益生元科学与技术（食品科学与技术前沿丛书）

本书基于主编研究团队以及国内外同行的*新研究成果和进展，围绕碳水化合物类益生元的定义、性质、生产、功能以及应用，介绍了低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚甘露糖、人乳寡糖、菊粉等益生元的理论知识和工业化生产技术，同时也介绍了国内益生元相关国家标准和行业标准。

江正强

中国农业大学食品科学与营养工程学院教授，博士生导师。中国轻工业食品生物工程重点实验室主任，中原食品实验室常务副主任，北京市食品营养与人类健康高精尖中心首席科学家，国家重点研发计划首席科学家。1995年参加工作；2001年博士毕业于中国农业大学食品科学专业，博士论文获全国百篇优秀博士学位论文；2004年晋升为教授。曾在日本、法国、德国等地进行长期交流合作研究。享受国务院政府特殊津贴，国家杰出青年基金获得者（2013），长江学者特聘教授（2013/2014），获评国家百千万工程有突出贡献中青年专家、国家“万人计划”领军人才、科技部中青年科技创新领军人才、农业部农业科研杰出人才等，作为负责人带领“农产品生物加工技术创新团队”入选农业部创新团队。兼任中国农业工程学会农产品加工分会理事长、中国食品科学技术学会酶制剂分会副理事长、中国发酵产业协会酶制剂和益生元分会副理事长、中国食品工业协会常务理事等，并担任《食品化学》（Food Chemistry）、《食品科学》等10余个学术期刊编委。

主要研究方向食品生物技术、食品酶与发酵工程、营养健康食品等。已发表学术论文300余篇，其中SCI收录论文200余篇，著有专著6部。授权发明专利60余项。荣获国家科技进步二等奖2项、国家科技发明二等奖1项、中国青年科技奖1项、光华工程科技奖2项、省部级科技进步二等奖2项和国际学术奖2项等。

