功能性碳水化合物.ppt

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1、第二章 功能性碳水化合物,学习目标 1、了解功能性碳水化合物的种类 2、掌握各种功能性碳水化合物的生理功能 3、了解各种功能性碳水化合物的主要品种,定义：在增强机体免疫力、降低血脂、调解肠道菌群方面具有生理功效的碳水化合物。,功 能 性 碳 水 化 合 物,膳 食 纤 维,活 性 多 糖,功 能 性 单 糖,功 能 性 低 聚 糖,多 元 糖 醇,强 力 甜 味 剂,第一节 膳食纤维,一、膳食纤维的定义及分类 （一）定义 膳食纤维（Dietary fiber，DF）：不被人体肠道内消化酶消化吸收，但能被大肠内的某些微生物部分酵解和利用的一类非淀粉多糖类物质与木质素的总称。 * 粗纤维（Crud

2、e fiber，CF）：植物经特定浓度的酸、碱、醇或醚等溶剂处理后的剩余残渣。,（二）膳食纤维的分类,膳食纤维的种类、食物来源,二、膳食纤维的物化特性,1. 高持水力, 自身体重的1.5-25倍, 水溶性膳食纤维非水溶性膳食纤维,调节肠道功能，有利于增加粪便的含水量及体积，促进粪便的排泄,2. 吸附作用,吸附、螯合胆固醇、胆汁酸、肠道内有毒物质（内源性毒素）、有毒化学药品（外源性毒素）,3. 阳离子交换作用,羧基、羟基、氨基等侧链，产生类似弱酸性阳离子交换树脂的作用，可与阳离子，尤其是有机阳离子进行交换。,4. 无能量填充剂,本身体积较大，缚水后体积更大，肠道内起填充剂的容积作用，易引起饱腹感

3、。,5. 发酵作用,被大肠内微生物发酵降解，产生乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸，降低大肠pH值，调节肠道菌群，诱导产生有益菌，抑制有害菌。,三、膳食纤维的生理功效,1. 低（无）能量，预防肥胖症,肥胖是这样发生的!,饭后血糖值（血液中的葡萄糖含量）上升，促进胰岛素的分泌,胰岛素将糖转化为能量，血糖值降低,为抑制血糖值上升，机体产生大量胰岛素。过剩的胰岛素将糖转化成脂肪,肥胖,2. 调节血糖水平,膳食纤维中的可溶性纤维，能抑制餐后血糖值的上升，其原因是延缓和抑制对糖类的消化吸收，并改善末梢组织对胰岛素的感受性，降低对胰岛素的要求。水溶性膳食纤维随着凝胶的形成，阻止了糖类的扩散，推迟了在肠内的吸收，

4、因而抑制了糖类吸收后血糖的上升和血胰岛素升高的反应。此外，膳食纤维能改变消化道激素的分泌，如胰汁的分泌减少，从而抑制了糖类的消化吸收，并减少小肠内糖类与肠壁的接触，从而延迟血糖值的上升。因此，提高可溶性膳食纤维的摄入量可以防止型糖尿病的发生。,3. 降血脂,可溶性膳食纤维可螯合胆固醇，从而抑制机体对胆固醇的吸收，并降低血浆胆固醇5%10%，且都是降低对人体健康不利的低密度脂蛋白胆固醇，而高密度脂蛋白胆固醇降得很少或不降。相反，不溶性纤维很少能改变血浆胆固醇水平。此外，膳食纤维能结合胆固醇的代谢分解产物胆酸，从而会促使胆固醇向胆酸转化，进一步降低血浆胆固醇水平。流行病学的调查表明，纤维摄入量高与

5、冠心病死亡的危险性大幅度降低有关。,便秘的预防！,膳食纤维在大肠内吸收水分后，体积膨大，粪便变的柔软且体积增大,刺激肠壁，肠活动增加,通肠速度增加，粪便顺利排出,便秘解决！,4. 抑制有毒发酵物、润肠通便、预防结肠癌,有毒代谢物,肝毒素：氨、胺,致癌物：亚硝胺、苯酚、甲苯酚、次级胆汁酸等,增加肠活动,抑制有害菌的增加,益生菌能保护肠内环境、预防癌、抗老化、提高免疫力等，特别是水溶性膳食纤维。,5. 调节肠道菌群,膳食纤维是有益菌的食物,便秘预防,致癌物质生成的抑制,增加有益菌。,四、膳食纤维的有效摄入量,FDA 成人：总20-35g/d 不溶性纤维 70-75% 可溶性纤维25-30%,我国

