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- 一種非還原性糖
- 植物中儲備性多糖化合物
低聚果糖
一種非還原性糖
低聚果糖又稱寡果糖或蔗糖三糖族低聚糖。低聚果糖通常食用的很多水果、蔬菜中均存在。蔗糖分子以β-（1→2）糖苷鍵與1-3個果糖分子結合成的蔗果三糖，蔗果四糖和蔗果五糖，屬於果糖和葡萄糖構成的直鏈雜低聚糖。分子式為G-F- Fn（n=1，2，3，G為葡萄糖，F為果糖）。
它是以蔗糖為原料，通過現代生物工程技術―果糖基轉移酶轉化、精製而成。天然存在的和酶法生產的低聚果糖幾乎都是直鏈狀。低聚果糖作為一種非還原性糖，其黏度、水分活度、保濕性和酸性條件下的熱穩定性以及可加工性，均與蔗糖相似。專家一致指出低聚果糖的難消化性和對雙歧桿菌的滋養作用，主要是由於小分子量的果糖低聚物承擔的，因此蔗果三糖含量越高，則低聚果糖增殖雙歧桿菌的保健功效越高，在酸性和加熱的條件下的穩定性也就越高。
低聚果糖擁有保健功能確切和食品配料優良的雙重品格。以其低熱值，無齲齒、促進雙歧桿菌增殖、降血糖，改善血清脂質，促進微量元素吸收等優良生理功能。近年來在許多低聚糖類的食品中，低聚果糖被國際營養學者確認為“具有優良難消化性的水溶性膳食纖維”，可以雙向調節人體微生態平衡，屬典型的超強雙歧因子，備受現代食品生產企業和消費者青睞，並被廣泛應用於第三代保健食品之中。
目前生產的低聚果糖G和P的甜度約為蔗糖的60%和30% ，它們均保持了蔗糖良好的甜味特性。G型糖漿中低聚果糖含量為55%，蔗糖和葡萄糖及果糖含量共為45%，甜度為60%；P型粉末低聚果糖含量超過95%，甜度為30%。
低聚果糖又名蔗果低聚糖，果寡糖或蔗果三糖族低聚糖，天然的低聚果糖和微生物酶法得到的低聚果糖的結構幾乎是直鏈狀。分子式為G -F - Fn（n=1，2，3，G為葡萄糖，F為果糖）。它是由β-D-呋喃果糖苷酶作用於蔗糖，使蔗糖分子中的D-果糖以於β-（2→1）糖苷鏈連接1-3個果糖而成的蔗果三糖（ GF2），蔗果四糖（GF3）和蔗果五糖（ GF4）的混合物，它的分子質量大於504、小於823，分子聚合度在2-7之間，平均聚合度為2.7。這些特徵是鑒別從植物菊苣中提取的一種代替油脂口感的食品配料“菊粉”的主要參數。
低聚果糖的性能見表
| 類別 | 性能 |
|---|---|
| 性狀 | 無色粉末。 |
| 溶解性 | 溶解性好，溶液呈無色透明。 |
| 甜度 | 純度為55%- 60%的果寡糖甜度約為蔗糖的60%，純度為96%的果寡糖甜度約為蔗糖的30%，具有蔗糖的純正甜昧，又比蔗糖甜味清爽、純凈，不帶任何后味。 |
| 穩定性 | 熱穩定性較蔗糖高，在中性條件下，120℃時還非常穩定；在酸性（pH 3）條件下，溫度達到70℃以後，穩定性才顯著降低。它在一般的食品pH範圍（4.0-7.0）內非常穩定，可在冷藏溫度下保存一年以上。 低聚果糖在150℃穩定，160℃開始分解。不產生美拉德變色反應。低聚果糖在中性或接近中性環境中具有相當好的熱穩定性。在pH>5的環境中，加熱到120℃，也比較穩定。但在pH<4的酸性環境中加熱時溫度超過90℃，低聚果糖將發生分解。因此在產制酸性雙歧因子食品時，例如在酸奶中添加低聚果糖時，應在原有的高溫工藝后添加，並在添加后只作巴氏消毒即可入庫。 |
| 黏度 | 0-70℃範圍內，果寡糖的黏度同玉米高果糖漿相似，比同濃度的蔗糖溶液略大，並隨溫度的上升而下降。 |
