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聚葡萄糖特性及在食品中的应用

摘要：聚葡萄糖作为一种水溶性膳食纤维，具有良好的理化特性和生理功能，可广泛应用于各种食品中，尤其是低热量、低糖低脂食品中。本文主要综述了聚葡萄糖的结构和组成、理化和生理特性及其在食品中的应用。
关键词：聚葡萄糖 特性 应用
Abstract：The polydextrose possed important physicochemical and physiological properties, and was claimed to water soluble dietary fiber. Therefore, it was widely used in food industry, especially in the food of low calorie,low sugar and low fat.This paper reviewed the structure and type of ploydextrose,the physicochemical and physiological properties,and the applications in food industry.
Key word：ploydextrose ; property ; application

前言
聚葡萄糖（Polydextrose），是一种水溶性膳食纤维。与不溶性膳食纤维相比，聚葡萄糖有更多的保健功能和加工优势。聚葡萄糖因其具有低热量、稳定、极高耐受性等的特性，可广泛应用于各种食品中，尤其是低能量、高纤维等的功能性食品中。
美国和日本对聚葡萄糖的研究起步比较早，作为添加剂或食品，聚葡萄糖已被广泛用于保健品、无糖糖果、乳制品、功能饮料、烘焙食品、胶体食品、沙拉酱等食品中。目前，国内除了将聚葡萄糖作为添加剂使用外，还有部分以聚葡萄糖为主的胶囊、冲剂以及片剂之类的产品。随着研究的深入和人们认识的加强，作为膳食纤维补充剂，聚葡萄糖必将会在功能性食品及饮料的开发当中发挥巨大的作用。
1 聚葡萄糖的结构及组成
聚葡萄糖是随机交联的葡萄糖组成的多糖，由葡萄糖和少量山梨醇、柠檬酸经高温熔融缩聚而成，其结构由下图所示。由于聚合度的不同，分子量从162到15,000不等，其中分子量在5000以内的占88.7%。
聚葡萄糖分子结构式

聚葡萄糖产品有以下几种形式：
l A型：即无定形粉末型，其10％水溶液pH值为2.5~3.5。适用于大部分食品，用时需用缓冲剂调节其酸性。
l N型：浓度为70％，用KOH部分中和pH值至5.0~6.0。在生产如冷冻甜食和一些糖果时，此种形式是易于添加及加工处理。
l 聚葡萄糖K：即其钾盐。是用食用级KHCO3聚葡萄糖溶液pH值在5.0~6.0之间，然后将溶液干燥而得，或用KOH或KHCO3，与A型粉末干混而成。特别适用于弱酸性食品和易潮食品。
l 改性聚葡萄糖(Litesse)和精炼聚葡萄糖(Litesse Ultra)：对聚葡萄糖进行催化氢化加工得到白色至乳白色的改性聚葡萄糖，10％水溶液的pH值为3.0~4.5，酸度和苦味降低，口味有较大改善。在此基础上提炼而成的精炼聚葡萄糖为白色固体，口味清爽，10％溶液的pH值为4.5~6.5，该溶液无色无味，工艺性能非常好，应用领域十分广阔，尤被广泛应用于饮料生产中。
2 聚葡萄糖的特性
2.1理化特性
2.1.1 水溶性
聚葡萄糖易溶于水，25℃时溶解度为80％ ，加热溶解的更快，这是与纤维类填充剂的不同之处。聚葡萄糖K比聚葡萄糖溶解速度快，因为KHCO3起了分散剂的作用。
