功能性多糖饮料的研究进展

韩瑨，吴正钧，高彩霞，吴江

（1.乳业生物技术国家重点实验室，上海200436；2.上海乳业生物工程技术研究中心，上海200436；3.光明乳业研究院，光明乳业股份有限公司，上海200436）

功能性多糖饮料的研究进展

韩瑨1，吴正钧2，高彩霞3，吴江3

（1.乳业生物技术国家重点实验室，上海200436；2.上海乳业生物工程技术研究中心，上海200436；3.光明乳业研究院，光明乳业股份有限公司，上海200436）

多糖（polysaccharide）是一类由多个相同或不同类型单糖缩合而成的高分子碳水化合物，富含功能性多糖的饮料具有调节免疫、抗氧化、抗肿瘤等益生作用。本文总结了最近20年功能性多糖饮料的研究进展，并对其发展趋势进行了展望。

功能性多糖饮料；调节免疫；抗氧化；抗肿瘤

随着经济的飞速发展和人们生活水平的不断提高，消费者在要求饮料美味可口、营养丰富的同时，更希望它们具有一定的益生功能来促进人体健康和提高生活质量。特定的市场诉求注定了功能性饮料火爆的市场前景。据统计，仅2003年一年全球功能性饮料销售额已达260亿美元，占世界功能性食品销售额的59%。而事实上，国内对于功能性饮料的探索已由20世纪80年代开始。碳酸型运动饮料“佳得乐”、能量型饮料“红牛”、凉茶饮料“王老吉”、营养素饮料“脉动”，这些家喻户晓的明星产品见证了中国功能性饮料市场的崛起与成熟。功能性饮料的保健效果主要取决于饮料中含有的活性成分，如含有多糖的饮料在免疫调节方面对人体有积极作用[1]，而添加了咖啡因的饮料则可暂时性地为机体祛除疲劳、兴奋神经[2]。多糖广泛分布于高等植物、地衣、海藻、动物和微生物中，以不同来源的功能性多糖为保健因子的饮料如雨后春笋般不断地推陈出新。本文主要从多糖来源的层面对国内功能性多糖饮料的相关研究进行概述。

1 植物来源

植物来源的多糖主要包括膳食纤维、淀粉、果胶质、树胶、果聚糖等[3]，其广泛存在于植物的根、茎、叶、皮、花果、种子等不同部位[4]，通过特定的提取方法（热水浸提法、水提醇沉法[5]、稀酸稀碱提取法[6]、酶法[7]等），这类由相同或不同单糖以α-或β-糖苷键组成的高分子聚合物从植物中被提取出来，并在临床上被证实具有免疫调节[8]、抗肿瘤[9]、降血糖[10]、抗衰老[7]等益生作用，因此，越来越多有关植物多糖的功能性饮料被深入研究，其中部分报道如表1所示。

表1 部分有关植物来源的功能性多糖饮料的报道Table 1 Partial reports of plant derived functional polysaccharide beverages

膳食纤维（Dietary Fiber，DF）是一类不易被人体消化利用、由特殊糖苷键接连而成的低聚糖，因其在通便、降脂、减肥等方面的积极作用[42]而受到消费者的普遍青睐，与糖、蛋白质、脂肪等传统六大营养素并列被食品界称为“第七营养素”。目前，有关制备DF饮料的研究主要集中于果蔬、麦麸、米糠、大豆等植物来源。