6、成人：适宜摄入25g/d 中等30g/d 高能量35g/d,五、膳食纤维的主要品种,1. 玉米膳食纤维,2. 甜菜膳食纤维,3. 小麦麸皮膳食纤维,4. 大豆膳食纤维,5. 魔芋膳食纤维,膳食纤维的副作用,第二节 活 性 多 糖,活性多糖（active polysaccharide） 具有免疫调节活性、抗肿瘤活性等特殊生理功 能的多糖。广泛存在于植物、微生物（细菌和 真菌）和海藻中。 1984年-荚膜多糖-疫苗,1、定义： 从真菌子实体、菌丝体、发酵液中分离出来的，可以 控制细胞分裂分化，调节细胞生长衰老的一类活性多糖，具有 增强免疫力、抗肿瘤活性的特性。,2. 种类： 香菇多糖、灵芝多糖、云

7、芝多糖、银耳多糖、虫草多糖、茯苓多 糖、金针菇多糖、木耳多糖等。,一、真菌活性多糖,3、真菌多糖生理功能,免疫调节功能,抗肿瘤功能,抗突变功能,降血压、降血脂、降血糖功能,抗病毒作功能,抗氧化功能,真 菌 多 糖 主 要 功 能,真菌多糖的共同作用 ，能激活T、B淋巴细胞、巨噬细胞和NK细胞等免疫细胞，对免疫系统发挥多方面的调节作用。,在细胞分裂时，会产生转基因突变。 突变是癌变的前提，但并非所有突变都会导致癌变。 抑制突变的发生有利于癌症预防。 多种真菌多糖表现出较强的抗突变作用。,4、真菌多糖性质与功效关系,溶解度与功效,分子量与功效,粘度与功效,1多糖必须溶于水，才 能表现出生理功能 。

8、,2降低分子质量、引入 支链、对支链进行修 饰，均可提高溶解度， 从而增强其活性。,1分子量大功能单位多， 生理功能越强。,2分子量大，溶解性差。,3分子量大于16kD时， 才有生物活性。,1粘度过高，不利于多 糖的扩散与吸收 ，生 理功能也随之降低。,2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。,香菇多糖,定义： 从香菇(Lentinus edodes)子实体或菌丝中分离的一种多糖，以-1,3葡聚糖为主，有免疫激活和抗肿瘤活性 。, 日本学者千原，1969年，第一次报道了香菇子实体中分离的6种胞外多糖中有2种具有明显抗肿瘤活性。, 经热水提取的香菇多糖可调节

9、人休内有免疫功能的T细胞活性，可降低甲基胆蒽诱发肿瘤的能力。香菇对癌细胞有强烈的抑制作用，对小白鼠肉瘤S-180的抑制率为97.5%，对艾氏癌的抑制率为80%。,虫草多糖,定义： 由甘露糖、虫草素、腺苷、半乳糖、阿拉伯糖、木糖精、葡萄糖、岩藻糖组成的多聚糖。, 虫草多糖为白色粉末，无异味，易溶于水，多糖的化学定性试验呈阳性反应，多糖与蒽酮试剂反应为蓝绿色，与苯酚硫酸试剂反应为桔红色，与萘酚试剂反应为紫红色。不溶于高浓度乙醇与有机溶剂。, 来源：从天然虫草子实体中提取；从人工培养虫草子实体中提取；从发酵培养的菌丝体和发酵液中提取。, 活化巨噬细胞刺激抗体产生，提高人体免疫能力，改善呼吸系统，抑制

