文 / 陳智慧 云南曲靖農(nóng)業(yè)學校食品技術學部

龐明利 楊海軍 保齡寶生物股份有限公司

膳食纖維是人體不可缺少的第七營養(yǎng)素。自20世紀60年代Trowell首次列出現(xiàn)代“文明病”的特征，并提出膳食纖維在對抗“文明病”方面的重要作用以來，膳食纖維的研究和開發(fā)便迅即受到世界各國的高度重視。營養(yǎng)學界、臨床醫(yī)學界和食品科學界相繼投入很大的精力進行研究，在全球范圍內(nèi)掀起了研究膳食纖維的熱潮。

聚葡萄糖是一種低熱量、低血糖指數(shù)的特殊碳水化合物，具有水溶性膳食纖維和益生元的特點。它是由天然存在的葡萄糖和少量山梨醇、檸檬酸經(jīng)高溫熔融縮聚而成，是隨機交聯(lián)的葡萄糖組成的多糖。聚葡萄糖作為一種作用和性能良好的膳食纖維之一，近年來得到快速發(fā)展，在50 多個國家被批準使用，在眾多食品、飲料、保健食品中得到越來越廣泛的應用。

1 聚葡萄糖的生理功能研究現(xiàn)狀

1.1 低能量

聚葡萄糖是隨機聚合的產(chǎn)物，糖甙鍵種類多，分子結構復雜，難以被人體或動物消化利用，因此具有較低的熱量。大量動物或人體試驗均證實，聚葡萄糖具有較低的熱量值，大約為4.18 kJ/g。

通過模擬人體條件下的試驗或人體試驗也證實了聚葡萄糖具有較低的能量值。如White等采用α-淀粉酶、支鏈淀粉酶、淀粉糖甙酶結合，在模擬人體內(nèi)的條件下對聚葡萄糖進行酶解，測量產(chǎn)生的葡萄糖數(shù)量，推算出聚葡萄糖在體內(nèi)的消化率為22%～25% ，熱量值約為4.18 kJ/g。Lotfi等評價了7 名健康志愿者每天攝入30 g聚葡萄糖的短期（服用聚葡萄糖4 天）和長期階段（服用聚葡萄糖26 天）的能量值，其能量值通過在早餐時服用10 g14C標記的聚葡萄糖來進行測定。在短期和長期服用階段，48 h內(nèi)分別有31%和29%的14C出現(xiàn)在呼吸作用中，有4%出現(xiàn)在尿中，在排出的氣體中有1%，糞便中的脂肪酸中占有1%，細菌中占有3%～4%。在短期和長期階段，大便中分別含有33%和32%的14C，49%左右出現(xiàn)在大腸內(nèi)14C標記的醋酸中。經(jīng)過計算，當呼吸作用中的14CO2和聚葡萄糖產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸被計算在內(nèi)時，聚葡萄糖的能量值在短期和長期服用階段分別為4.0 kJ/g和6.1 kJ/g。測定聚葡萄糖能量值的方法雖有所不同，但結果都在4.18 kJ/g左右，證明其確為難消化性糖類。

1.2 調(diào)節(jié)腸道功能，防止便秘的發(fā)生

由于聚葡萄糖具有很好的持水性，未消化的聚葡萄糖增加了腸道的蠕動和糞便的排出。同時在大腸內(nèi)，部分聚葡萄糖可以被雙歧桿菌等有益菌發(fā)酵利用，產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸而降低腸道的pH值，刺激腸道的蠕動，增加糞便的濕潤度并保持一定的滲透壓，從而雙向調(diào)節(jié)腸道內(nèi)環(huán)境而防止便秘的發(fā)生。一項對120 名健康成年人的研究表明，在攝入聚葡萄糖大約2 天后，大多數(shù)受試者的糞便被軟化并易于排出。隨著聚葡萄糖攝入量的增加，排便的頻率和難易程度也得到改善，糞便的濕重和干重相應增加。這說明即使每日攝入4 g的聚葡萄糖也能夠明顯改善排便狀況。與不服用聚葡萄糖時相比，人體短期服用聚葡萄糖（服用4 天）和長期服用（服用26 天）對改善腸道功能均有明顯的效果，如糞便的重量由對照的122 g/天增加到短期階段的164 g/天和長期階段的158 g/天，糞便中的水分也相應的由93 g/天增加到129 g/天和119 g/天，說明聚葡萄糖對改善排便功能具有良好的作用。

