聚葡萄糖的特性及其在乳制品中的應用

劉軍軍  姜竹茂   煙臺大學生命科學學院

          劉吉建  李  躍   山東民強生物科技有限公司

摘  要：聚葡萄糖作為一種水溶性膳食纖維，具有良好的理化特性和生理功能，可廣泛應用于各種食品中。本文主要綜述了聚葡萄糖的結構和組成、理化和生理特性及其在乳制品中的應用。

關鍵詞：聚葡萄糖；特性；乳制品；應用

0 前言

   1965年，Hans Rennhard博士發明了聚葡萄糖，又經過16年的研發、探索，最終獲得FDA（Food and Drug Administration,美國食品與藥物管理局）批準，于1981年將聚葡萄糖推向了市場^[1-2]。  

聚葡萄糖屬于水溶性的膳食纖維，是一種低熱量、無糖、低血糖指數、穩定、具有極高耐受性的特殊碳水化合物。與不溶性的膳食纖維相比，其低熱量、穩定、高耐受性和可作為益生元的特點，使其具備了更多的保健功能和加工優勢。

1 聚葡萄糖的結構及組成

  聚葡萄糖是隨機交聯的葡萄糖組成的多糖，由葡萄糖和少量的山梨醇、檸檬酸經高溫熔融縮聚而成，其結構如圖1.所示。由于聚合度的不同，分子量從162Da到15,000Da不等，其中相對分子量在5000Da以內的占88.7%^[2]。

圖1.  聚葡萄糖的分子結構式

Fig. 1 Thestructural formula of polydextrose

近年來經過改進(除酸、脫色等精制過程)后，目前的聚葡萄糖產品主要有A型，N型，聚葡萄糖K以及改性聚葡萄糖(Litesse)和精煉聚葡萄糖(Litesse Ultra) 4種形式（表1.）。

表1.不同類型的聚葡萄糖

Tab. 1 Different types ofpolydextrose

2  聚葡萄糖的特性

2.1 理化性質

2.1.1 水溶性

聚葡萄糖易溶于水，25℃時溶解度為80%，加熱溶解的更快，這是聚葡萄糖作為填充劑時與纖維類的不同之處。聚葡萄糖K比聚葡萄糖溶解速度快，因為KHCO₃起了分散劑的作用。

2.1.2穩定性

聚葡萄糖非常穩定，在25℃、45℃和60℃裸露的條件下觀察無包裝的聚葡萄糖，它可以穩定的保存90天以上。但聚葡萄糖粉末會吸濕，須有良好的包裝，貯存于低濕度條件下。聚葡萄糖溶液也相當穩定，微生物難在其中生存。N型聚葡萄糖暴露在空氣中會失水，且高溫下長時間放置，顏色會變暗。

2.1.3粘性

與蔗糖一樣，聚葡萄糖水溶液是典型的牛頓液體。相同條件下，聚葡萄糖水溶液的粘度比蔗糖稍高。在25℃時，聚葡萄糖水溶液的粘度隨濃度增加而增加。

2.1.4 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，并且有利于控制溫度的變化。環境溫度高時，固體聚葡萄糖會充分吸水。聚葡萄糖的另一個重要特性是對溶液水分活度的影響。水分活度會影響食品質構、濕度變化和衛生區穩定性。

2.1.5 風味

聚葡萄糖沒有甜味，但是A型稍有酸苦味，經改性后味道變淡或消失。另外，聚葡萄糖濃度高時會產生不良風味，這可通過減少用量、加調味料或風味修飾劑來消除。

2.2 生理性質

2.2.1低能量

聚葡萄糖是隨機聚合的產物，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，大約為4.18kJ/g^[3]。

2.2.2調節腸道功能，防止便秘的發生

聚葡萄糖可改善排便功能而無腹脹、腹瀉等不良反應。這是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，部分聚葡萄糖可以被雙歧桿菌等有益菌發酵利用，產生大量的短鏈脂肪酸從而降低腸道的pH值，刺激腸道蠕動^[4]。同時，聚葡萄糖可以增加糞便的濕潤度并使其保持一定的滲透壓，從而雙向調節腸道內環境防止便秘的發生。

2.2.3降低血糖反應

研究表明，肥胖癥和糖尿病等健康問題與富含各種糖和淀粉等高生血糖碳水化合物的膳食有著緊密的聯系。聚葡萄糖難被吸收，而且血糖系數很低（僅為葡萄糖的4%～7%），攝入后不易使血糖升高，不刺激胰島素的分泌，因此非常適合糖尿病患者食用^[5]。

2.2.4促進礦物元素的吸收

   聚葡萄糖作為一種非消化性多糖物質可以對人體鈣的吸收和保留起到有益的作用。Hara等的研究表明，對于全胃切除和正常的大鼠用相同劑量的聚葡萄糖喂養時（50g/kg，21天）,均可增加對鈣的吸收和骨的礦化，但是用GGH（瓜爾豆膠水解物）喂養的正常大鼠沒有這種作用，這說明聚葡萄糖促進鈣吸收主要是小腸的作用^[6]。

2.2.5降低甘油三酯和膽固醇

膽固醇是一種脂溶性物質，和蛋白質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時會導致動脈硬化和高血壓的發生^[7]。研究表明，聚葡萄糖可阻止或減少甘油三酯和膽固醇進入淋巴的量^[4]。

