隨著糖鏈生物學(xué)功能的揭示與認識，糖生物學(xué)正成為一個新科學(xué)前沿，繼基因工程、蛋白質(zhì)工程之后，糖工程已成為最引人注目的新生物技術(shù)學(xué)科。功能性低聚糖作為新生理活性物質(zhì)，在疾病診斷與防治、營養(yǎng)與保健、植物生長及抗病、畜牧養(yǎng)殖等方面的應(yīng)用倍受關(guān)注，在國際上已經(jīng)發(fā)展成為一個利用基因工程、蛋白質(zhì)工程、糖工程等現(xiàn)代生物技術(shù)手段，并涉及醫(yī)學(xué)、化學(xué)、工程等學(xué)科，應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料、農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域的重要產(chǎn)業(yè)。
功能性低聚糖的開發(fā)已開辟了許多新的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，2002年全球的低聚糖產(chǎn)量已達到15萬噸，創(chuàng)造了400億美元的功能食品市場，100億美元的功能飼料市場，而低聚糖藥物展現(xiàn)了無限商機，低聚糖農(nóng)藥、低聚糖肥料同樣引人注目，功能性低聚糖已成為全球生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中突出的亮點。我國具有低聚糖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特色與資源優(yōu)勢，在健康、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域壓力需求的背景，應(yīng)抓住機遇，充分跟進先進理論，大力發(fā)展自主技術(shù)，功能性低聚糖的研究及應(yīng)用不僅有助于提高我國的學(xué)術(shù)地位，并將在我國形成新的明星產(chǎn)業(yè)。
一、功能性低聚糖的生物學(xué)意義與應(yīng)用價值
糖、脂類、蛋白質(zhì)和核酸是構(gòu)成有機生物體的四大類化合物。其中糖是一類主要由C，H，O元素組成的化合物，在自然界中分布最廣泛，含量最豐富，參與各種生理活動，有著廣譜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物功能。現(xiàn)代生物學(xué)發(fā)展史中，對于糖的研究最早可以追溯到1891年EmilFischer對（+）一Glucose的右旋構(gòu)型的證明，之后以對糖酵解和糖異作用的研究為代表的生物化學(xué)發(fā)展階段是糖化學(xué)研究的鼎盛時期。但在此的幾十年間，一方面，先是在蛋白質(zhì)研究后，在核酸研究方面的巨大突破和迅速進展吸引了人們的注意力；另一方面，由于糖類本身在結(jié)構(gòu)方面的復(fù)雜性和特殊性，使得對其進行分離、分析和合成都極端困難，研究手段上的落后制約了糖類研究快速發(fā)展，最終使對糖的研究仍局限于糖類的代謝以及其結(jié)構(gòu)功能上，遠遠地落后于蛋白質(zhì)和核酸。并且使人們形成了一種錯誤認識，即糖在生物體中的作用只是作為結(jié)構(gòu)材料（如植物體的纖維素，動物體的幾丁質(zhì)等）和儲能物質(zhì)，并不參與對生命活動的調(diào)控。但近年來發(fā)現(xiàn)體內(nèi)糖基化幾乎對于所有蛋白質(zhì)的活性以及各種物物過程中都是必需的，同時也發(fā)現(xiàn)許多天然生命活動中的地位。而從70年代以來，在糖類分離和結(jié)構(gòu)分析等方面取得的重大突破也使糖類研究在近30年來得以快速發(fā)展，并由此誕生了一個新的分支學(xué)科——糖生物學(xué)（glycobiology）。低聚糖作為糖生物學(xué)中重要的研究對象，通過對其進行的多個方面的研究，人們已經(jīng)對低聚糖的作用與意義有了初步的認識。根據(jù)糖類物質(zhì)的水解情況可以將其分類為單糖、低聚糖和多糖，單糖是不能再被水解成更小分子的糖，而單糖通過還原性末端的羥基與其它單糖的羥基形成糖苷鍵，就進而構(gòu)成了有直鏈或支鏈結(jié)構(gòu)的低聚糖或多糖。1996年國家公布的《功能性低聚糖通用技術(shù)規(guī)則行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》中，規(guī)定的功能性低糖的定義為：（1）功能性低聚糖是由2—10個相同或不同的單糖聚合而成；（2）具有糖類某些共同的特性，可直接代替蔗糖，作為甜食配料，但不被人體胃酸、胃酶降解，不在小腸吸收，可到達大腸；（3）具有促進人體雙歧桿菌的增值等生理特性。1986年由美國能源部資助，美國佐治亞大學(xué)建立了復(fù)合糖研究中心（CCRC），專門進行低聚糖結(jié)構(gòu)的收集工作，到目前為止已記錄了49，897個不同結(jié)構(gòu)的低聚糖。低聚糖這種在結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜多樣性一方面使在研究方法上對低聚糖的分離、分析、合成都有極端的困難；另一方面，也解釋了低聚糖在生命活動中的功能多樣性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，并暗示低聚糖可能是生物體中另一類攜帶有生物信息的載體，在其豐富的結(jié)構(gòu)中隱藏著一個巨大的信息庫，為生命活動提供有限的其因轉(zhuǎn)譯外的多產(chǎn)性。
二、功能性低聚糖的發(fā)展?fàn)顩r
低聚糖在國外風(fēng)靡了幾年以后，很快就被引人國內(nèi)，在發(fā)酵行業(yè)掀起了一股不大不小的浪潮。近年來不少企業(yè)紛紛上馬，生產(chǎn)能力3萬噸／年左右，總設(shè)計能力超過5萬噸／年。我國目前一些飲料、奶制品生產(chǎn)廠家正在使用低聚糖作為其產(chǎn)品的原輔料，生產(chǎn)出酸奶、飲料等，獲得了較好的經(jīng)濟效益。但是對低聚糖的宣傳上還不夠普及，絕大多數(shù)的老百姓對低聚糖了解的甚少。
低聚糖之所以被普遍看好，緣于它優(yōu)異的生理功能，它是“雙歧因子”，具有雙歧桿菌增殖功能。可以說消費者對“雙歧因子”的認知程度直接影響著低聚糖類產(chǎn)品的銷售。據(jù)介紹，日本認識“雙歧因子”生理功能的人數(shù)占國民總數(shù)的70％以上，而我國不到1％。
業(yè)內(nèi)人士普遍認為，這并不是沒有市場，因為僅有1億人口的日本能銷售11000噸，12億人口的中國市場應(yīng)該更大，尤其是在人們普遍重視保健的今天，低聚糖是有市場優(yōu)勢的。但只有消費者對低聚糖的功能、特性以及對腸內(nèi)細菌、雙歧桿菌和功能性低聚糖三者關(guān)系認識提高后，才會根據(jù)需要積極選購低聚糖產(chǎn)品及添加低聚糖的功能食品。因此企業(yè)必須在增加生產(chǎn)的同時，采取多種形式開展普及“雙歧因子”功能的知識。否則不斷增多的生產(chǎn)企業(yè)只能在這塊局限的市場中競爭，直接限制和阻礙這個很有前途的產(chǎn)品的發(fā)展。目前出現(xiàn)的低價傾銷現(xiàn)象就說明了這一點。
也有專家指出，對低聚糖生理功能片面夸大宣傳的趨勢也很值得警惕。低聚糖是一類物質(zhì)的名稱，其品種繁多。而不同品種其物化性能、生理功能亦有所差異，并不是所有的低聚糖都具有增殖雙歧桿菌的作用。因而，不能夠一提低聚糖就說是雙歧因子的低聚糖，況且各個品種的增殖作用也不盡相同。有的每日一小湯匙（3－8克）已夠，有的則需要數(shù)十克。另外，原料來源、生產(chǎn)方法或所用菌株的不同，都會對雙歧桿菌的增殖效果有很大影響，因而應(yīng)正確宣傳低聚精的功能，才有利于整個行業(yè)的發(fā)展。
據(jù)介紹，目前我國已有兩個品種開始工業(yè)化生產(chǎn)，即低聚異麥芽糖和低聚果糖，其中低聚糖異麥芽糖約占全國產(chǎn)量的90％。因此生產(chǎn)企業(yè)還應(yīng)在產(chǎn)品的健康開發(fā)方面加大力度，積極推廣在更廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用。科研單位應(yīng)針對應(yīng)用研究下些功夫，生產(chǎn)企業(yè)也不應(yīng)坐等機遇，要主動出擊，積極與相關(guān)行業(yè)聯(lián)合發(fā)展，拓展低聚糖應(yīng)用的市場。
