低聚木糖在食品中的应用

王新明 阎金龙 覃树林 刘立存 肖林 朱占祥

1.山东龙力生物科技股份有限公司； 2.山东省功能糖工程技术研究中心； 3.山东省秸秆生物炼制技术重点实验室

一、引言

低聚木糖（Xylo-oligosaccharide，XOS）是2-9个木糖分子通过β-1，4-糖苷键连接而成，并以木二糖、木三糖、木四糖为主要成分的混合物。1980s在日本研制成功并产业化，2001年在国内产业化，低聚木糖不能被人体消化酶消化，但能被肠道中的有益菌尤其是双歧杆菌利用[1]，高效增殖有益菌，抑制有害菌生长，改善肠道微生态，并进一步改善机体健康[2]。与其他低聚糖相比，低聚木糖有较好的稳定性，适用于各类食品加工条件。随着低聚木糖的功能研究不断深入，相关标准和法规不断完善，低聚木糖的应用越来越广泛，目前主要应用于保健品、乳品、功能性食品、动物饲料中[3]。

二、低聚木糖在食品中的应用法规和标准

（一）低聚木糖在中国法规标准概况

低聚木糖在中国作为“新资源食品”管理，2005年，卫生部向山东龙力生物科技股份有限公司颁发了新资源食品卫生审查批件；2008年5月卫生部第12号公告，批准低聚木糖为新资源食品；2014年卫生部第20号公告，调整了原公告中低聚木糖的来源、食用量和生产工艺等要求，生产经营上述食品应当符合有关法律、法规、标准规定。其中主要成分是木二糖-木七糖；来源为小麦秸秆、玉米秸秆（玉米芯）；生产工艺是以小麦秸秆或玉米秸秆为原料采用蒸汽爆破法或高压蒸煮法，经木聚糖酶酶解生产而成；食用量为≤3.0g/d（以木二糖-木七糖计）；适用食品类别为使用范围不包括婴幼儿食品；质量要求是性状为浅黄色粘稠状液体，低聚木糖（木二糖—木七糖）含量 （以干基计）（g/100g）为 ≥70，干物质（固形物）(g/100g)为70±1，pH为3.5-6.5，灰分为 (g/100g)≤0.3。

2017年12月中国国家标准化管理委员会发布第32号公告“关于批准发布《花生油》等1090项国家标准、4项国家标准修改单和51项国家标准外文版的公告”。其中包括低聚木糖GB/T 35545-2017将在2018年7月1日起正式实施。此标准适用于以玉米芯为原料，经酶解精制而成的低聚木糖。并且规定了低聚木糖的术语和定义、产品分类、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。规范了不同类型XOS含量的检测方法，其中XOS-95型、XOS-70型糖粉（不含赋形剂）、XOS-70型糖浆可以采用附录A（高效液相色谱法）和附录B（稀酸水解高效液相色谱法）方法测定，以附录B方法为仲裁方法；而XOS-70型糖粉（含赋形剂）、XOS-35型、XOS-20型采用附录B方法测定。

（二）低聚木糖在国际法规标准概况

日本是最早研究和使用低聚木糖的国家，1996年低聚木糖经日本保健用食品学术委员会审定和日本厚生省第64号许可证认定为“特定保健用食品添加剂”，功能为能够增殖双歧杆菌，保持肠道的良好环境，以调理肠胃健康，每天摄入量为1-3g。可直接作为保健食品销售，也可作为保健食品功能因子开发高效保健食品。2009年，韩国将龙力低聚木糖批准为“健康功能食品的功能性原料”，功能为增殖肠内有益菌，抑制有害菌繁殖，促进排便活动，每天摄入量为0.7-7.5g。

在美国，低聚木糖已经通过了GRAS（美国 FDA 评价食品添加剂的安全性指标）准入认证。根据《联邦食品、药品和化妆品法》(FDC)第 21 U.S.C. 350b(d)的规定，在美国市场的膳食补充剂中，含有新的膳食成分，必须通过NDI（定义为1994年10月15日后进入美国市场的膳食原料成分）安全认证。低聚木糖属于新的膳食成分，已通过NDI准入认证，安全性和功能性都得到了国际权威认可。作为膳食补充剂无毒、无害、无任何副作用，可添加到任意一款保健品以及成人的食品、糖果和饮料中。

欧盟的食品安全由食品安全局（EFSA）统一管理，根据欧盟委员会评审要求，欧洲食品安全局饮食产品、营养和过敏症小组（NDA）根据法规EU2015/2283对低聚木糖作为新资源食品（NF）的安全性进行了评估认为低聚木糖是通过酶催化水解玉米芯并随后纯化获得的，主要成分为低聚糖，能耐受人体消化酶，并被结肠细菌发酵。经验证其成分组成、规格、生产工艺和稳定性不会引起安全问题，在拟建议的应用领域和推荐剂量下是安全的。2018年11月6日，根据欧盟委员会发布（EU）2018/1648条例，批准低聚木糖作为新型食品投放市场。将低聚木糖列入实施法规（EU）2017/2470中建立的授权新型食品的清单中，其用于的食品类别（特定食物类别）及最大用量如下：白面包、全麦面包、谷类早餐食品、饼干最大使用水平14 g/kg；豆奶、酸奶最大使用水平3.5g/kg；果酱制品、巧克力糖果最大使用水平30g/kg。2020年7月2日，欧盟委员会发布（EU）2020/916号条例，批准低聚木糖（xylooligosaccharides）作为新型食品的扩增用途，可用于成人食品补充剂中，最大使用水平2g/天。

