低聚果糖（英文名：Fructo oligosaccharide，簡稱：FOS），也被稱之為蔗果三糖族低聚糖、蔗果低聚糖或果寡糖，是一種多糖化合物，其分子式寫為G-F-Fn。低聚果糖能夠通過微生物酶法獲得，也能從天然存在低聚果糖的食物中獲得。低聚果糖是一種天然存在于多種植物中的短鏈碳水化合物，由2到4個果糖單元構成，并以葡萄糖單元開始，屬于益生元的一種。低聚果糖廣泛存在于自然界中，如香蕉、洋蔥、大蒜、蜂蜜、菊芋、黑麥、菊薯、牛蒡、石刁柏和馬鈴薯等植物。
低聚果糖呈無色粉末狀，溶解性好，跟蔗糖一樣具有純正甜味，耐高溫、非著色性、賦形性、耐堿性、保水性及穩定性較好，具有抑制淀粉老化、雙歧桿菌增殖因子、難消化性和低齲病性等生理功能。低聚果糖具有低熱量、甜度低的特點，不能被人體小腸直接吸收，因此對血糖影響較小，同時具有促進礦物質吸收、改善食品保質期、預防便秘、增強免疫功能等作用，廣泛用作糖尿病和中度肥胖病人的理想甜味劑。低聚果糖是一種食物配料，而不是食品添加劑，無潛在危害性，因此可以被廣泛應用于各種食品中。
發現歷史
1950年，布蘭查德（Blanchard）和埃爾（Albon）、培根（Bacon）和埃德爾曼（Edelman）分別獨立在對酵母轉化酶進行的研究中發現酵母轉化酶不僅發生水解作用，還具有轉移作用。蔗糖經過水解后不僅產生了不同數量的果糖和葡萄糖，另外還生成了低聚糖，后來確定了這些低聚糖的結構，并將其命名為蔗果三糖（kestose）族低聚糖。
1952年，惠利（Whalley）等研究者首次利用酵母轉化酶來處理蔗糖最終發現了蔗果三糖（kestose）。而在次年，培根和貝爾利用高溫淀粉酶來處理蔗糖，并從中發現了一些低聚糖，最終發現了異蔗果三糖（isokestose）。在1954年，格羅斯和其他研究人員發現了新的蔗果三糖（neokestose），這也是在這些低聚糖中發現的。
膳食來源
低聚果糖作為天然成分，廣泛存在于自然界中，比如洋蔥、大蒜、菊苣等食物中。低聚果糖尤其是有機高分子化合物質量的菊粉自然存在于菊科、石蒜科、百合科、禾本科等植物的根狀莖、塊莖和果實等部位中。含有低聚果糖的主要食物包括：洋蔥、姜、菊苣、番茄、韭菜、萵苣、大蒜等蔬菜和大麥、黑麥、燕麥等谷物，以及香蕉等水果。其中洋蔥中低聚果糖的含量最高，占干重的25%~40%。大蒜和菊苣中低聚果糖的含量分別占其干重的25%~35%和15%~?20%。
物質結構
低聚果糖是由蔗糖和果糖縮合而成的蔗果五糖、蔗果四糖和蔗果三糖形成的混合物，它們之間經過β（1→2）糖苷相互連接，形成一到三個果糖殘基，從而形成蔗糖分子的組織形式。大多數微生物酶產生的低聚果糖和自然的低聚果糖都是由葡萄糖形成的直鏈雜糖，其構造式為G-F-Fn，其中G代表葡萄糖，F代表果糖，而n則可以表達為1、2、3。
理化性質
性狀及甜度
低聚果糖呈無色粉末狀。其溶解性好，溶液無色透明。
其甜度大約是蔗糖的30%到60%，它和蔗糖一樣，具有純正甜味，并且比蔗糖的甜味清爽，沒有后味。
穩定性
低聚果糖的熱穩定性比蔗糖更高，在中性條件下（pH=7），120℃時還非常穩定；在酸性條件下（pH=3），溫度達到70℃以后，穩定性才顯著降低，但在冷藏條件下，低聚果糖能保持其穩定性。