1996年報道，世界各國低聚糖產(chǎn)量約8.5萬噸，主要在日本和歐洲國家，北美、韓國有少量，我國不包在內(nèi)。因為1996年以前，國內(nèi)有關(guān)科教單位對功能性低聚糖如低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚甘露糖、低聚木糖的研究工作已開展若干年，但實現(xiàn)工業(yè)化則是這一年剛剛開始。第一個全新建設(shè)的用淀粉原料酶法轉(zhuǎn)化低聚異麥糖生產(chǎn)線，1996年在山東保齡寶生物技術(shù)有限公司試車成功。港臺地區(qū)則有永豐經(jīng)綸公司，蔗糖原料用酶法轉(zhuǎn)化小批量生產(chǎn)低聚果糖。經(jīng)過“九五”的發(fā)展，我國功能性低聚糖已形成一定規(guī)模，上市的商品有低聚糖麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、水蘇糖等。2000年功能性低聚糖總產(chǎn)量約3萬噸，主要品種是低聚異麥芽糖，同年，國家批準(zhǔn)了低聚糖異麥芽糖的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和功能性低聚糖的能用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為規(guī)范行業(yè)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。目前有一定生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)低級聚異麥芽糖的有山東禹城、濱州、沂水、定陶，河南孟州，浙江杭洲，新疆烏魯木齊等；低聚果糖有云南昆明，江蘇張家港，廣東江門等；低聚木糖、水蘇糖也于期試產(chǎn)。
三、典型功能性低聚糖
低聚糖（oligosaccharides）廣泛存在于各種天然食物中，如水果、牛奶、蜂蜜、蔬菜等。在過去十幾年中，低聚糖作為低熱值甜味劑被廣泛應(yīng)用，日本、歐洲應(yīng)用較普遍。1991年日本政府為“特殊健康用途的食品（FOUHU）”立法，低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖和帕拉金糖被列其中，同年有450種產(chǎn)品使用了低聚糖。到1996年FOUHU又批準(zhǔn)了58種食品，有34種低聚糖被列為功能性食品添加劑，有乳酮糖、乳果糖、低聚木糖、異麥芽糖。低聚糖的主要作用是使腸道內(nèi)雙歧桿菌增殖，保持良好的腸道環(huán)境，同時低聚糖又是一種膳食纖維。日本食品專家指出：低聚糖是功能性食品基料中最有發(fā)展前途的產(chǎn)品。日本是生產(chǎn)低聚糖最主要的國家，而低聚糖的使用則遍布世界各地，低聚糖的種類和生產(chǎn)目前全世界約有低聚糖產(chǎn)品十余種。除乳酮糖外，1991年低聚糖的產(chǎn)量約3．5萬噸，1995年則超過6．5萬噸。資料表明1995年乳酮糖的產(chǎn)量已超過了2萬噸，新的專利產(chǎn)品正不斷出現(xiàn)，而且有一半生產(chǎn)低聚糖的公司正在開發(fā)新的產(chǎn)品。
除大豆低聚糖和乳酮糖外，其它低聚糖都采用酶法生產(chǎn)，多是由簡單的乳糖、蔗糖等雙糖為底物，由轉(zhuǎn)移酶催化合成，或是多糖限制性水解制得，如淀粉、菊粉、木聚糖，其生成的產(chǎn)物是單糖和不同鏈長的低聚糖，可用膜分離、色譜分離的方法除去低分子糖達到純化的目的。
l.低聚半乳糖（Galato－oligos。charides）母乳喂養(yǎng)的嬰兒腸道中雙歧桿菌數(shù)目最多，這歸功于人奶中的低聚半乳糖，因此，低聚半乳糖做為雙歧桿菌的增殖因子引起人們的關(guān)注。低聚半乳糖是以高濃度乳糖做底物，在具有半乳精基轉(zhuǎn)移活性的口半乳糖苷酶（EC3．2．l．23）的作用下，首先將乳糖水解成半乳糖和葡萄糖，然后再將半乳糖轉(zhuǎn)移到乳糖的半乳糖基上，制得的低聚半乳糖是在乳糖中的半乳精基一側(cè)結(jié)合1一4個分子的半乳糖的混合物。目前世界上主要生產(chǎn)公司有日本的YaKnitHosha、Nissin制糖公司、SnowBrand奶制品。SnowBrand奶制品生產(chǎn)的低聚半乳糖只用在自己的嬰兒配方奶粉中，不向外出售；此外，Borculo乳清制品已在荷蘭生產(chǎn)和銷售低聚半乳糖，日本Unitika已獲準(zhǔn)生產(chǎn)，并即將面市。 2.乳酮糖（Lactulose）與低聚半乳糖一樣也以乳糖為原料。乳糖經(jīng)堿石灰處理后得乳酮糖，乳糖是由半乳糖和葡萄糖組成的，而乳酮糖則是有半乳糖與果糖以β-（1一4）糖苷鍵合形成的雙糖。乳酮糖在小腸內(nèi)不被消化吸收，到達大腸被雙歧桿菌利用，具有較高的增殖活性，因此乳酮糖被列為低熱值甜味劑和功能性食品添加劑。乳酮糖除用做食品添加劑外，還在醫(yī)藥上用于治療便秘和靜脈系統(tǒng)的腦病。德國Slvay是世界上最大的乳酮糖制造廠家，每年約生產(chǎn)1萬噸乳酮糖，90％用于藥品，如：Duphalac，Bifiteral、Chronulac、Cephulac。日本Morinaga奶制品是另一主要生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)品主要用于食品添加劑，并每年向歐洲出口3000噸乳酮糖；在比利時還設(shè)立了經(jīng)銷機構(gòu)。德國的MeleiGmbH采用Morinaga的技術(shù)生產(chǎn)乳酮糖。意大利的InalcoSPA也生產(chǎn)乳酮糖。在北美生產(chǎn)乳酮糖的公司有Canlac公司（加拿大）和SignaSA（墨西哥）、CIC聯(lián)合公司和AlutFoods公司（加拿大）；Canlac產(chǎn)品的市場主要是加拿大、美國和塞浦路斯。
3．乳果糖（Lactosucrose）乳果糖是以乳糖為原料生產(chǎn)的第2個雙歧因子低聚糖。它以乳糖和蔗糖門(1：1）為原料，在β-呋喃果糖苷酶（ES3.2．26）催化作用下，將蔗糖分解的果糖基轉(zhuǎn)移至乳糖還原性末端C1位羥基上，生成半乳糖基蔗糖即乳果糖。日本生產(chǎn)乳糖的分司有Ensuiko精糖公司、HyashibaraShin公司、生物制藥有限公司。近年來，乳果糖的產(chǎn)量不斷增加。1992年Ensuiko公司年產(chǎn)500噸，1994年產(chǎn)量增加三倍，超過1600噸。
4．低聚果糖（Fructo－dlgosacchatdts）從產(chǎn)量上看，低聚果糖是低聚糖家族中重要的成員。低聚果糖生產(chǎn)方法有2種，最終產(chǎn)物也略有不同。第一種方法以蔗糖做底物，采用β一呋喃果糖苷酶轉(zhuǎn)果糖基作用，在蔗糖分子的β（1—2）糖昔鍵上與l－3個果糖分子結(jié)合，形成的蔗果三糖（GF2）、蔗果四糖（GF3）、蔗果五糖（GF4），屬于果糖和蔗糖構(gòu)成的直鏈雜低聚精；產(chǎn)物中還有果糖、葡萄糖和反應(yīng)不完全的底物蔗糖。采用色譜法除去單糖和雙糖可制得高純度的低聚果糖。MeijiSeikaKaisha是日本生產(chǎn)低聚果糖的最大公司，產(chǎn)品的商品名為“Meioligo”。Meiji還與法國的BesninSac合資（Beghin－Me切生產(chǎn)低聚果糖，商品名為“Actilight”。此外，CheilFoodsandChemicals公司（南韓）也生產(chǎn)低聚果糖。
用于生產(chǎn)低聚果糖的第二種方法是控制菊粉的水解度，水解生成的產(chǎn)物與酶反應(yīng)產(chǎn)物類似，但在葡萄糖末端不全是以β（l—2）糖昔鍵與果糖相連。水解生成的低聚果糖的鏈比酶反應(yīng)的鏈長。布魯塞爾的BelgianORAFTI公司從菊苣中提取菊粉生產(chǎn)低取聚果糖，商品名為“Raflilose”；產(chǎn)品有不同純度，有粉末和糖漿。“Raftilose”牌產(chǎn)品中低聚果糖鏈長度從2－9。從菊苣中提取的菊粉中，含有低聚果糖和一些多聚糖。ORAFTI公司的菊粉產(chǎn)品名為“Rafliline”，是含有＞50個果糖基的多聚精。比利時的Cosucra公司也生產(chǎn)類似產(chǎn)品，商品名為“Fibruline”。這些長鏈的多聚糖現(xiàn)已用作脂肪的替代物。