10、肿 瘤生长，并具有抗肿瘤、抗辐射、降血糖和血浆脂蛋白，还能抗心律失常，抗心肌缺血，扩张外周血管，降 压，降血脂，抑制血小板聚集。,灵芝多糖,定义： 目前已分离到的有200多种，其中大部分为葡聚糖，少数为葡聚糖，多糖链由三股单糖链构成，是一种螺旋状立体构形物，其立体构形和DNA、RNA相似，螺旋层之间主要以氢键固定，分子量从数百到数十万，除一小部分小分子多糖外，大多不溶于高浓度酒精，在热水中溶解，大多存在于灵芝细胞内壁。, 能提高机体免疫力，提高机体耐缺氧能力，消除自由基，抑制肿瘤、抗辐射，提高肝脏、骨髓、血液合成DNA、RNA、蛋白质能力，延长寿命，灵芝多糖还具有刺激宿主非特异性抗性、免疫特异

11、反应以及抑制移植肿瘤生理活性的特性。,茯苓多糖,定义： 从多孔菌科真菌茯苓菌核中提取的有效成分。具有免疫增强活性，可用于抗病毒、抗肿瘤，减轻放、化疗副作用，以及治疗慢性肝炎、延缓衰老等。,云芝多糖,定义：云芝子实体提取物中的有效成分。具有免疫增强活性，可明显增强肿瘤患者细胞免疫和体液免疫功能，增强机体对放、化疗耐受性，并减少感染与出血，也是防治慢性肝炎的良好药物 。, 云芝多糖具有免疫调节功能，是良好的免疫增强剂，具有增强免疫细胞功能和识别能力，提高IgM的量等作用；云芝多糖同时具有保肝护肝作用，可显著降低血清转氨酶，对肝组织病变和肝坏死有明显的修复作用,二、植物多糖,1、种类： 茶多糖、枸杞

12、多糖、银杏叶多糖等。,2. 生理活性：,A. 抑制肿瘤,B. 调节免疫,C. 延缓衰老,D. 抗疲劳,E. 降血糖,三、动物多糖,1）种类： 海参多糖、壳聚糖、透明质酸等。,A. 增强免疫、抗肿瘤,B. 降血脂,C. 排出肠道毒素、降低重金属对人的危害、抗辐射、防龋齿,2） 生理活性：,壳聚糖 (Chitosan),甲壳素脱除乙酰基后的产物，即由N-氨基葡萄糖单体通过（14）糖苷键连接而成的直链线性多糖，是常见的粘多糖。, 壳聚糖难被人体胃肠消化吸收，当人把它们摄入体内后，它们可与相当于自身质量许多倍的甘油三酯、脂肪酸、胆汁酸和胆固醇等脂类化合物生成络合物，该络合物不被胃酸水解，不被消化系统吸

13、收；还具有非常爽口的甜味和调解血压、消除脂肪肝、降低胆固醇和增强免疫力的功能，而且还具有提高食品的保水性及水分调节作用，可作为糖尿病和肥胖病的保健食品添加剂。,透明质酸,糖胺聚糖的一种，由葡糖醛酸和N-乙酰氨基葡糖形成的多糖，不含硫酸基取代。又称玻尿酸、糖醛酸。, 润滑关节，调节血管壁的通透性，调节蛋白质，水电解质扩散及运转，促进创伤愈合等。尤为重要的是，透明质酸具有特殊的保水作用，是目前发现的自然界中保湿性最好的物质，被称为理想的天然保湿因子，例如：2的纯透明质酸水溶液能牢固地保持98水分。,第三节 功能性单糖,甜度大，等甜度下的能量值低,代谢途径与胰岛素无关,不易被口腔微生物利用,果糖作为

14、功能单糖的原因,自然界中的单糖有很多种类，属于功能性单糖的仅D-果糖一种。,果糖的特性物化特性,物化特性,pH3.3时最稳定,无色针状或三棱形结晶， 故称结晶果糖,具有还原性,非口腔微生物的合适底物,能使偏振光左旋,吸湿性强,果糖的特性甜味特性,果糖是最甜的天然糖品。 甜度一般为蔗糖的1. 21.8倍。,温度、pH和浓度都会影响果糖的甜度 温度的影响最明显，温度降低，甜度升高。,二、L-糖,不提供能量， 与D-糖的口感一样,口腔微生物不能发酵L糖，因此它不会引起牙齿龋变反应,作为D-糖的替代品，不需另外添加填充剂,在水溶液中稳定， 在需经热处理的食品加工中稳定,L-糖具备以下一些特点,第四节