黏度與結晶性
低聚果糖的黏度在0到70℃之間比同濃度的蔗糖略大一點，與玉米糖漿相近，且它的黏度隨著溫度的上升而減小。
低聚果糖不易結晶，與其他糖配合使用時，具有抗結晶作用。
水活度與保濕性
低聚果糖的水分活性和蔗糖類似，比蔗糖的水分活性略高，低聚果糖中P成分（葡萄糖G：2%，蔗糖GF：3%，FOS：95%）的水分活性略高，其G成分（G：33%，GF：12%，FOS：55%）跟蔗糖相似。
其具有優異的保濕性，與經過發酵糖化制成的飴糖相比類似，與蔗糖相比較其保濕性更高，在低溫條件下仍能保持水分，而不會像砂糖那樣因保濕性差而導致大量脫水。低聚果糖的吸濕性很強，它的含水產品難以在空氣中長期保存。
生物活性與益生性
低聚果糖通過選擇性促進乳酸桿菌、雙歧桿菌和鏈球菌等有益菌在消化道中的定植，抑制有害細菌生長，改善腸道菌群，間接達到對動物體的營養及促生長效應。該成分具有清腸排毒、潤腸通便作用，能有效防治便秘和痔瘡，并降低直腸和結腸癌風險。
低聚果糖具有益生作用，促進B族維生素及葉酸的形成，可維護神經系統的正常功能，促進消化及新陳代謝；通過減少肝臟毒素積累和增強人體免疫力維持腸道健康。
其他性質
低聚果糖還具有賦形性、非著色性、抗老化性、耐堿性等。
消化代謝特性
低聚果糖是一種低能量食物，它在到體內消化吸收系統后，不會被消化吸收酶發酵溶解，也不會被胃和小腸消化吸收，而是被雙歧桿菌、乳酸桿菌等有利中國科學院微生物研究所選擇性使用，從而迅速繁殖，使其幾乎沒有變化地排入大腸。短鏈脂肪酸在體內會被部分轉變，生成一些化學物質，其中40%會被細菌分解，10%會生成二氧化碳、水、甲烷等化學物質排泄掉，而50%則會被轉變為冰醋、丙酸和DL-乳酸等物質。一些短鏈脂肪酸會被放射性腸炎粘膜吸附，然后排入肝臟，經過一系列代謝過程，最終被轉變為身體所需的能量。能量值僅為6.3kJ/kg左右，僅占蔗糖能量的三分之一。
低聚果糖在人體的消化中有2個特點：首先它是難以消化的糖，有與水溶性粗食纖維相同的特點。低聚果糖還具有雙向調控人體微生態的功能，它可以有效地刺激大腸內雙歧桿菌等個別菌株的增殖和生長發育，同樣也能有效地控制危害菌株的存活，因此，它是一種完全符合益生元標準的天然非消化功能食品中的雙歧桿菌因子。
"益生元”概念是一種新的健康飲食理念，它強調非消化性食物成分，如低聚果糖，通過一種或幾種對腸道生理有積極作用的細菌有選擇性地發酵，從而滋養腸道，這些細菌具有更強的繁殖能力，因此，攝入益生元食物的人放射性腸炎微生物組成發生了顯著的變化。
生理功能
抑制淀粉老化
低聚果糖能夠有效地阻止淀粉衰老，因為DE值較低的淀粉水解后會形成渾濁，而低聚果糖能夠有效地阻止這種渾濁，從而使淀粉原料制成的食品更加穩定，不易變硬。
低齲齒性
齒是由變形鏈球菌和其他菌株形成不溶性葡萄糖，然后這些葡萄糖會粘附在齒輪面上，形成牙垢，而口腔內的產酸細菌則會將這些葡萄糖轉化為不溶性和粘附性葡萄糖后產生酸，從而使齒輪上的無機化學物溶化，最終引起齲齒的形成。由于低聚果糖無法被變異鏈球菌轉換為能量來源，因此它們無法被轉換為齲齒所需的葡萄糖，所以口腔產酸菌從低聚果糖中形成的DL-乳酸量遠小于蔗糖，因此蛀牙率顯著降低。
