《食品安全导刊》刊号:CN11-5478/R 国际:ISSN1674-0270

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功能糖在低糖低热食品中的应用

2015-02-11 13:28:42 来源: 食安中国

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  摘要:功能糖是指功能性糖醇、功能性低聚糖、功能性膳食纤维等几种具有特殊生理功效的物质的统称。功能糖类产品广泛的应用于食品行业。食品企业对低糖低热食品的开发已经成为了行业发展的趋势。

  关键字:功能糖;低糖;低热

  1 中国居民健康状况
  随着中国社会的发展,居民生活水平的提高,我国居民的健康状况逐步得到改善,但是一些与膳食相关的慢性疾病如糖尿病以及肥胖等问题对我国居民的健康威胁越来越严重,加上中国老龄化程度逐步加深,相关健康问题逐步显现。
  1.1 糖尿病患者持续增多
  总部位于布鲁塞尔的国际糖尿病联盟(简称IDF)公布的资料显示,2014年世界糖尿病患者的数量已经达到3.87亿人,较去年增加500万人,预计在2025年这一数量将达到5.92亿。从各国来看,中国的糖尿病患者最多,大约有9629万。据最新调查显示目前我国20岁以上成年人每十人中就有一个糖尿病患者。而在大城市,糖尿病患病率更高,且患病年轻化趋势明显。糖尿病已成为威胁我国居民健康水平的重大疾病。
  1.2 肥胖人数逐年增长
  英国《柳叶刀》杂志网站14年刊登一篇有关肥胖的研究报告,名为《疾病的全球负担研究》。报告介绍,全球如今有三分之一的人超重或肥胖,这已经成为一个全球性问题。新快报的统计数据表明,全球肥胖人口中最多的是美国人。美国的肥胖人群总数为7800万,占全球肥胖者总数的13%。中国的肥胖人数为4600万,仅次于美国排在全球第二。
  1.3 老龄化程度逐步加剧
  联合国统计数据显示,目前全球老龄人口总数已达6.29亿,平均每10个人中就有一位60岁或60岁以上的老人。到2050年,60岁以上的老龄人口总数将近20亿,占总人口21%,并将超过14岁以下儿童人口的总数。截至目前,中国60岁以上老年人数量已超过2个亿,占总人口的14.9%。这一比例明显高于10%的联合国传统老龄社会标准。去年全国老龄委预计,未来20年中国将进入老龄化高峰。
  2 主要功能糖类产品介绍
  功能糖是指功能性低聚糖、功能性膳食纤维、功能性糖醇等几种具有特殊生理功效的物质的统称,其中包括赤藓糖醇、低聚果糖、聚葡萄糖等生理特点突出的产品,它们在人体肠胃道内不被消化吸收而直接进入大肠内为双歧杆菌等有益菌所利用,在改善人体健康水平的同时不会增加类似高糖高热量食品的负担。功能糖类产品已经广泛应用于饮料、保健品、乳品等食品行业。随着研究的深入以及市场认知程度的提高,功能糖类产品在食品中的应用将越来越广泛。
  2.1 功能性糖醇——赤藓糖醇
  赤藓糖醇又称(R,S)-1,2,3,4-丁四醇、赤丁四醇、赤丝草醇、赤藓醇、原藻醇。分子式为C4H10O4,英文名Erythritol,在化学结构上,赤藓糖醇与山梨醇、甘露醇等均属于多羟基单糖类化合物。它由4个碳原子组成,以线性分子形式排列,每个碳原子上均连接有一个羟基基团。赤藓糖醇具分子结构对称,不具有手性结构,只有一个形式存在,属于“内消旋型”。赤藓糖醇广泛分布于自然界的动植物体内[1]。
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图1.赤藓糖醇分子式