2.1.2 稳定性
聚葡萄糖非常稳定，在25℃、45℃和60℃裸露的条件下，可稳定地保存90天以上。在200℃左右高温下，稳定性仍非常好，不与酸碱起反应。
由于聚葡萄糖粉末会吸湿，须有良好的包装，贮存于低湿度条件下。聚葡萄糖溶液也相当稳定，微生物难在其中生存。N型聚葡萄糖暴露在空气中会失水，相对湿度75％时，浓度缩至80％ ；相对湿度52％ 时，浓度可缩至高达90％ ，而且高温下长时间放置，颜色变暗。因此，宜置于低温封闭容器中保存。
2.1.3 黏度
同等浓度下，聚葡萄糖溶液的黏度高于蔗糖溶液和山梨醇溶液。聚葡萄糖溶液的黏度随温度升高而降低，与蔗糖溶液相似。在25℃时黏度会随聚葡萄糖的浓度增加而增加。
2.1.4 保湿性
环境相对温度高时，固体聚葡萄糖会充分吸水。聚葡萄糖可作为食品的保湿剂，控制温度的变化。以焙烤食品为例，聚葡萄糖可延缓其水分蒸发，从而阻止产品走味，保持或延长产品的货架寿命。
聚葡萄糖另一重要特性是对溶液水分活度的影响。水分活度会影响食品质构、湿度变化和微生物稳定性。当浓度较低（小于60％）时，聚葡萄糖降低水分活度的效果不如蔗糖和山梨醇等小分子物质。但在高浓度时，聚葡萄糖的效果更好，因为蔗糖会析出结晶，而聚葡萄糖由于是不同分子量的高度分支结构的混合物，不会结晶。
2.1.5 风味
聚葡萄糖没有甜味，A型稍有酸苦味，经改性后味道变淡或消失。聚葡萄糖可与高甜度低热量甜味剂共用制作低热量甜食。聚葡萄糖浓度高时具有不良风味，这可通过减少用量、加调味料或风味修饰剂来消除。
2.1.6 融熔性质
聚葡萄糖无定形粉末在温度高于130℃时熔化，冷却后形成一种透明的玻璃状物质，有着与硬糖相似的脆性结构，但与糖不同的是聚葡萄糖不会形成晶体。
2.1.7 矫正冰点
聚葡萄糖的冰点比同浓度的蔗糖溶液的要高。用KOH中和过的聚葡萄糖比未经中和的其冰点要降低很多。冰点降低值越低，食品口感越硬，更适合冰棒和某些甜点中添加。
使用高甜度甜味剂制造低热量冷冻甜食时，可添加聚葡萄糖调整产品的基体，补偿由于砂糖减少造成的基体丧失，改善由于冰点降低而造成的不良质构变化。
2.2 生理特性
2.2.1 低能量
聚葡萄糖是随机聚合的产物，糖甙键种类多，分子结构复杂，难以生物降解。众多研究均表明，聚葡萄糖的热量值为在1 kcal／g左右，证明其确为难消化糖类。
2.2.2 非胰岛素依赖性
聚葡萄糖能改善末稍组织对胰岛素的感受性，降低对胰岛素的要求，抑制胰岛素的分泌，阻碍对糖的吸收，且聚葡萄糖本身不被吸收，从而达到降低血糖水平的目的，有效预防糖尿病。
2.2.3 肠道调节作用
聚葡萄糖可改善排便功能而无腹胀、腹泻等不良效应。有助于增加肠道中有益菌的数量，减少有害菌的数量，降低大便pH值。可减少小肠对葡萄糖的吸收，摄入后在大肠中发酵产生短链脂肪酸如丁酸、异丁酸、醋酸等[1]。
2.2.4 降低甘油三酯和胆固醇
聚葡萄糖可阻止或减少甘油三酯和胆固醇进入淋巴细管的量。同时，聚葡萄糖进入肠道后被肠道微生物降解的产物可抑制胆固醇的合成，并能吸附胆固醇的代谢产物胆汁酸并排出体外，从而降低人体内胆固醇含量，阻碍对胆固醇的吸收，也可预防胆结石的形成[2]。用聚葡萄糖制出的巧克力有明显的减少血清甘油三酯的作用。若与乳糖醇配合使用，这种作用更强[3]。
2.2.5 助控和减肥作用
一方面聚葡萄糖可以抑制食欲，减少进食量，并从人体内带走多余的脂肪和能量[4]。另一方面聚葡萄糖还可在胃肠壁上形成一层薄膜，缠裹部分食物中的脂肪，限制消化道内脂肪的吸收，促进脂类物质的排泄，从而达到减少脂肪堆积，预防肥胖的功效[5,6]。
2.2.6 增殖双歧因子的作用