1.3 調(diào)節(jié)腸道菌群平衡的益生元功能

益生元是“不被消化的食物成分，可以選擇性地促進結腸中的一種或少數(shù)幾種細菌的生長或活性而對宿主產(chǎn)生有益影響，從而保持宿主健康”。

許多研究表明，聚葡萄糖是有效的益生元，被攝入人體后，在胃腸道的上半部分并不被消化，只是到了胃腸道的下半部分才有部分被發(fā)酵，促進腸道有益菌（雙歧桿菌、乳桿菌）的增殖，并抑制有害菌，如梭狀芽孢桿菌和擬桿菌的生長。聚葡萄糖被有益菌發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸如醋酸、丁酸等，降低了腸道pH值，可以幫助抵抗感染，并降低癌癥的發(fā)生機率。

1.3.1 促進腸道有益菌的生長，調(diào)整腸道菌群平衡，抑制有害菌的生長

在人體腸道模擬器3 級連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)中，濃度為1%和2%的聚葡萄糖即可對腸道雙歧桿菌有顯著的刺激作用。它所作用的雙歧桿菌范圍較廣，除了對青春雙歧桿菌、兩叉雙歧桿菌、長雙歧桿菌等有增殖作用外，還對嬰兒雙歧桿菌有增殖作用。而人體臨床試驗研究表明，人體攝入聚葡萄糖后，糞便中厭氧微生物顯著改變，雙歧桿菌和乳桿菌增加，而擬桿菌減少。服用聚葡萄糖4、8、12 g后，大腸中的雙歧桿菌分別增加了大約3 倍、7 倍和10 倍，乳桿菌分別增加了大約4 倍、5 倍和7 倍，而擬桿菌（脆弱擬桿菌、普通擬桿菌、中間型擬桿菌）平均減少了大約54.6%、80.8%、82.7%。

1.3.2 產(chǎn)生短鏈脂肪酸，降低腸道pH值

動物試驗、人體模擬或臨床試驗均表明，聚葡萄糖在腸道內(nèi)可以被部分發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸，從而降低腸道的pH值。在大鼠食物中添加5%、10%和20%聚葡萄糖與添加不溶性膳食纖維素相比，均能夠顯著降低大腸的pH值。在模擬大腸的體外試驗中證實了，在可可糖中添加2%的聚葡萄糖可顯著地增加總短鏈脂肪酸和丁酸的濃度，分別從103 mM增加到468 mM（P<0.01）和從12 mM增加到22 mM（P<0.01）。人體臨床試驗研究表明，聚葡萄糖在有益菌發(fā)酵過程中即使在每日4g的低劑量水平下也會使產(chǎn)生的短鏈脂肪酸如乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、異戊酸等的量增加。當攝入量為8 g/天或12 g/天時，醋酸和丁酸的增加量非常顯著，醋酸的濃度分別由4.12 mg/g增加到4.7 mg/g和5.12 mg/g，而丁酸的濃度由對照組的0.94 mg/g分別增加到1.31 mg/g和1.41 mg/g。糞便pH值分別由攝入前的7.00、6.93降低到攝入后的6.71和6.37，而對照組沒有明顯變化。醋酸和丙酸經(jīng)吸收后進入血液循環(huán)，在肝臟及其外部組織中被代謝；而丁酸是最重要的發(fā)酵產(chǎn)物，能夠作為腸道細胞的能量來源，對上皮細胞的正常發(fā)育也十分重要。而腸道pH值的降低能夠抑制腸內(nèi)毒素的產(chǎn)生，如吲哚和對甲酚等，有利于預防或防止便秘及腸憩室病的發(fā)生，從而降低腸癌的發(fā)生率。