5．帕拉金糖（Palatinose）低聚糖，帕拉金糖也叫異麥芽酮糖。是麥芽酮糖合成酶（ECS．4．99．11）作用于蔗糖生成的。帕拉金糖是二糖，甜度比蔗糖低，不會引起齲齒，可被小腸消化吸收，因此，不是雙歧桿菌增殖因子。然而帕拉金糖分子內(nèi)脫水縮合形成帕拉金低聚糖，則不被人胃腸消化吸收而達到大腸，促進雙歧桿菌的增殖。帕拉金低聚糖由日本的Mitsui制糖公司生產(chǎn)。
6．葡萄糖基蔗糖（ClycosylSucrose）葡萄糖基蔗糖又叫偶合糖，是以麥芽糖和蔗糖為原料，通過環(huán)狀糊精合成酶（EC2．4．1．19）合成的三糖。葡萄糖基蔗糖的甜度是蔗糖的一半，與其他低聚精一樣可以作為甜味劑的替代物，可以預(yù)防齲齒，可被腸道酶水解，因而減少了腸道內(nèi)雙歧桿菌對其的利用率，然而在食品中葡萄糖基蔗糖的另一重要特性是可以防止結(jié)晶和褐變反應(yīng)發(fā)生及極強的保水性能。目前主要生產(chǎn)公司是日本的HayashibanaShit公司。
7．低聚麥芽糖（Malto－oligosaccharides）低聚麥芽糖在小腸內(nèi)被水解吸收，因而達不到結(jié)腸，不能被結(jié)腸內(nèi)的雙歧桿菌利用。NaKaKuKi在他的一篇關(guān)于低聚麥芽糖的文獻中提出，使用高麥芽糖漿，人體內(nèi)殘余的低聚麥芽糖可以抑制腸道內(nèi)有害菌如產(chǎn)氣莢膜梭狀芽抱桿和腸道內(nèi)細菌的生長，因此，低聚麥芽糖對改善腸道內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)極有益。
低聚麥芽糖是葡萄糖基以α（l-2）糖苷鍵連接，是在解枝酶如支鏈淀粉酶（EC．3．4．1．41）、異淀粉酶（EC3．2．1．68）及各種。淀粉酶的作用下水解淀粉生產(chǎn)的不同鏈長低聚麥芽糖，這些a一淀粉酶具有不同的反應(yīng)特性，因此可以生產(chǎn)出不同鏈長和不同低聚麥芽糖含量的糖漿。NikonShikuhinKaKo是日本生產(chǎn)低聚麥芽糖的最大廠家。
8．低聚異麥芽糖（Isomalto－oligosaccharides）是所有低聚糖產(chǎn)品中產(chǎn)量最大的一種，低聚異麥芽糖也是以淀粉為原料生產(chǎn)的。低聚異麥芽糖是α-D一葡萄糖基以α(1-6）糖苷鍵結(jié)合，是雙歧桿菌的增殖因子。在低聚異麥芽糖的混合物中即合葡萄糖基以α（1-6）糖音鏈結(jié)合的低聚糖，又含葡萄基以α（1-4）糖苷鍵結(jié)合的低聚糖，如潘糖。低聚異麥芽糖的酶法合成反應(yīng)分兩步，第一步是a淀粉酶（EC3．2．1．l）將淀粉液化，第二步由β一淀粉酶（EC3．2．1．2）將酶化的淀粉水解成麥芽糖，a葡萄糖著酶（ES．2．1．20）再將其轉(zhuǎn)化成低聚異麥芽糖。
9．龍膽低聚糖〔Gentlo－oligosaccharides）是由若干個葡萄糖基以β(1一6）糖著鍵鏈合的化合物，是以葡萄糖漿為原料，在葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的作用下合成的。龍膽低聚糖在人的胃及小腸不被利用，因此可被雙歧桿菌和乳桿菌利用。NihonShokuhinKaKo公司是生產(chǎn)該糖的唯一公司商品么為“Gentose"目前年產(chǎn)量只有300-400噸。
10．大豆低聚糖（Soybean-oligosaccharides）與其他低聚糖不同，大豆低聚糖是直接從原料中提取的。大豆分離蛋白和濃縮蛋白的付產(chǎn)物大豆乳清中含有大豆低聚糖。大豆低聚精是由水蘇糖、棉子糖、蔗糖和少量的單粗構(gòu)成。采用膜分離技術(shù)可以從大豆乳糖中分離出大豆低聚精經(jīng)濃縮和干燥制成糖漿和粉末產(chǎn)品。水蘇糖和棉子糖都是對消化糖，是雙歧桿菌的增殖因子。日本的CalPis食品工業(yè)公司生產(chǎn)大豆低聚糖。中國黑龍江省天菊集團也生產(chǎn)低聚糖。
11．低聚木糖（XyIO－Oligosacchandes）低聚木糖在低聚糖的市場上占據(jù)比重較小，但隨著低聚糖市場的不斷擴大，其生產(chǎn)和需求將不斷增加。1994年Sun－tory有限公司（日本）生產(chǎn)大約70噸低聚木糖，1998年達300多噸，低聚木糖可以促進腸道內(nèi)雙歧桿菌增殖，主要用來制造功能性飲料。生產(chǎn)低聚木糖的原料是從玉米芯中提取的多聚木糖，由endol．4p木聚糖酶（EC3．2．二．8）控制多聚木糖的水解，采用超濾和反滲透除去大分子和小分子糖，制取高純度的低聚木糖。
自20世紀(jì)90年代以來，日本功能性低聚糖市場日趨成熟，年消費逐漸增加，日本每年消費具有雙歧桿菌作用的低聚糖，從1993年的2萬多噸，到1999年增至3萬多噸。和過去發(fā)表的年消費量比較，每年約少1.5萬噸，主要是由于去掉了每年消費1萬噸低聚麥芽糖和4000噸帕拉金糖，因為這兩種不具有雙歧桿菌的增殖作用。其中消費最多的品種是低聚異麥芽糖，達1.1萬噸。在日本也是單價最便宜的品種，每公斤僅140日元，但6年來總消費量增加不多，只增長15.78％。如按年銷售計算，據(jù)日本Yakult藥品工業(yè)最近提供的2000年功能性低聚糖銷售額統(tǒng)計，則低聚半乳糖銷售額居首位。給我們提出了幾個值得思考的問題：第一是日本功能性低聚糖近年來維持在每年3萬噸左右；第二是低聚木糖單價2500日元/kg，比低聚異麥芽糖140日元/kg高17.85倍，但年消費量只有650噸，只及低聚異麥芽糖的5.9％；第三是消費量6000噸居第二位的低聚半乳糖，其單價500日元/kg，比低聚異麥芽糖高3.57倍，年銷售額居所有功能性低聚糖之首，達300億日元(約相當(dāng)于2.5億美元)。
因此，我國的功能性低聚糖在“十一五”期間應(yīng)該怎樣發(fā)展、發(fā)展的品種、數(shù)量、速度，重點開發(fā)主要的應(yīng)用途徑，這些均是低聚糖生產(chǎn)經(jīng)營者最關(guān)心的問題。應(yīng)該提出一個為國內(nèi)有關(guān)方面有導(dǎo)向作用、可供參考的低聚糖發(fā)展規(guī)劃，防止造成不必要的經(jīng)濟損失。在歐洲市場，功能性低聚糖也有一定的歷史，但較日本為晚。據(jù)歐洲有關(guān)單位調(diào)研消費者對功能性低聚糖的認知度表明：日本70％，法國16％，德國9％，英國3％。現(xiàn)在歐洲國家對功能性低聚糖作為人類和動物食物的功能研究工作十分重視，很多科教單位投入力量進行研究，如荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)，比利時Louvain大學(xué)，瑞典Lund大學(xué)，英國Dunn臨床研究中心，荷蘭TNO等。由于地域和生活習(xí)慣的原因，歐洲國家低聚糖的原料，生產(chǎn)工藝和品種，和東方國家不完全相同。雖然功能性低聚糖技術(shù)已開始進入歐洲，但目前歐洲市場的主要功能性低聚糖商品，只有低聚半乳糖和低聚果糖，不像日本有10多種。還有一種菊粉，其組成的基本單元也是低聚果糖，但其聚合度在2－60，而低聚果糖的聚合度一般為2－7和3－8，能廣泛應(yīng)用于食品和飼料。荷蘭乳清產(chǎn)品Borculo公司和歐洲Miwon公司用乳制品工業(yè)副產(chǎn)品乳清，經(jīng)酶反應(yīng)制取低聚半乳糖，不僅應(yīng)用于乳品、飼料、糖果，還用于嬰兒食品。比利時RT子公司Orafit和法國Leroux公司用菊苣水浸提取的菊粉，經(jīng)酶解生產(chǎn)低聚果糖。法國和日本各占50％的合資BMI(Beghin-MeijiIndustres)公司，則用比利時公司產(chǎn)蔗糖原料酶法生產(chǎn)低聚果糖。低聚果糖有較好的風(fēng)味，可以和蔗糖或代替蔗糖用于各種食品，據(jù)法國Leoux公司介紹，歐洲較早開發(fā)菊苣產(chǎn)品主要為了解決脂肪代用品，大量的菊蕊用熱水浸提得到較大相對分子質(zhì)量的菊粉，這就是歐洲比較早在食品中使用的脂肪代用品，后來才進一步發(fā)展到用菊粉酶解制低聚果糖。1998年，該公司參加在上海舉辦的中國國際食品添加劑展覽會，據(jù)稱該公司擁有菊苣原料資源3萬多噸，年生產(chǎn)菊粉、低聚果糖，以及用菊粉和低聚果糖加工的各種食品總計在2萬噸。2000年在德國法蘭克福的歐洲健康食品配料展覽會，功能性低聚糖的參展企業(yè)有：荷蘭Borculo、Sensus、Cargill蛋白食品歐洲分部；比利時EBS、Orafti；德國IGV.KadenBiochem、VKMuhlen；法國Leroux、Sucaflore；日本Kimitsu、Nichimen，我國也有兩個企業(yè)參加。歐洲企業(yè)的低聚果糖大部分均用菊苣提取。其中Orifti和Leroux均號稱是菊苣提取物領(lǐng)先于世界的企業(yè)。