众所周知，苹果皮中DF含量较高，并伴有均衡的营养成分，以苹果皮渣为原料制备DF其得率可达60%以上。王丽等通过正交试验和单因子实验的方法，对饮料中苹果皮、柠檬酸、稳定剂、抗氧化剂、葡萄糖的用量进行了探讨，确定了苹果皮DF饮料的最佳工艺配方[43]。李宏高等研制出的山路菜、苹果复合DF饮料，为此类产品中功能成分的多样性作出了尝试[44]。郭健等发现，以小麦麸皮为原料提取的DF与脱脂乳混合后，接入乳酸菌发酵，经调配、均质，可制成一种新型的功能性麦麸乳酸活菌饮料[45]。章中的研究表明，挤压法可显著提高麦麸中水溶性膳食纤维（Soluble Dietary Fiber，SDF）的利率，进而以一定比例与橙汁等调配成营养与美味兼备橙汁饮料[46]。为了改善米糠纤维较粗而引起的口感和营养吸收方面的问题，郑煜焱等利用纤维素酶将米糠预先水解成可溶性片段，再与牛乳混合后经由乳酸菌发酵研制出富含米糠DF的凝固型酸奶产品[47]。玉米DF的来源相对广泛，因此相关饮料的报道比较全面，从乳饮料[48]、活性乳酸饮料[49]到果汁饮料[50]的制备工艺与配方均有较详实的论述。酒糟是酿造行业的主要副产物，其中含有大量酿酒发酵过程中微生物无法利用的纤维物质，王金华等通过乙醇沉淀与木瓜蛋白酶酶解相结合的方法提取啤酒糟中的SDF，提取物与脱脂乳混合后由嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌共同发酵制成功能性乳酸发酵纤维饮料[51]，而吴忠会等则是将白酒糟DF直接与发酵乳混合调配来研制相应的酸乳饮料的[52]，这些都为酒糟的深层开发利用提供了新的途径。与其他DF饮料相比，柿子DF饮料有两大特点：一、来源不同：主要来自果肉部分；二、制备工艺不同：制备时须经脱涩工艺来除去果实中大量的单宁类物质[53-55]。另外，大豆[56]、魔芋[57-58]、香蕉[59]、雪莲果[60]、柠檬[61]、杏[62]、甘蔗[63]、葡萄[64]等均可作为DF的天然来源应用于相关功能性饮料的制备。

2 真菌来源

研究表明，真菌来源的多糖通常由β-糖苷键将单糖连接而成，此类多糖普遍具有生物反应调节物的特征，可作为天然的免疫增强剂和免疫激活剂应用于医药和保健食品领域。目前，在保健饮料中被广泛应用的真菌多糖主要有香菇多糖、银耳多糖、灵芝多糖等。现代医学证实，灵芝多糖是其发挥滋补强壮、扶正固本功效的有效成分[65]，据测定，一款灵芝原汁饮品中的多糖含量可达456 mg/L[66]，另有研究认为灵芝多糖的稳定性对灵芝-松茸功能饮料的功效与货价期至关重要[67]，灵芝饮品的出现为此类名贵保健中药材的低端需求群体提供了消费的市场。金针菇是药食两用真菌，富含大量糖蛋白和赖氨酸，被称为儿童“增智菇”，李平作等利用金针菇自身酶系与热浸提法相结合来破坏菌丝体的细胞结构，可显著提高菌丝体中多糖与氨基酸的收率，制备成本降低的同时提高了多糖饮料的质量[68]，刘洁等则运用水提醇沉的方法制备金针菇多糖，并确定了制备多糖保健饮料最优工艺条件[69]，这些研究为金针菇深加工技术提供了思路。以超声波破壁、微波破壁等方法从香菇的不同部位（子实体、香菇柄）中抽提出来的香菇多糖被证实有免疫调节、抗肿瘤、抗感染等临床效果[1]，可直接调配成具有香菇独特风味的多糖饮料[70-71]，也可辅以特定果汁（梨汁、杨桃汁）制得集营养、风味与保健于一体的功能性复合饮料[72-73]，从而提高了香菇的生产效益与产品附加值。银耳多糖的特性与大豆多糖类似，在酸性条件下具有独特的蛋白质稳定性，其浸提液可作为一种现有人工合成稳定剂和增稠剂的替代品应用于调配型乳饮料[74]或发酵型乳酸菌饮料[75]中。冬虫夏草是麦角菌科真菌寄生昆虫幼虫上的子座及幼虫尸体的复合体，其多糖的抗癌作用已得到临床证实与广泛认同[76]，武忠伟等对虫草深层培养的产糖条件进行了优化，优选条件下的多糖产量可达6 g/L，同时确定了虫草的最佳饮料配方为：发酵液：水＝70∶30、蔗糖7%、柠檬酸0.1%、稳定剂0.15%，所制得的饮料呈亮红色、透明、清香无异味、口感浑然一体[77]。此外，以巴楚蘑菇多糖[78]、猴头菌多糖[79]、金顶侧耳多糖[80]、普鲁兰多糖[81]、真姬菇多糖[82]等为研究对象的报道为多糖饮料产品的多样化提供了理论参考。

3 细菌来源

细菌来源的多糖主要以微生物胞外多糖（Exopolysaccharide，EPS）的形式存在，这是微生物在生长代谢过程中分泌到细胞壁外的一类糖类化合物，根据存在的形式的差异可分为荚膜多糖和粘液多糖。出于食用安全性的考虑以及相关法律法规的限制，目前应用于饮料产品中的细菌性多糖仅限于包括乳酸菌在内的少数微生物，而乳酸菌EPS的抗肿瘤、降血脂等益生作用已获得广泛的认同（如图1所示）[83]。

图1 乳酸菌胞外多糖（EPS）的健康促进作用示意图Fig.1 Schematic representation of the possible health-promoting properties of exopolysaccharides produced by lactic acid bacteria.

