菊糖的生理功能和在食品中應(yīng)用的研究進(jìn)展

熊政委，董 全，2，*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；

2.西南大學(xué)國(guó)家食品科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，重慶 400715)

菊糖的生理功能和在食品中應(yīng)用的研究進(jìn)展

熊政委1，董 全1，2，*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；

2.西南大學(xué)國(guó)家食品科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，重慶 400715)

菊糖是一種天然碳水化合物，對(duì)人體有特殊的生理功能。主要介紹了最近幾年新發(fā)現(xiàn)的菊糖的一些生理功能，如降低糞臭素、影響下丘腦神經(jīng)元、保護(hù)臟器氧化，以及菊糖過敏癥等等。本文還介紹了菊糖在食品中的一些前沿應(yīng)用，如改善公豬肉質(zhì)品感官品質(zhì)、抗氧化性、刺激微生物生長(zhǎng)、與食品中其他物質(zhì)相互作用等等。菊糖作為一種新的食品配料，廣泛的應(yīng)用于食品工業(yè)中。

菊糖，生理功能，應(yīng)用

菊糖（Inulin），又名菊粉、土木香粉，是由D－果糖經(jīng)β（1→2）糖苷鍵連接而成的鏈狀多糖，末端常含有一個(gè)葡萄糖基。菊糖的分子式表示為GFn，其中，G代表終端葡萄糖單位，F(xiàn)代表果糖分子，n代表果糖的單位數(shù)。菊糖的聚合度為2～60，平均分子量在5500u左右。菊糖是水溶性很好的膳食纖維，可作為功能性配料和雙歧桿菌增殖因子，廣泛應(yīng)用于功能性食品、藥品和保健品中。

1 生理作用

菊糖有很多生理作用，比如：改善腸道、防止肥胖、增強(qiáng)免疫、降血脂降膽固醇、促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收。本文還介紹一些新發(fā)現(xiàn)的生理作用，比如：降低糞臭素以及有毒蛋白發(fā)酵代謝產(chǎn)物、影響下丘腦神經(jīng)元，對(duì)于增強(qiáng)免疫力與某些物質(zhì)存在協(xié)同效應(yīng)，保護(hù)臟器氧化損傷等。

1.1 降低腸道中有害微生物生長(zhǎng)

菊糖不能被人體消化酶水解，當(dāng)它們到達(dá)結(jié)腸時(shí)，能被結(jié)腸的雙歧桿菌發(fā)酵，這樣的發(fā)酵導(dǎo)致糞便中微生物的增加、pH下降，并產(chǎn)生大量的發(fā)酵產(chǎn)品，其中產(chǎn)生的短鏈脂肪酸能夠影響全身脂肪的代謝。菊糖還能增加糞便量和糞便排水量，改善排便的習(xí)慣，但是與其他膳食纖維相比它們有不同的特點(diǎn)，菊糖影響胃腸功能，不是因?yàn)樗鼈兊奈锢硇再|(zhì)，而是因?yàn)樗鼈兊睦砘匦浴＞仗菍?duì)腸道的作用還存在協(xié)同效應(yīng)，在結(jié)腸，它們迅速被發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸，這是菊糖對(duì)全身系統(tǒng)影響的原因之一。菊糖型果聚糖在大腸發(fā)酵是一個(gè)選擇性吸收過程，雙歧桿菌（可能有一些其他屬）優(yōu)先刺激增長(zhǎng)，從而導(dǎo)致腸道菌群組成的顯著變化，能夠增加一些潛在的促進(jìn)健康的細(xì)菌，減少潛在的有害細(xì)菌的數(shù)量。Gunaranjan等[1]在用菊糖喂養(yǎng)大鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，用菊糖喂養(yǎng)大鼠后，能夠顯著的增加結(jié)腸雙歧桿菌和卟啉單胞菌屬，降低乳酸菌的菌落總數(shù)；在菊糖喂養(yǎng)的老鼠中發(fā)現(xiàn)高濃度的短鏈脂肪酸（如醋酸、丁酸和丙酸）、乳酸和琥珀酸；而且菊糖的攝入改變結(jié)腸粘蛋白MUC－3基因的表達(dá)，刺激了每個(gè)隱窩杯狀細(xì)胞的增加使結(jié)腸隱窩深度增加，觀察發(fā)現(xiàn)短鏈脂肪酸的濃度和結(jié)腸粘蛋白的MUC－3表達(dá)之間有顯著正相關(guān)關(guān)系，在日常膳食中添加菊糖能夠改變腸道微生物的組成，發(fā)酵的最終產(chǎn)物可能會(huì)改變結(jié)腸粘蛋白的基因表達(dá)以及小鼠的結(jié)腸的形態(tài)。Vhile等[2]做了不同的菊糖喂養(yǎng)公豬的實(shí)驗(yàn)，分為陰性對(duì)照組和陽(yáng)性對(duì)照組，陰性對(duì)照組為基礎(chǔ)日糧，陽(yáng)性對(duì)照組分別為基礎(chǔ)日糧+4.1%菊糖、基礎(chǔ)日糧+8.1%菊糖、基礎(chǔ)日糧+9%菊糖和基礎(chǔ)日糧+12.2%菊糖，喂養(yǎng)一個(gè)星期后屠宰，發(fā)現(xiàn)隨著菊糖攝入量的增加，大腸和糞便中的糞臭素也隨著減少（p＜0.01），同樣脂肪組織中的糞臭素的水平也有減少的趨勢(shì)（p=0.06），攝入菊糖水平的不斷提高，導(dǎo)致產(chǎn)氣莢膜梭菌在結(jié)腸和直腸的含量降低（p＜0.05），同樣也會(huì)使結(jié)腸中的腸桿菌的含量下降（p=0.05），此外在糞便中短鏈脂肪酸（p＜0.05）、醋酸（p＜0.05）以及戊酸（p＜0.01）的含量隨著菊糖攝入量增加而增加，糞臭素的減少可能與莢膜梭菌的減少，中短鏈脂肪酸增加有關(guān)。Vicky等[3]發(fā)現(xiàn)，菊糖發(fā)酵代謝的產(chǎn)物能夠刺激糖化菌發(fā)酵，并且能夠減少潛在的有毒蛋白發(fā)酵代謝產(chǎn)物二甲基三硫和乙苯。

