低聚果糖是益生元(Prebiotics)的一种，所 谓益生元是一种不易消化的(Nondigestible) 食物成分，在体内可通过选择性促进结肠中某种 或某些细菌的生长和(或)活性，从而促进宿主 健康^[3]。低聚果糖不会被人体小肠吸收，能进 人大肠被双歧杆菌选择性地利用，是双歧杆菌增 殖因子，并被发酵产生短链脂肪酸，从而发挥一 系列生理学功能。

据报道，低聚果糖具有促进双歧杆菌增殖，减 少有害细菌^[4,5,6]、增加钙、镁吸收，促进矿物质平 衡^[7,8]、改善肠菌群，降低血甘油三醋水平^[9]、 降低葡萄糖、总胆固醇^[10]、不会引起牙齿龋变^[11]、 低热值^[12]等功能。

中耳炎在青少年中较普遍，尚未有有效的预 防措施。Margaret Ione Halpln Dohnalek, Worthington等公开了一种利用含低聚果糖的制 品来降低中耳炎发病率的方法。临床研究表明每 日服用(Enteral Administration) 0.5~5g这 种不可消化的寡糖(GF₂-GF₂₀)可有效降低中耳炎的发病率，聚合度为2-20的半乳糖寡糖、果 聚糖、木糖寡糖也有同样的疗效。可将低聚果糖 (最好是GF₂, GF₃或GF₄)添加到婴幼儿食品(Infant Formular)、少儿饮料(Toddler' s Beverage)、牛奶、酸奶酪( Yogurt )、果汁、蜜 饯及口香糖等或制成片剂或锭剂以便服用。利用 该法来降低中耳炎发病率，减少了用抗生素治疗 中耳炎可能会给人体带来的坏处^[43]。

Cavaliere Vesely,Renata Milano报道了一 种纯天然的、有着各种风味的无糖乳酪(Dessert Cream)的制作方法。该乳酪中含有以菊粉为原料 制得的低聚果糖(1%~4%)、果糖(4%~11%)、 牛奶(65%~85%)、小麦粉(Wheat Flour) (3%~6%)、纯牛乳蛋白质(Pure Milk Protein)(1%~5%)4、蛋黄(Egg Yolk)等， 还可添加乳酸杆菌或双歧杆菌、精制奶油(Milk Cream )、异麦芽糖醇。该乳酪适合糖尿病患者及 其他一些对糖的摄人有着限制的特定人群的食 用，有益健康^[44]。

嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus )、两歧双歧杆菌、唾液乳酸菌(Lactobacillus salivarius)、婴儿双歧杆菌、 长双歧杆菌、L-谷氨酞胺、N-乙酞氨基葡萄糖 (N-acetyl Glucosamine)加上低聚果糖即为一 益生素(Probiotic)制剂，其中低聚果糖含量 为10%~50% (w/w)，尤以20%~30% (w/w) 为佳。可以口服，每日剂量为100~800mg。它 可提高体内粘液外膜的再生能力，促进人体胃肠 道有益菌群生长，恢复肠道微生态平衡^[45]。此 外，还有将低聚果糖用于口香糖制作的专利报 道^[46]。

菊芋(Jerusalem Artichoke)，俗名洋姜， 菊科，向日葵属，多年生草本植物。菊芋原产北 美，经欧洲传人中国。其可食部分一般为块茎， 呈纺睡型或不规则瘤型;皮有红、黄和白色;质 地细致、脆嫩，但鲜食品质不佳。菊芋在中国南 北各地均有栽培;适应性强，耐贫清，耐寒，耐 旱;种植简易，一次播种多次收获，产量极高。 据测定，鲜菊芋块茎中含水79.8%,碳水化合 物16.6%，蛋白质1.0%，粗纤维16.6%，灰 分2. 8%及一定量的维生素。其中，碳水化合物 的78%为菊糖(Inulin)。由此可见，菊芋是一 种极具开发潜力的半野生资源^[13]。令人遗憾的 是，到目前为止，中国对菊芋的开发还不能令人 满意。相对而言，世界上其它一些国家，尤其是 一些发达国家，在菊芋资源的开发上已远远走在 了我国的前面。

以菊芋为原料酶法一步水解菊粉(又称菊 糖，Inulin)制取低聚果糖具有工艺简单、转化 率高、副产物少等优点。关键在于菊粉酶 (Inulinase)的提取。菊粉酶是β-2-1-D吠喃果 糖水解酶，有许多微生物均能合成此酶。目前国 外研究较多的是酵母、黑曲霉及少数几种细菌， 而国内研究较多的是青酶、黑曲霉和枯草芽抱杆 菌。微生物所产菊粉酶有胞内、胞外酶之分，两 者之分布比例，除了与菌种特性有关外，还与培 养条件有关。菊粉用内切型菊粉酶水解可得到聚 合度为2~8的低聚果糖，具有良好水溶性，除 含蔗果低聚糖外，一般还会混杂少量不带末端葡 萄糖残基的果聚糖。菊粉若用外切型菊粉酶水解 则得到果糖。菊粉酶的产生受到菊粉的诱导，此 外蔗糖也有一定的诱导作用，故培养基中菊粉是 不可少的，一般以4%为适宜。以菊芋为原料酶 法生产低聚果糖的生产工艺如下:

曹霞等人用日本曲霉(Aspergillus japonicus，AJ56 )的β-D-果糖基转移酶进行转 移果糖基反应生成低聚果糖，该酶促反应的最适 底物浓度为700g/L，最适时间为lh，酶浓度为 5％(v/v)。酶反应的最适温度为50～55℃,最适 pH 值为5.0。低聚果糖占总糖的最高含量达 60.31％。底物浓度对产物得率的影响最大，其 次是酶浓度和酶作用时间^[22]。

马莺等人采用来源于米曲霉中的β-D-呋喃 果糖苷酶。米曲霉培养条件简单、培养基的成本 低，提取的β-D-呋喃果糖苷酶是胞外酶，酶的 提取、纯化较容易，低聚果糖的转化率与黑曲霉 中β-D-呋喃果糖苷酶的转化率基本一致。酶反 应的最佳条件为：反应温度35℃，pH 为8.0～ 8.2，酶浓度2.7IU/g(蔗糖)，酶反应时间为8h。 低聚果糖的最大转化率为54％，82％的蔗糖被 转化。酶用量和pH 对生成糖产率的影响较大， 而反应时间对生成糖产率的影响次之，反应温度 对生成糖产率的影响最小^[23]。

魏远安等人利用深层发酵培养所得的液态 酶，以壳聚糖为载体进行酶的固定化最适宜条件 的研究，选择了制备固定化酶最佳的戊二醛（交 联剂）的浓度，交联温度和交联pH 值。并比较 了将液态酶和固定化酶用于从蔗糖直接合成蔗果 低聚糖时的催化反应效果，以及两者储存的稳定 性。对其酶促反应的特性也进行了探讨。

用液态酶及以该批液态酶制得的固定化酶， 在相同温度、时间的条件下进行催化反应活性对 比试验。二者蔗果低聚糖的生成量明显不同，固 定化酶要比液体酶高。经固定化酶反应后蔗糖 转化率达90％以上，蔗果低聚糖含量达60％左 右^[24]。

利用固定化增殖细胞发酵法，优点是可以连 续反应，自动化程度高，操作简便。江波等报道 了固定化黑曲霉增殖细胞生产低聚果糖的研究。 黑曲霉AS0023 菌株生产的果糖转移酶为胞内 酶，因而可使用固定化微生物细胞的方法。一般 选择包埋法，然而包埋黑曲霉菌丝体需破碎菌 体，试验表明，在破碎时会造成酶的流失，或者 酶活遭到破坏，所以江波等采用用海藻酸钙包埋 黑曲霉孢子，黑曲霉孢子经海藻酸钙包埋33 h 后得到的固定化增殖细胞其酶活性达到最高，机 械强度仍保持较高水平(为起始时80％)。最适pH 为5.0，与游离酶相同，最适温度为55℃，比游 离酶高5℃；有害离子对其影响较小，其Km(以 蔗糖为底物)为82 mmol。将固定化增殖细胞装 入填充式反应柱，产品中低聚果糖含量在50％～ 55％，操作一个月活性保持不变。比较琼脂、卡 拉胶、海藻酸钙及壳聚糖等相应的固定化颗粒的 机械强度，包埋性能和热稳定性，认为海藻酸钙 是最佳的包埋材料，琼脂与卡拉胶次之，壳聚糖 最差^[25]。

史锋等还研究了用固定化方法，连续化生产 低聚果糖的最佳工艺参数．在D 3.5cm ×50cm 的小型夹套层析柱上，最佳操作参数为pH 6.5， 50℃，体积流量1.3mL/min；扩大到D 5.5cm× 100cm 中型填充床反应器，则为pH 6.5，50℃， 体积流量6.0mL/min；在此条件下产品中低聚果 糖质量分数达53％，连续反应17d 低聚果糖质 量分数保持在50％以上^[26]。

由于酶法生产低聚果糖的同时生成了副产物 葡萄糖，阻遏了蔗糖的进一步转化，因而产品中 含有相当量的葡萄糖和未作用的蔗糖。江波等采 用两种固定化方法，在生产低聚果糖的同时，将 副产物葡萄糖异构化或氧化，从而解除了葡萄糖 的抑制作用，制备出高含量的低聚果糖。方法一， 利用戊二醛和丹宁将黑曲霉细胞与葡萄糖氧化酶 交联后与海藻酸钠结合，制成海藻酸钙共包埋颗 粒，从而制得71％的低聚果糖；方法二，又采 用固定化黑曲霉增殖细胞与固定化葡萄糖异构酶 协同作用方法，将50％蔗糖溶液通入柱式反应 器连续生产，产物中低聚果糖和果糖含量分别为 63％和16％。利用方法一可一次同时生产低聚 果糖和去除葡萄糖。其缺点：一是将葡萄糖氧化 成葡萄糖酸与碱（CaCO₃）作用后去除，浪费了 糖资源；反应过程需通氧，不利于柱式连续生产。 而选用方法二，经装柱连续-间歇生产一个多月， 固定化颗粒活性保持稳定，因而是生产高含量低 聚果糖的一种新方法^[27]。

