水溶性膳食纖維—聚葡萄糖具有很多優異的加工特性和對機體有益的生理功能，如低熱量、調節腸道功能、提高免疫力、促進礦物質吸收、降低血糖和控製體重等。由於具有高度的安全性和穩定的加工特性，聚葡萄糖已被廣泛的應用於飲料、乳品、焙烤、糖果等各種食品及保健品中。
膳食纖維是人體不可缺少的第七營養素。自20世紀60年代Trowell首次列出現代“文明病”的特征，並提出膳食纖維在對抗“文明病”方麵的重要作用以來，膳食纖維的研究和開發便迅即受到世界各國的高度重視，營養學界、臨床醫學界和食品科學界相繼投入很大的精力進行研究，在全球範圍內掀起了研究膳食纖維的熱潮。
聚葡萄糖是一種低熱量、無糖、低血糖指數的特殊碳水化合物，具有水溶性膳食纖維和益生元的特點。它是由天然存在的葡萄糖、和少量山梨醇、檸檬酸經高溫熔融縮聚而成，是隨機交聯的葡萄糖組成的多糖。聚葡萄糖作為一種作用和性能最好的膳食纖維之一，近年來得到快速發展，在50多個國家被批準使用，在眾多食品、飲料、保健食品中得到越來越廣泛的應用。
1 聚葡萄糖的生理功能研究現狀
1.1低能量
聚葡萄糖是隨機聚合的產物，糖甙鍵種類多，分子結構複雜，難以被人體或動物消化利用，因此具有較低的熱量。大量動物或人體試驗均證實聚葡萄糖具有較低的熱量值，大約為1kCal/g左右。
在模擬人體條件下或人體試驗也證實了聚葡萄糖具有較低的能量值。如White等采用α澱粉酶、支鏈澱粉酶、澱粉糖甙酶結合在模擬人體內的條件下對聚葡萄糖進行酶解，測量產生的葡萄糖數量，推算出聚葡萄糖在體內的消化率為22% ～25% ，熱量值約為1 kcal/g。Lotfi等評價了7名健康誌願者每天攝入30g聚葡萄糖的短期（服用聚葡萄糖4天)和長期階段(服用聚葡萄糖26天)的能量值。其能量值通過 ¹⁴C標記的聚葡萄糖在早餐時服用10克測定。在短期和長期服用階段48h內分別有31%和29%出現在呼吸作用中，有4%出現在尿中，在排出的氣體中有1%，糞便中的脂肪酸中占有1%，細菌3-4%，在短期和長期階段大便中分別含有33%和32%，49%左右出現在大腸內 ¹⁴C標記的醋酸中。經過計算，當呼吸作用中的 ¹⁴CO ₂和聚葡萄糖產生的揮發性脂肪酸被計算在內時，聚葡萄糖的能量值在短期和長期服用階段分別為4.0kJ/g(0.96kcal/g)和6.1kJ/g(1.5kcal/g)。測定聚葡萄糖能量值的方法雖有所不同，但結果都在1 kcal/g左右，證明其確為難消化性糖類。
1.2 調節腸道功能、防止便秘的發生
由於聚葡萄糖具有很好的持水性，未消化的聚葡萄糖增加了腸道的蠕動和糞便的排出。同時在大腸內部分聚葡萄糖可以被雙歧杆菌等有益菌發酵利用，產生大量的短鏈脂肪酸而降低腸道的pH值，刺激腸道的蠕動，增加糞便的濕潤度並保持一定的滲透壓，從而雙向調節腸道內環境而防止便秘的發生。一項對120名健康成年人的研究表明，在攝入聚葡萄糖大約兩天後，大多數受試者的糞便軟化並使糞便易於排出。隨著聚葡萄糖攝入量的增加，排便的頻率和難易程度得到改善，糞便的濕重和幹重相應的增加。說明即使每日攝入4g的聚葡萄糖也能夠明顯改善排便狀況。與不服用聚葡萄糖時相比，人體短期服用聚葡萄糖（服用4天）和長期服用（服用26天）對改善腸道功能均有明顯的效果，如糞便的重量由對照的122 g/d增加到短期階段的164 g/d和長期階段的158g/d，糞便中的水分也相應的由93 g/d增加到129 g/d和119 g/d，說明聚葡萄糖對改善排便功能有良好的作用。
1.3 調節腸道菌群平衡的益生元功能
益生元是“不被消化的食物成分，可以選擇性的結腸中的一種或少數幾種細菌的生長或活性而對宿主產生有益影響，從而增加宿主健康”。