由于乳酸菌EPS产量较低，如别嗜热链球菌（230 mg EPS/L～270 mg EPS/L），保加利亚乳杆菌（58 mg EPS/L～540 mg EPS/L）[84]，因此，此类多糖目前只能保留于发酵乳产品中，很少被提取出来调制成其他形式的多糖饮料，而其相应的健康促进功能最大化只能通过提高乳酸菌代谢产糖效率来实现。吴荣荣等发现，保加利亚乳杆菌Y5在培养温度40℃条件下发酵果糖、鱼蛋白胨为主要营养成分且初始pH为6.0的培养基16 h，其EPS水平可达1 g/L以上，产糖水平提高的同时菌株的存活性与发酵乳的稳定性也得到了相应提升[85]。相同的结果出现在戊糖乳杆菌发酵乳中[86]。

4 展望

多糖（polysaccharide）是一类由多个相同或不同类型单糖失水缩合而成的高分子碳水化合物，其广泛分布于高等植物、地衣、海藻、动物和微生物中，不但具有免疫调节、降血糖等生物活性，同时还兼有增加稳定性[20，87-88]、促进澄清[21]等加工性能，因此被越来越多地应用于多糖类保健饮料中。

不同来源的多糖应用于饮料时所涉及的主要工艺流程如图2所示。

图2 制备多糖饮料的主要工艺流程Fig.2 The main processes of preparing polysaccharide beverage

不难看出，植物与真菌来源的多糖应用相对单一，往往需经不同方法提取（热水浸提、水提醇沉等）获得后，再经勾兑才能制成相应的多糖饮料，而细菌多糖的应用显得更灵活多变，既可通过离心、醇沉等简易分离手段从产糖发酵液中方便获得多糖后再深加工成相应饮料，亦可直接保留于发酵培养基中发挥特定的益生功效与加工性能；其次，鉴于微生物合成代谢的高效性以及所需培养基的广泛性，获得细菌多糖的时间和物料成本均远低于其他来源的多糖。尽管细菌性多糖优点众多，但目前应用于饮料的细菌性多糖种类较少，加之较低的胞外多糖产率成为此类多糖饮料大规模生产的最大瓶颈。

细菌来源多糖在饮料中应用率低的现状，说明其尚有潜在资源与空间可被发掘，未来可通过以下几种途径来增加此类多糖饮料产品的多样性与功能性。一、筛选与应用新型高产多糖的菌株。如近几年刚被纳入中华人民共和国《可用于食品的菌种名单》的肠膜明串珠菌肠膜亚种，便是典型的右旋糖苷（dextran，多糖的一种）[89]高产菌株，研究表明，dextran具有增粘效果佳、稳定性高、乳化水体系以及持水性强等加工特性[90]，而随着研究工作的日益深入，更多有关dextran生物活性的报道将加快明串珠菌多糖在功能性多糖饮料领域的应用。二、从产糖基料pH、底物浓度、发酵温度等方面对现有菌株产糖条件的进一步优化有助于获得更高的多糖产量。三、利用分子生物学技术将菌株的多糖合成基因进行改造，进而通过同源或异源表达来达到改善多糖理化特性、提高多糖活性和产量以及改造多糖结构的目的。

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HAN Jin1，WU Zheng-jun2，GAO Cai-xia3，WU Jiang3
（1.State Key Laboratory of Dairy Biotechnology，Shanghai 200436，China；2.Shanghai Engineering Research Center of Dairy Biotechnology，Shanghai 200436，China；3.Dairy Research Institute，Bright Dairy&Foods Co.，Ltd.，Shanghai 200436，China）

Polysaccharide is a type of high-molecular carbohydrate composed of single or several different monosaccharide（s）.Beverages rich in functional polysaccharide with claimed health-promoting benefits such as immune regulation，anti-oxidation and anti-tumor are popular in the market.In this article，the progress in the research and development of functional polysaccharide beverage in last 2 decades was reviewed and the future perspective is also predicted.

functional polysaccharide beverage；immune regulation；anti-oxidation；anti-tumor

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.08.031

国家“十二五”科技支撑计划课题（2012BAD28B07）；国家农业科技成果转化资金（2013GB2C000153）

韩瑨（1980—），男（汉），工程师，硕士，研究方向：乳品科学。

2013-11-06