難消化性
人體唾液和消化道中的低聚果糖不被酶溶解，在口腔中不被水解，在胃部有極微量水解而且不被吸收，在小腸不被酶分解也不被吸收，在大腸特別是放射性腸炎里不會被水解成單糖，因此不會增加血糖和胰島素，適合糖尿病患者食用。
雙歧桿菌增殖因子
當服用低聚果糖時，人體內雙歧桿菌的數量會顯著增加100-1000倍，并生成有機酸，這有助于減低消化道pH值，阻止沙門氏菌等腐朽菌的繁殖，改變消化道生存環境，盡量減少消化道腐爛產品的生成，刺激胃腸運動，預防便秘，增強人類機體免疫功能，對人體有很好的保健作用。
其他功能
低聚果糖具有低能量、低糖分、低脂肪的特點，因此能夠成為高血糖和中度肥胖病人的理想甜味劑。此外，它還可以減低血清甘油三酯和血清膽固醇濃度，因此可以被高血壓患者攝入。低聚果糖還能增加人體對礦物質元素吸收。添加低聚糖到化妝品中可以有效抑制肌膚表層的有害菌的產生和生長，從而有助于改善肌膚的健康狀況。
制備方法
酶水解法
以菊芋為原料的低聚果糖生產工藝流程：
菊芋→菊粉→水解→過濾→脫色→脫鹽→濃縮→低聚果糖
用這種方法生產的低聚果糖具有較長的鏈。以菊芋為原料，用熱水浸泡提取，再用酶處理，使濾液平滑，低聚果糖產率可高于95%。
黑曲霉發酵高濃度蔗糖法
把蔗糖作為底物發酵生產，當基質蔗糖濃度增加到50%時，只發生轉移反應，不發生水解，低聚果糖的產率高于60%。將酶活性高的黑曲霉菌株接種于蔗糖培養基中培養，得到果糖轉移酶活性高的黑曲霉，為了促進酶活性，可以在培養基中適當加入氮源（如蛋白胨和NH4NO3）和無機鹽（如MgSO4和KH2PO4），然后將這些細菌作用于蔗糖溶液，在一定的溫度和pH下催化低聚糖的產生。這種方法的優勢在于大大提高了低聚果糖的收率，而且工藝設備簡單易操作，但是缺點是酶不能重復使用，自動化水平較低，生產成本較高。
固定化增殖細胞法
大多數真菌如黑曲霉產生的果糖轉移酶屬于細胞內酶，因此可以通過固定化增殖細胞直接連續化生產低聚果糖，并將產酶細胞包埋在載體中獲得固定化粒。將包埋產物與蔗糖或葡萄糖溶液反應，獲得低聚果糖溶液。固定化酶能重復用，便于連續生產。黑曲霉體細胞的固定化方法以海藻酸鈣包埋法效果較好，還有瓊脂包埋法、微膠囊法等方法。將黑曲霉孢子與預先殺死的海藻酸鈉按一定體積比混合，然后加入CaCl2溶液，固化1小時之后，收集固定化的增殖細胞顆粒填充到反應柱中，在50-60℃條件下按一定速率注入50%蔗糖溶液，經脫色、脫鹽、濃縮后可生產得到液體低聚果糖。
固定化酶法
首先，利用黑曲霉制備出β-果糖轉移酶或β-果糖喃酶，然后將細菌體細胞進行破碎、分離純化，以獲得更高純度的產物，最后進行固定化，以達到最佳的效果。通常會使用海藻酸鈉包埋，為了更好地固定菌。在50-60℃的條件下，將蔗糖以固定化酶柱或穩定化床生物反應器的形式進行固定化，控制反應時間在24小時以內，經過一系列的脫色、脫鹽、濃縮等分離純化步驟，最終得到的低聚果糖產物占總產物的比例約為60%。該固定化酶具有良好的運行穩定性，可重復使用，利用率高，能實現連續生產過程，自動化程度高，生產成本降低。
共固定化法
黑曲霉高濃度蔗糖發酵法、固定化酶法和固定化細胞增殖法生產低聚果糖的反應公式：
