類功能食品.

抗生素在殺死有害菌的同時也會殺死許多有益菌，長期服用抗生素，會產(chǎn)生腸道內(nèi)正常菌群的失調(diào)，胃腸道功能紊亂，消化不良等副作用，服用水蘇糖制品可以防止或減少抗生素副作用的產(chǎn)生，含有水蘇糖的制品因而可用于使用抗生素病人的輔助治療.

4.2 在制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用

水蘇糖作為一種功能性低聚糖，具有防病、抗病、抗衰老等醫(yī)學(xué)價值，對多種慢性疾病有潛在的預(yù)防治療作用，其生理功效明確，理化性質(zhì)穩(wěn)定，可作為“靶向給藥”的穩(wěn)定劑.另外，水蘇糖粘度高，吸水能力強，可用作藥物賦形劑，也適用于沖劑、膠囊劑、片劑、口服液等劑型的醫(yī)藥品［32］.

4.3 在化妝品中的應(yīng)用

水蘇糖分子中含有很多經(jīng)基，其持水保濕效果非常好.水蘇糖可依靠一定的粘度，在皮膚上形成一層水化膜，對角質(zhì)層保持保濕作用，防止皮膚干燥，同時也可防止皮膚水分的蒸發(fā)和防止皮膚中彈性蛋白和透明質(zhì)酸分解.用于護膚類和清潔類化妝品，可改善皮膚的粗糙性，使皮膚產(chǎn)生光滑感，從而達到護膚潤膚的目的［33］.

水蘇糖在皮膚營養(yǎng)和美容類化妝品中有很好的應(yīng)用前景，主要表現(xiàn)在維持皮膚彈性和可塑性，延緩皮膚衰老等功效方面［34］，若與其他抗自由基物質(zhì)合用，會有更好的嫩膚及抗皮膚衰老效果.作為一種新型的功能性化妝品原料，水蘇糖已經(jīng)在爽膚水、面膜等產(chǎn)品中得到了應(yīng)用.

4.4 在飼料工業(yè)中的應(yīng)用

功能性低聚糖在飼料中的應(yīng)用研究近幾年比較活躍.研究發(fā)現(xiàn)［35］，在玉米－大豆?jié)饪s蛋白型低寡糖日糧中添加不同劑量的水蘇糖制劑，可不同程度地增加肉仔雞消化器官的絕對質(zhì)量，對盲腸和結(jié)直腸的作用效果尤為明顯.仔雞消化器官的相對質(zhì)量增加，表明其黏膜代謝速度加快，營養(yǎng)素用于維持的比例增加，這可能是水蘇糖影響肉仔雞生長性能的原因之一.

水蘇糖是一種非消化寡糖，由于其特有的功能性和非消化性，對動物的消化生理和營養(yǎng)素代謝產(chǎn)生重要影響［36－38］，如水蘇糖對家禽腸道有益菌如雙歧桿菌有增殖作用［39］.在仔豬的飼料中添加水蘇糖，可以調(diào)節(jié)仔豬體內(nèi)菌群，提高有益菌數(shù)量，減少有害菌，提高仔豬的免疫能力，促進仔豬對礦物元素的吸收.

5 結(jié)語

水蘇糖具有良好的醫(yī)學(xué)及保健價值，相對其它功能性低聚糖，其功效顯著，有效用量少，適宜的消費人群廣泛，市場需求大.水蘇糖來源于天然植物，安全性高，應(yīng)用范圍廣，有效物質(zhì)含量高，非常符合現(xiàn)代食品、醫(yī)藥和化妝品對原料的要求，在發(fā)達國家已得到了廣泛的開發(fā)利用，在我國則起步較晚，其開發(fā)和應(yīng)用正在日益受到重視.相信隨著水蘇糖研究開發(fā)的深入和人們健康保健意識的不斷提高，水蘇糖的應(yīng)用范圍會不斷拓展，市場前景廣闊.

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(責(zé)任編輯:王 寬)

Preparation，Properties and Applications of Stachyose

XU Bao-cai，ZHANG Gui-ju
(School of Food/Beijing Key Laboratory of Flavor Chemistry，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China)

Stachyose is a new functional oligosaccharide.Foods containing stachyose were approved as the special health care foods in many countries.The preparation method of stachyose was introduced in this review.Its physiological functions such as stimulating the growth of bifidobacteria，regulating intestinal flora and lowering blood fat and pressure were reviewed.The application of stachyose in food，pharmaceutical，cosmetic and feed were discussed.

functional oligosaccharides;stachyose;bifidobacteria;health care foods

TS201.3

A

1671-1513(2011)01-0001-05

2010-12-31

北京市屬高校人才強教計劃資助項目(PHR200906109).

徐寶財，男，北京工商大學(xué)食品學(xué)院院長，教授，博士，主要從事精細化學(xué)品方面的研究.