常見功能性低聚糖的應用研究進展及安全性分析

楊 成，史潤東東，3，姜 欣，3，瞿東楊，唐曉姝，李興偉，張連富*，3

（1.食品科學與技術國家重點實驗室，江南大學，江蘇 無錫214122；2.江南大學 食品學院，江蘇無錫214122；3.北京工商大學北京食品營養與人類健康高精尖創新中心，北京100048；4.無錫中糧工程科技有限公司，江蘇無錫214035）

功能性低聚糖是指由2～10個單糖通過糖苷鍵聚合而成的具有多種生理活性的碳水化合物[1]。經研究證實具有諸多保健功效，如促進腸道健康、提高免疫力、降低血清膽固醇等。目前國內市場上主要的功能性低聚糖有：低聚果糖（FOS）、異麥芽低聚糖（IMO）、低聚半乳糖（GOS）等[2]。

添加到已有保健食品或市售產品中的低聚糖種類和來源各異，不同低聚糖的來源、加工工藝、純度、產品中成分占比、產品形式（粉劑、液態糖漿等）以及添加量和建議攝入量都會影響產品的食用安全性以及預期達到的功能性。因此，研究3種功能性低聚糖的原料一致性、產品一致性，闡明原料來源、原料生產工藝、產品純度和產品添加量對產品的安全性和功能活性的影響規律，明確其量效關系對建立3種功能性低聚糖的原料質量技術要求和產品質量技術要求意義重大。作者就3種功能性低聚糖的研究進展、安全性和在食品產業中的使用作一闡述。

1 功能性低聚糖的來源與生產

1.1 低聚果糖

FOS的天然來源主要有小麥、洋蔥、菊芋等植物[3]。此外還可通過微生物如霉菌或酵母菌的單、混菌發酵制得，常見菌種有：出芽短梗霉、釀酒酵母[4]、黑曲霉[5]等。我國標準GB/T23528—2009[6]規定，FOS生產應以蔗糖或菊芋、菊苣等植物根莖為原料。美國FDA描述FOS的加工工藝為：通過β-呋喃果糖酶轉化蔗糖得到FOS。再經Pachysolen tannophilus去除轉化時產生的還原糖，后通過活性炭脫色、過濾、微濾澄清除去沉淀得到終產品。FOS的主要來源及生產方式見 。

表1 低聚果糖的來源及生產Table 1 Source and production of oligofructose

目前工業生產FOS主要有兩種方法：以菊苣、菊粉為原料的酶水解法或以蔗糖為原料的酶轉化法，前者在工業上使用更多[2]。產品主要為G型FOS（純度55%～65%）和P型FOS（純度96%）。

1.2 異麥芽低聚糖

IMO天然來源于發酵食品包括味噌、清酒、醬油，在馬鈴薯、小麥、蜂蜜[15]等食品中也廣泛存在。

我國標準GB/T 20881—2017[16]中規定IMO是以淀粉或淀粉質為原料，經酶法轉化、精制、濃縮等工藝制得的一種淀粉糖制品。FDA指出制備IMO的方法是以玉米、小麥等與水混合制得漿液，通過酶水解形成異麥芽低聚糖。經酵母消耗過量的葡萄糖后，加熱使酵母失活并除去乙醇，混合物純化后通過噴霧干燥或蒸發得到終產品。加拿大衛生部指出，IMO是通過酶催化水解淀粉，經糖化產生高濃度糖漿，最后由轉葡糖苷酶轉化為IMO，其主要來源及生產工藝見表2。

表2 異麥芽低聚糖的來源及生產Table 2 Source and production of isomalto-oligosaccharides

國內外工業生產IMO主要通過耐高溫α-淀粉酶水解原料得到麥芽糖漿，再經由α-葡萄糖轉苷酶的轉化、過濾、脫色、脫鹽、濃縮等工藝制得。目前我國市場上的IMO商品有IMO-50和IMO-90兩種，分別有糖漿和糖粉兩種產品形態。

1.3 低聚半乳糖

GOS天然存在于母乳和水果蔬菜中，目前我國僅有將其作為營養強化劑使用的國家標準。衛生部2008年第20號公告批準GOS為新資源食品，是以牛乳的乳糖為原料，經β-半乳糖苷酶催化再通過轉半乳糖苷的轉移作用得到GOS，其主要來源及生產方式見表3。

表3 低聚半乳糖的來源及生產Table 3 Source and production of galactooligosaccharides

工業制備GOS的方法主要有5種：天然提取、微生物發酵、天然多糖酸水解、化學及酶法合成。其中酶法合成用途最為廣泛，是以乳糖為底物，經微生物來源的β-半乳糖苷酶催化合成[33]。