GF（蔗糖）→GF2（果寡三糖）?+ GF3+（果寡四糖）?+ GF4（果寡五糖）?+ G（葡萄糖）
葡萄糖是一個重要的副產物，它會影響化學反應的均衡，并且會抑制β-呋喃果糖苷酶的活力，所以在工業生產上，常常采取黑曲菌與其他酶（如異構酶和葡萄糖氧化酶）共同包埋或協同的方式來消除葡萄糖，可以提高蔗糖的轉化效率。比如，將戊二醛和丹寧與黑曲菌交聯，再與海藻酸鈉緊密結合，形成共包埋粒子，充填到反應柱中，可以有效地阻止葡萄糖的異構化或氧化，進而產生低聚果糖，其含量分別為63%和71%。
純化
通過酶法或發酵方法制備的低聚果糖濃度低，還包含副產物葡萄糖和蔗糖，會降低低聚果糖的營養價值，而且糖尿病、中度肥胖患者無法食用，從而限制了低聚果糖的應用范圍。在上市前，低聚果糖水溶液必須經過多步工序，包含脫色、脫鹽、分離純化、濃縮、微生物殺菌等，以獲得低聚果糖濃度超過95%的液態果葡糖漿。
通過凝膠過濾層析、納濾、發酵、雙酶法和離子交換層析等技術，可以制備出高純化的低聚果糖。其中，酵母消化吸收葡萄糖可以得到高純凈的低聚果糖。模擬移動床工藝技術使得利用色譜分離技術制備的95%高純度低聚果糖得以工業化制造。基于55型低聚果糖產品，采用色譜分離技術，就能有效地除去大部分葡萄糖和蔗糖，進而獲得高純凈的95%低聚果糖。這種工藝技術既經濟又實用，而且分離效率極高，有助于利用模擬移動床技術實現連續性產出和分離提純。
低聚果糖的質量受到脫鹽處理的影響很大，如果沒有經過脫鹽處理，結果產物的導電性會很高，口感也會變差，糖粉溶化后色澤會變深，通透率也會降低，還會帶來食品安全風險。經過脫鹽處理，成品電導率超過了10μS/m，口感純凈，糖粉溶解后無色，透光率超過99%，到達了國際先進水平。
應用領域
食品領域
乳制品中的應用
在乳制品領域常將低聚果糖應用于奶粉或酸奶中。低聚果糖作為一種有效的活性物質，能夠有效促進鈣、鐵、鋅等礦物質的吸收率，從而提升食物的營養價值。低聚果糖還是一種有效的雙歧桿菌促生素，能夠為發酵乳制品中活菌供給營養來源，可促進乳制品中的益生菌增殖，增強活菌作用，對腸道健康產生有益效果，同時可以延長保質期。中國的市場上有不少品牌乳制品中添加了低聚果糖。
飲料中的應用
長期飲用過量飲料有害健康，如部分碳酸飲料長期飲用會腐蝕牙齒，部分低熱量天然果汁飲料中的果葡糖漿，過量飲用會讓體內一些物質的新陳代謝遇阻，同時使人體神經器官功能減退，出現記憶力下降和神經衰弱等癥狀。而低聚果糖是一種純天然、口感良好的甜味劑，可以使產品口味更柔和清爽，不但使飲料增加甜度和高粗食纖維含量，還能降低熱量，飲用后不會造成血糖上升，而且能防治齲病。
焙烤食品中的應用
在焙烤食品中添加低聚果糖，能夠改善產品的外觀，增進產品的色澤，增強其脆性，并有助于膨化。在烘焙食品中用白砂糖容易出現操作失誤，進而引起食品外觀不佳等現象，而用低聚果糖焙烤食品操作簡單，易于控制，可以改善上述問題。此外，將適量低聚果糖添加于面包中，能產生保濕作用，并能延緩淀粉老化，防止食品變硬，使其松軟可口，延長產品貨架期。
其他食品中的應用