四、功能性低聚糖的應(yīng)用開發(fā)
1、功能性食品配料作為功能食品的提出，日本遠比西方要早。所有食品均含某些維持健康和生理機能的營養(yǎng)成分，但功能食品應(yīng)該具有獨特的生理活性和功效。在1984年，日本文部省就在“食品機能系統(tǒng)的解析的拓展”中強調(diào)食品的第三功能，使用功能食品這一名稱，并推動國內(nèi)廣泛的研究；在民間，由企業(yè)組成了功能食品聯(lián)絡(luò)機構(gòu)。就在1990年，有一種用低聚糖和維生素C配制的功能飲料“OligoCC”，當(dāng)年銷售達9000萬瓶。1991年厚生省實施營養(yǎng)改善法，建立自愿申報審批的特定保健用品管理辦法，把一部分功能食品納入這一范疇，但規(guī)定必須是加工食品形式，如乳制品、谷物食品飲料、調(diào)味品、糖果等，不包括像藥丸、膠囊、復(fù)合劑或其他類似于有特殊防病作用的食品，也不在其內(nèi)，但功能性低聚糖配制的調(diào)整腸道幫助消化外，尚有控制血壓、中和脂肪，補充礦物質(zhì)，控制血糖，降低膽固醇，防齲齒等。據(jù)日本保健和營養(yǎng)協(xié)會(JHNFA)報道，1999年特定保健用食品銷售總額1.824億美元，其中用低聚糖作幫助消化的特定保健食品銷售額8912萬美元，占總銷售額的4％。所使用的低聚糖品種有低聚果糖、大豆低聚糖、低聚木糖、乳果糖、乳酮糖、低聚半乳糖、低聚異麥芽糖等。所制食品有飲料、藥、餅干、布丁、發(fā)酵乳、調(diào)味醋、巧克力等。截至1999年10月，特殊保健食品已批準(zhǔn)171種，新近批準(zhǔn)用功能性低聚糖配制具有雙歧桿菌增殖調(diào)節(jié)腸道功能的品種有Nippon制粉用棉籽糖的湯類，Lotte用低聚木糖的糖果，EzakiGlico用乳果糖的餅干和糖果。在歐洲，功能性低聚糖不作為食品添加劑管理，作為食品配料廣泛應(yīng)用于各類食品，像Orafti低聚果糖成功應(yīng)用于酸乳、飲料、乳酪、餡料、冰淇淋、焙烤、巧克力、糖果、肉制品等。如比利時的FYOS和西班牙市場的Sveltesse是含低聚果糖的乳飲料；荷蘭市場的MusliNotenreep是含低聚果糖的米粉點心prculoDomo等公司生產(chǎn)的低聚半乳糖，由于其熱穩(wěn)定性好，能應(yīng)用于乳制品，飲料、糖果、點心、冷凍甜點、面包、果醬、蜂制品、肉制品等，例如有低聚半乳糖2－4g/瓶和3－4g/100ml的清涼飲料、2－3g/100g的特制嬰兒餅干，1－4g/100g的脆米餅等。在我國，雖然功能性低聚糖的工業(yè)化生產(chǎn)始自1996年，但經(jīng)五年發(fā)展，已具有一定規(guī)模，年產(chǎn)3萬噸左右。目前大部分作為食品配料使用，從絕對消費量來看，已和目標(biāo)接近。在食品工業(yè)中的應(yīng)用，我國較多地應(yīng)用于含乳飲料，少量用于糖果、酒類，有一部分作為保健品或保健品的配料上市，有很多食品還沒有涉及。總的來說，應(yīng)用的品種較少，即使用得較多的飲料，在飲料行業(yè)中也是小品種。保健食品也是花色繁多，絕對用量較小的部門。和日本、歐洲比較，還有很多食品行業(yè)的應(yīng)用尚待開發(fā)，要根據(jù)中國的國情，中國人的飲食習(xí)慣，向著能進入一日三餐的方便營養(yǎng)食品和滿足社會不同人群特殊食品需要的方向去努力開拓。
2、低聚糖飼料：我國飼料工業(yè)已發(fā)展成為我國工業(yè)體系中重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，已躍居世界第二大生產(chǎn)大國。按照1996－2020年我國飼料工業(yè)發(fā)展中、長期發(fā)展規(guī)劃，到2010年我國配合飼料的產(chǎn)量達到1億噸，濃縮飼料1200萬噸，預(yù)混合飼料300萬噸，對飼料添加劑的需求將大幅增加，低聚糖飼料添加劑將大有作為。低聚糖對動物也有和人體相似的功效。自1960年以來有很多報道，但在飼料中大規(guī)模使用是近十多年的事，只是在低聚糖有了工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)以及能被飼料工業(yè)接受的適當(dāng)價格以后才有可能。低聚糖添加于飼料的主要功效為：(1)促進雙歧桿菌增殖；(2)提高排便速度；(3)減少血氨濃度；(4)增進礦物質(zhì)吸收；(5)增強免疫能力。關(guān)于飼用實驗效果，現(xiàn)將國內(nèi)外不同品中低聚糖的飼用結(jié)果列于表2。
表2低聚糖的飼用實驗效果
品 種 用 量 結(jié) 果
低聚甘露糖 0.5~1g/kg 仔豬增重5.2％，肉比料降低10％
低聚半乳糖 1~2g/kg 仔豬增重6~8％，肉比料降低2％
低聚果糖 0.25~0.5% 仔豬30天增重2kg/頭
低聚異麥芽糖 1~2g/kg 仔豬增重3％~4％
低聚果糖 0.1%~1% 1000條魚增重47kg
低聚異麥芽糖 0.2% 仔雞增重37g/只，肉料比降低3％
此外還有不少關(guān)于低聚糖對預(yù)防沙門氏菌感染以及減少幼禽畜下痢的報道。最近，國內(nèi)不少單位和低聚糖生產(chǎn)企業(yè)配合進行的試驗結(jié)果也確認，低聚糖作為飼料的功能性添加劑，其結(jié)果是肯定的。
3、低聚糖農(nóng)藥：21世紀(jì)人類面臨的挑戰(zhàn)中，糧食對人類生存與發(fā)展具有重要意見。我國現(xiàn)在耕地占世界的7％，到2005年人口將達到13.5左右，將占世界總?cè)丝诘?5％。保持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，農(nóng)藥在我國具有重要地位。低聚糖新型生物農(nóng)藥具有以下優(yōu)點：水溶性好；對人畜無害；不污染環(huán)境；長期或多次誘導(dǎo)不會使植物產(chǎn)生特異抗病性；使用劑量低而且價格與有機農(nóng)藥相近。低聚糖農(nóng)藥在水果、蔬菜病害防治中的安全性也是低聚糖農(nóng)藥的特色。隨著目前人們對綠色食品的需求量日趨增加，低聚糖農(nóng)藥的市場將越來越大，寡聚糖生物農(nóng)藥作為一類新型的植物激素及植物抗性激活因子在農(nóng)作物生長發(fā)育和病蟲害防治中具有廣闊的開發(fā)前景。
4、低聚糖生化肥料：低聚糖對土壤微生物也有菌群調(diào)節(jié)作用，能提高化肥的利用率。當(dāng)前，對環(huán)境的污染貢獻率已達到40％。使用生化肥料是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的向往，低聚糖素大有作為。科學(xué)技術(shù)的進步與生物技術(shù)的發(fā)展，對人類的生活產(chǎn)生了重要的影響，不僅僅是社會經(jīng)濟的空前繁榮，同時也有環(huán)境、健康等領(lǐng)域的空前壓力。低聚糖的異軍突起，已介入了醫(yī)藥、食品、飼料及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，對緩解社會壓力、提高人們生活水平具有重要作用。
五、發(fā)展思路
1．政府積極推動低聚糖的科普宣傳，加大科研經(jīng)費投入，產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)。