| 保濕性、吸濕性 | 低聚果糖的保濕性與山梨醇、飴糖相似，保濕性比蔗糖高，即使在低溫度環境下，也不會像砂糖那樣因為乾燥而使質量大幅度減少，具有優秀的保持水分的能力，適用於保濕時間長的食品，以保證食品的貨架期；防霉性能好，可以延長飼料保存期；吸濕性低，可減緩飼料因吸濕而發霉、變酸。 |
| 結晶性 | 難於結晶，和其他糖類合用時，也具有防止結晶的效果。 |
| 水活度 | 水分活性與蔗糖相似，但低聚果糖略高，低聚果糖G成分（G：33%，GF：12%，FOS： 55%）的水分活性與蔗糖相當，低聚果糖P成分（G：2%，GF：3%，FOS： 95%）略高。 |
| 營養性 | 不被人體消化酶水解，具有非消化性、胰島素非依賴性，攝食果寡糖能有效降低空腹時的血糖水平，因此非常適合於糖尿病患者及肥胖者食用。 |
| 發酵性 | 不能被口腔中突變鏈球菌等口腔微生物發酵，可以用作防齲齒的功能性甜味劑。 |
| 益生性 | 低聚果糖通過選擇性促進乳酸桿菌、雙歧桿菌和鏈球菌等有益菌在消化道中的定植，抑制有害細菌生長，改善腸道菌群，間接達到對動物體的營養及促生長效應。促進B族維生素及葉酸的形成，能維護神經系統的正常功能，促進消化及新陳代謝；清腸排毒、潤腸通便、防治便秘和痔瘡；預防直腸和結腸癌；減少肝臟毒素，增強人體免疫力。 |
| 其他 | 其他加工特性：良好的溶解性、非著色性、賦形性、耐鹼性、抗老化性等。 |
低聚果糖作為被研究最多、應用範圍最廣的益生元之一，低聚果糖已被證實是唯一同時具有超強雙歧因子和水溶性膳食纖維的雙生理學特性的全天然配料，在世界範圍內被200多個國家和地區政府所認可，並被廣泛應用於食品、保健、醫藥、化妝品以及飼料領域。在中國市場，低聚果糖被政府批准為“保健食品”、“食品配料”以及“營養強化劑”等，相關功能性產品市場發展也非常迅猛。
根據文獻報道，低聚果糖G中糖的組成（干基計）：低聚果糖總量為55%（蔗果三糖25%，蔗果四糖25%，蔗果五糖5%），葡萄糖33%，蔗糖為12%；而低聚果糖P中糖的組成（以干基計）：低聚果糖95%（蔗果三糖35%，蔗果四糖50%，蔗果五糖10%），葡萄糖2%，蔗糖39%。
低聚果糖G和P的甜度分別約為蔗糖的60%和30%，它們均保持了蔗糖良好的甜味特性。
經過美國食品工藝師協會，應用現代科學研究反覆測試得出結論，現代酶法工藝酶化蔗糖生產的低聚果糖的分子結構和保健功能，與天然存在於果蔬植物中的低聚果糖完全相同，是全天然的雙歧因子。雲南天元低聚果糖在1998年分別經中科院上海藥物所和北京醫科大學藥學院進行分離后，進行了氫1和碳13核磁振的測定，根據測試所獲譜峰結果證明，其分子結構與日本文獻報道的GF2、GF3、GF4相同。
低聚果糖主要有兩大類生產工藝，一種是以蔗糖為原料，利用微生物發酵生產的β-果糖基轉移酶或β-呋喃果糖苷酶轉化而成；另一種是以菊粉為原料，採用酶水解生成。中國、日本和韓國等國家的主流生產方法是第一種方法，以蔗糖為原料，利用黑麴黴、鐮刀霉、日本麴黴等菌種分泌的β-呋喃果糖苷酶和盧-果糖基轉移酶進行酶反應，依次經過濾、凈化、精製和濃縮而得到成品。工業生產上一般採用黑麴黴等產生的果糖轉移酶作用於高濃度（50%-60%）的蔗糖溶液，經過一系列的酶轉移作用而獲得低聚果糖產品。目前，低聚果糖的生產工藝，已從第一代的液態發酵技術、第二代的固定化細胞催化技術，發展到第三代固定化酶催化生產技術。