2 功能性低聚糖的安全性

2.1 低聚果糖

關于FOS在動物和人體實驗方面的研究見表4。在安全性上，FDA在GRN000044中聲明在為期104周的慢性喂養中，每天分別按小鼠體重2 170 mg/kg和2 664 mg/kg的劑量飼喂雄性和雌性大鼠，沒有顯示FOS具有致癌性，致真菌性或致裂性潛力。FDA也指出一般人群中攝入FOS量最高達20 g/d，高劑量攝入FOS時，在動物和人體中出現腹痛、腹瀉、腸道炎癥加劇的情況。

表4 低聚果糖的動物及人體實驗Table 4 Animal and human experiments of oligofructose

2.2 異麥芽低聚糖

關于IMO在動物和人體實驗方面的研究見表5。在適用人群方面，IMO適用于便秘患者、腸道菌群失調但無明顯胃腸疾患、內分泌代謝性疾患的人群及老年人。值得注意的是，英國食品標準局在2013年要求：食品中包含Bioneutra IMO必須標注不適用于糖尿病患者。結合以上各國和組織的報道，每人食用10～30 g/d IMO具有通便功能和調節腸道菌群的作用，且不會產生明顯不良作用。

表5 異麥芽低聚糖的動物及人體實驗Table 5 Animal and human experiments of isomalto-oligosaccharides

續表5

2.3 低聚半乳糖

關于GOS在動物和人體實驗方面的研究見表6。1991年日本厚生省推薦GOS的日攝入量2.5 g。FDA將GOS列為國際公認安全的食品添加劑。

表6 低聚半乳糖的動物及人體實驗Table 6 Animal and human experiments of galactooligosaccharide

3 國內外政策法規

3.1 低聚果糖

各國法規對于FOS的使用聲明見表7。歐盟食品科學委員會指出，使用90%的“低聚半乳糖基乳糖”和10%的“高相對分子質量FOS基蔗糖”高達8 g/L的配方，無證據表明不良影響。

表7 各國法規對低聚果糖的使用說明Table 7 Instructions for the use of oligofructose in national regulations

根據各國標準的情況來看，各國在一般食品中對于FOS的使用無較為明確和統一的用量規定，但在對嬰兒配方食品中均特別限定添加量。FOS對于健康足月嬰兒來說是安全的。

3.2 異麥芽低聚糖

各國法規對于IMO的使用聲明見表8。歐洲食品安全局表示食用IMO產品每天15～20 g可達到低升糖指數的目的。另外，根據Oku and Nakamura的結果顯示，男性對于IMO的最大允許劑量為1.5 g/kg，此劑量不會造成暫時性腹瀉。

表8 各國法規對異麥芽低聚糖的使用說明Table 8 Instructions for the use of isomalto-oligosaccharides innational regulations

值得注意的是，英國食品標準局在2013年要求食品中包含BioNeutra IMO必須標注不適用于糖尿病患者。

結合各國報道，每人食用10～30 g/d IMO具有通便和調節腸道菌群的作用，適用于便秘患者、腸道菌群失調但無明顯胃腸疾患、內分泌代謝性疾患的人群及老年人，每人攝入IMO不應超過30 g/d。

3.3 低聚半乳糖

各國關于GOS的使用聲明見表9。日本厚生省推薦GOS日攝入量為2.5 g。FDA將其列為國際公認安全的食品添加劑。目前，我國僅有將其作為營養強化劑使用的國家標準。另外動物實驗證明，每人每日攝入GOS 3～10 g即能顯示各種生理功能。結合相關研究及法規，GOS添加量為0.5%～6.0%。

表9 各國法規對低聚半乳糖的使用說明Table 9 Instructions for the use of galactooligosaccharides in national regulations

4 功能性低聚糖在保健食品中的應用

根據國家食品藥品監督管理局和衛生部的批示，目前國產保健食品中已獲批準的以FOS為原料或配料的產品共計218例，進口保健食品1例。以IMO為原料或配料的保健食品共計108例，無進口保健食品。含GOS的保健食品共計12例，無進口保健食品。我國主要包含3種功能性低聚糖的產品見表10。國外如比利時ORAFTI公司和荷蘭SENSUS公司已經對菊粉進行工業化生產，成功地開發出菊粉系列的功能性食品基料。

表10 我國含3種功能性低聚糖的保健食品舉例Table 10 Examples ofhealth food products containing three oligosaccharidesin China