2．企業(yè)與科研院校合作加強基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究，為市場與客戶服務(wù)。
3．重點突破，研究開發(fā)產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，重視技術(shù)平臺，突破幾種重要低聚糖生成的關(guān)鍵酶及生化工程技術(shù)。
4．加強國際合作，促進信息交流。
功能性低聚糖的開發(fā)已開辟了許多新的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，2002年全球的低聚糖產(chǎn)量已達到15萬噸，創(chuàng)造了400億美元的功能食品市場，100億美元的功能飼料市場，而低聚糖藥物展現(xiàn)了無限商機，低聚糖農(nóng)藥、低聚糖肥料同樣引人注目，功能性低聚糖已成為全球生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中突出的亮點。我國具有低聚糖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特色與資源優(yōu)勢，在健康、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域壓力需求的背景，應(yīng)抓住機遇，充分跟進先進理論，大力發(fā)展自主技術(shù)，功能性低聚糖的研究及應(yīng)用不僅有助于提高我國的學(xué)術(shù)地位，并將在我國形成新的明星產(chǎn)業(yè)。
一、功能性低聚糖的生物學(xué)意義與應(yīng)用價值
糖、脂類、蛋白質(zhì)和核酸是構(gòu)成有機生物體的四大類化合物。其中糖是一類主要由C，H，O元素組成的化合物，在自然界中分布最廣泛，含量最豐富，參與各種生理活動，有著廣譜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物功能。現(xiàn)代生物學(xué)發(fā)展史中，對于糖的研究最早可以追溯到1891年EmilFischer對（+）一Glucose的右旋構(gòu)型的證明，之后以對糖酵解和糖異作用的研究為代表的生物化學(xué)發(fā)展階段是糖化學(xué)研究的鼎盛時期。但在此的幾十年間，一方面，先是在蛋白質(zhì)研究后，在核酸研究方面的巨大突破和迅速進展吸引了人們的注意力；另一方面，由于糖類本身在結(jié)構(gòu)方面的復(fù)雜性和特殊性，使得對其進行分離、分析和合成都極端困難，研究手段上的落后制約了糖類研究快速發(fā)展，最終使對糖的研究仍局限于糖類的代謝以及其結(jié)構(gòu)功能上，遠遠地落后于蛋白質(zhì)和核酸。并且使人們形成了一種錯誤認識，即糖在生物體中的作用只是作為結(jié)構(gòu)材料（如植物體的纖維素，動物體的幾丁質(zhì)等）和儲能物質(zhì)，并不參與對生命活動的調(diào)控。但近年來發(fā)現(xiàn)體內(nèi)糖基化幾乎對于所有蛋白質(zhì)的活性以及各種物物過程中都是必需的，同時也發(fā)現(xiàn)許多天然生命活動中的地位。而從70年代以來，在糖類分離和結(jié)構(gòu)分析等方面取得的重大突破也使糖類研究在近30年來得以快速發(fā)展，并由此誕生了一個新的分支學(xué)科——糖生物學(xué)（glycobiology）。低聚糖作為糖生物學(xué)中重要的研究對象，通過對其進行的多個方面的研究，人們已經(jīng)對低聚糖的作用與意義有了初步的認識。根據(jù)糖類物質(zhì)的水解情況可以將其分類為單糖、低聚糖和多糖，單糖是不能再被水解成更小分子的糖，而單糖通過還原性末端的羥基與其它單糖的羥基形成糖苷鍵，就進而構(gòu)成了有直鏈或支鏈結(jié)構(gòu)的低聚糖或多糖。1996年國家公布的《功能性低聚糖通用技術(shù)規(guī)則行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》中，規(guī)定的功能性低糖的定義為：（1）功能性低聚糖是由2—10個相同或不同的單糖聚合而成；（2）具有糖類某些共同的特性，可直接代替蔗糖，作為甜食配料，但不被人體胃酸、胃酶降解，不在小腸吸收，可到達大腸；（3）具有促進人體雙歧桿菌的增值等生理特性。1986年由美國能源部資助，美國佐治亞大學(xué)建立了復(fù)合糖研究中心（CCRC），專門進行低聚糖結(jié)構(gòu)的收集工作，到目前為止已記錄了49，897個不同結(jié)構(gòu)的低聚糖。低聚糖這種在結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜多樣性一方面使在研究方法上對低聚糖的分離、分析、合成都有極端的困難；另一方面，也解釋了低聚糖在生命活動中的功能多樣性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，并暗示低聚糖可能是生物體中另一類攜帶有生物信息的載體，在其豐富的結(jié)構(gòu)中隱藏著一個巨大的信息庫，為生命活動提供有限的其因轉(zhuǎn)譯外的多產(chǎn)性。
二、功能性低聚糖的發(fā)展?fàn)顩r
低聚糖在國外風(fēng)靡了幾年以后，很快就被引人國內(nèi)，在發(fā)酵行業(yè)掀起了一股不大不小的浪潮。近年來不少企業(yè)紛紛上馬，生產(chǎn)能力3萬噸／年左右，總設(shè)計能力超過5萬噸／年。我國目前一些飲料、奶制品生產(chǎn)廠家正在使用低聚糖作為其產(chǎn)品的原輔料，生產(chǎn)出酸奶、飲料等，獲得了較好的經(jīng)濟效益。但是對低聚糖的宣傳上還不夠普及，絕大多數(shù)的老百姓對低聚糖了解的甚少。
低聚糖之所以被普遍看好，緣于它優(yōu)異的生理功能，它是“雙歧因子”，具有雙歧桿菌增殖功能。可以說消費者對“雙歧因子”的認知程度直接影響著低聚糖類產(chǎn)品的銷售。據(jù)介紹，日本認識“雙歧因子”生理功能的人數(shù)占國民總數(shù)的70％以上，而我國不到1％。
業(yè)內(nèi)人士普遍認為，這并不是沒有市場，因為僅有1億人口的日本能銷售11000噸，12億人口的中國市場應(yīng)該更大，尤其是在人們普遍重視保健的今天，低聚糖是有市場優(yōu)勢的。但只有消費者對低聚糖的功能、特性以及對腸內(nèi)細菌、雙歧桿菌和功能性低聚糖三者關(guān)系認識提高后，才會根據(jù)需要積極選購低聚糖產(chǎn)品及添加低聚糖的功能食品。因此企業(yè)必須在增加生產(chǎn)的同時，采取多種形式開展普及“雙歧因子”功能的知識。否則不斷增多的生產(chǎn)企業(yè)只能在這塊局限的市場中競爭，直接限制和阻礙這個很有前途的產(chǎn)品的發(fā)展。目前出現(xiàn)的低價傾銷現(xiàn)象就說明了這一點。
也有專家指出，對低聚糖生理功能片面夸大宣傳的趨勢也很值得警惕。低聚糖是一類物質(zhì)的名稱，其品種繁多。而不同品種其物化性能、生理功能亦有所差異，并不是所有的低聚糖都具有增殖雙歧桿菌的作用。因而，不能夠一提低聚糖就說是雙歧因子的低聚糖，況且各個品種的增殖作用也不盡相同。有的每日一小湯匙（3－8克）已夠，有的則需要數(shù)十克。另外，原料來源、生產(chǎn)方法或所用菌株的不同，都會對雙歧桿菌的增殖效果有很大影響，因而應(yīng)正確宣傳低聚精的功能，才有利于整個行業(yè)的發(fā)展。
據(jù)介紹，目前我國已有兩個品種開始工業(yè)化生產(chǎn)，即低聚異麥芽糖和低聚果糖，其中低聚糖異麥芽糖約占全國產(chǎn)量的90％。因此生產(chǎn)企業(yè)還應(yīng)在產(chǎn)品的健康開發(fā)方面加大力度，積極推廣在更廣闊領(lǐng)域的應(yīng)用。科研單位應(yīng)針對應(yīng)用研究下些功夫，生產(chǎn)企業(yè)也不應(yīng)坐等機遇，要主動出擊，積極與相關(guān)行業(yè)聯(lián)合發(fā)展，拓展低聚糖應(yīng)用的市場。