（一）酶水解法
菊芋→菊粉→水解→過濾→脫色→脫鹽→濃縮→低聚果糖
此法生成的低聚果糖鏈較長。
以菊芋為原料，熱水浸提獲得提取液，然後酶法處理提取液，使壓濾液流暢，提高低聚果糖出率達95%以上，應用納濾高純化技術分離去除葡萄糖、果糖和蔗糖，使低聚果糖純度達94. 85%-98. 58%。
（二）黑麴黴發酵高濃度蔗糖法
以蔗糖為基質進行發酵生產時，當基質蔗糖濃度低於0.5%，傾向於水解反應，主要生成葡萄糖和果糖；當基質蔗糖濃度提高到50%時，只有轉移反應而不發生水解反應，低聚果糖的收率可超過60%。首先，將篩選出的高酶活黑麴黴株接種於濃度為5%-10%的蔗糖液培養基中，在28-30℃下振搖培養2-4d，獲得具有較高果糖轉移酶活性的黑麴黴菌體。為了有利於酶活性的提高，在培養基中可適當添加氮源物質（如蛋白腖和NH4 NO3，0.5%-0.75%）及無機鹽（如MgSO4和KH2PO4，0.1%-0.15%），再將這些菌體作用於50%～60%蔗糖溶液，在一定溫度和pH下催化產生低聚果糖。反應結束后，發酵液的組成為：葡萄糖（36%-38%）、蔗糖（10%-12%）、果寡三糖（21%-28%）、果寡四糖（21%-24%）、果寡五糖（3%-6%），低聚果糖55%-60%。該法雖然使果寡糖產率得到大幅度提高，工藝設備簡單，但酶無法重複利用，自動化程度低，因而生產成本較高。
（三）固定化增殖細胞法
由黑麴黴等大多數真菌所產生的果糖轉移酶屬胞內酶，故一般可直接採用固定化增殖細胞來連續化生產低聚果糖，用載體將產酶細胞進行包埋，得到固定化顆粒。將包埋產物與蔗糖或葡萄糖溶液反應，得到低聚果糖溶液，固定化酶可重複使用，又便於連續化生產。固定化黑麴黴菌體細胞的方法以採用海藻酸鈣包埋法為好，其他還有瓊脂包埋法、卡拉膠包埋法及微膠囊法等。將黑麴黴孢子與預先滅過菌的海藻酸鈉以一定的體積比混合，然後在其中滴入氯化鈣溶液，固化1h后收集固定化增殖細胞顆粒。將顆粒填人反應柱，在50-60℃以下，以一定的速率通人50%蔗糖溶液，流出液經過脫色、脫鹽、濃縮等工藝即可生產出液體低聚果糖。
（四）固定化酶法
先用黑麴黴發酵產生β-果糖轉移酶或β-呋喃果糖苷酶，再將菌體細胞破碎，分離純化出β-果糖轉移酶或盧-呋喃果糖苷酶，然後進行固定化處理。與固定菌體一樣，一般採用海藻酸鈉包埋法。將50%-60%的蔗糖糖漿在50-60℃下以一定速度通過固定化酶柱或固定化床生物反應器，使酶催化蔗糖發生轉移反應，反應時間控制在24h，再經過一系列的脫色、脫鹽、濃縮等分離提純步驟，獲得佔總產物60%左右的低聚果糖產品。因固定化酶具有很好的操作穩定性，能反覆使用，利用率高，可實現生產工藝連續化、自動化，生產成本降低，該法是目前國際上研究較多的方法。
（五）共固定化法
黑麴黴發酵高濃度蔗糖法、固定化增殖細胞法和固定化酶法生產果寡糖的反應式：
GF（蔗糖）→GF2（果寡三糖） +GF3，（果寡四糖） +GF4（果寡五糖） +G（葡萄糖）
副產物葡萄糖既是平衡產物，影響化學推動力；又是屁-呋喃果糖苷酶的抑制物，阻遏蔗糖的進一步轉化。顯然，消除葡萄糖可以提高蔗糖的轉化率，工業上一般利用黑麴黴與其他酶（異構酶、葡萄糖氧化酶）共包埋或協同作用的方法，如採用戊二醛與丹寧將葡萄糖氧化酶或異構酶與黑麴黴交聯后再和海藻酸鈉結合，製成共包埋顆粒，再填入反應柱，在生產低聚果糖的同時將副產物葡萄糖異構化或氧化，從而解除了葡萄糖的抑制作用，可以得到含量分別為63%和71%的低聚果糖。