許多研究表明，聚葡萄糖是有效的益生元，被攝入人體後，在胃腸道的上半部分並不被消化，隻是到了胃腸道的下半部分才有部分被發酵，促進了腸道有益菌（雙歧杆菌、乳杆菌）的增殖，並抑製有害菌如梭狀芽孢杆菌和擬杆菌的生長。聚葡萄糖被有益菌發酵產生短鏈脂肪酸如醋酸、丁酸等，降低了腸道pH值，可以幫助抵抗感染，並降低癌症的危險性。
1.3.1 促進腸道有益菌的生長，調整腸道菌群平衡，抑製有害菌的生長
在人體腸道模擬器三級連續培養係統中，濃度為1%和2%的聚葡萄糖即可對腸道雙歧杆菌有顯著的刺激作用。它所作用的雙歧杆菌範圍較廣，除了對青春雙歧杆菌、兩叉雙歧杆菌、長雙歧杆菌等有增殖作用外，還對嬰兒雙歧杆菌有增殖作用。而人體臨床試驗研究表明，人體攝入聚葡萄糖後糞便中厭氧微生物顯著改變，雙歧杆菌和乳杆菌增加，而擬細菌減少。服用聚葡萄糖4、8、12g後大腸中雙歧杆菌分別增加了大約3倍、7倍和10倍，乳杆菌分別增加了大約4倍、4倍和7倍，而擬杆菌（脆弱擬杆菌、普通擬杆菌、中間型擬杆菌）平均減少了大約了54.6%、80.8%、82.7%。
1.3.2 產生短鏈脂肪酸，降低腸道pH值
動物試驗、人體模擬或臨床試驗均表明聚葡萄糖在腸道內可以被部分發酵產生短鏈脂肪酸，從而降低腸道的pH值。在大鼠食物中添加5%、10%和20%聚葡萄糖與添加不溶性膳食纖維纖維素相比，均能夠顯著的降低大腸pH。在模擬大腸的體外試驗中證實了可可糖中添加2%的聚葡萄糖可顯著的增加總短鏈脂肪酸和丁酸的濃度，分別從103增加到468mM(P<0.01)和12增加到22 mM (P<0.01)。人體臨床試驗研究表明，聚葡萄糖即使在每日4克的低劑量水平也會在有益菌發酵過程中使產生的短鏈脂肪酸如乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、異戊酸等增加，當攝入量為8g/d或12g/d時，醋酸和丁酸的增加量非常顯著，醋酸的濃度分別由4.12mg/g增加到4.7、5.12mg/g，而丁酸的濃度由對照的0.94 mg/g分別增加到1.31mg/g、1.41mg/g。糞便pH分別有攝入前的7.00、6.93減低到攝入後的6.71和6.37，而對照組沒有明顯變化。醋酸和丙酸經吸收後進入血液循環，在肝髒及其外部組織中被代謝；而丁酸是最重要的發酵產物，能夠作為腸道細胞的能量來源，對上皮細胞的正常發育也十分重要。而腸道pH值的降低能夠抑製腸內毒素的產生，如吲哚和p-甲酚等，有利於預防或防止便秘及腸憩室病的發生，從而減少了腸癌的發生率。
1. 4 清除體內有毒物質，降低腸道癌症發生的風險，提高機體免疫力
聚葡萄糖能夠抑製有毒物質在腸道的吸收，並通過糞便的形式將其排出體外，降低有毒物質在體內的積累。如環境中存在的二噁英類物質是一種毒性很強難以分解的有機氯化合物，可通過食物被攝入到人體內，極易被吸收並蓄積，會引起肝髒代謝障礙、免疫性障礙及導致遺傳毒性、致癌和致畸。通過投給大白鼠二噁英類物質，並喂食高野豆腐、聚葡萄糖等，研究結果表明聚葡萄糖能有效地促進二惡英類從糞便中排泄，有效地抑製其在肝髒中的蓄積。八周食餌組的肝髒蓄積率比較低，說明長期攝取聚葡萄糖能更有效的控製二噁英類在肝髒中的蓄積。