15、功能性低聚糖,普通低聚糖,功能性低聚糖,-1，4糖苷键连接的低聚糖 如蔗糖、乳糖、麦芽糖、麦芽三糖和麦芽四糖,以-1，6糖苷键连接的低聚糖人体不能代谢这类低聚糖 故不产生热量。,普通低聚糖和功能性低聚糖区别，在于能否被人体所降解，能否对人体特殊的生理功能。,低聚糖 分类,低聚糖，由210个分子单糖通过糖苷键连接形成的低度聚合糖,一、概述,功能性低聚糖包括低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、低聚果糖、低聚乳果糖、乳酮糖、大豆低聚糖、低聚木糖、帕拉金糖、耦合果糖、低聚龙胆糖等。,除低聚龙胆糖具有苦味外，其余均带有甜味，可作为功能性甜味剂用来替代或部分替代食品中的蔗糖。,自然界中只有少数食品中含有天然的功能性

16、低聚糖。例如：洋葱、大蒜、芒壳、天门冬等含低聚果糖，大豆中含有大豆低聚糖。,由于受到生产条件的限制，所以除大豆低聚糖等少数几种由提取法制取外，大部分由来源广泛的淀粉原料经生物技术,即酶法水解或酶法转移来生产各种低聚糖。,二、低聚糖的生理功能,低热量，难消化,有水溶性膳食纤维作用,肠道中有益菌群双歧杆菌增殖,直 接 生 理 功 能,间接生理功能,抑制病原菌，抑制有毒物代谢和有害酶的产生,防止腹泻 ，防止便秘 ，降低血清胆固醇,保护肝功能 ，提高机体免疫力，抗肿瘤,营养素吸收促进作用，产生营养素,原因： 双歧菌产生的短链脂肪酸(乙酸：乳酸=3：2)的抑菌作用,原因： 双歧菌能产生维生素B1、B2、

17、B6、B12、烟酸、叶酸,三、摄入剂量,功能性低聚糖纯品日摄入有效剂量： 低聚果糖3.0g， 低聚半乳糖2.02.5g， 大豆低聚糖2.0g， 低聚木糖0.7g。 Hata等报道大豆低聚糖最大的不引起腹泻剂量为：男人0.64gkg女人0.96g/kg。 Spiesel等报道低聚果糖引起腹泻的最小剂量：男人44g、女人49g。 低聚半乳糖急性中毒的LD5015gkg(对兔) 。,1. 异麦芽酮糖 （Isomaltulose）,白色结晶，无臭、味甜、甜度约为蔗糖的42%，甜味纯正，与蔗糖基本相同，无不良后味，熔点122124，耐酸，耐 热，不易水解，热稳定性比蔗糖低，易溶于水，其水溶液的黏度亦比同

18、等浓度的蔗糖略低。在肠道内可被酶解，由机体吸收利用。对血糖值影响不大，不致龋齿。,2. 乳酮糖 （Lactulose）,乳酮糖则是由半乳糖与果糖以-（1一4）糖苷键合组成的。味甜,比乳糖甜，但不如蔗糖。乳酮糖在小肠内不被消化吸收，到达大肠被双歧杆菌利用，具有较高的增殖活性，因此乳酮糖被列为低热值甜味剂和功能性食品添加剂。另外可使人工哺喂的婴儿肠道菌群与母乳哺喂的婴儿肠道菌群相接近，因此在婴儿配方奶粉当中乳酮糖是一种必需添加剂。,四、几种低聚糖,3. 大豆低聚糖（Soybean Oligodaccharide）,大豆低聚糖是大豆中所含可溶性碳水化合物的总称呼,它是a-半乳糖苷类，主要由水苏糖、棉

