圖源：攝圖網
隨著全球經濟的迅速發展和人們生活水平的不斷提高，人們的健康狀況有了明顯的改善。但由於生活環境周圍空氣和水資源等污染日益加劇、飲食結構的不合理，如脂肪攝入過多，膳食纖維嚴重不足等原因，高血壓、高血脂、肥胖病、超體重、脂肪肝等疾病的患病率增加。面對各種惡性疾病發病率的逐年上升，人們在生活水平普遍提高的今天，更加關注自己的健康。功能性益生元和膳食纖維由於具有促進有益菌生長繁殖，糾正腸道微生態失衡的功效而被人們所熟知。近年來，由於益生元和膳食纖維在腸道健康中的顯著作用，已經成為功能食品研發領域的寵兒，含有益生元和膳食纖維強化的食品、藥品、保健品紛紛進入市場，以及產業的不斷擴大也進一步促進了功能食品行業的不斷發展。
01
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，通過選擇性的刺激一種或幾種細菌的生長與活性，而對寄主產生有益的影響，從而改善寄主健康的物質。益生元主要為一些低聚糖如低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖等。由於益生元不能被人體分解、吸收和利用，通過消化道到達結腸後，有的能被結腸群分解和利用，而促進結腸菌群的生長，在改善腸道微生態、促進脂質、蛋白質與礦物類代謝方面具有重要意義。
1.1益生元的物化特性及生理功能
1.1.1 物化特性
低聚糖類益生元大多具有良好水溶性，粘度低，口感清爽，甜度低。與蔗糖相比，低聚果糖的甜度約為蔗糖的40~60％，低聚異麥芽糖約為40％～５0％，低聚半乳糖為25％左右。益生元的酸穩定性和熱穩定性較好，儲存穩定性也很好，無不良質構和風味，可在食品和保健品領域中取代蔗糖使用。
1.1.2生理功能
益生元的生理功能，主要是通過促進腸道內有益菌繁殖、優化菌群平衡來實現和益生菌一樣的功能。
（1）改善腸道菌群的功能
大腸是人體最大的細菌庫，人體細菌的95%以上集中在大腸，含菌量可達1012cfu/g以上，代謝活動非常旺盛。人體試驗表明，各種低聚糖都可以大幅度促進大腸中雙歧桿菌之增殖，以低聚果糖為例，Mitsuoka(1987)就23名老年病人(50-90歲)進行試驗，在每日膳食中添加低聚果糖NeosugarG15g，為期兩周，每日收集糞便作細菌學試驗，結果表明食用低聚果糖後，大便中雙歧桿菌比試驗前增加了10倍。
（2）低甜度、低熱量
低聚果糖的甜度僅為蔗糖的1/3，在人體內不被α－澱粉酶、蔗糖轉化酶和麥芽糖酶分解，不能作為能源被人體利用，不會使血糖值升高，因此非常適合於糖尿病患者及肥胖者食用。
（3）改善脂質代謝，降低血脂和膽固醇
動物和人體實驗都表明，食用低聚果糖對血糖、血壓、降低血清膽固醇，提高HDL/LDL比例有一定的效果。雙歧桿菌可產生膽酸水解酶，將結合膽酸游離，而游離膽酸可抑制病原菌的生長，在pH6.0時，膽汁酸可同膽固醇結合而生成沉澱，隨大便排除體外。雙歧桿菌和低聚果糖本身也可吸收膽固醇而隨大便排除，從而可有效調節血脂。此外低聚果糖被雙歧桿菌發酵生成的丙酸，可抑制膽固醇的生成有關酶類的活性而抑制了膽固醇的合成。
（4）產生有機酸，降低腸道pH，抑制腐敗，預防便秘
低聚果糖、低聚異麥芽糖、低聚乳糖等各種不消化或難消化低聚糖食後直達大腸，在結腸中被大腸菌群發酵作為能源而利用，雙歧桿菌、乳酸菌等有益菌發酵這類碳水化合物，可產生有機酸，有機酸可降低腸道pH值，可有效抑制腸道腐敗產物的生成，並促進腸道蠕動而促進排便。