1.4 清除體內(nèi)有毒物質(zhì)，降低腸道癌癥發(fā)生的風險，提高機體免疫力

聚葡萄糖能夠抑制有毒物質(zhì)在腸道的吸收，并通過糞便的形式將其排出體外，降低有毒物質(zhì)在體內(nèi)的積累。如環(huán)境中存在的二噁英類物質(zhì)是一種毒性很強的、難以分解的有機氯化合物，可通過食物被攝入到人體內(nèi)，極易被吸收并蓄積，會引起肝臟代謝障礙、免疫性障礙及導致遺傳毒性、致癌和致畸。給大白鼠投喂二噁英類物質(zhì)，并喂食高野豆腐、聚葡萄糖等，結果表明，聚葡萄糖能有效地促進二噁英類從糞便中排出，有效地抑制其在肝臟中的蓄積。8 周食餌組的肝臟蓄積率比較低，說明長期攝取聚葡萄糖能更有效地控制二噁英類物質(zhì)在肝臟中的蓄積。

聚葡萄糖已被證實能夠改善腸道微生物的組成和活性，從而具有降低腸癌風險的功能。Mkivuokko等聯(lián)合應用2 種不同的體外體系，即4 階段的結腸發(fā)酵模擬器和反應人類腸道上皮功能的細胞培養(yǎng)模型，研究了水溶性膳食纖維聚葡萄糖對結腸癌發(fā)生的影響。在Caco-2細胞（人類結腸癌細胞系）觀察到COX-2的表達呈劑量依賴性降低。COX-2表達降低與聚葡萄糖在結腸發(fā)酵的密切相關性進一步表明聚葡萄糖具有抗癌作用。Fava等利用豬的模型證實聚葡萄糖在結腸里能緩慢而持續(xù)的發(fā)酵，并且能夠顯著地改變發(fā)酵的終產(chǎn)物，尤其是在大腸末端。試驗還證實，聚葡萄糖具有降低黏膜環(huán)氧酶COX-2表達的趨勢，因此，可能降低大腸末端形成腸癌發(fā)生條件的風險。Ishizuka等利用大鼠模型，觀察到聚葡萄糖能顯著降低致癌劑1，2-二甲基肼誘導的異常隱窩灶（ACF）的形成。該作用在直腸尤其明顯，抑制率高達65%。由此得出結論，攝入聚葡萄糖能預防結直腸癌的發(fā)生。

1.5 促進礦物元素的吸收

許多研究表明，攝取非消化性糖類物質(zhì)可以促進大鼠對鈣的吸收，這些物質(zhì)包括各種各樣的糖醇、低聚糖以及多糖類物質(zhì)，因此非消化性糖類物質(zhì)可能對人體鈣的吸收和保留起到有益的作用。而聚葡萄糖作為一種非消化性多糖也具有促進鈣吸收的作用，如Hara等研究了用聚葡萄糖喂養(yǎng)正常的和全胃切除的大鼠對鈣吸收和骨礦化的影響，并與另一種膳食纖維瓜爾豆膠水解物（GGH）的作用進行了比較。結果表明，對于全胃切除和正常的大鼠用聚葡萄糖喂養(yǎng)時（50 g/kg，21 天），均可增加對鈣的吸收和骨的礦化，但是用GGH喂養(yǎng)的正常大鼠沒有這種作用。推測其促進鈣吸收主要是小腸的作用，而與大腸無關。Mineo等研究表明，隨著聚葡萄糖的濃度在0～100 mmol/L增加時，大鼠空腸、回腸、盲腸、大腸的鈣吸收作用呈遞增趨勢。當聚葡萄糖的濃度大于100 mmol/L時大鼠空腸、回腸、盲腸和結腸對鈣的吸收顯著提高。