第1章 绪论
第1节 益生元的历史 
一、益生元的发现及食用历史
二、益生元的内涵 
第二节 益生元的现状 
一、益生元的分类 
二、益生元的功效评价 
三、益生元的消费与监管 
第三节 益生元的功能、应用与前景
一、益生元的功能 
二、益生元在食品工业中的应用 
三、益生元的发展趋势 
参考文献 
第二章 益生元生产原理与技术
第1节 益生元生产概况 
第二节 益生元生产方法及原理 
一、直接提取法 
二、物理降解法 
三、化学法
四、酶法 
五、全细胞催化法
第三节 益生元生产技术 
一、生产流程
二、技术要点 
第四节 益生元的检测
一、化学法 
二、色谱法
参考文献 
第三章 低聚异麦芽糖
第1节 概述 
第二节 低聚异麦芽糖的安全性与理化特性
一、低聚异麦芽糖的安全性
二、低聚异麦芽糖的理化特性
第三节 低聚异麦芽糖的生产
一、低聚异麦芽糖生产原料和方法
二、低聚异麦芽糖生产用酶 
三、低聚异麦芽糖的酶法生产
四、低聚异麦芽糖的分析与检测 
第四节 低聚异麦芽糖的功能活性 
一、益生活性
二、调节肠道菌群 
三、缓解便秘
四、调节脂质代谢 
五、调节葡萄糖代谢
六、其他功能活性
第五节 低聚异麦芽糖在食品中的应用 
一、低聚异麦芽糖在糖果中的应用 
二、低聚异麦芽糖在非酒精饮料中的应用
三、低聚异麦芽糖在酒精饮料中的应用
四、低聚异麦芽糖在焙烤食品中的应用
参考文献 
第四章 低聚果糖
第1节 概述
第二节 低聚果糖的安全性和理化特性 
一、低聚果糖的安全性 
二、低聚果糖的理化特性 
第三节 低聚果糖的生产 
一、低聚果糖生产原料和方法
二、低聚果糖生产用酶 
三、低聚果糖的酶法生产
四、低聚果糖的分析与检测
第四节 低聚果糖的功能活性 
一、益生活性
二、调节肠道菌群
三、缓解便秘
四、调节脂肪代谢 
五、调节机体免疫力 
六、降低癌症风险
七、促进矿物质吸收 
第五节 低聚果糖在食品中的应用 
一、低聚果糖在乳制品中的应用 
二、低聚果糖在糖果中的应用
三、低聚果糖在肉制品中的应用
四、低聚果糖在冰淇淋生产中的应用
五、低聚果糖在婴幼儿及中老年食品中的应用 
六、低聚果糖在功能性饮料中的应用
参考文献
第五章 低聚半乳糖
第1节 概述
第二节 低聚半乳糖的安全性和理化特性 
一、低聚半乳糖的安全性
二、低聚半乳糖的理化特性 
第三节 低聚半乳糖的生产
一、低聚半乳糖生产原料和方法
二、低聚半乳糖生产用酶 
三、低聚半乳糖的酶法生产
四、低聚半乳糖的分析与检测
第四节 低聚半乳糖的功能活性
一、调节肠道菌群
二、改善肠道环境
三、改善婴幼儿排便 
四、调节脂肪和葡萄糖代谢
五、其他功能活性 
第五节 低聚半乳糖在食品中的应用
一、低聚半乳糖在乳制品中的应用 
二、低聚半乳糖在焙烤食品中的应用 
三、低聚半乳糖在饮料和冷饮中的应用 
四、低聚半乳糖在临床营养食品中的应用 
参考文献
第六章 低聚木糖
第1节 概述 
第二节 低聚木糖的安全性和理化特性 
一、低聚木糖的安全性 
二、低聚木糖的理化特性
第三节 低聚木糖的生产
一、低聚木糖生产原料 
二、低聚木糖生产方法 
三、低聚木糖生产用酶 
四、低聚木糖的酶法生产 
五、低聚木糖的分析与检测 
第四节 低聚木糖的功能活性
一、益生活性 
二、调节肠道菌群
三、调节葡萄糖代谢 
四、调节脂质代谢 
五、缓解便秘
六、其他功能活性 
第五节 低聚木糖在食品中的应用
一、低聚木糖在饮料中的应用
二、低聚木糖在发酵乳制品中的应用 
三、低聚木糖在焙烤食品中的应用 
四、低聚木糖在其他食品中的应用 
参考文献 
第七章 低聚甘露糖
第1节 概述 
第二节 低聚甘露糖的安全性和理化特性 
一、低聚甘露糖的安全性
二、低聚甘露糖的理化特性 
第三节 低聚甘露糖的生产
一、低聚甘露糖生产原料
二、低聚甘露糖生产方法 
三、低聚甘露糖生产用酶 
四、低聚甘露糖的酶法生产
五、低聚甘露糖的分析与检测
第四节 低聚甘露糖的功能活性
一、益生活性 
二、调节肠道微生态 
三、缓解便秘 
四、调节葡萄糖代谢 
五、调节脂肪代谢 
六、降低体重 
七、其他功能活性
第五节 低聚甘露糖在食品中的应用 
一、低聚甘露糖在牛奶和咖啡饮料中的应用 
二、低聚甘露糖在发酵乳制品中的应用
三、低聚甘露糖在果蔬汁饮料中的应用 
四、低聚甘露糖在其他食品中的应用 
参考文献
第八章 几丁寡糖与壳寡糖
第1节 概述
第二节 几丁寡糖和壳寡糖的安全性和理化特性 
一、几丁寡糖和壳寡糖的安全性 
二、几丁寡糖和壳寡糖的理化特性 
第三节 几丁寡糖和壳寡糖的生产 
一、几丁寡糖和壳寡糖的生产原料 
二、几丁寡糖和壳寡糖的生产方法 
三、几丁寡糖生产用酶 
四、壳寡糖生产用酶 
五、几丁寡糖和壳寡糖的酶法生产 
六、几丁寡糖和壳寡糖的分析与检测 
第四节 几丁寡糖和壳寡糖的功能活性 
一、抑制肠道有害菌增殖 
二、抗癌活性
三、抗炎活性 
四、调节机体免疫 
五、预防肥胖
六、调节机体血压 
七、调节葡萄糖代谢 
第五节 几丁寡糖和壳寡糖在食品中的应用 
一、几丁寡糖和壳寡糖在食品配料中的应用
二、几丁寡糖和壳寡糖在食品保鲜中的应用 
三、几丁寡糖和壳寡糖在功能性食品中的应用 
参考文献 
第九章 人乳寡糖
第1节 概述 
第二节 人乳寡糖的安全性 
第三节 人乳寡糖的生产 
一、人乳寡糖的化学合成
二、人乳寡糖的酶法合成 
三、人乳寡糖的全细胞合成 
四、人乳寡糖的分析与检测 
第四节 人乳寡糖的功能活性 
一、调节肠道菌群 
二、预防病原微生物黏附 
三、调节机体免疫 
四、促进大脑发育 
第五节 人乳寡糖在食品中的应用
参考文献 
第十章 膳食纤维
第1节 菊粉 
一、菊粉的化学结构和理化特性
二、菊粉的生产 
三、菊粉的功能活性 
四、菊粉在食品中的应用
第二节 β- 葡聚糖
一、β- 葡聚糖的理化特性
二、β- 葡聚糖的生产 
三、β- 葡聚糖的功能活性 
四、β- 葡聚糖在食品中的应用
第三节 抗性淀粉 
一、抗性淀粉的理化特性 
二、抗性淀粉的生产 
三、抗性淀粉的功能活性 
四、抗性淀粉在食品中的应用
第四节 部分水解瓜尔胶 
一、部分水解瓜尔胶的理化特性 
二、部分水解瓜尔胶的生产 
三、部分水解瓜尔胶的功能活性 
四、部分水解瓜尔胶在食品中的应用
参考文献 
第十一章 其他益生元
第1节 乳果糖和低聚乳果糖 
一、乳果糖和低聚乳果糖的安全性和理化特性 
二、乳果糖和低聚乳果糖的生产 
三、乳果糖与低聚乳果糖的功能活性 
四、乳果糖和低聚乳果糖在食品中的应用 
第二节 大豆低聚糖 
一、大豆低聚糖的安全性和理化特性 
二、大豆低聚糖和棉子糖的生产 
三、大豆低聚糖的功能活性 
四、大豆低聚糖在食品中的应用
第三节 琼寡糖和新琼寡糖 
一、琼寡糖和新琼寡糖的安全性 
二、琼寡糖和新琼寡糖的生产 
三、琼寡糖和新琼寡糖的功能活性 
四、琼寡糖和新琼寡糖在食品中的应用 
第四节 β-1,3- 葡寡糖 
一、β-1,3- 葡寡糖的安全性 
二、β-1,3- 葡寡糖的生产 
三、β-1,3- 葡寡糖的功能活性 
四、β-1,3- 葡寡糖在食品中的应用 
第五节 低聚纤维糖和低聚龙胆糖 
一、低聚纤维糖和低聚龙胆糖的安全性和理化特性 
二、低聚纤维糖和低聚龙胆糖的生产 
三、低聚纤维糖和低聚龙胆糖的功能活性 
四、低聚纤维糖和低聚龙胆糖在食品中的应用 
第六节 褐藻寡糖 
一、褐藻寡糖的安全性 
二、褐藻寡糖的生产 
三、褐藻寡糖的功能活性 
四、褐藻寡糖在食品中的应用 
第七节 稀有糖 
一、稀有?的分类 
二、稀有糖的生产 
三、稀有糖的功能活性 
四、稀有糖在食品中的应用 
参考文献 
附录 食品和农产品中膳食纤维的含量汇总