聚葡萄糖已被證實能夠改善腸道微生物組成和活性，從而具有降低腸癌的風險。Mäkivuokko等聯合應用兩種不同的體外體係，即四階段的結腸發酵模擬器和反應人類腸道上皮功能的細胞培養模型，來研究水溶性膳食纖維聚葡萄糖對結腸癌發生的影響。在Caco-2細胞（一種人類結腸癌細胞係）觀察到COX-2的表達呈劑量反應性降低。COX-2表達降低與聚葡萄糖在結腸發酵的密切相關性進一步表明聚葡萄糖具有抗癌作用。Fava等利用豬的模型證實聚葡萄糖在結腸裏能緩慢而持續的發酵，並且能夠顯著的改變發酵的終產物，尤其是在大腸末端。還證實了聚葡萄糖具有降低黏膜環氧酶COX-2表達的趨勢，因此可能降低了大腸末端形成腸癌發生條件的風險。Ishizuka等利用大鼠模型，觀察到聚葡萄糖顯著降低了致癌劑1,2-二甲基肼誘導的異常隱窩灶（ACF）的形成。該作用在直腸尤其明顯，抑製率高達65%。作者由此得出結論，認為攝入聚葡萄糖能預防結直腸癌的發生。
1.5促進礦物元素的吸收
許多研究表明，攝取非消化性糖類物質可以促進大鼠對鈣的吸收，這些物質包括各種各樣的糖醇、低聚糖、以及多糖類物質，因此非消化性糖類物質可能對人體鈣的吸收和保留起到有益的作用。而聚葡萄糖作為一種非消化性多糖也具有促進鈣吸收的作用，如Hara等研究了用聚葡萄糖喂養正常的和全胃切除的大鼠時對鈣吸收和骨礦化的影響，並與另一種膳食纖維瓜爾豆膠水解物（GGH）的作用進行了比較。結果表明，對於全胃切除和正常的大鼠用聚葡萄糖喂養時 (50 g/kg,21d)均可增加對鈣的吸收和骨的礦化，但是用GGH喂養的正常大鼠沒有這種作用。推測其促進Ca吸收主要是小腸的作用，而與大腸無關。Mineo等研究表明，隨著聚葡萄糖的濃度在0-100mmol/L增加時，大鼠空腸、回腸、盲腸、大腸的鈣吸收作用呈遞增趨勢。當聚葡萄糖的濃度大於100mmol/L時大鼠空腸、回腸、盲腸和結腸對鈣的吸收顯著提高。
1.6 改善脂質代謝，降低甘油三酯和膽固醇
膽固醇是一種脂溶性物質，和蛋白質結合成脂蛋白微粒在血液中運行，人體血液中膽固醇含量高會導致動脈硬化和高血壓的發生。動物試驗表明，聚葡萄糖可阻止或降低甘油三酯和膽固醇向腸係膜淋巴的運輸作用，從而減少了大鼠對甘油三酯和膽固醇的吸收。Saku等研究了61名健康誌願者每天服用15g聚葡萄糖對血清脂質、脂蛋白和載脂蛋白的影響，結果表明聚葡萄糖能夠有選擇性的降低高密度脂蛋白水平HDL及其主要蛋白質A-I和 A-II代謝。
將聚葡萄糖添加到食品中同樣具有降低甘油三酯和膽固醇的作用。如人體一次食用46g用聚葡萄糖（15% w/w）和乳糖醇製出的無糖巧克力對血清甘油三酯的升高幾乎沒有影響，而食用含糖的巧克力30min到150min時間內，血清甘油三酯會緩慢的升高。
1.7 降低血糖反應
富含各種糖和澱粉等高生血糖碳水化合物的膳食，越來越與肥胖症和早期2型糖尿病等健康問題相關。聚葡萄糖難被吸收，血糖指數很低（相對於葡萄糖的4%- 7%），攝人後不易使血糖升高，不刺激胰島素的分泌，非常適於糖尿病患者食用。聚葡萄糖還能用於取代各種食品中高血糖指數的碳水化合物，降低了最終產品的總體血糖負荷。臨床實驗表明，人體攝入12g聚葡萄糖和50g葡萄糖後血糖指數為89%（對照為攝取50g葡萄糖後的血糖指數為100%），說明聚葡萄糖是非胰島素依賴性，也表明聚葡萄糖可以延緩葡萄糖在小腸內的吸收，可能由於聚葡萄糖的填充和增加小腸的粘度而延遲了胃排空的時間所引起的。
1.8 增加飽腹感，有助於減輕肥胖
全球患肥胖症的人數正在不斷上升，而低熱量的膳食是體重控製的有效手段。聚葡萄糖具有較低的熱量值，能使人在攝入較少熱量的情況下、達到增進飽腹感的效果。一方麵用聚葡萄糖生產的低熱量食品能增進飽腹感，從而使消費者避免感到長久饑餓。聚葡萄糖還可以抑製食欲，減少進食量，並從人體內帶走多餘的脂肪和能量。另一方麵聚葡萄糖還可在胃腸壁上形成一層薄膜，纏裹部分食物中的脂肪，限製消化道內脂肪的吸收，促進脂類物質的排泄，從而達到減少脂肪堆積，控製體重的功效。
2 聚葡萄糖的安全性