1.6 改善脂質(zhì)代謝，降低甘油三酯和膽固醇

膽固醇是一種脂溶性物質(zhì)，和蛋白質(zhì)結合成脂蛋白微粒在血液中運行，人體血液中膽固醇含量高會導致動脈硬化和高血壓的發(fā)生。動物試驗表明，聚葡萄糖可阻止或降低甘油三酯和膽固醇向腸系膜淋巴的運輸作用，從而減少了大鼠對甘油三酯和膽固醇的吸收。Saku等研究了61 名健康志愿者每天服用15 g聚葡萄糖對血清脂質(zhì)、脂蛋白和載脂蛋白的影響，結果表明聚葡萄糖能夠有選擇性地降低高密度脂蛋白水平（HDL）及其主要蛋白質(zhì)A-I和 A-II代謝。

將聚葡萄糖添加到食品中同樣具有降低甘油三酯和膽固醇的作用。如人體一次食用46 g用聚葡萄糖（15%，w/w）和乳糖醇制成的無糖巧克力對血清甘油三酯的升高幾乎沒有影響，而食用含糖的巧克力30～150 min內(nèi)，血清甘油三酯會緩慢的升高。

1.7 降低血糖反應

富含各種糖和淀粉等高生血糖碳水化合物的膳食，越來越與肥胖癥和早期Ⅱ型糖尿病等健康問題相關。聚葡萄糖難被吸收，血糖指數(shù)很低（相對于葡萄糖的4%～7%），攝入后不易使血糖升高，不刺激胰島素的分泌，非常適于糖尿病患者食用。聚葡萄糖還能用于取代各種食品中高血糖指數(shù)的碳水化合物，降低最終產(chǎn)品的總體血糖負荷。臨床試驗表明，人體攝入12 g聚葡萄糖和50 g葡萄糖后血糖指數(shù)為89%（對照為攝取50 g葡萄糖后的血糖指數(shù)為100%），說明聚葡萄糖是非胰島素依賴性，也表明聚葡萄糖可以延緩葡萄糖在小腸內(nèi)的吸收，可能由于聚葡萄糖的填充和小腸粘度的增加而延遲了胃排空的時間所引起的。

1.8 增加飽腹感，有助于減輕肥胖

全球患肥胖癥的人數(shù)正在不斷上升，而低熱量的膳食是體重控制的有效手段。聚葡萄糖具有較低的熱量值，能使人在攝入較少熱量的情況下，達到增進飽腹感的效果。一方面，用聚葡萄糖生產(chǎn)的低熱量食品能增進飽腹感，從而使消費者避免很快感到饑餓。聚葡萄糖還可以抑制食欲，減少進食量，并從人體內(nèi)帶走多余的脂肪和能量。另一方面，聚葡萄糖還可在胃腸壁上形成一層薄膜，纏裹部分食物中的脂肪，限制消化道內(nèi)脂肪的吸收，促進脂類物質(zhì)的排泄，從而達到減少脂肪堆積，控制體重的功效。

2 聚葡萄糖的安全性

動物和人體試驗證實，聚葡萄糖具有高度的安全性。FDA和FAO/WHO均已批準聚葡萄糖為安全的食品添加劑。目前，中國、日本、澳大利亞等45 個國家已批準使用聚葡萄糖。另外，日本的厚生省已確認聚葡萄糖是一種食品，我國已將其列入國家食品添加劑。食品中添加聚葡萄糖作為通便劑的平均最大無作用量為90 g/天。

3 聚葡萄糖的特性及應用

聚葡萄糖理化性質(zhì)是以葡萄糖為主要聚合體，檸檬酸為催化劑，山梨醇為增塑劑，經(jīng)熱聚合而形成的一種水溶性高分子化合物。聚葡萄糖作為一種新型的膳食纖維和增稠劑、膨脹劑、配方助劑、填充劑等，主要應用于低能量、高纖維等功能性食品中。在纖維食品中，聚葡萄糖以其90%以上的水溶性膳食纖維含量成為一種主要的纖維來源；在低能量食品中，聚葡萄糖可以部分或全部替代糖和脂肪，在降低食品能量的同時，能保持食品原有的風味和質(zhì)感，帶來令人滿意的口感享受。