20世纪中叶开始，人们相继在人乳和一些植物中发现了能够促进人体肠道中乳杆菌（Lactobacillus）和双歧杆菌（Bifidobacterium）增殖的碳水化合物，将其命名为“双歧因子”。1995年，格伦·吉布森（Glenn Gibson）和马赛尔·罗伯弗劳德（Marcel Roberfroid）根据这些碳水化合物的主要功能及特点，首次提出了“益生元”的概念——“一种人体不易消化的食物成分，且能够选择性地刺激结肠中一种或有限数量细菌的生长或活性，从而对宿主产生有益影响并改善宿主健康”。根据这一定义，益生元必须满足以下三个基本条件：①在不同消化道条件下保持良好的稳定性，不能被胃酸和体内水解酶分解；②可以被肠道内的微生物菌群代谢；③可以选择性地刺激肠道内微生物菌群的生长和（或）活力，从而对宿主健康产生有利影响。随着科技的发展和进步，益生元的概念不断更新，包含的物质种类越来越多。根据2016年国际益生菌和益生元科学协会专家组提出的益生元定义，益生元已涵盖低聚糖、膳食纤维、多不饱和脂肪酸和植物化学物质酚类物质）等。其中，功能性低聚糖、膳食纤维等碳水化合物类益生元是目前益生元研究的主流和重点。