  赤藓糖醇为白色结晶性粉末,甜度为蔗糖的60-70%,口感与蔗糖类似,甜味清凉纯正,无不良味道。赤藓糖醇在溶于水时会吸收热量,所以食用时在口中会有一种凉爽的感觉。赤藓糖醇的酸热稳定性较好,即使在温度高达160℃的高温下也不会分解变色,长时间处于PH2-PH10的条件下仍能保持稳定[2]。
  龋齿的发生是由于牙斑中的细菌使糖发酵产生酸,使口腔中的PH降低,形成酸性环境,从而导致口腔微生物突变链球菌(Streptococcus mutans)繁殖,腐蚀牙齿。赤藓糖醇不能被突变链球菌利用,所以不会在口腔产生有机酸使牙斑表面pH值下降。因此,赤藓糖醇不会使牙齿发生龋变。赤藓糖醇的防龋齿功能要好于其它的糖醇类物质[3]。除此之外赤藓糖醇还具有抑制口腔微生物发酵某些糖类物质的能力[4]。
  赤藓糖醇是小分子物质,很溶解通过被动扩散被小肠吸收,吸收后大部分进入血液循环,只有少量进入大肠中作为碳源发酵。由于人体内没有能够分解赤藓糖醇的酶类,所以其只能通过肾脏从尿液中排出体外,赤藓糖醇为人体提供的热量只有0.2~0.4kcal/g,是一种零热量的甜味剂[5]。
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图2 赤藓糖醇代谢途径(来源:東京大学医学部保健栄養学教室)
  大多数糖醇类物质不易被小肠吸收,过量服用会产生副作用,导致肠胃胀气和腹泻的发生,因为赤藓糖醇分子量小,大部分可以容易的进入小肠被迅速吸收又难以被发酵,这就避免了产生的不吸收物质引起的副作用,所以其耐受性很高。相关研究表明赤藓糖醇在山梨醇、木糖醇、麦芽糖醇的醇类物质中是最高的[6]。
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图3糖醇类产品耐受量对比
  2.2 功能性低聚糖——低聚果糖
  低聚果糖又称蔗果低聚糖,英文名Fructooligosaccharides,分子式为G-F-Fn,n=1~3(其中G为葡萄糖基,F为果糖基),由蔗糖和果糖通过β-1,2糖苷键结合而成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖(分别简称为GF2、GF3、GF4)及其混合物。低聚果糖各成分天然存在于各种植物中,在日常食用的食物如香蕉、大蒜、蜂蜜、洋葱、红糖、芦笋根茎、菊芋、小麦等中都发现有低聚果糖存在。
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图4 蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖分子式
  低聚果糖液体为无色透明,固态为淡黄色或黄色,其甜度较蔗糖低,甜度随着组分中低聚果糖含量的升高而降低,市场上最早为日本明治制果株式会社开发的低聚果糖G型和P型,后者是在前者的基础上进一步精致而成,其甜度分别为蔗糖的60%和30%[7]。低聚果糖甜味清爽可口,无不良后味。低聚果糖酸热稳定性好,热稳定性类似蔗糖,中性条件下加热到140℃仍能保持稳定,在pH值大于5的环境中,加热到120℃也有较好的稳定性。但是在pH低于4的酸性环境中加热时,温度超过90℃,低聚果糖开始部分分解,所以低聚果糖应该在低温下保存。低聚果糖为非还原性糖,发生美拉德反应程度很低,G型的反应程度要高于P型。
  低聚果糖在人体内不被蔗糖转化酶、α-淀粉酶和麦芽糖酶分解,不能作为碳源被人体利用,不升高人体血糖,低聚果糖的热量值为1.5Kcal/g,仅为为蔗糖的40%。低聚果糖不能被突变链球菌发酵,不会在口腔内产酸,不会导致龋齿的发生。低聚果糖最重要的生理功能是作为益生元改善肠道功能。低聚果糖难以被消化,使用后直接到达大肠被双歧杆菌、乳酸菌等有益菌利用,产生丙酸、丁酸等有益菌,使肠道的PH降低,抑制有害菌的繁殖,减少有害物质的生产,从而达到防治便秘,改善肠道功能的作用[8]。
