功能性食品

第三章功能性糖类吉林大学功能性食品教学团队第一节多糖多糖：由十个以上单糖通过糖苷键连接而成的碳水化合物的统称。它一般都是天然高分子化合物。多糖包括活性多糖和膳食纤维两大类。活性多糖:指具有某种特殊生物活性的多糖化合物，如真菌多糖、植物多糖和壳聚糖等。膳食纤维简史史前人25%的纤维，化石分析10000年前人们尽量选择纤维含量低的食品生产力的发展，磨制谷物→面团中世纪谷物低产，含量高钢磨，精制面粉一战、二战含量高，原因物资短缺生产力发展，纤维摄取量少，文明病，认识到纤维的重要性。1972年，Tromell最初的定义，Dietaryfibre：“食物中不被消化吸收的植物成分”1976年，定义：“不被人体消化吸收的多糖类碳水化合物和木质素”在人体的代谢状况：口腔、胃、小肠不被消化吸收。大肠微生物降解，净能量不为零。1839年，美国Graham最早提出1889年，英国Allinson认为：食品中不含膳食纤维，会引起便秘、痔疮、静脉血管曲张、迷走神经痛等。1923年，Kellogg博士论述了麸皮的医疗功能；1936年，英国Dimmock认为小麦麸皮对治疗便秘、痔疮有效。1960年后，才真正认识到膳食纤维的生理功能，现在认为是第七大营养素；一、膳食纤维1、定义：不被人体消化吸收的多糖类和木质素称为膳食纤维，即膳食中的非淀粉类多糖与木质素。2、种类主要由纤维素、半纤维素、果胶类及木质素组成。膳食纤维按其水中的溶解性能，大致可分为不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维两大类。不溶性膳食纤维主要指纤维素、半纤维素和木质素，它们是植物细胞壁的组成成分，存在于禾谷类和豆类种子的外表及植物的茎和叶中。可溶性膳食纤维主要是果胶、树胶、种子胶、琼脂、海带多糖、羧甲基纤维素等。纤维素（细胞壁的初级成分）半纤维素、果胶及糖蛋白等（细胞壁的初级成分）木质素←死组织，目前认为无生理活性。来源不同，差异大：组分的相对含量3、化学组成（1）纤维素是由β-吡喃葡萄糖通过β—1、4糖苷键连接起来的聚合物，聚合度约为数千。一般微生物难以破坏：抵御病虫害，利用困难膳食纤维一、膳食纤维链内、链间氢键的作用→结晶状结构一、膳食纤维—化学组成（2）半纤维素主要有阿拉伯木聚糖(简称“阿木聚糖”)、木糖葡聚糖、半乳糖甘露聚糖和β—1，3或β—1，4葡聚糖四种。（3）果胶的基本结构是半乳糖醛酸，以α—1，4糖苷键连接而成的聚半乳糖醛酸，半乳糖醛酸中部分羧基被甲酯化。果胶类物质主要由阿拉伯聚糖、半乳聚糖或阿拉伯半乳聚糖组成。（4）木质素是由松伯醇、芥子醇和对羟基肉桂醇三种单体组成的大分子化合物，是使植物木质化的物质，在木本植物中起支架支撑作用。一、膳食纤维(二)理化特性1.较强的持水性2.对阳离子有结合和交换能力3.对有机化合物的吸附整合作用4.类似填充剂的作用5.改变肠道系统中的微生物群系组成一、膳食纤维(三)生理功能1.调节胃肠功能2.降血脂和预防心血管病3.降血糖及预防糖尿病4.控制肥胖生理作用不溶性膳食纤维可溶性膳食纤维咀嚼时间延长缩短胃内滞留时间略有延长延长对肠内pH值的变化无降低与胆汁酸的结合结合不结合可发酵性极弱较高肠粘性物质偶有增加增加大便量增加关系不大血清胆固醇不变下降食后血糖值不变抑制上升对大癌有预防作用不明显一、膳食纤维(四)膳食纤维的来源、主要品种及制备1．谷物纤维2．豆类种子与种皮纤维3．水果、蔬菜纤维4．其他天然纤维5．