（六）純化
酶法或發酵法生產低聚果糖得到的低聚果糖含量並不高，為50%-60%，該產品也含有30%-35%的葡萄糖，10%-15%的蔗糖。這些副產物不但降低了低聚果糖的功能特性，也造成糖尿病人、肥胖者不能食用的現狀，限制了低聚果糖的應用領域，不利於低聚果糖的普遍推廣。生產的低聚果糖溶液在投放市場之前，還需進一步加工處理，包括脫色、脫鹽、分離提純、濃縮和微生物滅菌等，可進一步得到低聚果糖含量大於95%的液體糖漿。
到目前為止，製備高純度低聚果糖的有以下幾種方法，凝膠過濾色譜法、納濾法、發酵法、酶法、離子交換色譜法。利用酵母消化低聚果糖產品中的葡萄糖，可生產高純度低聚果糖，將具有較弱轉化酶活性的酵母經培養后添加於總糖濃度為20%的低聚果糖中，經30℃、250r/min反應24h，可製得純度為80.24%的低聚果糖。
早些年，國內色譜分離技術產業化工藝不成熟，色譜分離技術製備高純度95%低聚果糖在國內一直未被推廣。近幾年，上海某公司利用色譜分離技術提純功能糖取得了突破性進展，成功開發了模擬移動床技術，協助國內低聚果糖企業實現了高純度95%低聚果糖的產業化生產，縮小了與國際知名品牌的差距。在55型低聚果糖產品的基礎上，採用分離提純技術去掉絕大部分葡萄糖和蔗糖，經過精製成為高純度95%低聚果糖。在諸多分離提純技術中，色譜分離技術經濟實用，分離效率高，通過模擬移動床技術可實現連續生產，分離提純低聚果糖。分離出來的葡萄糖和蔗糖還可以作為原料生產果葡糖漿，降低了高純度95%低聚果糖的生產成本，更利於低聚果糖在大眾食品中的推廣。
脫鹽對低聚果糖的品質也有重要影響，不經脫鹽處理，最終產品電導高，通常在100-300μS/cm，口感差，糖粉溶解后顏色深，透光率低，存在食品安全隱患，無法滿足下游產品要求。引入了脫鹽處理后的產品電導在10μS/m以內，口味純正，糖粉溶解后無色、透光率達到99%以上，達到國際先進水平，完全可以滿足下游產品要求。
近幾年低聚果糖的產品不僅風靡國內外保健品市場，而且被廣泛應用於保健食品、飲料、乳製品、糖果等食品行業，飼料工業以及醫藥、美容等行業中，應用前景十分廣闊。在日本果寡糖有500多種產品，每人每天都攝入相當數量的果寡糖，果寡糖在日本已被視為一種食品，而不僅僅是一種食品組成。一些發達國家已將果寡糖作為一種功能性添加劑用於動物生產，果寡糖被喻為是繼抗生素時代后最有潛力的一代添加劑—促生物質；在法國果寡糖被稱為原生素。低聚果糖一般應用於乳製品（如乳粉、乳酸菌乳、冰淇淋等）、各類保健品、嬰幼兒及中老年食品、飲料（如咖啡、涼茶等）、酒類、糕點以及飼料中，作為保健添加劑在食品和飲料中的添加量為10-150g/kg。低聚果糖的性能比較穩定，不會分解產生有毒成分，因此人們在做菜、做點心時，只要普通食糖能用到的地方，都可以放心大膽地使用果寡糖。
低聚果糖在飼料中的應用
上世紀80年代初，國內外研究者設法尋找一類可促進腸道有益菌生長繁殖且不為有害菌和畜禽自身吸收和利用的物質，研究發現，短鏈糖類物質亦稱功能性低聚糖，具有此功能。20世紀80年代中後期，日本首先把它開發成飼料添加劑用於飼料工業。我國動物營養學界20世紀90年代後期才接觸到這類添加劑。低聚果糖主要功效是對動物機體中雙歧桿菌有增殖作用，從而增加了雙歧桿菌的生長速率，使腸道中的有害菌受不同程度的抑制。