许多天然植物中含有丰富的益生元。例如，菊芋的块茎和菊苣的块根中含有大量菊粉，燕麦的胚乳和糊粉层细胞壁中含有丰富的燕麦葡聚糖，棉籽和大豆等植物种子中含有丰富的棉子糖和大豆低聚糖。此外，更多的益生元则是通过物理、化学和生物方法生产的。其中，生物方法中的生物酶法具有生产效率高、反应条件温和、反应历程可控等优点，因此利用生物酶的水解、合成等作用生产益生元逐渐受到人们的普遍关注。大量研究表明，益生元具有多种功能活性，如促进益生菌增殖、调节肠道微生物菌群、改善葡萄糖和脂质代谢、提高机体免疫力、增强营养物质和矿物质吸收、预防腹泻和便秘等肠道疾病发生等。因此，益生元已广泛用于乳制品、焙烤食品、饮料、婴儿配方乳粉、肉制品、糖果等食品的加工生产。

随着益生元概念的推广和人们健康观念的提升，消费者已逐渐接受益生元相关产品，产品需求不断增大。目前，国内外益生元生产企业已经实现了低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、菊粉等的工业化生产。据统计，2018年全球益生元市场规模已达50亿美元；预计未来几年，全球益生元市场的年复合增长率仍将保持在12%左右，至2025年全球益生元市场规模将达到106亿美元，市场容量达135万t。全球益生元市场具有广阔的发展前景。

早在20世纪初，欧美等发达国家和地区已实现了菊粉等益生元的工业化生产，并系统研究了低聚果糖、低聚半乳糖等益生元的生产与功能，目前这些国家和地区也是全球*大的益生元消费市场，其市场规模约占全球益生元市场的40%。相比之下，我国益生元的起步较晚，1995年才实现国内首个低聚糖类益生元——低聚异麦芽糖——的工业化生产。令人欣慰的是，在无数科研工作者和企业家的共同努力下，我国益生元领域的研究和生产如今已取得长足的进步，并成为全球发展*快的益生元消费市场，年复合增长率接近14%。

2002年我在中国农业大学食品科学与营养工程学院组建了食品酶与发酵工程实验室，并在国家自然基金、国家“863”计划、国家“十三五”重点研发计划等项目的资助下，围绕益生元制备用酶的发掘、表达与改造，以及益生元的生产、功能与应用开展了深入、系统的研究，取得了一些成果。与企业合作，先后实现了低聚木糖、低聚甘露糖、壳寡糖、部分水解甘露聚糖等多种益生元的工业化生产，开发了多品种、系列化的益生元产品。本书的编写是对研究团队20余年来所从事的益生元生产与功能研究工作的一次梳理和总结。此外，本书的顺利编写离不开国内外益生元相关领域前辈与同行的支持，正是他们全面、扎实的研究工作为本书提供了基本的科学原理以及*新的研究成果。

本书基于研究团队以及国内外同行的*新研究成果和进展，围绕碳水化合物类益生元的定义、性质、生产、功能以及应用，介绍了低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚甘露糖、人乳寡糖、菊粉等益生元的理论知识和工业化生产技术，同时也介绍了国内益生元相关国家标准和行业标准。