特医食品中植物源新食品原料测定方法研究进展
王炳英 丁玉珍 刘钢 储晓刚 易灿
澳优乳业(中国)有限公司质量管理中心
摘要：近年来,随着各国慢性病患者数量的急剧增加及人口老龄化程度的加深,普通食品已不能满足这些人群的营养需求,特殊医学用途配方食品（food for special medical purpose, FSMP）应运而生并逐渐成为医护系统和消费者的关注热点。开发和深入研究FSMP是未来食品发展的新方向, FSMP中原料和成分检测方法的开发是其重要研究内容之一。目前原料检测技术的开发是相对滞后于其在特医食品上的应用,相关检测项目仍沿用针对婴幼儿配方奶粉的国家标准检测方法。由于特医食品与婴幼儿配方奶粉在基质上存在一定的差异,检测准确度上的标准要求较高,所以企业在具体的操作执行上存在一定困难,极大地限制了特医食品产业发展。本文对应用于特医食品中的植物源新食品原料,如菊粉、低聚木糖、小麦低聚肽、玉米低聚肽的测定方法研究进展进行了综述,为特医食品原料检测方法的开发提供文献信息资源,为之后更多特医产品的开发提供参考。 特殊医学用途配方食品(food for special medical purpose,FSMP)(以下简称特医食品)是指为满足进食受限、消化吸收障碍、代谢紊乱或特定疾病状态人群对营养素或膳食的特殊需要,专门加工配制成的配方食品[1]。早在20世纪80年代,特医食品已经在美国、加拿大、澳新等发达国家有较广泛的应用,并先后制定发布了配套生产及管理类的措施和标准[2]。国内特医食品发展起步相对较晚,早期原料主要依靠进口,产品种类单一,管理方式采用药品的监管制度,很长时间内,我国特医食品的市场处于被国外企业产品垄断的状态,在全球近500亿的市场规模中,我国仅占全球市场份额的1%左右[3,4,5,6,7]。随着GB25596—2010《食品安全国家标准特殊医学用途婴幼儿配方食品通则》和GB 299922—2013《食品安全国家标准特殊医学用途配方食品通则》在2010年到2013年的陆续出台,我国对于特医食品的定义及分类体系逐渐完善,在《食品安全国家标准特殊医学用途配方食品通则》中对营养成分的使用用量有明确要求,对特医食品原料的使用有相应的标准规定[8,9,10,11,12]。国外的特医产品原料主要以营养元素为主,我国在2017年公布的《特殊医学用途配方食品注册管理办法》中规定,特医食品中“不得添加标准中规定的营养素和可选择成分以外的其他生物活性物质”,对于标准内规定的必需营养成分和可选择成分来说,在特医食品中是可以进行添加的;新食品原料是指在我国无传统食用习惯的物品,主要包括动物、植物、微生物类等原料类别,其中植物源新食品原料富含丰富的营养素及低分子量的生物活性物质,目前国内外特医食品探索应用了菊粉、低聚木糖、小麦低聚肽、玉米低聚肽等植物源新食品原料[13,14,15,16,17],虽然特医食品的原料在选择上比较丰富,但原料检测技术的开发是相对滞后于其在特医食品上的应用。沿用婴幼儿配方奶粉的国家标准检测方法,由于基质的差异等因素,企业在具体的操作执行上存在一定的困难,极大地限制了特医食品产业的发展[18,19]。本文对应用于特医食品中的植物源新食品原料,如菊粉、低聚木糖、小麦低聚肽、玉米低聚肽的相关测定方法进行概述,为相关企业、科研机构在特医食品原料检测方法的开发上提供文献信息资源,为之后更多特医产品的开发提供参考。植物源新食品原料富含丰富的营养素、低分子量的生物活性物质,对改善身体亚健康状态、预防慢性病方面有一定的作用[20,21],本文对目前应用于特医食品中菊粉、低聚木糖、玉米低聚肽、小麦低聚肽的特性及应用范围按类别进行了梳理,详见表1。近年来,随着营养学的快速发展,膳食纤维的功效作用被发掘出来,逐渐成为食品界健康原料的新宠,其中菊粉和低聚木糖作为常用的水溶性膳食纤维原料,在改善肠道屏障功能,维持肠道健康等特医产品中具有较高的应用价值[26]。