1.2 減肥作用

如今肥胖呈現(xiàn)越來(lái)越流行的趨勢(shì)，食品科研人員希望開發(fā)能夠有助于控制體重的產(chǎn)品，菊糖提供了一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。菊糖屬于膳食纖維，在人體的消化道中很難被分解，只在結(jié)腸中被有益生菌發(fā)酵，產(chǎn)生短鏈脂肪酸，產(chǎn)生少量的熱量，菊糖及低聚果糖的熱值一般在2.0kcal/g。由于菊糖能在胃中吸水膨脹形成高粘度的膠體，使人不易產(chǎn)生饑餓感，還能延長(zhǎng)胃的排空時(shí)間，所以能夠預(yù)防肥胖。而且最近研究發(fā)現(xiàn)菊糖還能夠影響下丘腦神經(jīng)元，也與控制體重有關(guān)。Jelena等[4]發(fā)現(xiàn)，在同一種動(dòng)物中，在高脂膳食中添加低聚糖（菊糖），不但能夠?qū)π玛惔x產(chǎn)生有益的影響，而且還能夠造成下丘腦神經(jīng)元活動(dòng)的顯著變化。Yang等[5]還發(fā)現(xiàn)連續(xù)攝入綠茶中的兒茶酸并搭配菊糖3周以上，有利于減輕體重。

1.3 非齲齒性

Kaur等[6]發(fā)現(xiàn)菊糖具有非齲齒性，因?yàn)樗鼈儾荒鼙蛔冃捂溓蚓眯纬伤岷推暇厶?，這些酸和葡聚糖是形成齲齒的主要原因。

1.4 增強(qiáng)免疫作用

菊糖可以調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，包括相關(guān)的淋巴組織，Schley等[7]發(fā)現(xiàn)益生元的發(fā)酵使腸道菌群的變化可能導(dǎo)致免疫的變化，主要是通過乳酸細(xì)菌或細(xì)菌產(chǎn)物（細(xì)胞壁或細(xì)胞質(zhì)組成部分）與免疫細(xì)胞在腸道中直接接觸；纖維發(fā)酵所產(chǎn)生的短鏈脂肪酸；或者是粘蛋白產(chǎn)物的變化引起，有初步的數(shù)據(jù)顯示，益生元的發(fā)酵可以調(diào)節(jié)腸道相關(guān)淋巴樣組織的免疫功能、二級(jí)淋巴組織及外圍環(huán)流。而最近還發(fā)現(xiàn)，菊糖與某些物質(zhì)還存在協(xié)同作用。Cerezuela等[8]發(fā)現(xiàn)菊糖和滅活的枯草芽孢桿菌，作為合成素具有協(xié)同效應(yīng)，能夠加強(qiáng)金頭鯛一些先天免疫功能。同樣邊連全等[9]也研究了枯草芽孢桿菌－菊糖合生元對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能及體液免疫功能的影響，實(shí)驗(yàn)將試豬分為了4組：對(duì)照組（灌胃培養(yǎng)基）、菊糖組（培養(yǎng)基+3.5mg/mL菊糖）、枯草芽孢桿菌組（培養(yǎng)基+1.25×108cfu/mL枯草芽孢桿菌）、合生元組（培養(yǎng)基+3.5mg/mL菊糖+1.25× 108cfu/mL枯草芽孢桿菌），結(jié)果表明，枯草芽孢桿菌組和合生元組的平均日增重顯著高于對(duì)照組和菊糖（p＜0.05），料重比和腹瀉率顯著低于對(duì)照組和菊糖組（p＜0.05），各處理組血清免疫球蛋白G（IgG）含量均顯著高于對(duì)照組（p＜0.05），合生元組IgG含量顯著高于菊糖組和枯草芽孢桿菌組（p＜0.05），枯草芽孢桿菌組和合生元組血清免疫球蛋白A（IgA）含量顯著高于對(duì)照組和菊糖組（p＜0.05），合生元組補(bǔ)體C3、C4水平顯著高于對(duì)照組（p＜0.05），所以由此可得知，枯草芽孢桿菌－菊糖合生元可提高斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能與體液免疫功能。