3.1 水溶性

聚葡萄糖具有良好的水溶性，可以制備濃度高達80%的水溶液。它不溶于乙醇，但能部分溶于甘油和丙二醇。聚葡萄糖水溶液可以很容易由聚葡萄糖粉末制得，溶解速度取決于混合設備的速度、剪切力以及粉末加入水中時的狀態(tài)。在制備高濃度水溶液時，可將聚葡萄糖緩慢加入熱水中，同時進行有效的機械攪拌以加速溶解。加入另一種物質(zhì)作為分散劑，也可起到同樣的效果。

3.2 穩(wěn)定性

在實驗室中，在25 ℃、45 ℃和60 ℃裸露的條件下觀察無包裝的聚葡萄糖，它可以穩(wěn)定地保存90 天以上。在密閉容器中和合適的貯存條件下，聚葡萄糖的保質(zhì)期可達2 年。

3.3 粘性

與蔗糖一樣，聚葡萄糖水溶液是典型的牛頓液體。在相同條件下，聚葡萄糖水溶液的粘度比蔗糖稍高。20 ℃時，兩者的粘度之差為1 000 cP（1 Pa·s）。

3.4 濕潤性

聚葡萄糖可以作為一種濕潤劑，防止或減緩含濕食品的不良變化，能使食品既不脫水也不吸水。在糖果和焙烤食品中，聚葡萄糖可以調(diào)節(jié)貯存過程中水分吸收或喪失的速度。但水分吸收和喪失的速度還受多種因素的影響，如食品的性質(zhì)、配方、包裝、貯存或食用時的環(huán)境條件等。

4 聚葡萄糖的應用

聚葡萄糖具有低熱量、代糖、代脂的功能，在國外已成為一種用途廣泛的新型功能性食品添加劑。食品工業(yè)生產(chǎn)中用作脂肪代用品、優(yōu)質(zhì)代糖填充劑、防凍劑、水分保持劑、水溶性膳食纖維來源等。由于聚葡萄糖已被確認為安全無毒的食品添加劑，因此被廣泛用于糖類、果醬、糕點、巧克力、冷凍甜點類等食品的生產(chǎn)。

4.1 飲料行業(yè)

聚葡萄糖是強化纖維飲料的理想纖維來源，它具有水溶性好， pH值低及加熱條件下穩(wěn)定性高，在貨架期內(nèi)穩(wěn)定，纖維無損失等優(yōu)良特性，使其能廣泛應用于飲料產(chǎn)品（包括固體飲料），無不良口味，色澤和透明度均良好。聚葡萄糖還可增強無糖或低糖飲料的口感。

4.2 乳制品

聚葡萄糖在低pH值下穩(wěn)定，用于酸奶生產(chǎn)，能提供清爽口感和纖維強化；用于乳飲料中，能直接強化纖維；用在低脂或無脂產(chǎn)品中，能防止析水，賦予產(chǎn)品良好的質(zhì)構和奶油口感。

4.3 焙烤食品

聚葡萄糖可用于生產(chǎn)高纖維的面包、蛋糕和餅干等焙烤食品，強化焙烤食品的纖維概念。聚葡萄糖十分耐熱，作為蔗糖和油脂的替代品，能延緩淀粉老化，保持水分，提供良好的質(zhì)構和口感，特別適于加工低糖、低脂的焙烤食品。

4.4 保健品或藥品

因聚葡萄糖具有較低的熱量值（4.18 kJ/g），可用于生產(chǎn)針對愛美人士或年輕女性的低能量，瘦身、減肥的保健食品或功能性飲料。

4.5 糖果

聚葡萄糖是無糖糖果的良好配料，其良好的耐受性，高水溶性和高粘度，可保證硬糖和橡皮糖的良好咀嚼性；能防止結晶，特別是使用糖醇的糖果；非致齲性，適用于健齒糖果。添加聚葡萄糖的蔗糖糖果，能起到強化纖維和益生元，降低蔗糖的作用，也可降低熱量或降低總血糖生成值。

4.6 其它應用

聚葡萄糖還可用于巧克力、冰淇淋/冷凍甜點、果醬和果陷、肉制品等食品中，具有改善食品質(zhì)構，強化營養(yǎng)的功能。

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