（5）提高免疫力 、抑制、預防腫瘤
大量的動物試驗結果表明，雙歧桿菌在腸道內大量繁殖能夠起抗癌作用。這種抗癌作用歸功於雙歧桿菌的細胞、細胞壁成分和胞外分泌物使機體的免疫力提高。例如餵養定殖雙歧桿菌單因子的無菌小鼠，要比未處理的無菌小鼠壽命長。低聚果糖具有整腸通便的功能，它能使腸道腐敗菌受到抑制，腐敗產物顯著減少並及時排出，因而可減少大腸癌的發生。
（6）促進鈣等礦物質元素的吸收
食用功能性益生元可以促進鈣、鎂、鋅、鐵等礦物元素的吸收，對於促進兒童生長及防治老年骨質丟失已有不少研究證實。用含10％低聚果糖的飼料餵養小鼠，試驗表明低聚果糖可促進鈣、鐵、鎂、鋅的吸收，並可阻止因缺乏雌性激素而引起的骨質丟失，Niness(1999)報導對青少年志願者所作試驗結果表明少年日食低聚果糖15g，鈣吸收增加26％，青年日食菊粉40g，鈣吸收可增加58％。
1.2 益生元的應用
益生元不僅具有防齲齒、促進腸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，如甜味溫和、耐酸熱、低粘度、保濕性好、防止澱粉老化、低水分活度等，從而使其能廣泛應用於保健品、飲料和食品中。概括起來，主要有以下幾方面：
（1）餐桌甜味劑：小包裝低聚異麥芽糖可直接加入冷熱飲料和咖啡中，做為家庭保健糖可以用粉狀或液體直接加入飲品和食品中。
（2）飲料：益生元性質穩定適宜添加在各種飲料中，既保持飲料特有的風格，又具有一定的保健功能。可添加至碳酸飲料、豆奶飲料、果蔬飲料、茶飲料、營養飲料等各類飲品中。
（3）乳製品：益生元在乳製品中已經有了非常廣泛的應用，從常溫奶到各個階段的嬰幼兒奶粉中都添加了不同的益生元，複合益生元組合低聚糖果與低聚半乳糖，應用到嬰幼兒奶粉中可以協同提高嬰兒的腸道健康，達能公司含有低聚果糖的Activi a品牌酸奶，日本添加低聚異麥芽糖的EcoLife品牌乳酸菌飲等。
（4）焙烤食品：益生元具有很好的保濕性和抑菌性，作為甜味劑添加在糕點或點心的甜餡心中，既能提供柔和的甜味，又能延長產品的貨架壽命。可加入各種麵包、蛋糕、餅乾、西點、月餅及各種餅餡中。
（5）糖果：低聚糖類益生元具有很好的耐熱性，在熬糖溫度下保持穩定，因此利用其做糖果時，工藝上無特殊要求。益生元中的低聚異麥芽糖加工特性同常規麥芽糖漿非常相近，也是目前性價比最高的益生元品類，其可以完全替代糖果及植脂末中的麥芽糖漿的應用，這樣可顯著降低糖果等傳統食品中的含糖量，達到富含膳食纖維的宣稱，符合當下消費趨勢。
1.3在酒業中的應用
利用低聚果糖和低聚異麥芽糖的甜度特性，可替代蔗糖作為酒類的糖源。利用其不發酵性，加入黑米酒、黃酒、稠酒等發酵酒中陳釀，製成營養甜酒保健品。如特別添加了低聚果糖的汾酒竹葉青。
1.4其他領域中的應用
利用添加低聚異麥芽糖的飼料飼餵動物，可以通過改善其腸道內的微生態環境，改善其健康狀況，在提高動物抗病能力的同時提高了飼料利用率和增重率。與通常使用的獸藥類保健品相比，具有無殘留、無污染、無毒副作用等好處。
02
功能性膳食纖維—聚葡萄糖
膳食纖維是食品中不被人體消化酶消化的組分的總和，具有卓越的保健功能，近年來被喻為糖、蛋白質、脂肪、礦物質和維生素以外的第七營養素和活性成分，有「生命綠洲」之稱。聚葡萄糖屬於一種水溶性的膳食纖維，它是由天然存在的葡萄糖、和少量山梨醇、檸檬酸經高溫熔融縮聚而成，是隨機交聯的葡萄糖組成的多糖。