  2.3 功能性膳食纤维——聚葡萄糖
  聚葡萄糖是水溶性膳食纤维的一种,与不溶性膳食纤维相比,其具有很多的保健功效与加工优势。聚葡萄糖是葡萄糖分子随机交联组成的聚合体,由葡萄糖和少量山梨醇、柠檬酸经高温熔融缩聚而成,平均聚合度12,分子间以α-1-6键和α-1-4键为主。聚葡萄糖为白色或淡黄色的粉末,不甜或微甜。
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图5 聚葡萄糖分子式
  聚葡萄糖易溶于水,25℃时溶解度为80%,加热后溶解的更快,这与纤维类填充剂有所不同。聚葡萄糖的吸湿性较高,所以要保持在低湿度、通风干燥的地方,因为这一吸湿特性,可以用其作为保湿剂,延长食品货架期。聚葡萄糖非常稳定,在25℃、45℃和60℃裸露的条件下,可稳定地保存90天以上。在200℃左右高温下,稳定性仍非常好,不与酸碱起反应。
  Figclor等用14C标记技术的研究表明,聚葡萄糖在口腔内不会被消化,其中有30%的量在小肠内被微生物利用,发酵成为CO2和脂肪酸,脂肪酸经过大肠时被吸收,产生热量,另外有60%的聚葡萄糖从粪便排出,不产生热量,经过换算得到聚葡萄糖的热量值仅为1 kcal/g[9]。John S white等通过模拟人体内α淀粉酶、支链淀粉酶、淀粉糖甙酶对聚葡萄糖的酶解过程,发现聚葡萄糖在人体内的消化率为22% ~25% ,热量值约为1 kcal/g[10]。聚葡萄糖的产热量仅为蔗糖的1/4,脂肪的11%,所及聚葡萄糖属于低热量产品,很少会转化为脂肪。
  聚葡萄糖不会被口腔内的微生物利用,不会在口腔产酸危害牙齿健康造成龋齿。聚葡萄糖可以促进肠道内青春双歧杆菌、两叉双歧杆菌等有益菌的增值,降低肠道PH值,改善肠道功能。King N A等的研究表明,聚葡萄糖可以抑制食欲,限制消化道内脂肪的吸收,促进脂类物质的排泄减少进食量,从人体内带走多余的脂肪和能量,从而达到预防肥胖的功效。除此之外,聚葡萄糖还具有促进矿物质吸收、提高免疫力和清除人体内有毒物质等多种功效[11]。
  3.低糖低热食品市场发展趋势
  我国国标GB 28050-2011中对于低糖、低热量的产品给出了清晰的定义,其中低糖的定义是在每100g产品中糖的含量要低于5g。低能量的概念为,每一百克固体中的热量要小于170KJ,液体中的热量要小于80KJ。
  在国外对食物中糖分和热量有着诸多的限制。特别是近年来欧美国家为应对糖尿病和肥胖症日益增多的问题,开始对含有大量糖分的清凉饮料等征税。2011年初,法国拟出台新规向含糖软饮料征收“肥胖税”,新规出台后将向可口可乐、芬达等含糖软饮料加收1%的税,但不对零热量饮料加税;此外,百事首席执行官卢英德早前就表示,到2020年产品的不饱和脂肪含量减少15%,同时在全球主要市场销售的饮料中糖含量减少25%;2012年5月欧盟委员会通过禁止果汁中加糖提案,条例2012年6月开始生效。往后不论产品来源,在欧盟市场上销售的果汁将不再允许加糖。
  根据《NewNutritionBusiness》杂志对新的食品与健康趋势的预测,2015年食物、营养和健康有十大发展趋势。糖已经取代脂肪和盐,成为饮食中的新“恶魔”(第八大发展趋势)。这些都充分表明,低糖低热已经成为了食品行业的趋势。对糖含量的关注已经对食品企业形成了新的机遇。食品企业正在考虑如何满足市场对低糖含量的期望开发相关产品以满足市场的需求。
  4.功能糖在低糖低热食品中的应用
  1)功能糖在饮料行业的应用

