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益生元&功能性膳食纤维的生理功能与健康作用/广州罗湖山生物

发布日期:2022-08-26

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广州罗湖山生物

近年来,由于益生元和膳食纤维在肠道健康中的显著作用,已经成为功能食品研发领域的宠儿,含有益生元和膳食纤维强化的食品、药品、保健品纷纷进入市场,以及产业的不断扩大也进一步促进了功能食品行业的不断发展。

PART.1

益生元

益生元(Prebiotics)的概念是由GR.Gibson等(1995)提出,是指不易被消化的食品成分,通过选择性的刺激一种或几种细菌的生长与活性,而对寄主产生有益的影响,从而改善寄主健康的物质。益生元主要为一些低聚糖如低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖等。由于益生元不能被人体分解、吸收和利用,通过消化道到达结肠后,有的能被结肠群分解和利用,而促进结肠菌群的生长,在改善肠道微生态、促进脂质、蛋白质与矿物类代谢方面具有重要意义。

一、益生元的物化特性及生理功能

1、物化特性

低聚糖类益生元大多具有良好水溶性,粘度低,口感清爽,甜度低。与蔗糖相比,低聚果糖的甜度约为蔗糖的40~60%,低聚异麦芽糖约为40%~50%,低聚半乳糖为25%左右。益生元的酸稳定性和热稳定性较好,储存稳定性也很好,无不良质构和风味,可在食品和保健品领域中取代蔗糖使用

2、生理功能

益生元的生理功能,主要是通过促进肠道内有益菌繁殖、优化菌群平衡来实现和益生菌一样的功能。

(1)改善肠道菌群的功能

大肠是人体最大的细菌库,人体细菌的95%以上集中在大肠,含菌量可达1012cfu/g以上,代谢活动非常旺盛。人体试验表明,各种低聚糖都可以大幅度促进大肠中双歧杆菌之增殖,以低聚果糖为例,Mitsuoka(1987)就23名老年病人(50-90岁)进行试验,在每日膳食中添加低聚果糖NeosugarG15g,为期两周,每日收集粪便作细菌学试验,结果表明食用低聚果糖后,大便中双歧杆菌比试验前增加了10倍。

(2)低甜度、低热量

低聚果糖的甜度仅为蔗糖的1/3,在人体内不被α-淀粉酶、蔗糖转化酶和麦芽糖酶分解,不能作为能源被人体利用,不会使血糖值升高,因此非常适合于糖尿病患者及肥胖者食用。

(3)改善脂质代谢,降低血脂和胆固醇

动物和人体实验都表明,食用低聚果糖对血糖、血压、降低血清胆固醇,提高HDL/LDL比例有一定的效果。双歧杆菌可产生胆酸水解酶,将结合胆酸游离,而游离胆酸可抑制病原菌的生长,在pH6.0时,胆汁酸可同胆固醇结合而生成沉淀,随大便排除体外。双歧杆菌和低聚果糖本身也可吸收胆固醇而随大便排除,从而可有效调节血脂。此外低聚果糖被双歧杆菌发酵生成的丙酸,可抑制胆固醇的生成有关酶类的活性而抑制了胆固醇的合成。

(4)产生有机酸,降低肠道pH,抑制腐败,预防便秘

低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚乳糖等各种不消化或难消化低聚糖食后直达大肠,在结肠中被大肠菌群发酵作为能源而利用,双歧杆菌、乳酸菌等有益菌发酵这类碳水化合物,可产生有机酸,有机酸可降低肠道pH值,可有效抑制肠道腐败产物的生成,并促进肠道蠕动而促进排便。

(5)提高免疫力、抑制、预防肿瘤

大量的动物试验结果表明,双歧杆菌在肠道内大量繁殖能够起抗癌作用。这种抗癌作用归功于双歧杆菌的细胞、细胞壁成分和胞外分泌物使机体的免疫力提高。例如喂养定殖双歧杆菌单因子的无菌小鼠,要比未处理的无菌小鼠寿命长。低聚果糖具有整肠通便的功能,它能使肠道腐败菌受到抑制,腐败产物显著减少并及时排出,因而可减少大肠癌的发生。

(6)促进钙等矿物质元素的吸收

食用功能性益生元可以促进钙、镁、锌、铁等矿物元素的吸收,对于促进儿童生长及防治老年骨质丢失已有不少研究证实。用含10%低聚果糖的饲料喂养小鼠,试验表明低聚果糖可促进钙、铁、镁、锌的吸收,并可阻止因缺乏雌性激素而引起的骨质丢失,Niness(1999)报道对青少年志愿者所作试验结果表明少年日食低聚果糖15g,钙吸收增加26%,青年日食菊粉40g,钙吸收可增加58%。