低聚果糖對存在於其他暖血動物中的雙歧桿菌也有極好的增殖作用。2000年6月浙江大學農學院採用雲南天元低聚果糖製成新型雙歧因子物資飼料；“無腹瀉飼料”，成功完成了畜牧業實驗重大科研課題。試驗說明：低聚果糖可有效治療家畜斷乳后出現腹瀉、下痢癥狀，對其引發的染病死亡、生長緩慢、發育延遲等不良問題起到積極預防作用。2000年2月28日雲南某食品公司與中國成都大熊貓繁育研究基地聯合開展“低聚果糖投喂大熊貓試驗”。該基地已於2000年2月初對一隻病弱的大熊貓“莉莉”連續20天喂低聚果糖，結果該大熊貓周期性出現的“排粘”、腹瀉、厭食、稀便等癥狀得到有效遏制，體能與精神轉好，食慾與體重都明顯增加。成都大熊貓繁育研究基地主任李光漢教授表示，對利用低聚果糖進各種瀕危野生珍稀動物由野外微生態平衡轉為人工繁衍微生態失衡的調節，將大有可為。
低聚果糖在食品及保健品中的應用
（1）作為雙歧桿菌促生素。不僅可以使產品附加上低聚果糖的功能，而且可以克服原產品的某些缺陷，使產品更完美。如在非發酵乳製品（原乳、奶粉等）中添加低聚果糖，可以解決中老年人和兒童在補充營養時易上火和使秘等問題；在發酵乳製品中增加低聚果糖，可以為產品中的活菌提供營養源，增強活菌作用，延長保質期；在穀物產品等添加低聚果糖，可以得高產品品質並延長產品貨架期。
（2）作為活化因子即鈣、鎂、鐵等礦物質和微量元素的活化因子，可以達到促進礦物質和微量元索吸收的效果，如在補鈣、鐵、鋅等食品、保健品中添加低聚果糖，可以提高品的功效。
（3）作為獨特的低糖、低熱值、難消化的甜味劑，添加於食品中，不僅可以改善產品的口味，降低食品的熱值，而且可以延長產品的貨架期。如在減肥食品中添加低聚果糖可以極大降低產品熱值；在低糖食品中低聚果糖，較難引起血糖升髙；在酒類產品中添加低聚果糖，可以防止酒中內溶物沉澱，改善澄明度，提高酒的風味，使酒的口感更醇厚更清爽；在果味飲料和茶飲料中添加低聚果糖，可以使產品口昧更細膩柔和、更凊爽。
紐西蘭食品安全部發布紐西蘭食品標準第55號修正案，批准低聚果糖用於嬰兒配方食品、嬰兒食品、兒童輔食，並於2013年10月17日實施。國家衛生計生委已經批准發布的低聚果糖公告包括原衛生部2009年第11號公告、2012年第6號公告以及國家衛生計生委2013年第8號公告。其對應的生產工藝包括：①原衛生部2009年第1I號公告中生產工藝規定為以菊苣為原料，經部分酶水解后提純、噴霧乾燥製得；②原衛生部2012年第6號公告中生產工藝規定為以蔗糖為原料，用來源於米麴黴的B一果糖基轉移酶水解后，經色譜分離提純、乾燥製得；③國家衛生計生委2013年第8號公告中生產工藝規定為以白砂糖為原料，用來源於黑麴黴的酶酶解后，經脫色、過濾、乾燥等工藝製得。以上3種生產工藝生產的低聚果糖都可以用於嬰幼兒配方食品和嬰幼兒穀類輔助食品。
低聚果糖在特殊醫學用途食品中的應用
雖然低聚果糖由於分子量小，人們認為低聚果糖不能起到膳食纖維的全部作用，但這一特性使其能很好地與液態特殊醫用食品相容，而後者多是患者通過管道來進食。很多膳食纖維並不能與液態醫療食品相容，不溶性纖維容易沉澱從而堵塞進食管道，而可溶性膳食纖維會增加產品的黏度，這使得通過固定管道來給葯變得更為困難。低聚果糖能起到很多類膳食纖維的生理效應，如調節腸道功能、維持大腸完整性、抗移植性、改變氮排泄的途徑以及增加礦物質的吸收等。總之，低聚果糖與液態醫療食物良好的相容性及很多生理功效使低聚果糖在特殊醫用食品中得到廣泛應用。
其他應用
在焙燒食品中增加低聚果糖，可以增進產品的色澤，改進脆性，有利於膨化。