1996年報道，世界各國低聚糖產(chǎn)量約8.5萬噸，主要在日本和歐洲國家，北美、韓國有少量，我國不包在內(nèi)。因為1996年以前，國內(nèi)有關(guān)科教單位對功能性低聚糖如低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚甘露糖、低聚木糖的研究工作已開展若干年，但實現(xiàn)工業(yè)化則是這一年剛剛開始。第一個全新建設(shè)的用淀粉原料酶法轉(zhuǎn)化低聚異麥糖生產(chǎn)線，1996年在山東保齡寶生物技術(shù)有限公司試車成功。港臺地區(qū)則有永豐經(jīng)綸公司，蔗糖原料用酶法轉(zhuǎn)化小批量生產(chǎn)低聚果糖。經(jīng)過“九五”的發(fā)展，我國功能性低聚糖已形成一定規(guī)模，上市的商品有低聚糖麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖、水蘇糖等。2000年功能性低聚糖總產(chǎn)量約3萬噸，主要品種是低聚異麥芽糖，同年，國家批準(zhǔn)了低聚糖異麥芽糖的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和功能性低聚糖的能用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為規(guī)范行業(yè)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。目前有一定生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)低級聚異麥芽糖的有山東禹城、濱州、沂水、定陶，河南孟州，浙江杭洲，新疆烏魯木齊等；低聚果糖有云南昆明，江蘇張家港，廣東江門等；低聚木糖、水蘇糖也于期試產(chǎn)。
三、典型功能性低聚糖
低聚糖（oligosaccharides）廣泛存在于各種天然食物中，如水果、牛奶、蜂蜜、蔬菜等。在過去十幾年中，低聚糖作為低熱值甜味劑被廣泛應(yīng)用，日本、歐洲應(yīng)用較普遍。1991年日本政府為“特殊健康用途的食品（FOUHU）”立法，低聚果糖、低聚半乳糖、大豆低聚糖和帕拉金糖被列其中，同年有450種產(chǎn)品使用了低聚糖。到1996年FOUHU又批準(zhǔn)了58種食品，有34種低聚糖被列為功能性食品添加劑，有乳酮糖、乳果糖、低聚木糖、異麥芽糖。低聚糖的主要作用是使腸道內(nèi)雙歧桿菌增殖，保持良好的腸道環(huán)境，同時低聚糖又是一種膳食纖維。日本食品專家指出：低聚糖是功能性食品基料中最有發(fā)展前途的產(chǎn)品。日本是生產(chǎn)低聚糖最主要的國家，而低聚糖的使用則遍布世界各地，低聚糖的種類和生產(chǎn)目前全世界約有低聚糖產(chǎn)品十余種。除乳酮糖外，1991年低聚糖的產(chǎn)量約3．5萬噸，1995年則超過6．5萬噸。資料表明1995年乳酮糖的產(chǎn)量已超過了2萬噸，新的專利產(chǎn)品正不斷出現(xiàn)，而且有一半生產(chǎn)低聚糖的公司正在開發(fā)新的產(chǎn)品。
除大豆低聚糖和乳酮糖外，其它低聚糖都采用酶法生產(chǎn)，多是由簡單的乳糖、蔗糖等雙糖為底物，由轉(zhuǎn)移酶催化合成，或是多糖限制性水解制得，如淀粉、菊粉、木聚糖，其生成的產(chǎn)物是單糖和不同鏈長的低聚糖，可用膜分離、色譜分離的方法除去低分子糖達到純化的目的。
l.低聚半乳糖（Galato－oligos。charides）母乳喂養(yǎng)的嬰兒腸道中雙歧桿菌數(shù)目最多，這歸功于人奶中的低聚半乳糖，因此，低聚半乳糖做為雙歧桿菌的增殖因子引起人們的關(guān)注。低聚半乳糖是以高濃度乳糖做底物，在具有半乳精基轉(zhuǎn)移活性的口半乳糖苷酶（EC3．2．l．23）的作用下，首先將乳糖水解成半乳糖和葡萄糖，然后再將半乳糖轉(zhuǎn)移到乳糖的半乳糖基上，制得的低聚半乳糖是在乳糖中的半乳精基一側(cè)結(jié)合1一4個分子的半乳糖的混合物。目前世界上主要生產(chǎn)公司有日本的YaKnitHosha、Nissin制糖公司、SnowBrand奶制品。SnowBrand奶制品生產(chǎn)的低聚半乳糖只用在自己的嬰兒配方奶粉中，不向外出售；此外，Borculo乳清制品已在荷蘭生產(chǎn)和銷售低聚半乳糖，日本Unitika已獲準(zhǔn)生產(chǎn)，并即將面市。 2.乳酮糖（Lactulose）與低聚半乳糖一樣也以乳糖為原料。乳糖經(jīng)堿石灰處理后得乳酮糖，乳糖是由半乳糖和葡萄糖組成的，而乳酮糖則是有半乳糖與果糖以β-（1一4）糖苷鍵合形成的雙糖。乳酮糖在小腸內(nèi)不被消化吸收，到達大腸被雙歧桿菌利用，具有較高的增殖活性，因此乳酮糖被列為低熱值甜味劑和功能性食品添加劑。乳酮糖除用做食品添加劑外，還在醫(yī)藥上用于治療便秘和靜脈系統(tǒng)的腦病。德國Slvay是世界上最大的乳酮糖制造廠家，每年約生產(chǎn)1萬噸乳酮糖，90％用于藥品，如：Duphalac，Bifiteral、Chronulac、Cephulac。日本Morinaga奶制品是另一主要生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)品主要用于食品添加劑，并每年向歐洲出口3000噸乳酮糖；在比利時還設(shè)立了經(jīng)銷機構(gòu)。德國的MeleiGmbH采用Morinaga的技術(shù)生產(chǎn)乳酮糖。意大利的InalcoSPA也生產(chǎn)乳酮糖。在北美生產(chǎn)乳酮糖的公司有Canlac公司（加拿大）和SignaSA（墨西哥）、CIC聯(lián)合公司和AlutFoods公司（加拿大）；Canlac產(chǎn)品的市場主要是加拿大、美國和塞浦路斯。
3．乳果糖（Lactosucrose）乳果糖是以乳糖為原料生產(chǎn)的第2個雙歧因子低聚糖。它以乳糖和蔗糖門(1：1）為原料，在β-呋喃果糖苷酶（ES3.2．26）催化作用下，將蔗糖分解的果糖基轉(zhuǎn)移至乳糖還原性末端C1位羥基上，生成半乳糖基蔗糖即乳果糖。日本生產(chǎn)乳糖的分司有Ensuiko精糖公司、HyashibaraShin公司、生物制藥有限公司。近年來，乳果糖的產(chǎn)量不斷增加。1992年Ensuiko公司年產(chǎn)500噸，1994年產(chǎn)量增加三倍，超過1600噸。
4．低聚果糖（Fructo－dlgosacchatdts）從產(chǎn)量上看，低聚果糖是低聚糖家族中重要的成員。低聚果糖生產(chǎn)方法有2種，最終產(chǎn)物也略有不同。第一種方法以蔗糖做底物，采用β一呋喃果糖苷酶轉(zhuǎn)果糖基作用，在蔗糖分子的β（1—2）糖昔鍵上與l－3個果糖分子結(jié)合，形成的蔗果三糖（GF2）、蔗果四糖（GF3）、蔗果五糖（GF4），屬于果糖和蔗糖構(gòu)成的直鏈雜低聚精；產(chǎn)物中還有果糖、葡萄糖和反應(yīng)不完全的底物蔗糖。采用色譜法除去單糖和雙糖可制得高純度的低聚果糖。MeijiSeikaKaisha是日本生產(chǎn)低聚果糖的最大公司，產(chǎn)品的商品名為“Meioligo”。Meiji還與法國的BesninSac合資（Beghin－Me切生產(chǎn)低聚果糖，商品名為“Actilight”。此外，CheilFoodsandChemicals公司（南韓）也生產(chǎn)低聚果糖。
用于生產(chǎn)低聚果糖的第二種方法是控制菊粉的水解度，水解生成的產(chǎn)物與酶反應(yīng)產(chǎn)物類似，但在葡萄糖末端不全是以β（l—2）糖昔鍵與果糖相連。水解生成的低聚果糖的鏈比酶反應(yīng)的鏈長。布魯塞爾的BelgianORAFTI公司從菊苣中提取菊粉生產(chǎn)低取聚果糖，商品名為“Raflilose”；產(chǎn)品有不同純度，有粉末和糖漿。“Raftilose”牌產(chǎn)品中低聚果糖鏈長度從2－9。從菊苣中提取的菊粉中，含有低聚果糖和一些多聚糖。ORAFTI公司的菊粉產(chǎn)品名為“Rafliline”，是含有＞50個果糖基的多聚精。比利時的Cosucra公司也生產(chǎn)類似產(chǎn)品，商品名為“Fibruline”。這些長鏈的多聚糖現(xiàn)已用作脂肪的替代物。