二、益生元的应用

益生元不仅具有防龋齿、促进肠道有益菌增殖等生理功能,而且具有一系列良好的理化性能,如甜味温和、耐酸热、低粘度、保湿性好、防止淀粉老化、低水分活度等,从而使其能广泛应用于保健品、饮料和食品中。概括起来,主要有以下几方面:

(1)餐桌甜味剂:

小包装低聚异麦芽糖可直接加入冷热饮料和咖啡中,做为家庭保健糖可以用粉状或液体直接加入饮品和食品中。

(2)饮料:

益生元性质稳定适宜添加在各种饮料中,既保持饮料特有的风格,又具有一定的保健功能。可添加至碳酸饮料、豆奶饮料、果蔬饮料、茶饮料、营养饮料等各类饮品中。

(3)乳制品:

益生元在乳制品中已经有了非常广泛的应用,从常温奶到各个阶段的婴幼儿奶粉中都添加了不同的益生元,复合益生元组合低聚糖果与低聚半乳糖,应用到婴幼儿奶粉中可以协同提高婴儿的肠道健康,达能公司含有低聚果糖的Activia品牌酸奶,日本添加低聚异麦芽糖的EcoLife品牌乳酸菌饮等。

(4)焙烤食品:

益生元具有很好的保湿性和抑菌性,作为甜味剂添加在糕点或点心的甜馅心中,既能提供柔和的甜味,又能延长产品的货架寿命。可加入各种面包、蛋糕、饼干、西点、月饼及各种饼馅中。

(5)糖果:

低聚糖类益生元具有很好的耐热性,在熬糖温度下保持稳定,因此利用其做糖果时,工艺上无特殊要求。益生元中的低聚异麦芽糖加工特性同常规麦芽糖浆非常相近,也是目前性价比最高的益生元品类,其可以完全替代糖果及植脂末中的麦芽糖浆的应用,这样可显著降低糖果等传统食品中的含糖量,达到富含膳食纤维的宣称,符合当下消费趋势。

PART.2

功能性膳食纤维—聚葡萄糖

膳食纤维是食品中不被人体消化酶消化的组分的总和,具有卓越的保健功能,近年来被喻为糖、蛋白质、脂肪、矿物质和维生素以外的第七营养素和活性成分,有“生命绿洲”之称。聚葡萄糖属于一种水溶性的膳食纤维,它是由天然存在的葡萄糖、和少量山梨醇、柠檬酸经高温熔融缩聚而成,是随机交联的葡萄糖组成的多糖。

一、聚葡萄糖物化特性和生理功能

1、聚葡萄糖物化特性

聚葡萄糖易溶于水,25℃时溶解度为80%,聚葡萄糖非常稳定,在200℃左右高温下,稳定性仍非常好,不与酸碱起反应。聚葡萄糖具有良好的保湿性,延长焙烤食品货架期。此外,聚葡萄糖粘度类似蔗糖,耐受量高(90g/天)其加工性能优于传统的膳食纤维。

2、聚葡萄糖生理特性

(1)低能量、不致龋齿

聚葡萄糖热量值约为1kcal/g,而且不能被口腔中有害微生物利用,因此不会导致龋齿。

(2)非胰岛素依赖性

聚葡萄糖能改善末稍组织对胰岛素的感受性,降低对胰岛素的要求,抑制胰岛素的分泌,阻碍对糖的吸收,且聚葡萄糖本身不被吸收,从而达到降低血糖水平的目的,有效预防糖尿病。

(3)增殖双歧因子、肠道调节作用

经研究验证,浓度为1%和2%的聚葡萄糖即可对肠道双歧杆菌有显著的刺激作用。它所作用的双歧杆菌范围较广,除了对青春双歧杆菌、两叉双歧杆菌、长双歧杆菌等有增殖作用外,还对婴儿双歧杆菌有增殖作用(HollieM.etal,2004)。聚葡萄糖可改善排便功能而无腹胀、腹泻等不良效应。有助于增加肠道中有益菌的数量,减少有害菌的数量,降低大便pH值。