菊粉自2003年被美国食药监局(Food and Drug Administration,FDA)确认为公认安全物质以来,因其比较特殊的理化性质和较广泛的生物活性,目前作为植物源新食品原料被广泛应用于普通食品、保健食品等领域,近年来在一些特医食品中也有一定的应用[27,28]。低聚木糖属于植物化合物类的新食品原料,理化性质优良,且具有益生元、提高机体免疫力等保健功能,目前在食品、医药、保健品等有一定的研究应用[29,30]。菊粉和低聚木糖属于可溶性膳食纤维,许多欧美国家公认为安全物质,将其归为食品配料,然而SINGH等[31]在小鼠动物模型研究中发现,高脂饲料+菊粉的饮食结构下,虽然在血糖调节等方面有一定的改善作用,但是会增加小鼠患黄疸性肝癌的风险,探究其诱导机制发现,菊粉在结肠中酵解产物会诱导中性粒细胞炎症和肝细胞的坏死,进而增加黄疸性肝癌发生的风险,该类水溶性膳食纤维对人体健康虽具有多重有益的生物活性,但在食品中添加可发酵的膳食纤维时,需要注意其使用量。表1 特医食品中植物源新食品原料特性及应用范围表
小麦低聚肽和玉米低聚肽作为植物源新食品原料,来源于小麦蛋白和玉米蛋白,成本低、加工性能好、分子量小,较蛋白质而言更易消化吸收,是优良的营养补充剂,研究发现低聚肽还具有抗氧化、调节免疫、降血压等功效作用,应用前景广阔[32,33]。
2.1 菊粉的测定方法
菊粉作为水溶性较好的膳食纤维,属于人体不可消化的果聚糖类的碳水化合物,广泛存在于近3000多种植物中,其中菊苣根被认为是菊粉最丰富的来源[34]。菊粉作为益生元,具有调节肠道微生态改善矿物质及促进微量营养元素吸收[35,36]、预防胃部慢性疾病[37]和改善胰岛素抵抗[38]等功能,在营养品、药品中有较广泛的应用。菊粉含量的检测方面,特医食品中目前暂无菊粉相关标准方法的公布,乳品等一些日常营养补充食品中的菊粉含量检测方法主要有蒽酮-紫外分光光度法[39]、高效液相色谱-蒸发光散射检测法及离子色谱酶法[40]等。吴洪新等[39]研究发现,采用蒽酮法测定菊粉中总糖的含量,菊粉分子中不存在游离的还原性醛基或酮基,因此粗菊粉中具有还原性的成分,通常为果糖和葡萄糖等单糖,采用3,5-二硝基水杨酸法测定菊粉中还原性糖,利用总糖和还原性糖的差值可计算出溶液中菊粉多糖的含量,该法虽简便快捷,但样品本身颜色、显色时间、温度以及蔗糖的存在会影响实验结果的准确性。HOFER等[41,42]研究发现,菊粉经菊粉酶水解后,水为流动相,采用高效液相色谱-蒸发光散射检测法,消除牛奶背景干扰,可以定量牛奶样品中果糖、葡萄糖含量,从而根据葡萄糖、果糖的含量折算出菊粉含量。蒸发光散射检测器的灵敏度高于示差检测器,可用于测定菊粉含量较低样品。GB 5009.255—2016《食品安全国家标准食品中果聚糖的测定》和AOAC 997.08《Fructans in food products.Ion exchange》标准中主要采用离子色谱-酶法[43,44,45]。国标检测方法是通过蔗糖酶水解蔗糖,氢化钠还原葡萄糖、果糖为相应的糖醇,乙酸中和多余的硼氢化钠,样品中果糖含量经离子色谱-脉冲安培检测器测定,通过折算可计算出样品中果聚糖含量;菊粉、低聚果糖等果聚糖虽结构不同,但果聚糖酶水解产物都是果糖和葡萄糖,所以对于混合添加果聚糖的产品,不适用该方法测定。AOAC标准方法中分别采用淀粉葡萄糖苷酶、菊粉酶水解样液,通过内标法，采用与国标一致的离子色谱-脉冲安培检测器测定,该法为国际上常用测定菊粉(果聚糖)含量的方法,因计算采用减差法,若样品中蔗糖、葡萄糖、果糖、糊精、淀粉总含量高于果聚糖添加量5倍,则该方法也不太适用。
2.2 低聚木糖的测定方法