合成、半合成纤维1利用苹果皮渣制备膳食纤维的工艺研究贵州农业科学2008/022库尔勒香梨渣制备水溶性膳食纤维的工艺研究保鲜与加工2007/033火棘膳食纤维的制备、性质及其应用食品科技2007/054白果壳水不溶性膳食纤维的制备及吸附胆酸钠的研究河南工业大学学报(自然科学版)2007/035从米糠中制备水溶性膳食纤维的比较研究粮食与饲料工业2007/056黑麦草膳食纤维的制备研究中国调味品2007/057不同工艺条件制备的马铃薯膳食纤维的物化性能比较食品科学2007/088大豆膳食纤维的制备与性能检测中国油脂2007/099玉米苞叶膳食纤维的制备研究广西轻工业2007/0910燕麦膳食纤维的制备工艺及物理特性研究粮食加工2007/11麦草膳食纤维的制备研究现代食品科技2007/1112毛竹叶特种膳食纤维制备及特性的研究食品科学2007/1213羧甲基大豆膳食纤维的制备及性能东北林业大学学报2007/1214燕麦膳食纤维的制备工艺及物理特性研究山东食品发酵2007/0415甘薯渣膳食纤维制备工艺的研究食品与发酵工业2007/0916优化纤维素酶水解桃渣制备可溶性膳食纤维工艺条件的研究食品与发酵工业2007/1117桑椹籽粕膳食纤维的制备工艺研究农业与技术2007/0518大豆皮水不溶性膳食纤维制备工艺的研究食品科技2006/0319甘薯膳食纤维的制备及其物化特性的研究新疆农业大学200720柑橘膳食纤维制备工艺技术及品质分析研究西南大学2007甘蔗纤维甘蔗制糖后的蔗渣①甘蔗纤维原料：甘蔗制糖后的蔗渣工艺：一、膳食纤维(五)膳食纤维在食品中的应用膳食纤维作为食品添加剂添加到面包、饼干、面条、糕点、早餐食品、小吃食品和糖果等产品中制成强化膳食纤维的保健食品，添加量一般控制在3％一30％范围内。也可以直接以富含纤维的原料制得，如麸皮饮料、带果皮的高纤维饮料、高纤维豆乳饮料、可直接食用的小麦麸皮、香菇柄杆纤维食品、米糖纤维食品、以豆渣为原料的各种纤维食品等。二、真菌多糖真菌多糖分结构多糖和活性多糖。真菌细胞壁中往往还含有一种叫几丁质的物质，这是一类聚氨基葡萄糖，属于结构多糖。另一类多糖是由真菌菌丝体产生的一类次生代谢产物。我们把这一类多糖称为“活性多糖”。(一)真菌多糖的生理功能1.免疫调节功能(1)增强宿主细胞免疫作用(2)增强宿主体液免疫作用2.抗肿瘤作用3.延缓衰老作用4.降血脂、抗血栓作用5.降血糖作用6.抗损射和增强骨髓造血功能的作用7.抗感染和抗各种化学因素对脏器损伤的作用（二）物理性质与功效的关系1、溶解度与功效的关系多糖溶于水是其发挥生物学活性的首要条件;降低分子质量是提高多糖水溶性，从而增加其活性的重要手段;向多糖引入分支可在一定程度上削弱分子间氢键的相互作用，从而增加其水溶性;有些含有疏水分支的多糖不溶于水，经过氧化还原成羟基多糖后才溶于水，从而产生生物学活性。2、分子量与功效的关系研究结果表明，真菌多糖的抗肿瘤活性与分子量大小有关，分子量大于16kD时才有抗肿瘤活性。大分子多糖免疫活性较强，但水溶性较差，分子量介于10～50kD的高分子组分的真菌多糖属于大分子多糖，呈现较强的免疫活性。分子量越大其结构功能单位越多，抗癌活性越强。3、粘度与功效的关系多糖的粘度主要是由于多糖分子间的氢键相互作用产生，还受多糖分子质量大小的影响，它不仅在一定程度上与其溶解度呈正相关，还是临床上药效发挥的关键控制因素之一，如果粘度过高，则不利于多糖药物的扩散与吸收。通过引入支链破坏氢键和对主链进行降解的方法可降低多糖粘度，提高其活性。如向纤维素引入羧甲基后，分子间的氢键发生断裂，产物粘度从0.15Pa·s降至0.05Pa·s。(三)具有较明显抗肿瘤活性的大型食用或药用真菌多糖1．香菇多糖从香菇中分离出一种多糖，这种香菇多糖的主链是由β—1，3糖苷键连接的葡聚糖，主链上约有23％的葡萄糖残基通过C6分支点连有侧链。大量试验表明，它是作为调节机体免疫反应的T细胞促进剂，通过刺激抗体的产生提高机体的免疫功能，从而达到抗肿瘤的作用。香菇多糖还有溶解胆固醇、抗菌、抗疾病作用等。2．银耳多糖银耳俗称白木耳，属于有隔担子菌亚纲银耳科。存在于子实体中的银耳多糖是一种酸性杂多糖，其主链结构是由α—1，3糖苷键连接的甘露糖，支链由葡萄糖醛酸和木糖组成。3．金针菇多糖金针菇属于伞菌目口蘑科金钱菌属。