三、低聚木糖在食品加工贮存中的稳定性

低聚木糖的优异功能由其特殊的结构和单体组成比例所决定，特殊的糖苷键不能被机体和肠道有害菌消化，只能被有益菌利用，木二塘-木七糖中各种糖组分所占的比例不同，对肠道有益菌群的增殖效果也存在差异。低聚木糖在食品加工过程和食品贮存过程中的总含量和各糖组分比例稳定性决定了其功能的保持。

经考察低聚木糖在pH2.5～8下加热时的含量稳定性和颜色浑浊度，发现低聚木糖在pH2.5-8下加热100℃含量稳定，颜色浑浊度随pH上升而略有加深，但不影响食品加工。经研究低聚木糖在不同pH条件和食品灭菌条件下的稳定性，发现低聚木糖在食品pH条件下（4.2-7），巴氏杀菌、高温杀菌、高压杀菌过程中总含量稳定，本文进一步分析了低聚木糖中各组分在酸性高温条件处理中的变化，发现低聚木糖总量稳定的同时，各组分的比例也保持恒定。

经研究低聚木糖在pH为2和11，4℃、37℃储存后的稳定性。pH为11时，低聚木糖中的糖苷键断裂明显，4℃储存18周后断裂16%，37℃储存56天后断裂67%；pH为2时在两种温度下没有糖苷键断裂，低聚木糖具有较好的耐酸性。低聚木糖含有羰基，与氨基酸产品混合加热会发生美拉德反应，不过产生的低聚木糖衍生物具有一定抗氧化作用。

四、低聚木糖在食品中的应用

（一）低聚木糖在普通食品中的应用

随着普通食品功能化，功能食品大众化的发展趋势，低聚木糖在普通食品中添加不断增加。低聚木糖的起效量低，方便添加到各类剂型食品中。在乳制品中添加低聚木糖可以改善乳糖不耐受、改善蛋白质代谢、延长酸奶货架期、缓解胃肠不适。在酸奶、乳酸菌饮料或益生菌固体饮料中添加低聚木糖，可以起到改善肠道健康的协同增效效应。在代餐粉中添加低聚木糖，可以有快速的体感。将营养素与低聚木糖复配，可以促进营养素的有效吸收利用。

（二）低聚木糖在特殊食品中的应用

保健食品、特殊医学用途配方食品、特殊膳食用食品等为满足某些特殊人群的生理需要，或某些疾病患者的营养需要，按特殊配方而专门加工的食品。低聚木糖因其优异的健康功效在特殊食品中有广泛应用。

低聚木糖在日本应用于调理肠胃健康的特定保健食品中，在韩国应用于改善肠道菌群、润肠通便的健康功能食品中，在美国也有多种添加低聚木糖的膳食补充剂上市。在中国保健品中应用低聚木糖的产品数量众多，主要涉及到通便、增强免疫力、调节肠道菌群等15个功能宣传。其中通便类产品占比41.25%，增强免疫力类产品占比30%、调节肠道菌群类产品占比27.5%、其他类产品（辅助降血脂、辅助降血糖等）占比22.5%。

低聚木糖在特殊膳食用食品和特殊医学用途配方食品中有广阔的应用前景。可应用于肠道功能紊乱患者、营养不良患者、免疫力低下患者、癌症和肿瘤患者、三高患者等。

（三）低聚木糖在食品贮存中的应用

低聚木糖有一定的保湿性，耐酸性和耐高温性，添加到食品中可以延长食品的货架期，也可作为冷冻食品的保护剂和食品包装膜材料。

研究者以低聚糖为共包埋剂挤压微胶囊化对发酵乳杆菌l7在模拟胃液和模拟肠液中的保护作用及在4℃下的长期冷藏效果，发现低聚糖共包酵母菌细胞的包封率、暴露于模拟胃液、肠液及长期冷藏后的存活率均优于单独海藻酸钠包埋的细胞。将低聚木糖添加到双歧杆菌bb01的冷冻干燥剂中，菌的存活率显著升高。

低聚木糖（XOS）经研究具有降低食品水分活度、抑制有害微生物生长的功能，可以增长保质期，延长食品货架期。利用低聚木糖代替糙米面包中的蔗糖，发现添加低聚木糖的面包具有更好的保水性、更低的水分活度，可以改善面包口感和延长面包货架期[4]。李竹生等[5]在蒸烤馒头中添加2%的龙力低聚木糖70糖粉，发现普通蒸烤馒头的货架期为6-13 天，添加2.0%低聚木糖蒸烤馒头的货架期为12-19 天。龙力研究院研究发现，在焙烤食品中添加低聚木糖可以将食品货架期延长50%-100%，在常温乳酸菌饮料中添加低聚木糖可以有效保持有益菌的活力。

研究者评估了低聚木糖对温度变化下冻虾仁冰晶生长和重结晶的影响，发现低聚木糖可以通过氢键结合到肌肉蛋白质上，并在肌颤网络中捕获水分子，从而抑制冰晶生长和再结晶引起的肌颤变性和组织结构破坏。研究者发现纤维素纳米纤维与低聚木糖复合增强了半纤维素/壳聚糖基食用纤维的性能，低聚木糖可以成功地添加到食品包装膜中改善功能性，并赋予膜较高的抗拉强度和较低的透氧性。

五、结论

2017年，国际益生菌和益生元科学协会（ISAPP）明确了低聚木糖为益生元—一种被寄主微生物选择性地利用的有益于宿主健康的物质，低聚木糖的功能性得到充分认可，低聚木糖有优异的稳定性和配伍性，随着法规不断完善和功能研究更加充分，低聚木糖在食品中应用具有更加广阔的前景。