低聚木糖作为益生元成分,对比其他聚合糖类,其双歧因子功能可以提高10～20倍,并且可以选择性地促进肠道中双歧杆菌的增殖活性,具有调节肠道菌群、增强机体免疫力等功效[4]。目前暂无特医食品中低聚木糖标准检测方法的公布,保健食品、普通食品中的低聚木糖检测方法主要有高效液相色谱法、离子色谱法等[46,47,48,49,50]。在GB/T35545—2017《食品安全国家标准食品中低聚木糖的测定》[47]中有2种检测方法,其均使用配有示差检测器和柱温箱的高效液相色谱仪,在检测原理、样品前处理及色谱柱等存在一定的差异,详见表2。
表2 GB/T 35545—2017中检测方法差异分析表
郑凤家等[48]研究发现,样品经水提取30 min后,低温环境下用乙醇沉降大分子糖类,硫酸水解90 min后,氢氧化钠中和,经过氨基柱分离,示差折光检测器检测,外标法定量,计算出水解前后木糖的含量,含量差值即为低聚木糖含量。用该方法检测低聚木糖含量较低的样品还存在一定困难,可以通过增加取样量、增大浓缩倍数等进一步提高检出限,或者采用离子色谱法,可实现低聚木糖含量较低样品的检测。黄伟乾等[49,50]建立了离子色谱法检测饮料中低聚木糖的含量,样品中的低聚木糖经高压或稀硫酸水解成木糖后,以PA20阴离子交换柱进行分离,高效离子色谱-脉冲安培检测器(high performance anion-exchange chromatography coupled with pulsed amperometric detector,HPIC-PAD)进行检测,该方法选用离子色谱积分安培检测,灵敏度高且检出限低,能满足食品中低聚木糖的测定。2.3 小麦低聚肽、玉米低聚肽的测定方法
低聚肽是蛋白质分解为氨基酸过程的中间产物,不仅可以为机体提供营养,同时具有提高免疫力的功效,近年来已经从不同食物中实现了多种活性功能低聚肽的制备[51]。其中小麦低聚肽和玉米低聚肽主要是小麦蛋白、玉米蛋白经酶解后的小分子短肽、寡肽,研究发现低聚肽具有血管紧张素转化酶抑制、抗氧化等功能[52],目前其在特医食品中有一定的应用,关于其含量检测方面暂无标准检测方法的公布,奶粉中低聚肽检测方法的报道,主要有双缩脲法、紫外吸收法。2种方法均需要用到紫外可见分光光度计(UV-9100型),只是基于原理的不同,在试剂的选择上有一定差异。其中双缩脲法是根据含有肽键的化合物在碱性条件下,可以和铜离子形成紫色化合物,根据样品吸光度和标准曲线方程可以计算出样品中低聚肽的含量;紫外吸收法根据肽键在特定波长的特征吸收,进而计算样品中低聚肽的含量,因紫外吸收法易受到的干扰因素较多,低聚肽的相关测定方法多聚焦于双缩脲试剂法的研究[53]。进入21世纪以后，特殊医学用途配方食品全球市场进入快速发展期,我国特殊医学用途食品行业相比发达国家，起步较晚。近年来,随着人们对于特殊医学用途配方食品需求的增加及相关法规制度的逐渐完善,极大地促进了特殊医学用途食品的发展和国内特医产品市场的活化,为我国特殊医学用途配方食品行业的发展带来了机遇[54,55]。特殊医学用途配方食品行业的发展促进我国特医相关产品的开发,在特殊医学用途配方食品原料的选择上,国内外特医食品探索应用了菊粉、低聚木糖、小麦低聚肽、玉米低聚肽等植物源新食品原料,由于原料检测方法的开发相对滞后于其在特医食品上的应用,部分检测项目,如特医食品中菊粉含量的测定等,目前暂无合适的标准方法参考,极大地限制了特医食品产业的发展,因此FSMP中原料和成分检测方法的开发是未来特医食品发展的新方向。本文概述了植物源新食品原料在特医食品中的应用现状,着重介绍了目前特医食品中常见原料主要功能成分测定方法的研究进展,为未来特医食品中植物源新食品原料,如菊粉、低聚木糖、小麦低聚肽、玉米低聚肽等测定方法的开发提供文献信息资源,为之后更多特医产品的开发提供参考。包括但不限于：
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