江波等利用果糖转移酶(Ftase)转化蔗糖制 备普通低聚果糖，然后再通过葡萄糖氧化酶(GOD) 与过氧化氢酶(CAT)的协同作用来消除普通低聚 果糖中的葡萄糖。用GOD 与CAT 协同作用，能完 全消除低聚果糖产品中的葡萄糖，得到86．92 ％的低聚果糖。用单一GOD 只能去除少量的葡萄 糖,这是因为GOD 反应过程中积累的H₂0₂ 对GOD 有很大的失活作用。由于过氧化氢对GOD 的阻碍 作用，使得GOD 无法进一步作用于葡萄糖。所以， 欲得到更高纯度的低聚果糖，必须消除反应过程 中的H₂0₂ ^[28] 。

Sarote Sirisansaneeyakul 等采用 Aspergillus niger ATCC 20611 的β-呋喃果糖 苷酶与葡萄糖氧化酶(EC 1.1.3.4)的混合酶系来 制备低聚果糖。在2L 的发酵罐中，控制温度为 40℃, pH 5.5, 通风速率1vvm，搅拌速率550 r/min, 最初蔗糖浓度为400 g/L, β-呋喃果糖 苷酶与葡萄糖氧化酶的用量分别为10，15u/g 蔗 糖，培育32h。其收率（FOS/GF）达到最大为 0.929，GF2 与GF3 的产率分别为4.97, 5.44 g/h。葡萄糖氧化酶的用量有一最佳值，过多反 而不好^[15]。

低聚糖的分离纯化技术，有纳滤分离法、色 谱分离法和微生物分离法(发酵法)。前二种为当 代国际先进的物理分离方法，后—种是利用某种 酵母特性的传统生化分离方法。利用酵母消化低 聚果糖产品中的葡萄糖，可生产出高纯度低聚果 糖。将筛选得到具有较弱转化酶活性的酵母SK 2.003，经培养后添加于总糖浓度为20％的低聚 果糖中，经30℃、250r/min 反应24h，制得纯 度为80.24％的低聚果糖。

由此可见，利用酵母法去除葡萄糖从而制备 高纯度低聚果糖在工业上完全可行。酵母通常都 含有一定量的转化酶活性，它可将蔗糖水解为葡 萄糖和果糖。但是，由于低聚果糖也可被转化酶 作用，因而筛选出低转化酶活性的酵母是该方法 的关键之—。在利用酵母代谢葡萄糖时，酵母产 生的代谢副产物如微量的醇、醛，可能对低聚果 糖产品的风味产生不良影响，需在反应后脱味．

在上述工作的基础上，笔者进一步研究其反 应条件，并在酵母作用后的糖液中加入果糖转移 酶，作用于其中的蔗糖。在50℃、pH 5.5 条件下 反应10h，FOS 质量分数可提高至85.23％ ^[29,30]。

低聚果糖的纳滤分离，目的是去除相对分子 质量180 的葡萄糖、果糖和相对分子质量342 的 蔗糖，使低聚果糖质量分数总含量达95％。孙 蔚榕等人采用二级分离方法。第一级分离选用300 型膜组件，得到高纯度低聚果糖(FOS≥95％)产 品。第二次分离选用200 型膜组件，对透过液回 收三糖及以上的糖，得到普通低聚果糖产品(FOS ≥55％)。二次分离结果合计使低聚果糖收得率 和产品出率达到理想的经济效果。用低聚果糖浆 进行了5 批中试，中试规模低聚果糖200 kg/d 成品糖浆(DS75％)。低聚果糖平均FOS 总含量≥ 95％。

低聚糖纳滤分离纯化与原糖浆本身糖分组成 有很大关系，关键是原糖浆中二糖含量的高低．低 聚果糖中蔗糖含量高，产品纯度很难超过95％。 因此纯度的提高要立足于改进50 型低聚糖的质 量(糖分组成)，改进酶转化技术，使蔗糖尽量转 化为低聚果糖，使之纯化倍数少而容易达到目标 纯度．选择适宜的产品纯度也很重要。盲目增加 纯化倍数，要多几倍的运行费用，还会造成低聚 糖有效成分的损失。50 型低聚糖中杂质如菌体、 蛋白质、脂肪、糊精、色素和盐等，可以通过活 性炭吸附、硅藻土助滤和离子交换等予以去除。 也可采用微滤或超滤方式去除。这样纳滤分离才 能顺利进行，且延长纳滤膜的使用寿命。此外， 最好能配套反渗透设备用于回收可消化性糖(葡 萄糖、果糖、蔗糖)作为商品售出^[31]。