19、子糖和蔗糖组成，其中功效成分为水苏糖和棉籽糖。大豆低聚糖是一种低甜度、低热量的甜味剂，其甜度为蔗糖的70，其热量仅是蔗糖热能的12，而且安全无毒。, 改善肠道生态环境，增殖双歧杆菌。防治便秘，预防洗肠引起的肠黑变，肠麻痹，抑制有害 菌，提高机体抗病力，降血脂，调节血压，纠正儿童偏食厌食。促进钙锌吸收，防止骨质疏松，促进维生素合成，抗衰老。,4. 低聚果糖（Fructooligosacde）,低聚果糖是指25个果糖基为链节，以一个葡萄糖基为链的端基，以果糖基果糖连接键为主体骨架连结形成的碳水化合物。即是指14个果糖连接在蔗糖上而形成的蔗果三糖（GF2）、蔗果四糖（GF3）、蔗果五糖（GF4）和蔗

20、果六糖（GF5）的混合物。, 甜度为蔗糖的0.3-0.6倍。既保持了蔗糖的纯正甜味性质，又比蔗糖甜味清爽。是具有调节肠道菌群，增殖双歧杆菌，促进钙的吸收，调节血脂，免疫调节，抗龋齿等保健功能的新型甜味剂，已在乳制品、乳酸菌饮料、固体饮料、糖果、饼干、面包、果冻、泠饮等多种食品中应用。,低聚木糖又称木寡糖，是由2-7个木糖分子以-1,4糖苷键结合而成的功能性聚合糖。与通常人们所用的大豆低聚糖、低聚果糖、低聚异麦芽糖等相比具有独特的优势，它可以选择性地促进肠道双歧杆菌的增殖活性。其双歧因子功能是其它聚合糖类的10-20倍。,6. 低聚木糖,分子结构一般是在半乳糖或葡萄糖分子上连接1-7个半乳糖基。

21、在自然界中，动物的乳汁中存在微量的GOS，而人母乳中含量较多，婴儿体内的双歧杆菌菌群的建立很大程度上依赖母乳中的GOS。,7. 低聚半乳糖 (Galactooligosaccharides，GOS),8. 低聚异麦芽糖,单糖数在3-5不等，各葡萄糖分子之间至少有一个是(1-6)糖苷键结合而成，包括异麦芽糖、异麦芽三糖、潘糖、异麦芽四糖及以上的各支链低聚糖。,第三节多元糖醇,一、种类 木糖醇、山梨醇、甘露醇、麦芽糖醇、乳糖醇、 异麦芽酮糖、氢化淀粉水解物等。 二、生理功能： （1）代谢与胰岛素无关、摄入不会引起血糖水平波动，适用于糖尿病人； （2）不是口腔微生物的适宜底物，如木糖醇甚至可抑制突变

22、链球队菌的生长繁殖，不引起牙齿龋变； （3）部分多元糖醇代谢类似腾食纤维，可预防便秘、结肠癌的发生；,三、多元糖醇的共同特点 与相对应的糖相比，其特征表现在： （1）甜度较低； （2）粘度较低； （3）吸湿性较大； （4）不参与美拉德褐变：焙烤食品须配合其他甜味剂使用； （5）能量值较低。 主要问题：过量摄取会引起肠胃不适或腹泻。,四、常见多元糖醇,1、木糖醇 （1）生理功能 1）不引起血糖水平波动； 2）可作为非肠道营养的能量来源： 木糖醇取代葡萄糖用于静脉注射（研究中） 3）防龋齿特性 不仅不致龋齿，还可预防龋齿；,服用木糖醇比内服氟化物治疗龋齿效果更好，尤其是口香糖中添加；原因： 木糖醇

23、不产酸，PH值不适于菌生长； 直接抑制突变链球菌生长。 日本有木糖醇洁齿片出售； 儿童吃糖是天性、也是一大乐趣！,2、山梨醇、甘露醇 自然界存在广泛 山梨醇：哺乳动物和人体内正常的代谢产物 甘露醇：海藻与蘑菇中含量丰富 生理功能 1）不引起血糖水平波动； 2）不引起牙齿龋变。,第六节 强力甜味剂,一、概述1、甜度：蔗糖的50倍以上，最高达2000至2500 2、生产方法： （1）化学合成：糖精，甜蜜素（Cydamate），甜味素(Aspartame)，安塞甜(Acesulfame) （2）半合成：三氯蔗糖、二氢查耳酮的衍生物 （3）天然提取：二氢查尔酮，甜菊苷，甜菊双糖苷，甘草甜素，Thaum

