异构化乳糖的生理功能及在食品工业中的应用
异构化乳糖(4-O-β-吡喃半乳糖-D-果糖)也被称为乳果糖或乳酮糖，是由半乳糖和果糖经β-(1→4)糖苷键连接的双糖。它不能自然产生，是使用不同的催化剂(化学试剂、酶制剂或电激活)由乳糖发生异构化而产生的。另外，原料乳经杀菌或UHT处理后也能产生少量的异构化乳糖，而且不同的加热方式产生的异构化乳糖的含量差别很大。据报道UHT牛奶中异构化乳糖的浓度是2~25mg/dL，在无菌牛奶里异构化乳糖的量超过75mg/dL。
1957年，Petuely首次发现异构化乳糖是双歧因子。1960年，日本森永销售第一款含异构化乳糖的婴儿配方粉。目前，异构化乳糖在很多国家批准为益生元并可作为食品或饮料的添加剂，如日本、意大利和荷兰。在我国，异构化乳糖在中老年奶粉中已经有所应用，但是在其他食品行业中的开发应用还很少。本文着重介绍异构化乳糖的生理功能及异构化乳糖在食品中的应用研究，以期为科研工作者开发异构化乳糖产品提供参考。
异构化乳糖的结构和理化性质
异构化乳糖是由乳糖的葡萄糖部分异构为果糖而形成的双糖，且半乳糖和果糖经β-(1→4)糖苷键连接。商业生产异构化乳糖一般以氢氧化钠为催化剂，在一定条件下使乳糖的末端葡萄糖发生异构化反应转化成果糖而得(见图1)。
市场上的异构化乳糖有两种类型：异构化乳糖液和异构化乳糖结晶粉。异构化乳糖液是无色或微黄色，无味和微甜的糖浆。其微黄和微甜可能是由于糖浆中含有半乳糖、乳糖、依匹乳糖、塔格糖和果糖引起的。异构化乳糖糖浆应储存在室温下。颜色改变或不透明可能是受热或见光引起的，但并不影响异构化乳糖的活性。粉状的异构化乳糖是白色、无味的结晶粉。异构化乳糖的理化性质见表1。
异构化乳糖易溶于水，故使获得稳定的粉状相对比较困难。目前有利用醇类(如乙醇、甲醇)结晶法制得的异构化乳糖结晶;也有将晶种植入浓缩的糖浆然后冷冻干燥制得的异构化乳糖结晶。在低pH 下经130℃加热处理10min后，异构化乳糖是稳定的并几乎不被降解。所以异构化乳糖的耐热性使其成为适合食品加工的配料。
异构化乳糖的生理功能研究
异构化乳糖的β-(1→4)糖苷键不易被人体中的消化酶和胃酸水解，故可以到达肠道。异构化乳糖在肠道内被肠道菌群选择利用，结果是益生菌(如双歧杆菌和乳酸杆菌)大量增值。有益菌产生的有机酸抑制腐败菌增殖(如志贺氏菌杆菌和沙门氏菌)并促进结肠内渗透压增高、水分吸收减少、粪便体积增大变软、促进肠蠕动及清除肠道内容物。
异构化乳糖是乳糖衍生物中对成人菌群最具有明显益生元效果的功能性低聚糖。其相对分子量较小，与其他功能性低聚糖相比具有明显的渗透效应和刺激肠道运转的效果。它已广泛用于治疗便秘的药物，其服用量为10~20g/d。Tsunesuke T.等研究报道，每天摄入0.65g的异构化乳糖也是有利于促进肠道内双歧杆菌的增殖、软化大便和改善肠道菌群。
Mizota等通过临床试验研究了低剂量的异构化乳糖对人肠道功能的影响。研究发现正常成人摄入异构化乳糖(3g/d和5g/d)后排便次数和粪便软化程度增加。并发现服用期间粪便中双歧杆菌的比率由之前的22.4%增加至50.5%且粪便腐败物显著减少。因此，低剂量的异构化乳糖能够改善肠道环境和缓解便秘。
肝性脑病(Hepatic encephalopathy,HE)是由于肝功能障碍引起的神经精神系统疾病。疾病征兆是困惑、压力、行为或意识变化和神经信号波动。肠内硫醇、氨和苯二酚等毒素的积累是造成肝性脑病的一个原因。异构化乳糖限制结肠内无机氨的生成与吸收。肠道酸化使NH3转化为不能吸收的NH4+，血管中氨的浓度。