水溶性金针菇多糖有4种纯组分：分别为EA3、EA5、EA6和KA7。EA3含有92．5％葡萄糖，是一种比较纯净的β—l，3糖苷键连接的葡聚糖，化学结构与香菇多糖相似。4．云芝多糖云芝多糖，含有20％一30％的蛋白质，多糖主链以β—l，3糖苷键为主，可能还兼有少量β—l，4糖苷键连接的葡聚糖，带有β—l，6糖苷键连接的短链葡聚糖侧链。5．灵芝多糖灵芝属真菌类，品种繁多，灵芝和紫芝是其中两种最著名的品种。1981年日本人从灵芝子实体中分离出一种水溶性多糖，经鉴定为阿木葡聚糖。1982年报道存在于灵芝子实体中的水溶性多糖，是由岩藻糖、木糖和甘露糖组成的。1983年薄井报道从树舌中提取出两种β—葡聚糖。6．冬虫夏草多糖冬虫夏草多糖，为高度分支的半乳糖甘露聚糖，非还原性末端为D—呋喃半乳糖和D—吡喃甘露糖。1984年宫琦从大团囊虫草培养液分离出一种水溶性多糖，确认是β—葡聚糖，平均分子量为6320000，由β—1，3搪苷键连接的β—D吡喃葡聚糖组成骨架，每2个葡萄糖残基通过C6分支点连接有一个单糖残基分支。（四）其他植物多糖从某些植物体中提取的具有特殊生理功能的活性多糖也备受关注。1、茶多糖2、药用植物多糖包括从人参中提取的人参多糖，从刺五加中提取的刺五加多糖，从黄氏、红氏和黄精等中提取的多糖等。（五）海洋生物多糖1、螺旋藻多糖2、卡拉胶3、褐藻胶三、加工真菌多糖的加工方法有两种：一种是从栽培真菌子实体提取，另一种是发酵法短时间生产大量的真菌菌丝体。提取法：一般粉碎后在真菌子实体中加入多糖5～20倍体积的水、稀酸或稀碱(0.2～lmol/L)，在50～80℃温度下进行浸提，有时为了加速浸提速度，也可添加些纤维素酶或半纤维素酶。深层发酵提取多糖：工艺是：菌种活化→种子罐发酵→发酵罐发酵。若是需要供研究用的真菌多糖纯品，则可对上法得到的粗制多糖进行分级提纯处理，包括使用溶剂的分级提取、凝胶色谱或离子交换色谱的分级提纯等。香菇多糖1.提取法（1）工艺流程鲜香菇→捣碎→浸渍→过滤→浓缩→乙醇沉淀→乙醇、乙醚洗涤→干燥→成品。（2）操作要点①取香菇新鲜子实体，水洗干净，捣碎后加5倍量沸水浸渍8～15h，过滤，滤液减压浓缩。②浓缩液加1倍量乙醇得沉淀物，过滤，滤液再加3倍量乙醇，得沉淀物。③将沉淀加约20倍的水，搅拌均匀，在猛烈搅拌下，滴加0.2mol／L氢氧化十六烷基三甲基胺水溶液，逐步调至pH值12.8时产生大量沉淀，离心，沉淀用乙醇洗涤，收集沉淀。④沉淀用氯仿、正丁醇去蛋白，水层加3倍量乙醇沉淀，收集沉淀。⑤沉淀依次用甲醇、乙醚洗涤，置真空干燥器干燥，即为香菇多糖。2.深层发酵法（1）工艺流程菌种→斜面培养→一级种子培养→二级种子培养→深层发酵→发酵液（2）操作要点①斜面培养：在土豆琼脂培养基接菌种，25℃培养10天左右，至白色菌丝体长满斜面，0～4℃冰箱保存备用。②摇瓶培养：500mL三角瓶盛培养液150mL左右0.12kPa蒸汽压力下灭菌45min。当温度达到30℃时，接斜面菌种，置旋转摇床(230r／min)，25℃培养5～8天。培养液配方(g/100mL)：蔗糖4，玉米淀粉2，NH4NO30.2，KH2PO40.1，MgSO40.05，维生素B10.001。pH值6.0。③种子罐培养培养液同前，装量70％(V／V)，接入摇瓶菌种，菌种量10％(V／V)，25℃，通气比1：0.5～1：0.7V／（V﹒min)培养5～7天。④发酵罐培养配料与接种。发酵罐先灭菌。罐内配料，培养液配方同前。配料灭菌，0.12kPa灭菌50～60min。冷却后，以压差法将二级菌种注入发酵罐，接种量10％(V／V)，装液量70％(V／V)。发酵控制。发酵温度22～28℃，通气比1：0.4～1：0.6V／(V·min)，罐压0.05～0.07kPa，搅拌速度70r／min；发酵周期5～7天。放罐标准。发酵液pH值降至3.5，镜检菌丝体开始老化，即部分菌丝体的原生质出现凝集现象，中有空泡，菌丝体开