浓度为1%和2%的聚葡萄糖即可对肠道双歧杆菌有显著的刺激作用。它所作用的双歧杆菌范围较广，除了对青春双歧杆菌、两叉双歧杆菌、长双歧杆菌等有增殖作用外，还对婴儿双歧杆菌有增殖作用[7]。
2.2.7 促进Ca吸收
Hara等[8]的研究表明，摄入聚葡萄糖（50g/kg,21d）后，能增加Ca的吸收和骨矿化，推测其Ca吸收主要是小肠的作用，而与大肠无关。Hitoshi等[9]的研究表明：随着聚葡萄糖的浓度增加，小鼠空肠、回肠、盲肠、大肠的钙吸收作用呈递增趋势，且100mmol/L的聚葡萄糖对小鼠空肠、回肠、盲肠的钙吸收作用显著，而大肠的钙吸收作用不显著。
2.2.8 提高免疫力
可溶性纤维的大量吸水，稀释了肠道中有害物质的浓度，并促使它排除体外。研究表明，可溶性纤维对癌症特别是结肠癌具有一定的防治作用，并具有排毒养颜的美容作用[10]。
2.2.9 清除体内毒物或降低毒性的作用
聚葡萄糖可降低α-苯并芘羟化酶的活性，减少苯并芘对消化系统的危害；还可增强机体对多氯联苯的清除率[11]；另外，能促进体内的二恶英通过粪便的形式排出体外[12]。
2.2.10 非龋齿性
聚葡萄糖在口腔内不被微生物利用发酵，故对牙齿没有损害。
2.3 应用特性
综合以上的基本特性及生理功能，可知聚葡萄糖在食品中具有众多的应用优势，主要有：
l 可取代食品中的糖和脂肪，有改善食品质构和口感的作用
l 口味清爽，使食品香味易于释放，在各类应用中有改善食品风味的作用
l 广为认知的良好的膳食纤维来源
l 能改善消化道健康的益生元
l 血糖反应低，代谢不依赖胰岛素，适于糖尿病人
l 饱腹感，帮助控制体重，适用于想控制碳水化合物摄入量的消费者
l 耐受性好
2.4 安全性
通过动物和人体试验证实，聚葡萄糖具有高度的安全性。FDA和FAO/WHO均已批准聚葡萄糖为安全的食品添加剂。目前，中国、日本、澳大利亚等45个国家已批准使用聚葡萄糖。另外，日本的厚生省已确认聚葡萄糖是一种食品，我国已将其列入国家食品添加剂。食品中添加聚葡萄糖作为通便剂的平均最大无作用量为90g/d。
3 聚葡萄糖在食品中的应用
聚葡萄糖作为填充剂、防冻剂、低温防护剂、抗老化剂、膳食纤维、益生元成分及防腐保鲜、增加渗透压等的成分添加入食品中，既提供必要的体积，又赋予逼真的质构和口感，还能保证优质的纤维来源。希望摄入低热量和保持健康的正常人群可以食用，糖尿病人等特殊群体也可以食用，预计将来聚葡萄糖的使用量将越来越大。
3.1 保健食品中的应用
3.1.1 糖尿病人食品中的应用
治疗糖尿病除需药物治疗外，主要还是依靠饮食控制。因此，适当调整饮食结构，是防治糖尿病的最主要方法。聚葡萄糖可减慢葡萄糖的吸附，血液中的糖分也将缓慢增加，或胰岛素稍有不足，也不致马上引起血糖浓度增加。此外，聚葡萄糖还具有抑制血糖素分泌的作用，从而可以降低糖尿病患者血糖水平。
3.1.2 便秘人群食品中的应用
服用聚葡萄糖后，可促进肠道双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌的生长繁殖，同时产生大量短链脂肪酸，如乙酸、醋酸、叶酸和乳酸，改变肠道pH，改善有益菌群的繁殖环境，从而加快肠道蠕动，使粪便顺利排出。
3.1.3 婴幼儿食品中的应用
婴幼儿特别是断乳后体内双歧杆菌骤减，导致腹泻厌食、发育迟缓，营养成分的利用率降低；食用含聚葡萄糖的食品，可以提高营养素的利用率和促进对钙、铁、锌等微量元素的吸收。
3.2 普通食品中的应用
3.2.1饮料