低聚果糖是一種常見的食品添加劑，它能夠用于多種食品中，可以緩解中老人和孩子在補給營養素時容易上火和便秘等問題，還能夠減少食物的熱能，不會導致人體血糖上升。在酒類產品中加入低聚果糖能夠阻止酒中的可溶性物質沉積，增加清晰度，改進香味，使口感更加醇厚清爽。把低聚果糖加入到谷物產品中能夠顯著提升產物的品質，還能夠拉長其保質期。
保健領域
保健產品中的應用
低聚果糖可以防止面皰、黑斑、雀斑、脂溢性角化病的生成，使皮膚亮麗，改善口臭等，在中國市場上，有不少以低聚果糖為原料或輔料的保健品。
特殊醫用食品中的應用
攝食粗食纖維有利于人體腸道，但是對于通過管道進食的患者，很多膳食纖維不能與液態醫療食品相容，一方面，不溶性纖維易沉淀，從而造成進食管道堵塞，另一方面，可溶性膳食纖維會增加食品黏度，使得通過固定管道來給藥變得困難。低聚果糖作為一種小分子量的水溶性膳食纖維，不沉淀并且也不會增加食品黏度，可以與液態醫療食品相容，且具有多種膳食纖維的生理作用，因此其在特殊醫用食品中得到了廣泛應用。
化妝品領域
果糖低聚糖用于美容治療食物和護膚品能夠顯著提升美容效果，獲得更好的護膚效果。因低聚果糖鏈短、聚合度低，吸濕性更強并且更易溶于水，在化妝品中添加低聚果糖，能促進肌膚“益生菌”生長，抑制肌膚表面有害菌生長，幫助維護肌膚屏障，維護菌群平衡，增強肌膚抵御力。在化妝品乳液中添加低聚果糖，使用后角質層經皮失水率值較低，可以對皮膚有效保濕。
飼料領域
在飼料中添加低聚果糖可以改善動物腸道菌群，促進礦物質吸收，增強動物及家禽的免疫力等功能。作為高效綠色飼料添加劑，可有效減少飼料中抗生素的使用量。同時低聚果糖能防止飼料因吸濕而發霉或發酸，可延長飼料的貯存壽命。
低聚果糖最早被日本研究人員添加到豬飼料中，可通過改善腸道菌群達到提高消化能力的目的，從而增加平均日增重，減少料重比，降低腹瀉率，提高母乳泌乳量，使養殖環境得到明顯改善。
利用低聚果糖飼料添加劑替代常規抗生素飼喂泰和雞，發現在其具有增強泰和雞免疫系統功能的作用。
安全性
毒理性
低聚果糖被廣泛認為是一種有益的保健食品或食品配料，其安全性是其被廣泛推廣和使用一個重要的考量因素。1982年，日本明治糖業公司中央研究所對低聚果糖進行了嚴格的毒性測試，包括急性毒性、亞急性毒性和痢疾毒性。結果表明,低聚果糖作為食品和食品原料是安全的。另外，還有研究結果表明，低聚果糖對哺乳動物和人類毫無潛在危險性，但是當攝入量超過小鼠飲食的5%時，會導致糞便變稀或腹瀉。
相關法規
低聚果糖是一種食物配料，而不是食品添加劑，這已經被歐洲共同體組織所承認。同時也被加拿大、澳大利亞、新西蘭、以色列，和日本所批準并允許在食品標簽上標明低聚果糖有雙歧桿菌增殖作用，可以被廣泛應用于各種食品中。在中國，低聚果糖已被廣泛用于AD鈣奶、乳酸飲料和葡萄酒等食品中，并獲得國家衛生部頒發的衛生食品證書。2003年美國FDA已確認菊粉為GRAS（公認安全物質），日有效攝入量為5克。2009年3月25日，我國衛生部發布《關于批準菊粉、多聚果糖為新資源食品的公告》，正式批準菊粉為新資源食品，可用于各類食品，但不包括嬰幼兒食品。
參考資料 >
年加工10萬噸菊芋（洋姜）燃料乙醇.科創中國.2023-12-18
衛生部關于批準菊粉、多聚果糖為新資源食品的公告（2009年第5號）.衛健委網站.2023-12-19