通過動物和人體試驗證實，聚葡萄糖具有高度的安全性。FDA和FAO/WHO均已批準聚葡萄糖為安全的 食品添加劑。目前，中國、日本、澳大利亞等45個國家已批準使用聚葡萄糖。另外，日本的厚生省已確認聚葡萄糖是一種食品，我國已將其列入國家 食品添加劑。食品中添加聚葡萄糖作為通便劑的平均最大無作用量為90g/d。
3 聚葡萄糖的特性及應用
聚葡萄糖理化性質：是以葡萄糖為主要聚合體，檸檬酸為催化劑，山梨醇為增塑劑，經熱聚合而形成的一種水溶性高分子化合物。聚葡萄糖作為一種新型的膳食纖維和增稠劑、膨脹劑、配方助劑、填充劑等，主要應用於低能量、高纖維等功能性食品中。在纖維食品中，聚葡萄糖以其90%以上的水溶性膳食纖維含量成為一種主要的纖維來源；在低能量食品中，聚葡萄糖可以部分或者全部地替代糖和脂肪，在降低食品能量的同時，能保持食品原有的風味和質感，帶來令人滿意的口感享受。
3.1水溶性
聚葡萄糖具有良好的水溶性，可以製備濃度高達80%的水溶液。它不溶於乙醇，但部分地溶於甘油和丙二醇。聚葡萄糖水溶液可以很容易由聚葡萄糖粉末製得，溶解速度取決於混合設備的速度、剪切力以及粉末加入水中時的狀態。在製備高濃度水溶液時，可將聚葡萄糖緩慢加入熱水中，同時進行有效的機械攪拌以加速溶解。加入另一種物質作為分散劑，也可起到同樣的效果。
3.2穩定性
在實驗室中，聚葡萄糖在25℃、45℃和60℃裸露的條件下觀察，它可以穩定地保存90天以上。在密閉容器中和合適的貯存條件下，聚葡萄糖的保質期可達2年。
3.3黏性
與蔗糖一樣，聚葡萄糖水溶液是典型的牛頓液體。在相同條件下，聚葡萄糖水溶液的黏度比蔗糖稍高。20℃時，兩者的黏度之差為1000cP（1Pa•s）。
3.4濕潤性
聚葡萄糖可以作為一種濕潤劑，防止或減緩含濕食品的不良變化，能使食品既不脫水也不吸水。在糖果和焙烤食品中，聚葡萄糖可以調節貯存過程中水分吸收或喪失的速度。但水分吸收和喪失的速度還受多種因素的影響，如食品的性質、配方、包裝、貯存或食用時的環境條件等。
3 聚葡萄糖的應用
聚葡萄糖具有低熱量、代糖、代脂的功能，在國外已成為一種用途廣泛的新型功能性食品添加劑．食品工業生產中用作脂肪代用品、優質代糖填充刹、防凍劑、水分保持劑、水溶性膳食纖維來源等一由於聚葡萄糖已被確認為安全無毒的食品添加劑．被廣泛用於糖類、果醬、糕點、巧克力、冷凍甜點類等食品生產各行業。
3.1 飲料行業
　　聚葡萄糖是強化纖維飲料的理想纖維來源，它具有的水溶性好，低pH值及加熱條件下的穩定性高，在貨架期內穩定，纖維無損失等的優良特性，使其能廣泛應用於飲料產品，包括固體飲料，無不良口味、色澤和透明度均良好，並可增強無糖或低糖飲料的口感。
3.2 乳製品
聚葡萄糖在低pH值下穩定，用於酸奶，能提供清爽口感和纖維強化；用於乳飲料中，能直接強化纖維。用在低脂無脂產品中能防止析水，賦予良好的質構和奶油口感。
3.3 焙烤食品
可用於生產高纖維的麵包、蛋糕和餅幹等焙烤食品，強化焙烤食品的纖維概念。聚葡萄糖十分耐熱，作為蔗糖和油脂的替代品，能延緩澱粉老化，保持水分，提供良好的質構和口感，特別適於加工低糖、低脂的焙烤食品。
3.4 保健品或藥品
因聚葡萄糖具有較低的熱量值（1Kal/g），可用於生產低能量，瘦身、減肥的保健食品或功能性飲料，針對愛美人士或年輕女性。
3.5 糖果
無糖糖果的良好配料，耐受性好。高水溶性和高黏度，保證硬糖和橡皮糖的良好咀嚼性；能防止結晶，特別是使用糖醇的糖果；非致齲性，適用於健齒糖果。添加聚葡萄糖的蔗糖糖果，起到強化纖維/益生元/降低蔗糖的作用，也可降低熱量或降低總血糖生成值。
3.6 其他應用
還可用於巧克力、冰淇淋/冷凍甜點、果醬和果陷、肉製品等食品中，具有改善食品質構，起到營養強化的功能。

（作者：龐明利 保齡寶生物股份有限公司配料市場部）