5．帕拉金糖（Palatinose）低聚糖，帕拉金糖也叫異麥芽酮糖。是麥芽酮糖合成酶（ECS．4．99．11）作用于蔗糖生成的。帕拉金糖是二糖，甜度比蔗糖低，不會引起齲齒，可被小腸消化吸收，因此，不是雙歧桿菌增殖因子。然而帕拉金糖分子內(nèi)脫水縮合形成帕拉金低聚糖，則不被人胃腸消化吸收而達到大腸，促進雙歧桿菌的增殖。帕拉金低聚糖由日本的Mitsui制糖公司生產(chǎn)。
6．葡萄糖基蔗糖（ClycosylSucrose）葡萄糖基蔗糖又叫偶合糖，是以麥芽糖和蔗糖為原料，通過環(huán)狀糊精合成酶（EC2．4．1．19）合成的三糖。葡萄糖基蔗糖的甜度是蔗糖的一半，與其他低聚精一樣可以作為甜味劑的替代物，可以預(yù)防齲齒，可被腸道酶水解，因而減少了腸道內(nèi)雙歧桿菌對其的利用率，然而在食品中葡萄糖基蔗糖的另一重要特性是可以防止結(jié)晶和褐變反應(yīng)發(fā)生及極強的保水性能。目前主要生產(chǎn)公司是日本的HayashibanaShit公司。
7．低聚麥芽糖（Malto－oligosaccharides）低聚麥芽糖在小腸內(nèi)被水解吸收，因而達不到結(jié)腸，不能被結(jié)腸內(nèi)的雙歧桿菌利用。NaKaKuKi在他的一篇關(guān)于低聚麥芽糖的文獻中提出，使用高麥芽糖漿，人體內(nèi)殘余的低聚麥芽糖可以抑制腸道內(nèi)有害菌如產(chǎn)氣莢膜梭狀芽抱桿和腸道內(nèi)細菌的生長，因此，低聚麥芽糖對改善腸道內(nèi)菌群結(jié)構(gòu)極有益。
低聚麥芽糖是葡萄糖基以α（l-2）糖苷鍵連接，是在解枝酶如支鏈淀粉酶（EC．3．4．1．41）、異淀粉酶（EC3．2．1．68）及各種。淀粉酶的作用下水解淀粉生產(chǎn)的不同鏈長低聚麥芽糖，這些a一淀粉酶具有不同的反應(yīng)特性，因此可以生產(chǎn)出不同鏈長和不同低聚麥芽糖含量的糖漿。NikonShikuhinKaKo是日本生產(chǎn)低聚麥芽糖的最大廠家。
8．低聚異麥芽糖（Isomalto－oligosaccharides）是所有低聚糖產(chǎn)品中產(chǎn)量最大的一種，低聚異麥芽糖也是以淀粉為原料生產(chǎn)的。低聚異麥芽糖是α-D一葡萄糖基以α(1-6）糖苷鍵結(jié)合，是雙歧桿菌的增殖因子。在低聚異麥芽糖的混合物中即合葡萄糖基以α（1-6）糖音鏈結(jié)合的低聚糖，又含葡萄基以α（1-4）糖苷鍵結(jié)合的低聚糖，如潘糖。低聚異麥芽糖的酶法合成反應(yīng)分兩步，第一步是a淀粉酶（EC3．2．1．l）將淀粉液化，第二步由β一淀粉酶（EC3．2．1．2）將酶化的淀粉水解成麥芽糖，a葡萄糖著酶（ES．2．1．20）再將其轉(zhuǎn)化成低聚異麥芽糖。
9．龍膽低聚糖〔Gentlo－oligosaccharides）是由若干個葡萄糖基以β(1一6）糖著鍵鏈合的化合物，是以葡萄糖漿為原料，在葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的作用下合成的。龍膽低聚糖在人的胃及小腸不被利用，因此可被雙歧桿菌和乳桿菌利用。NihonShokuhinKaKo公司是生產(chǎn)該糖的唯一公司商品么為“Gentose"目前年產(chǎn)量只有300-400噸。
10．大豆低聚糖（Soybean-oligosaccharides）與其他低聚糖不同，大豆低聚糖是直接從原料中提取的。大豆分離蛋白和濃縮蛋白的付產(chǎn)物大豆乳清中含有大豆低聚糖。大豆低聚精是由水蘇糖、棉子糖、蔗糖和少量的單粗構(gòu)成。采用膜分離技術(shù)可以從大豆乳糖中分離出大豆低聚精經(jīng)濃縮和干燥制成糖漿和粉末產(chǎn)品。水蘇糖和棉子糖都是對消化糖，是雙歧桿菌的增殖因子。日本的CalPis食品工業(yè)公司生產(chǎn)大豆低聚糖。中國黑龍江省天菊集團也生產(chǎn)低聚糖。
11．低聚木糖（XyIO－Oligosacchandes）低聚木糖在低聚糖的市場上占據(jù)比重較小，但隨著低聚糖市場的不斷擴大，其生產(chǎn)和需求將不斷增加。1994年Sun－tory有限公司（日本）生產(chǎn)大約70噸低聚木糖，1998年達300多噸，低聚木糖可以促進腸道內(nèi)雙歧桿菌增殖，主要用來制造功能性飲料。生產(chǎn)低聚木糖的原料是從玉米芯中提取的多聚木糖，由endol．4p木聚糖酶（EC3．2．二．8）控制多聚木糖的水解，采用超濾和反滲透除去大分子和小分子糖，制取高純度的低聚木糖。
自20世紀(jì)90年代以來，日本功能性低聚糖市場日趨成熟，年消費逐漸增加，日本每年消費具有雙歧桿菌作用的低聚糖，從1993年的2萬多噸，到1999年增至3萬多噸。和過去發(fā)表的年消費量比較，每年約少1.5萬噸，主要是由于去掉了每年消費1萬噸低聚麥芽糖和4000噸帕拉金糖，因為這兩種不具有雙歧桿菌的增殖作用。其中消費最多的品種是低聚異麥芽糖，達1.1萬噸。在日本也是單價最便宜的品種，每公斤僅140日元，但6年來總消費量增加不多，只增長15.78％。如按年銷售計算，據(jù)日本Yakult藥品工業(yè)最近提供的2000年功能性低聚糖銷售額統(tǒng)計，則低聚半乳糖銷售額居首位。給我們提出了幾個值得思考的問題：第一是日本功能性低聚糖近年來維持在每年3萬噸左右；第二是低聚木糖單價2500日元/kg，比低聚異麥芽糖140日元/kg高17.85倍，但年消費量只有650噸，只及低聚異麥芽糖的5.9％；第三是消費量6000噸居第二位的低聚半乳糖，其單價500日元/kg，比低聚異麥芽糖高3.57倍，年銷售額居所有功能性低聚糖之首，達300億日元(約相當(dāng)于2.5億美元)。
因此，我國的功能性低聚糖在“十一五”期間應(yīng)該怎樣發(fā)展、發(fā)展的品種、數(shù)量、速度，重點開發(fā)主要的應(yīng)用途徑，這些均是低聚糖生產(chǎn)經(jīng)營者最關(guān)心的問題。應(yīng)該提出一個為國內(nèi)有關(guān)方面有導(dǎo)向作用、可供參考的低聚糖發(fā)展規(guī)劃，防止造成不必要的經(jīng)濟損失。在歐洲市場，功能性低聚糖也有一定的歷史，但較日本為晚。據(jù)歐洲有關(guān)單位調(diào)研消費者對功能性低聚糖的認知度表明：日本70％，法國16％，德國9％，英國3％。現(xiàn)在歐洲國家對功能性低聚糖作為人類和動物食物的功能研究工作十分重視，很多科教單位投入力量進行研究，如荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)，比利時Louvain大學(xué)，瑞典Lund大學(xué)，英國Dunn臨床研究中心，荷蘭TNO等。由于地域和生活習(xí)慣的原因，歐洲國家低聚糖的原料，生產(chǎn)工藝和品種，和東方國家不完全相同。雖然功能性低聚糖技術(shù)已開始進入歐洲，但目前歐洲市場的主要功能性低聚糖商品，只有低聚半乳糖和低聚果糖，不像日本有10多種。還有一種菊粉，其組成的基本單元也是低聚果糖，但其聚合度在2－60，而低聚果糖的聚合度一般為2－7和3－8，能廣泛應(yīng)用于食品和飼料。荷蘭乳清產(chǎn)品Borculo公司和歐洲Miwon公司用乳制品工業(yè)副產(chǎn)品乳清，經(jīng)酶反應(yīng)制取低聚半乳糖，不僅應(yīng)用于乳品、飼料、糖果，還用于嬰兒食品。比利時RT子公司Orafit和法國Leroux公司用菊苣水浸提取的菊粉，經(jīng)酶解生產(chǎn)低聚果糖。法國和日本各占50％的合資BMI(Beghin-MeijiIndustres)公司，則用比利時公司產(chǎn)蔗糖原料酶法生產(chǎn)低聚果糖。低聚果糖有較好的風(fēng)味，可以和蔗糖或代替蔗糖用于各種食品，據(jù)法國Leoux公司介紹，歐洲較早開發(fā)菊苣產(chǎn)品主要為了解決脂肪代用品，大量的菊蕊用熱水浸提得到較大相對分子質(zhì)量的菊粉，這就是歐洲比較早在食品中使用的脂肪代用品，后來才進一步發(fā)展到用菊粉酶解制低聚果糖。1998年，該公司參加在上海舉辦的中國國際食品添加劑展覽會，據(jù)稱該公司擁有菊苣原料資源3萬多噸，年生產(chǎn)菊粉、低聚果糖，以及用菊粉和低聚果糖加工的各種食品總計在2萬噸。2000年在德國法蘭克福的歐洲健康食品配料展覽會，功能性低聚糖的參展企業(yè)有：荷蘭Borculo、Sensus、Cargill蛋白食品歐洲分部；比利時EBS、Orafti；德國IGV.KadenBiochem、VKMuhlen；法國Leroux、Sucaflore；日本Kimitsu、Nichimen，我國也有兩個企業(yè)參加。歐洲企業(yè)的低聚果糖大部分均用菊苣提取。其中Orifti和Leroux均號稱是菊苣提取物領(lǐng)先于世界的企業(yè)。