  低糖低热量饮料是指添加少量糖或添加糖的代用品,如高倍甜味剂、低聚糖、赤藓糖醇等研制出在人体内产生较少能量的饮料。20世纪80年代初,添加有可溶性纤维、低聚糖的低热量饮料开始进入市场,添加物均为低甜度、低热量且具有某种生理活性的物质,基本不增加血糖、血脂。随着科技的进步,赤藓糖醇、低聚异麦芽糖、低聚果糖等新品种被逐步开发出来并引起了人们的关注,应用其生产的低热量饮料深受消费者喜欢。
  表1 低糖低热饮料案例
产品名称 产品图片 主要成分
 
MUSCLE MILK 低糖运动蛋白饮料
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赤藓糖醇、胶原蛋白、低聚半乳糖、酸味剂、维生素C、维生素E、甜味剂、透明质酸等
 
百事可乐Lifewater
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甜菊糖、赤藓糖醇、水、维生素(C、E、B6、B12)等
 
 
可口可乐Vitaminwater
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水、赤藓糖醇、甜菊糖、绿茶提取物、维生素(B3、B5、B6、B12)
 
ZEVIA天然苏打水 
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赤藓糖醇、甜菊糖、柠檬酸等
  2)功能糖在保健品行业的应用
  益生元如低聚果糖、低聚异麦芽糖等有一定甜度,但不被分解吸收,提供能量很少,作为保健食品配料可以满足那些喜爱甜食但又不能食用甜食的人的需要。因此,益生元在市场上的低糖、无糖、低热量保健食品中得到普遍应用。聚葡萄糖等膳食纤维,能量较低且具有膳食纤维的功效,能够增强饱腹感,从而起到减少食量而达到减肥的功效,其在相关保健品领域的应用的越来越广泛。
  表2 低糖低热保健品案例
产品名称 产品图片 主要成分
 
法藤胶原蛋白饮料
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赤藓糖醇、胶原蛋白、低聚半乳糖、酸味剂、维生素C、维生素E、甜味剂、透明质酸等
 
完美芦荟王浆矿物粉
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低聚果糖、牛磺酸、维生素C、去皮芦荟脱色冷冻干燥粉、赤藓糖醇、果糖柠檬粉等
 
 
隆力奇牌蛋白肽粉
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大豆分离蛋白、大豆低聚肽、植脂末、低聚异麦芽糖、阿斯巴甜(含苯丙氨酸)、牛奶香精等
 
无限极牌甘恬含片
\ 余甘子、甘露醇、麦芽糊精、聚葡萄糖、预胶化淀粉、乳糖、赤藓糖醇、硬脂酸镁、三氯蔗糖三氯蔗糖等
  3)功能糖在乳品行业的应用
  近年来欧盟、美国、日本等发达国家对食品中糖分的含量及热量宣称越来越重视,相关民众对于相关知识的了解也比较充分,加上他们对奶制品更是情有独钟,各种含乳制品市场上种类繁多,低糖、低热食品逐渐成为了各种新产品与新市场的耀眼明星。
  我国对于低糖低热乳制品的研发较晚,但是发展较为迅速,市场上已经出现了多个品类的新产品。赤藓糖醇因其天然零热量且拥有非常类似于蔗糖的口感,在市场上与甜味剂复配后既可以达到低糖的效果,还能节省成本,在市场上的反响较为强烈。低聚果糖和聚葡萄糖添加到乳制品中可以增加其中膳食纤维含量并降低产品的热量,还具有改善肠道健康的功效,在市场上受到了众多消费者的欢迎。
  表3 低糖低热饮料案例
产品名称 产品图片 主要成分
 
明治LG21无蔗糖酸奶
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牛奶、聚葡萄糖、赤藓糖醇、乳酸菌、三氯蔗糖等
VITAGEN 低糖活性乳酸菌饮料 \  
菊粉、聚葡萄糖、果糖、蔗糖、益生菌等
伊利每益添低糖活性乳酸菌饮料 \  
水、风味发酵乳、白砂糖、赤藓糖醇、安赛蜜、三氯蔗糖等
银桥原点牧场 益生菌酸牛奶 \  
生牛乳、浓缩乳清蛋白、聚葡萄糖、赤藓糖醇、低聚异麦芽糖、安赛蜜,益生菌等
  随着我国相关法律法规的逐步健全,相关研究的逐步深入,消费者对于自身健康的关注度越来越高,功能糖类产品在低糖、低热量的食品的开发中扮演着越来越重要的角色,相关产品的开发已经成为了食品行业的新趋势。

  参考文献

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  [10] John S White et al. An in vitro digestibility assay for prediction of the metabolizable

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(作者:张洪滨,郭传琦,庞明利,王红霞 保龄宝生物股份有限公司)

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