1.5 促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收

在日常的膳食纖維中，由于植酸含量較高，往往會(huì)減弱礦物質(zhì)的吸收。而菊糖往往與此相反，可以促進(jìn)鈣和鎂的金屬離子的吸收，主要有3個(gè)方面的原因：a.菊糖發(fā)酵所產(chǎn)生的酸降低了結(jié)腸的pH，增加了金屬離子溶解度并促進(jìn)了更多金屬離子被動(dòng)擴(kuò)散進(jìn)入腸細(xì)胞。b.菊糖和礦物質(zhì)能形成菊糖－礦物質(zhì)復(fù)合物，此復(fù)合物被腸道菌群發(fā)酵降解，釋放出礦物元素，使它們更有容易被腸道吸收。c.大腸有益菌發(fā)酵菊糖產(chǎn)生短鏈脂肪酸，可以刺激結(jié)腸黏膜細(xì)胞的生長(zhǎng)，提高腸粘膜的吸收力。菊糖還能夠促進(jìn)礦質(zhì)元素在骨骼中的吸收，防止骨質(zhì)疏松。Lopez等[10]用含有10%菊糖日糧飼養(yǎng)小鼠發(fā)現(xiàn)Mg、Ca、Fe、Cu表觀消化率分別提高了50%、20%、23%、45%，但Zn表觀消化率不變。Lee Cole等[11]對(duì)大鼠進(jìn)行了，4周喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)菊糖能夠長(zhǎng)期的提高Ga和Mg的吸收率，并且對(duì)Mg的吸收率的影響要比Ga更強(qiáng)。Tako等[12]發(fā)現(xiàn)菊糖能夠改善雞缺鐵的狀態(tài)。

1.6 保護(hù)臟器氧化損傷

最近研究發(fā)現(xiàn)，菊糖在保護(hù)臟器氧化損傷方面的有一定作用，魯政等[13]發(fā)現(xiàn)酒精能較顯著地引起小鼠腎臟和腦組織的氧化損傷但對(duì)心臟和睪丸的氧化損傷較小，牛蒡菊糖和菊芋菊糖對(duì)上述器官的氧化損傷具有一定的保護(hù)作用。

1.7 果糖不耐癥和菊糖過敏

Piotr等[14]發(fā)現(xiàn)菊糖也有可能對(duì)身體帶來(lái)可能的危害，主要是果糖不耐癥和比較罕見的過敏癥，此外，在某些條件下，菊糖可能導(dǎo)致有害細(xì)菌的生長(zhǎng)，還可能與一些自身免疫病潛在相關(guān)。

2 菊糖在食品工業(yè)中最新的應(yīng)用

菊糖在工業(yè)上目前已有的應(yīng)用有：作為脂肪替代品，菊糖在奶油、冰淇淋等食品中常作為脂肪替代品。菊糖具有代替脂肪的功能是基于其特有的持水性，使產(chǎn)品具有類似脂肪的潤(rùn)滑口感；菊糖是膳食纖維的一種，易溶于水，而不像其他纖維產(chǎn)生沉淀問題，也不會(huì)吸收大量的水分影響食品風(fēng)味，所以，常作為食品配料；由于菊糖具有特殊的凝膠能力和抗老化性，所以菊糖可作為一種新的食品質(zhì)構(gòu)改良劑。以菊糖為原料，也能夠通過酸解或酶制備高果糖漿。除此以外，現(xiàn)在還發(fā)現(xiàn)菊糖的一些新用途。

2.1 改善公豬肉質(zhì)品感官品質(zhì)

為了防止“公豬異味”（主要由睪丸類固醇引起雄烯酮、糞臭素、吲哚），很多發(fā)達(dá)國(guó)家采用公豬閹割法，但是出于動(dòng)物福利的原因，歐共體宣布：到2018年全面禁止閹割公豬。向飼料中添加菊糖，能夠降低豬肉中糞臭素水平以及改善豬肉的感官品質(zhì)。Zammerini等[15]發(fā)現(xiàn)向飼料中添加9%的菊糖飼養(yǎng)公豬2周，能夠有效的降低背膘的糞臭素濃度和煮熟的脂肪異味。所以，向飼料中添加菊糖可以有效的解決公豬肉制品的異味問題。