2.1聚葡萄糖物化特性和生理功能
2.1.1 聚葡萄糖物化特性
聚葡萄糖易溶於水，25℃時溶解度為80％，聚葡萄糖非常穩定，在200℃左右高溫下，穩定性仍非常好，不與酸鹼起反應。聚葡萄糖具有良好的保濕性，延長焙烤食品貨架期。此外，聚葡萄糖粘度類似蔗糖，耐受量高（90g/天）其加工性能優於傳統的膳食纖維。
2.1.2 聚葡萄糖生理特性
（1）低能量、不致齲齒
聚葡萄糖熱量值約為1kcal／g，而且不能被口腔中有害微生物利用，因此不會導致齲齒。
（2）非胰島素依賴性
聚葡萄糖能改善末稍組織對胰島素的感受性，降低對胰島素的要求，抑制胰島素的分泌，阻礙對糖的吸收，且聚葡萄糖本身不被吸收，從而達到降低血糖水平的目的，有效預防糖尿病。
（3）增殖雙歧因子、腸道調節作用
經研究驗證，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範圍較廣，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（Hollie M.et al,2004）。聚葡萄糖可改善排便功能而無腹脹、腹瀉等不良效應。有助於增加腸道中有益菌的數量，減少有害菌的數量，降低大便pH值。
（4）降低甘油三酯和膽固醇
聚葡萄糖可阻止或減少甘油三酯和膽固醇進入淋巴細管的量。同時，聚葡萄糖進入腸道後被腸道微生物降解的產物可抑制膽固醇的合成，並能吸附膽固醇的代謝產物膽汁酸並排出體外，從而降低人體內膽固醇含量，阻礙對膽固醇的吸收。也可預防膽結石的形成（S Ogata, et al.,1997）。用聚葡萄糖制出的巧克力有明顯的減少血清甘油三酯的作用。若與乳糖醇配合使用，這種作用更強（Yoshiharu S, 2005）。
（5）助控和減肥作用
一方面聚葡萄糖可以抑制食慾，減少進食量，並從人體內帶走多餘的脂肪和能量（King NA et al.,2005）。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，限制消化道內脂肪的吸收，促進脂類物質的排泄，從而達到減少脂肪堆積，預防肥胖的功效（Ogata shinichi, et al.,1999；Shimomura, et al.,2005）。
（6）促進Ca吸收
Hara H等（2000）的研究表明，攝入聚葡萄糖（50g/kg,21d）後，能增加Ca的吸收和骨礦化。Hitoshi Mineo等（2001）的研究表明：隨著聚葡萄糖的濃度增加，小鼠空腸、迴腸、盲腸、大腸的鈣吸收作用呈遞增趨勢。
（7）提高免疫力
可溶性纖維的大量吸水，稀釋了腸道中有害物質的濃度，並促使它排除體外，研究證明，可溶性纖維對癌症特別是結腸癌具有一定的防治作用，並具有排毒養顏，美容的作用（Rautonen nina,et al,2005）。
2.2 聚葡萄糖在食品中的應用
聚葡萄糖作為填充劑、防凍劑、低溫防護劑、抗老化劑、膳食纖維、益生元成分及防腐保鮮、增加滲透壓等的成分添加入食品中，既提供必要的體積，又賦予逼真的質構和口感，還能保證優質的纖維來源。希望攝入低熱量和保持健康的正常人群可以食用，糖尿病人等特殊群體也可以食用。
（1）乳品