我國含功能性低聚糖的產品形式多樣，主要包含口服液、膠囊、粉劑等。功效主要為改善胃腸道功能、增強免疫。不適宜人群集中在少年兒童、孕期及哺乳期婦女、腹瀉者這3類人群。從批準的產品例數上可得出，我國對3種功能性低聚糖的應用為FOS＞IMO＞GOS。

5 現存問題

5.1 不同國家法律法規及標準要求存在差異

5.1.1 原料來源不統一、產品純度不明確功能性低聚糖的生產方式包括：天然原料中提取、天然多糖的水解（酸解、酶解）、化學法、發酵法或酶法合成。僅酶法合成就有不同酶可以選擇，而多樣的選擇帶來產品質量的不穩定性，純度參差不齊，且安全性沒有保障。以GOS為例，不同酶源合成的GOS糖鏈組成也有差別，導致GOS產物的耐酸性、熱穩定型及保存穩定性均有所差異。

不同生產方式得到的低聚糖原料純度、雜質含量不同，而各個國家的標準規定沒有全面考慮該差異。以IMO為例，不同國家的標準對產品中IMO的純度也有不同規定。加拿大衛生部要求IMO制劑（糖漿或粉末）中IMO＞90%，葡萄糖＜5%。而我國GB/T 20881—2017IMO中僅對IMO-50型（干物質≥75%，其中IMO占干物質≥50%）和IMO-90型（干物質≥75%，其中IMO占干物質≥90%）產品做出要求。

5.1.2 推薦劑量參差不齊、適宜人群不明確根據歐洲食品安全局（EFSA）提供數據可知，每天食用IMO產品15～20 g可達到低升糖指數的目的，每天30 g可保持正常的胃腸道等功能；加拿大衛生部規定每天IMO攝入量應不超過30 g；FDA規定IMO混合物的攝入量約為每人30 g/d；澳大利亞和新西蘭食品標準局、日本厚生勞動省（MHLW）和我國國標（GB/T 20881—2017低聚異麥芽糖）均未對IMO的使用劑量以及適用人群做出描述。

5.2 產品功能性評價方法、作用原理不明確

根據前期文獻采集及分析發現，針對3種功能性低聚糖的研究論文多采用人體試驗和動物試驗等研究方法，而細胞實驗等機理性研究欠缺。此外，以IMO為例，人體和動物試驗中，受試物基本不統一，IMO總量不同，且異麥芽糖、潘糖、異麥芽三糖、異麥芽四糖的比例也不同。因此試驗所用原料具有差異性，也會影響對產品的功能性指標的評價和判定。

6 解決辦法

6.1 明確標準、加強機理研究

低聚糖已成功應用于食品產業并深受消費者喜愛，然而其測定方法、評價方法不一，機理研究仍較缺乏。因此，仍需企業和院校的研發人員和科研工作者在該領域開疆擴土，深耕細作，促進低聚糖的廣泛應用，形成良好的產業發展環境。

6.2 信息共享、及時更新

信息不暢是造成各國標準不一、產品質量良莠不齊的原因之一。應充分利用大數據時代的先進網絡技術，征集功能性低聚糖相關的產業調研、試驗數據和健康證據，信息共享，明確功能性低聚糖的作用機理、產品形態、純度及對應推薦用量。

7 展望

隨著我國新消費升級和人們對健康、養生需求的日益增長，營養、保健食品將會愈加受到大眾青睞，人們比以往更加注重甜味劑的質量、營養及保健特性。功能性低聚糖作為一款理想的化學甜味劑替代品，不僅能保證產品感官品質，又能發揮其獨特的保健功能，與此同時還可避免人們因攝入過多蔗糖而產生的對身體的危害，減少人們的飲食負擔。因此，開發功能性低聚糖的相關保健食品，促進我國人群的健康，已成為食品行業工作者的一項迫切任務。

我國有豐富的大豆、甜菜糖蜜、淀粉、砂糖等制造功能性低聚糖的原料，具備開發功能性低聚糖相關產品的優勢，盡管對低聚糖的研究起步較晚，但隨著研究的深入，發展勢頭強勁。北京、無錫、山東等地均有生產廠家，產品種類及數量也在逐年增多。

功能性低聚糖的市場發展前景廣闊。作者針對目前國際市場常用的3種功能性低聚糖的安全性以及法律法規要求進行梳理，初步得到不同低聚糖的推薦或安全使用劑量，并指出目前低聚糖應用研究方面存在的問題，有利于功能性低聚糖在食品和飼料方面的應用，并對其在保健及醫藥領域的深入開發提供理論基礎支撐。