2.2 抗氧化性

菊糖具有一定抗氧化作用，添加到食品中能降低食品的氧化程度。Ramon等[16]發(fā)現(xiàn)，菊糖添加的雞肉產(chǎn)品中，能夠增加肉制品的紅色，它能夠降低脂質(zhì)過氧化的程度。楊振等[17]研究了菊糖對(duì)菜籽油的抗氧化作用，發(fā)現(xiàn)其抗氧化效果隨著菊糖添加量的增大而增強(qiáng)。分別將0.05%菊糖與0.05%VC、0.05%菊糖與0.05%檸檬酸加入菜籽油中，進(jìn)行抗氧化性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明菊糖與VC、菊糖與檸檬酸的協(xié)同抗氧化性較強(qiáng)。曹澤虹等[18]測(cè)定了牛蒡菊糖對(duì)4種自由基的清除率，其結(jié)果為：羥自由基91.05%、DPPH自由基92.22%、超氧陰離子自由基89.00%、烷基自由基80.95%，與VC的抗氧化性能指標(biāo)相當(dāng)，說(shuō)明其具有較高的抗氧化特性。

2.3 改善食品品質(zhì)

菊糖添加到乳制品、牛奶中能夠刺激微生物的生長(zhǎng)，Pinheiro等[19]發(fā)現(xiàn)菊糖添加到乳制品中，能夠刺激鼠李糖乳桿菌與嗜熱鏈球菌的生長(zhǎng)以及提高發(fā)酵最終產(chǎn)品的水平。菊糖添加到食品中能夠改善食品品質(zhì)，Huang等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在香腸中添加菊糖，其品質(zhì)和口感均超過添加小麥或者燕麥的香腸。Rinaldoni等[21]研究發(fā)現(xiàn)，將菊糖添加到酸奶中，隨著菊糖含量的增加，乳脂狀和粘狀也隨之增強(qiáng)，菊糖添加到酸奶中的最高可接受性是50g/L（p＜0.01）。

2.4 菊糖與其他物質(zhì)還存在相互影響

菊糖與其他一些物質(zhì)一起添加到食品中還存在著相互影響的效應(yīng)。例如在牛奶中添加菊糖和蜂蜜就存在相互作用，Milka等[22]研究發(fā)現(xiàn)，向牛奶中添加1%的菊糖和4%的蜂蜜，能夠降低發(fā)酵時(shí)間，同時(shí)能夠在存儲(chǔ)期里顯著的降低脫水收縮作用（p＜0.05）。而在乳制品中，添加菊糖、蔗糖、檸檬酸也存在著相互作用，Arcia等[23]發(fā)現(xiàn)，在乳制品中添加短鏈和長(zhǎng)鏈的菊糖，采用響應(yīng)面法分析，獲得各個(gè)成分的添加量，5.5g/100g的菊糖、10g/100g的蔗糖和60mg/kg的檸檬酸是好的搭配，并且發(fā)現(xiàn)，添加菊糖的低脂肪樣品具有更強(qiáng)的檸檬酸味、更大的厚度和更強(qiáng)的乳脂狀。

3 展望

菊糖己被世界上多個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)為食品的營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑。日本厚生省批準(zhǔn)菊糖為特定保健食品，應(yīng)用于多種食品中。美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)菊糖為公認(rèn)的安全級(jí)食品配料。歐洲則把它作為控制膽固醇水平的功能性甜味劑廣泛應(yīng)用。我國(guó)菊糖的生產(chǎn)也已廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥保健、食品行業(yè)。

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Research progress in the physiological functions and applications in food of inulin

XIONG Zheng-wei1，DONG Quan1，2，*
（1.College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400715，China；
2.National Representative Center of Experimental Teaching of Food Science and Engineering，Southwest University，Chongqing 400715，China）

Inulin is a product of natural carbohydrate.It has special physiological functions for the human body. Some newly-discovered physiological functions of inulins in the recent years were introduced，such as reducing skatole，influencing the hypothalamic neurons，protecting organs form oxidating，and inulin allergy. Meanwhile the lastest applications in food industry，such as improving the sensory quality of boar products，antioxidant activity，stimulating the growth of microorganisms and the interaction with other food substances were also introduced.As a new food ingredient，inulin has been widely used in the food industry.

inulin；physiological function；application

TS251.6

A

1002－0306（2012）20－0351－04

2012－07－12 *通訊聯(lián)系人

熊政委（1989－），男，碩士研究生，研究方向：食品安全與質(zhì)量控制。

國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目（2011AA100805－2）。