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、防止蔗糖再結晶和澱粉再老化等優良特性，因而應用於低脂、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。如伊利推出的「穀粒多」和「每益添」，旺旺的益纖多，日本的三得利公司（Suntory）"Bikkle"酸乳飲料，日本的Yakult的Joie益生菌奶等，均添加了聚葡萄糖，強化膳食纖維，起到增加飽腹感，改善腸道健康的功效。
（2）糖果
無糖糖果的良好配料，耐受性好。高水溶性和高黏度，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，適用於健齒糖果。添加聚葡萄糖的蔗糖糖果，起到強化纖維/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，例如國內養生堂特別推出的成長快樂益生元Q片，日本UHA優哈味覺糖果（高纖低糖）等功能糖果中，聚葡萄糖含量都大於30%，以及德芙無糖巧克力和好時無糖巧克力中也都添加了聚葡萄糖。
（3）飲料
膳食纖維類飲料既能解渴、補充水分，又可提供人體所需膳食纖維，並可增強無糖或低糖飲料的口感。同時，聚葡萄糖良好的保健功能使其更適於中老年人、糖尿病病人和肥胖者飲用，起到使腸道舒暢，防治便秘，並可降低膽固醇，調節血脂、血糖，助控減肥等的作用。
在歐美、日本等國十分流行。如日本可口可樂公司生產的含膳食纖維礦泉水，西歐、美國的高纖維橙汁、高纖維茶，韓國飲樂多奧優熱帶水果纖維飲料，國內匯源開發的高纖果汁，三元乳業的高纖奶等。
（4）焙烤食品
聚葡萄糖十分耐熱，在焙烤生產過程中把各種優良的特性理想地結合起來，作為有效的蔗糖替代品，能延緩澱粉老化，保持水分，提供良好的質構和口感，特別適於加工低糖、低脂高纖的焙烤食品。如，奧利奧無糖夾心餅乾中，特別添加聚葡萄糖，其纖維含量達到12.5%，以及fibrelle公司推出的富含纖維的烘烤甜味劑，該甜味劑中融合了聚葡萄糖，低聚果糖和菊粉等，用於烘焙產品，完全替代蔗糖，在歐美的焙烤市場中，強化纖維產品已經成為食品常態。
03
總結
全球功能食品60%以上功能宣稱可以歸到功能性益生元和膳食纖維等功能糖的健康作用上，例如消化道健康、口腔健康、體重控制及心血管健康等等。功能性益生元和膳食纖維作為一種健康的功能配料，具有低熱、低血糖反應、防齲齒和調節腸道等生理功效，功能性益生元和膳食纖維與抗生素和益生素相比有著不可替代的優點，它無藥物殘留，細菌不會產生抗藥性，無污染，耐高溫，性質穩定，是一種天然的食品添加劑，符合現代人的健康消費觀念，因此具有廣闊開發前景，專家預測健康產業將成為21世紀新的兆億美元產業，而益生元和膳食纖維等功能食品配料將是健康產業的基石。
參考文獻：
[1] 胡學智，功能性低聚糖，營養健康新觀察，2002，3：3-6
[2] 尤新. 功能性低聚糖發展動向及前景[J]. 中國食品添加劑，2008，3(88):45-49
[3] 蔣虹，胡宏. 益生元及其作用概述. 中國微生態學雜誌,，1997，9(4)：54-55
[4] 康白. 與正常微生物群有關的新概念. 中國微生態學雜誌.1992，4(4)：1-6
[5] 胡學智，李平作等譯．益生元開發與應用[Ｍ]．北京：化學工業出版社，2008
[6] 我國全面啟動公眾營養改善OLIGO項目，中國輕工業信息網 ，2007年1月23日
[7] 單淑琴. 功能性低聚糖的開發與應用前景[J].糧油與食品加工機械 2002，（9）：33-35
[8] 喬為倉.功能性低聚糖的開發與應用飲料工業[J]. 2005，（2）,4-7