(4)降低甘油三酯和胆固醇

聚葡萄糖可阻止或减少甘油三酯和胆固醇进入淋巴细管的量。同时,聚葡萄糖进入肠道后被肠道微生物降解的产物可抑制胆固醇的合成,并能吸附胆固醇的代谢产物胆汁酸并排出体外,从而降低人体内胆固醇含量,阻碍对胆固醇的吸收。也可预防胆结石的形成(SOgata,etal.,1997)。用聚葡萄糖制出的巧克力有明显的减少血清甘油三酯的作用。若与乳糖醇配合使用,这种作用更强(YoshiharuS,2005)。

(5)助控和减肥作用

一方面聚葡萄糖可以抑制食欲,减少进食量,并从人体内带走多余的脂肪和能量(KingNAetal.,2005)。另一方面聚葡萄糖还可在胃肠壁上形成一层薄膜,缠裹部分食物中的脂肪,限制消化道内脂肪的吸收,促进脂类物质的排泄,从而达到减少脂肪堆积,预防肥胖的功效(Ogatashinichi,etal.,1999;Shimomura,etal.,2005)。

(6)促进Ca吸收

HaraH等(2000)的研究表明,摄入聚葡萄糖(50g/kg,21d)后,能增加Ca的吸收和骨矿化。HitoshiMineo等(2001)的研究表明:随着聚葡萄糖的浓度增加,小鼠空肠、回肠、盲肠、大肠的钙吸收作用呈递增趋势。

(7)提高免疫力

可溶性纤维的大量吸水,稀释了肠道中有害物质的浓度,并促使它排除体外,研究证明,可溶性纤维对癌症特别是结肠癌具有一定的防治作用,并具有排毒养颜,美容的作用(Rautonennina,etal,2005)。

2、聚葡萄糖在食品中的应用

聚葡萄糖作为填充剂、防冻剂、低温防护剂、抗老化剂、膳食纤维、益生元成分及防腐保鲜、增加渗透压等的成分添加入食品中,既提供必要的体积,又赋予逼真的质构和口感,还能保证优质的纤维来源。希望摄入低热量和保持健康的正常人群可以食用,糖尿病人等特殊群体也可以食用。

(1)乳品

聚葡萄糖具有低pH值条件下稳定性好,无甜度且口味中性,粘度高、防止蔗糖再结晶和淀粉再老化等优良特性,因而应用于低脂、无脂乳品中,不仅可以改善乳品口感,还可提高乳品在保质期的稳定性。如伊利推出的“谷粒多”和“每益添”,旺旺的益纤多,日本的三得利公司(Suntory)"Bikkle"酸乳饮料,日本的Yakult的Joie益生菌奶等,均添加了聚葡萄糖,强化膳食纤维,起到增加饱腹感,改善肠道健康的功效。

(2)糖果

无糖糖果的良好配料,耐受性好。高水溶性和高黏度,保证硬糖和橡皮糖的良好咀嚼性;能防止结晶,特别是使用糖醇的糖果;非致龋性,适用于健齿糖果。添加聚葡萄糖的蔗糖糖果,起到强化纤维/益生元/降低蔗糖的作用,也可降低热量或降低总血糖生成值,例如国内养生堂特别推出的成长快乐益生元Q片,日本UHA优哈味觉糖果(高纤低糖)等功能糖果中,聚葡萄糖含量都大于30%,以及德芙无糖巧克力和好时无糖巧克力中也都添加了聚葡萄糖。

(3)饮料

膳食纤维类饮料既能解渴、补充水分,又可提供人体所需膳食纤维,并可增强无糖或低糖饮料的口感。同时,聚葡萄糖良好的保健功能使其更适于中老年人、糖尿病病人和肥胖者饮用,起到使肠道舒畅,防治便秘,并可降低胆固醇,调节血脂、血糖,助控减肥等的作用。

在欧美、日本等国十分流行。如日本可口可乐公司生产的含膳食纤维矿泉水,西欧、美国的高纤维橙汁、高纤维茶,韩国饮乐多奥优热带水果纤维饮料,国内汇源开发的高纤果汁,三元乳业的高纤奶等。

(4)焙烤食品

聚葡萄糖十分耐热,在焙烤生产过程中把各种优良的特性理想地结合起来,作为有效的蔗糖替代品,能延缓淀粉老化,保持水分,提供良好的质构和口感,特别适于加工低糖、低脂高纤的焙烤食品。如,奥利奥无糖夹心饼干中,特别添加聚葡萄糖,其纤维含量达到12.5%,以及fibrelle公司推出的富含纤维的烘烤甜味剂,该甜味剂中融合了聚葡萄糖,低聚果糖和菊粉等,用于烘焙产品,完全替代蔗糖,在欧美的焙烤市场中,强化纤维产品已经成为食品常态。

PART.3

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