24、atin,3、强力甜味剂的优点： （1）甜度高，用量少，能量近似为0； （2）不引起牙齿龋变； （3）可供糖尿病人、肥胖病人、心血管病人、老年人服用； （4）部分品种有风味增强作用，如甜味素 4、缺点： （1）甜味不纯正，三氯蔗糖除外； （2）有一定的苦涩味或金属异味； （3）甜度大、用量小，有些食品加工可能须加填充剂。,5、理想的甜味剂应具备的条件 （1）绝对的安全性； （2）良好的口感； （3）适当的溶性和稳定性； （4）等甜度条件下的价格。 目前尚没有一种强力甜味剂能完全达到上述要求,常见强力甜味剂,一、糖精（Saccharin）1、简介 甜度为蔗糖的300倍 90多年历史，1970年受

25、到较多指责，甚至被禁用 美国：70万人经常服用（小孩）；60%软饮料，20%其他饮料、食品，20%其他方面FDA统计：年消耗量300吨，年销售额1000万美元，相当于100万吨的蔗糖被糖精取代。 2、特点 （1）价格便宜，等甜度下为蔗糖的1/10； （2）不参加代谢，无能量，不致人发胖； （3）不引起牙齿龋变； （4）性质稳定。 重大缺陷：单独使用有金属味和苦后味； 研究方向：降低苦后味，提高味觉质量。,3、安全毒理问题小鼠实验：单代喂养含5%的食品，无影响；二代雄鼠有统计意义的瘤变现象；1977年，美FDA禁用，遭公众反对而搁置；1985年，5月4至6日，科学家们在Duke大学对糖精进行了权

26、威的评价：（1）白鼠大量摄入会有明显的生化和生理特性变化；（2）国际研究发展联合物的研究指出：人一天服用750罐饮料所包含的糖精总数量才会发生身体的变化；（3）白鼠身上的肿瘤似乎与科属及机体特异性有关；总之：90年的历史，证明“糖精与癌症无必然的联系” 4、发展前景70年代受指责，目前又有所缓和，有80多个国家同意使用，世界食品添加剂专家委员肢也同意继续使用；丹麦、荷兰禁用 糖精的苦味，受到新型甜味剂的挑战，前景不乐观。,二、甜蜜素（Cydamate） 50至60年代，迅速发展，甜度为蔗糖的50倍；与糖精共用时可掩盖掉糖精的不良口味，口感甚佳； 1970年，美国年消耗量9000吨； 1960年

27、12月，Abbote发现糖精 甜蜜素混合物喂白鼠有膀胱肿瘤现象 1、优越性不吸湿，水溶性好，甜度大，无不良后味，具有掩盖苦味的能力； 2、安全问题争论甚久1970年禁用后，美国的研究结果不能重Abbote的结论；1964年6月，美国FDA认定其不具备致癌能力；世界其他权威也认为是安全的；,三、甜味素(Aspartame)（阿斯巴甜） 1965年发现1974年，安全问题讨论；1981年，FDA同意限量使用；（1）特点与应用天冬氨酸苯丙氨酸甲醇清爽、类似糖的甜感、无苦味或金属后味，在口香糖中使用，甜香味的时间比蔗糖长4倍。缺点：高温、酸性条件下不稳定；油炸、酸性食品使用受限,四、三氯蔗糖 1876年发发现、合成；1980年投入中间试验，1988年投放市场。特点：品质优越，安全可靠，甜味纯正，与蔗糖类似甜度为5%蔗糖液的600倍。结构上：蔗糖上的三个OH基团被Cl取代。,功能性甜味剂特点及发展优势,当今食品市场倾向于“健康饮食”，作为高糖、高油类型的冰淇淋中的蔗糖、油脂渐渐被取代，能够减少能量和低热能的产品引来了广泛的关注并且逐渐成为流行的潮流，特别是在冰淇淋的成份中。冰淇淋制造商正在努力寻找适合这些消费者需要的原料。这种蔗糖的替代品不仅能从物理化学方面取代蔗糖而且也可以带来其它的有利于健康的好处。获得好的质量的产品，需要用严谨的科学方法才能使它的功能性得到真正的应用和确切的解释。,