低聚果糖由2-10個相同或不同的單糖聚合而成，糖鏈聚合的位點不同，長短不同，就形成了不同的異構體，導致了成分的複雜性。特別是存在結構相近的同分異構體，難以進一步分離純化，除此之外很多有效成分自身缺乏光譜敏感的分子結構，常規分析方法不能滿足各成分分離、檢測的要求，檢測難度很高。更為重要的是，由於缺乏不同異構體單品的高純度標準品作為檢測的參照物，在世界範圍內一直缺乏統一的、直接的檢測方法，導致不同國家、不同企業甚至不同個人之間所做的檢測都存在很大的不同和爭議，給低聚果糖的推廣和應用帶來了很多困難
此外，目前只有國外幾家公司生產低聚果糖標準品，國內尚需要進口，且價格十分昂貴。新蔗果三糖、異蔗果三糖為蔗果三糖的同分異構體，國際上尚沒有公司能夠生產。
此次發布的新蔗果三糖、異蔗果三糖、蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖、蔗果六糖六項高純度國家標準樣品，填補了國內外實物標準多項空白，將有助於破解對低聚果糖檢測的難題，形成規範的、統一的、直接的低聚果糖檢測方法，進一步推動低聚果糖的推廣和應用。
在國際標準體系裡，標準包括品質測定方法文字標準和有效成分實物標準品，兩者結合在一起構成完整的標準形態。文字標準主要是品質指標、分析方法的文字規範，比如常見的企標、行標、國標等，其作用就像是分析特定產品的“標準秤”，而實物標準就是文字標準的“秤砣”，只有以實物標準為基準，文字標準才能有準確的參考基準，才能在不同的時空場合，不同的檢測設備上實現精準化、可重複的檢測分析。我國歷史上的書同文、車同軌，現代檢驗儀器用的基準對照品，無不體現著實物標準的重要作用，實物標準與文字標準互為補充、互為支撐。
2015年，由中國食品發酵工業研究院牽頭，某生物股份有限公司協辦的低聚果糖、菊粉國家標準起草工作組會議在廣東江門市舉辦。會議對GB/T 23528-2009《低聚果糖》進行重新修訂，並同時啟動了菊粉的國家標準起草工作。
我國最早關於低聚果糖的法規可追溯到1990年國家輕工業部頒布的行業標準《功能性低聚糖通用技術規則》；1997年，國家技術監督局頒布的GB 16740-1997《保健（功能）食品通用標準》實施，明確低聚果糖可作為食品原料應用於保健食品；2006年，衛生部批准低聚果糖作為新資源食品。隨著低聚果糖研究的深入和應用的擴大，2009年，國家質量監督檢驗檢疫總局發布了GB/T 23528-2009《低聚果糖》。
然而，近年來，低聚果糖工業得到較快發展，其生產工藝、質量、產量、市場應用發生了很大變化，現有國標需要作進一步修訂。本次國標修訂會議主要解決了不同原料來源的低聚果糖定義問題。作為國際公認的益生元低聚果糖（FOS）除了以蔗糖為原料外，菊粉也是其重要的原料來源。由於原料及工藝技術的差異，兩者在結構、聚合度（鏈長）等方面均存在差異，需要在國標中進一步予以明確。會議還討論了低聚果糖的標準品、檢測方法等事項，並根據《中華人民共和國食品安全法》的要求，對部分理化、安全性指標作出修訂。
基本信息
- 中文名
- 低聚果糖
- 外文名
- Fructo oligosaccharide
- 簡介
- 果糖基生成的蔗果三糖等的混合物
- 組成
- 蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖
- 結構特點
- 蔗糖分子果糖殘基上結合1-3個果糖的糖