异构化乳糖可促进钙和镁的吸收。Van den Heuvel等利用稳定性同位素标记法临床研究异构化乳糖对绝经女性钙吸收的影响，研究发现摄入5g/d和10g/d异构化乳糖促进对钙的吸收。Nobuo Seki等对成年男性的研究发现异构化乳糖增强人体对钙和镁的吸收，并且钙和镁的吸收率随着异构化乳糖的摄入量增加而增加。益生元促进矿物质吸收的精确理论目前还不清楚。但是微生物的发酵作用，包括短链脂肪酸的形成和肠道pH的降低被认为是提高矿物质的吸收和扩展到结肠对矿物质进一步吸收的原因。
异构化乳糖除了以上的功能外，其他的功能也有所报道，如增强骨骼强度、降低血糖、氢呼吸试验及作为沙门氏菌载体等。
异构化乳糖在食品工业中的应用
异构化乳糖应用于食品行业已经50多年。1991年日本政府为特殊保健用食品(FOSHU)立法，异构化乳糖作为功能性配料允许添加到保健食品中。2010年，欧盟食品安全局(EFSA)对异构化乳糖得出的结论是：在单份食物消耗下，消耗至少10g的异构化乳糖，能够建立“消耗异构化乳糖”和“减少肠道运转时间”的因果关系。异构化乳糖液是双歧杆菌的增殖因子，具有帮助消化吸收蛋白质、乳糖和产生维生素B组等功能;在我国批准使用并可以添加到乳粉、婴儿配方粉、饼干和饮料中等。
异构化乳糖作为食品原料具有稳定性高、耐高温、耐酸、添加量低、良好的水溶性、较低的热量值、增强风味、不引起龋齿以及加工性能好。异构化乳糖是乳糖的差向异构体，甜度比乳糖高且溶解性好，可以用于甜味剂和矫味剂。
1960年日本森永乳业在全球率先开发出添加异构化乳糖的婴幼儿配方奶粉。1995年，R.Nagendra等研究了异构化乳糖的婴儿配方奶的稳定性。测试温度是5℃、27℃和38℃;测试时间20周;产品马口铁罐包装和氮气密封。结果表明在任何温度下含异构化乳糖的奶粉和无异构化乳糖的奶粉在湿度和溶解度上没有变化。添加异构化乳糖并没有影响产品的可接受度而且在38℃下能达到16周的保质期。
异构化乳糖除应用于婴幼儿配方奶粉外，在孕妇奶粉和老年人奶粉也有所应用。这两大群体是便秘的高发人群，适当摄取异构化乳糖能够缓解便秘症状。同时，异构化乳糖可以促进人体对钙和镁的吸收，预防骨质疏松症。
将异构化乳糖应用于酸奶的加工中可以强化酸奶的功能特性。一个关于含异构化乳糖的甜酸奶对健康志愿者胃排空和肠道转运的研究结果表明，含异构化乳糖的酸奶增加了粪便排出量且减少肠道转运时间。与含膳食纤维如GOS、菊粉、大豆纤维和抗性淀粉的酸奶相比，含异构化乳糖的酸奶能够有效地治疗儿童的便秘。
关于异构化乳糖在食品工业中具体应用情况和对应的功能性见表2。
结论与展望
异构化乳糖是功能性低聚糖中少见的双糖，其显著的益生特性和多样的生理功能使异构化乳糖广泛应用于食品领域和医药领域。自从异构化乳糖被发现以来，国外对异构化乳糖的研究一直没有止步过，
不过，我国异构化乳糖的生产面临的问题是国内工业生产的异构化乳糖糖浆和晶体的纯度不高，生产成本较高等。它们极大地影响了异构化乳糖的广泛应用;再者我国将异构化乳糖应用于食品行业和饲料行业还处于起步阶段，异构化乳糖的使用还仅限于一些特殊产品中(如药品)。相信随着科学的进步发展，功能性配料异构化乳糖的生产技术会大幅提高且其应用也会受到我国研究者的广泛关注。(转自FIC2015学术论文集)