四、功能性低聚糖的應(yīng)用開發(fā)
1、功能性食品配料作為功能食品的提出，日本遠比西方要早。所有食品均含某些維持健康和生理機能的營養(yǎng)成分，但功能食品應(yīng)該具有獨特的生理活性和功效。在1984年，日本文部省就在“食品機能系統(tǒng)的解析的拓展”中強調(diào)食品的第三功能，使用功能食品這一名稱，并推動國內(nèi)廣泛的研究；在民間，由企業(yè)組成了功能食品聯(lián)絡(luò)機構(gòu)。就在1990年，有一種用低聚糖和維生素C配制的功能飲料“OligoCC”，當(dāng)年銷售達9000萬瓶。1991年厚生省實施營養(yǎng)改善法，建立自愿申報審批的特定保健用品管理辦法，把一部分功能食品納入這一范疇，但規(guī)定必須是加工食品形式，如乳制品、谷物食品飲料、調(diào)味品、糖果等，不包括像藥丸、膠囊、復(fù)合劑或其他類似于有特殊防病作用的食品，也不在其內(nèi)，但功能性低聚糖配制的調(diào)整腸道幫助消化外，尚有控制血壓、中和脂肪，補充礦物質(zhì)，控制血糖，降低膽固醇，防齲齒等。據(jù)日本保健和營養(yǎng)協(xié)會(JHNFA)報道，1999年特定保健用食品銷售總額1.824億美元，其中用低聚糖作幫助消化的特定保健食品銷售額8912萬美元，占總銷售額的4％。所使用的低聚糖品種有低聚果糖、大豆低聚糖、低聚木糖、乳果糖、乳酮糖、低聚半乳糖、低聚異麥芽糖等。所制食品有飲料、藥、餅干、布丁、發(fā)酵乳、調(diào)味醋、巧克力等。截至1999年10月，特殊保健食品已批準(zhǔn)171種，新近批準(zhǔn)用功能性低聚糖配制具有雙歧桿菌增殖調(diào)節(jié)腸道功能的品種有Nippon制粉用棉籽糖的湯類，Lotte用低聚木糖的糖果，EzakiGlico用乳果糖的餅干和糖果。在歐洲，功能性低聚糖不作為食品添加劑管理，作為食品配料廣泛應(yīng)用于各類食品，像Orafti低聚果糖成功應(yīng)用于酸乳、飲料、乳酪、餡料、冰淇淋、焙烤、巧克力、糖果、肉制品等。如比利時的FYOS和西班牙市場的Sveltesse是含低聚果糖的乳飲料；荷蘭市場的MusliNotenreep是含低聚果糖的米粉點心prculoDomo等公司生產(chǎn)的低聚半乳糖，由于其熱穩(wěn)定性好，能應(yīng)用于乳制品，飲料、糖果、點心、冷凍甜點、面包、果醬、蜂制品、肉制品等，例如有低聚半乳糖2－4g/瓶和3－4g/100ml的清涼飲料、2－3g/100g的特制嬰兒餅干，1－4g/100g的脆米餅等。在我國，雖然功能性低聚糖的工業(yè)化生產(chǎn)始自1996年，但經(jīng)五年發(fā)展，已具有一定規(guī)模，年產(chǎn)3萬噸左右。目前大部分作為食品配料使用，從絕對消費量來看，已和目標(biāo)接近。在食品工業(yè)中的應(yīng)用，我國較多地應(yīng)用于含乳飲料，少量用于糖果、酒類，有一部分作為保健品或保健品的配料上市，有很多食品還沒有涉及。總的來說，應(yīng)用的品種較少，即使用得較多的飲料，在飲料行業(yè)中也是小品種。保健食品也是花色繁多，絕對用量較小的部門。和日本、歐洲比較，還有很多食品行業(yè)的應(yīng)用尚待開發(fā)，要根據(jù)中國的國情，中國人的飲食習(xí)慣，向著能進入一日三餐的方便營養(yǎng)食品和滿足社會不同人群特殊食品需要的方向去努力開拓。
2、低聚糖飼料：我國飼料工業(yè)已發(fā)展成為我國工業(yè)體系中重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，已躍居世界第二大生產(chǎn)大國。按照1996－2020年我國飼料工業(yè)發(fā)展中、長期發(fā)展規(guī)劃，到2010年我國配合飼料的產(chǎn)量達到1億噸，濃縮飼料1200萬噸，預(yù)混合飼料300萬噸，對飼料添加劑的需求將大幅增加，低聚糖飼料添加劑將大有作為。低聚糖對動物也有和人體相似的功效。自1960年以來有很多報道，但在飼料中大規(guī)模使用是近十多年的事，只是在低聚糖有了工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)以及能被飼料工業(yè)接受的適當(dāng)價格以后才有可能。低聚糖添加于飼料的主要功效為：(1)促進雙歧桿菌增殖；(2)提高排便速度；(3)減少血氨濃度；(4)增進礦物質(zhì)吸收；(5)增強免疫能力。關(guān)于飼用實驗效果，現(xiàn)將國內(nèi)外不同品中低聚糖的飼用結(jié)果列于表2。
表2低聚糖的飼用實驗效果
品 種 用 量 結(jié) 果
低聚甘露糖 0.5~1g/kg 仔豬增重5.2％，肉比料降低10％
低聚半乳糖 1~2g/kg 仔豬增重6~8％，肉比料降低2％
低聚果糖 0.25~0.5% 仔豬30天增重2kg/頭
低聚異麥芽糖 1~2g/kg 仔豬增重3％~4％
低聚果糖 0.1%~1% 1000條魚增重47kg
低聚異麥芽糖 0.2% 仔雞增重37g/只，肉料比降低3％
此外還有不少關(guān)于低聚糖對預(yù)防沙門氏菌感染以及減少幼禽畜下痢的報道。最近，國內(nèi)不少單位和低聚糖生產(chǎn)企業(yè)配合進行的試驗結(jié)果也確認，低聚糖作為飼料的功能性添加劑，其結(jié)果是肯定的。
3、低聚糖農(nóng)藥：21世紀(jì)人類面臨的挑戰(zhàn)中，糧食對人類生存與發(fā)展具有重要意見。我國現(xiàn)在耕地占世界的7％，到2005年人口將達到13.5左右，將占世界總?cè)丝诘?5％。保持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，農(nóng)藥在我國具有重要地位。低聚糖新型生物農(nóng)藥具有以下優(yōu)點：水溶性好；對人畜無害；不污染環(huán)境；長期或多次誘導(dǎo)不會使植物產(chǎn)生特異抗病性；使用劑量低而且價格與有機農(nóng)藥相近。低聚糖農(nóng)藥在水果、蔬菜病害防治中的安全性也是低聚糖農(nóng)藥的特色。隨著目前人們對綠色食品的需求量日趨增加，低聚糖農(nóng)藥的市場將越來越大，寡聚糖生物農(nóng)藥作為一類新型的植物激素及植物抗性激活因子在農(nóng)作物生長發(fā)育和病蟲害防治中具有廣闊的開發(fā)前景。
4、低聚糖生化肥料：低聚糖對土壤微生物也有菌群調(diào)節(jié)作用，能提高化肥的利用率。當(dāng)前，對環(huán)境的污染貢獻率已達到40％。使用生化肥料是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的向往，低聚糖素大有作為。科學(xué)技術(shù)的進步與生物技術(shù)的發(fā)展，對人類的生活產(chǎn)生了重要的影響，不僅僅是社會經(jīng)濟的空前繁榮，同時也有環(huán)境、健康等領(lǐng)域的空前壓力。低聚糖的異軍突起，已介入了醫(yī)藥、食品、飼料及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，對緩解社會壓力、提高人們生活水平具有重要作用。
五、發(fā)展思路
1．政府積極推動低聚糖的科普宣傳，加大科研經(jīng)費投入，產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)。
2．企業(yè)與科研院校合作加強基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究，為市場與客戶服務(wù)。
3．重點突破，研究開發(fā)產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，重視技術(shù)平臺，突破幾種重要低聚糖生成的關(guān)鍵酶及生化工程技術(shù)。
4．加強國際合作，促進信息交流。