2.2.6增加飽腹感有助于減肥

聚葡萄糖具有較低的熱量值（僅為4.18kJ/g），這樣就能使人在攝入較少熱量的前提下，達到飽腹感的效果。聚葡萄糖還可以抑制食欲，減少進食量，并從人體內帶走多余的脂肪和能量。此外，聚葡萄糖還可以在胃腸壁上形成一層薄膜，包裹住食物中的脂肪，從而達到減少脂肪堆積，預防肥胖。

2.2.7清除體內有毒物質，降低腸道癌的發生幾率

   聚葡萄糖能夠抑制有毒物質在腸道的吸收，并通過糞便的形式將其排出體外，從而降低有毒物質在體內的積累。研究表明，聚葡萄糖能夠有效地促進二噁英類物質的排出，從而抑制其在肝臟中的蓄積，避免其引起的肝臟代謝障礙、免疫性障礙及導致遺傳毒性、致癌和致畸^[8]。

   此外，聚葡萄糖已被證實能夠改善腸道微生物的組成和活性，從而降低患腸癌的風險。

2.2.8  調節腸道菌群平衡，起到益生元的作用

   聚葡萄糖是有效的益生元，能夠促進腸道有益菌（雙歧桿菌、乳桿菌）的增殖，并抑制有害菌^[9]。人體臨床試驗研究表明，服用聚葡萄糖4、8、12g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，而擬桿菌平均減少了大約54.6%、80.8%、82.7%^[10]。

2.3應用特性

聚葡萄糖在食品中具有很多的應用優勢，這是由它的理化和生理性質決定的。一般認為它的應用優勢表現在以下幾個方面：

   ⑴聚葡萄糖能夠取代食品中的糖和脂肪，改善食品的質構和口感，賦予乳制品類似油脂的細膩滑潤口感以及理想的光澤表面；

⑵在食品中加入聚葡萄糖能夠使食品含有較少的脂肪并且具有更易被大眾所接受的風味；

⑶良好的膳食纖維來源；

   ⑷聚葡萄糖的血糖反應低并且其代謝不依賴胰島素，適于糖尿病患者；

   ⑸聚葡萄糖能夠作為優良的益生元，顯著改善腸道健康；

   ⑹聚葡萄糖能夠帶來飽腹感，有利于幫助肥胖癥患者控制體重；

   ⑺聚葡萄糖具有良好的加工型，因為其具有良好的穩定性。

3聚葡萄糖在乳制品中的應用    

   聚葡萄糖具有低pH值條件下穩定性好，無甜度且口味中性，粘度高等優良特性，因而應用于低脂、無脂乳品中，不僅可以改善乳品口感，還可提高乳品在保質期的穩定性，且不與其中任何成分發生對人體不利的理化反應。

3.1聚葡萄糖在酸奶中的應用

聚葡萄糖添加到酸奶中能夠起到很多效果：①具有一定的增稠作用，可增加酸奶的口感；②可替代一部分的蔗糖和脂肪，降低能量；③作為益生元，促進酸奶中有益菌的增殖；④改善產品的組織狀態，提高奶香味^[11]。推薦聚葡萄糖添加量為4%。

3.2 聚葡萄糖在冰淇淋中的應用

   冰淇淋作為一種時尚乳制品，也朝著健康的方向發展。聚葡萄糖的添加能夠替代其中的脂肪提供滑爽細膩的口感。同時，聚葡萄糖易溶于水，持水性良好，是一種很好的水溶性膳食纖維，具有改善人體腸道有益菌群微生態環境的功能^[12]。推薦添加量為5%。

3.3 聚葡萄糖在乳酸菌飲料中的應用

   聚葡萄糖添加到乳酸菌飲料中可以為其提供理想的膳食纖維來源，同時它并不產生異味，色澤和透明度良好，并且它還可以提高低糖或無糖乳酸菌飲料的口感。聚葡萄糖水溶性好且其水溶液的pH較低，在加熱條件下其加工穩定性依舊良好，在貨架期穩定，纖維無損失。

3.4聚葡萄糖在奶粉中的應用

聚葡萄糖是被公認可以安全的用于成年人的一種主流膳食纖維，基于成人腸道的實驗表明，聚葡萄糖能夠增加糞便量、降低轉送時間、降低糞便pH和結腸內腐敗物質的濃度，成年人攝取聚葡萄糖能夠有助于腸內有益菌的增殖和短鏈脂肪酸的生成。2012年1月12日，衛生部批準水溶性膳食纖維一聚葡萄糖作為營養強化劑應用于嬰幼兒配方食品^[13]。此外，由于聚葡萄糖能夠促進鈣等礦物質的吸收，現在也廣泛應用于老年奶粉等功能性食品中。

4 展望

    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，在食品工業生產中用作脂肪代用品、優質代糖填充劑、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，被廣泛用于糖類、果醬、糕點、巧克力、冷凍甜點類等食品生產各行業中，且使用范圍和需求量逐年擴大。聚葡萄糖除了無甜味和不結晶這兩點，其它加工性質都與蔗糖相似，與蔗糖不同的是它還能取代部分的脂肪，這對于糖尿病患者來說無疑是一個福音。隨著人們對于食品的安全性和營養性的要求的不斷升高，聚葡萄糖的使用量必將會越來越大。

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