聚葡萄糖具有的水溶性好，低pH值及加热条件下的稳定性高，在货架期内稳定，纤维无损失等的优良特性，使其能广泛应用于饮料产品，包括固体饮料，无不良口味、色泽和透明度均良好，并可增强无糖或低糖饮料的口感。这种饮料既能解渴、补充水分，又可提供人体所需膳食纤维，在欧美、日本等国十分流行。如日本可口可乐公司生产的含膳食纤维矿泉水，西欧、美国的高纤维橙汁、高纤维茶，国内汇源开发的高纤果汁，三元乳业的高纤奶等。
3.2.2 糖果
无糖糖果的良好配料，耐受性好。高水溶性和高黏度，保证硬糖和橡皮糖的良好咀嚼性；能防止结晶，特别是使用糖醇的糖果；非致龋性，适用于健齿糖果。添加聚葡萄糖的蔗糖糖果，起到强化纤维/益生元/降低蔗糖的作用，也可降低热量或降低总血糖生成值。
3.2.3 乳品
聚葡萄糖具有低pH值条件下稳定性好，无甜度且口味中性，粘度高等优良特性，因而应用于低脂、无脂乳品中，不仅可以改善乳品口感，还可提高乳品在保质期的稳定性，且不与其中任何成分发生对人体不利的理化反应。此外，在乳制品中加入膳食纤维，还可满足人体对膳食纤维的需求。该类产品在欧美很受消费者欢迎。
聚葡萄糖可替代葡萄糖浆应用在很多冷冻甜点中。因其持水性、抑制冰晶形成、水化质感、膨化性等均与蔗糖相似，对其组织结构并不影响，同时还可延长产品保质期。当与高强度甜味剂如阿斯巴甜混合使用时，即可达到与传统冷冻甜品相同的味质。在低脂冰淇淋中，添加聚葡萄糖并配合使用麦芽糊精后，可增加其奶油感和乳脂状，而对冰淇淋的产量、货架期和价格等的影响都很小[13,14]。
3.2.4 焙烤食品
聚葡萄糖十分耐热，在焙烤生产过程中把各种优良的特性理想地结合起来，作为有效的蔗糖替代品，能延缓淀粉老化，保持水分，提供良好的质构和口感，特别适于加工低糖、低脂的焙烤食品。聚葡萄糖加入饼干中，仍可获得与传统产品相近的质构和味感[15]。加入面包中，还可充当抗老化剂的作用。
3.2.5 肉制品
用于鸡块，能减少烹制过程中的水分损失，而表层裹料依然保持酥脆；在冷冻鱼糜制品中，作为冷冻保护剂而不提供甜度，改善风味和质构；在肉馅和乳化型香肠中，能取代部分脂肪，不影响口感。
3.2.6 果酱和陷料
聚葡萄糖的高水溶性和高黏度，便于能减少果酱和陷料中的热量和糖；用于陷料，能减少陷料中的水分迁移到面团或糕点上，延长其货架期。
4 聚葡萄糖的使用及添加量
聚葡萄糖除了没有甜味和不结晶，其余工艺性能皆与蔗糖相似，可取代部分蔗糖和脂肪。聚葡萄糖常与各种食品配料（低聚糖、糖醇等）配合使用，以获得更好的口感和产品特性，以及更强的保健功能[3,16]。
4.1 食品中聚葡萄糖的添加量：

聚葡萄糖的主要应用范围及参考使用量
应用范围
应用实例
添加量
保健品
作为便秘、糖尿病、肥胖等各种健康食品的原辅料和保健品载体制成的纤维片、胶囊、口服液、冲剂等
30%-90%
饮　料
各种高纤维饮料（包括固体饮料、碳酸饮料、矿泉水、运动饮料、植物蛋白饮料、全营养饮料、果汁等各种功能性饮品）
1%-3%
糖 果
硬糖、软糖、巧克力、果冻、口香糖等
5%-30%
乳制品
牛奶、豆奶、酸奶、奶粉等
1%-5%
面制品
馒头、面包、糕点、饼干、挂面、方便面等
5%-20%
肉制品
火腿肠、午餐肉、三明治、肉松、馅料等
2.5%-3.0%
酒　类
添加到白酒、黄酒、啤酒、果酒和药酒中，生产出高纤维保健酒
3%-6%
调味品
香辣酱、果酱、酱油、醋、火锅料、方便面汤料等
10%-15%
冷冻食品
冰糕、冰棍、果冻、冰淇淋等
0.5%-5%
医药用基料
纤维片、口服液、胶囊、针剂等
30％-90％

4.2 聚葡萄糖的检测方法：目前AOAC 2000.11被列为“官方认定”的聚葡萄糖检测方法。
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