菊粉的研究進(jìn)展

朱廣文等

摘要：菊粉（inulin）是一種天然的功能性食品配料，由β-（2→1）糖苷鍵連接而成的，它能明顯改善食品的感官特性，已經(jīng)在歐美國家得到廣泛的應(yīng)用。本文綜述了菊粉的生物來源、理化性質(zhì)和生理功能，并對其在食品上的應(yīng)用及發(fā)展前景做了分析。

關(guān)鍵詞：菊粉 化學(xué)結(jié)構(gòu) 理化性質(zhì) 應(yīng)用

1 菊粉的生物來源

菊粉（inulin），又稱菊糖，土木香粉，是一種不能被人體消化吸收的碳水化合物，它是一種果聚糖。天然的菊粉中含有葡萄糖、果糖、蔗糖及寡聚糖[1，2]。菊粉主要來源是植物，同時也存在于海藻、真菌及細(xì)菌內(nèi)，其中菊科、龍膽科、百合科等都含有豐富的菊粉[3]。微生物來源的菊粉主要存在于霉菌和細(xì)菌中，如單假胞類、腸細(xì)菌類、鏈狀球菌類、放線菌類、芽胞桿菌類以及乳酸菌類等細(xì)菌中都還含有菊粉[4]。

2 菊粉的化學(xué)結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)的觀點看，可以認(rèn)為（線型）菊粉是由聚氧乙烯構(gòu)成的骨架，骨架上附著有果糖部分。菊粉的結(jié)晶沿著假六角形的六倍對稱體，每0.24nm上升一個單體。此外，菊粉有兩種晶形的同質(zhì)異晶體：半含水的及含水的。

3 菊粉的理化性質(zhì)

3.1 水溶性及甜度 聚合度和溫度在一定程度上影響著菊粉的溶解度，在10℃時普通菊粉的溶解度為6%，90℃時其溶解度達(dá)到33%，可見隨著溫度的升高菊粉的溶解度明顯增大。菊粉的聚合度在同時影響著其甜度。其中，單糖和雙糖在短鏈菊粉含量較多，在甜度方面相當(dāng)于蔗糖的30～50%；一般菊粉甜度只有蔗糖的10%，略有甜味；長鏈菊粉基本沒有甜味。

3.2 溶液粘度及凝膠強(qiáng)度 隨著菊粉溶液含量的增加其粘度不斷增大，但是隨著溫度的升高而逐漸降低。高濃度條件下，菊粉具有凝膠的特性并且在剪切后形成細(xì)小的凝膠性質(zhì)，凝膠的強(qiáng)度除取決于菊粉的濃度外，還取決于：①菊糖鏈長分布，當(dāng)聚合度增加時可減少形成膠體所需的菊糖濃度；②菊糖顆粒大小影響膠體強(qiáng)度；③制備方法；④溫度；⑤攪拌的作用力；⑥其它親水膠體的影響。

3.3 穩(wěn)定性及保濕性 在熱穩(wěn)定性方面菊粉比較強(qiáng)，即使在100℃下也不分解，但是在強(qiáng)酸且高溫的條件下發(fā)生水解。菊粉吸濕性強(qiáng)，具有結(jié)合自由水的能力，進(jìn)而降低水分活度。

4 提取菊粉的方法

菊粉的提取方法主要有兩種：水熱法和微波法。其中水熱法一種常規(guī)的方法，微波法是最近開發(fā)出的新方法，但其工藝過程還不是很成熟。

4.1 水熱法 水熱法提取的流程：①粗提：提取和純化不純的漿狀物；②精制：進(jìn)一步處理提取液中的蛋白質(zhì)、果膠、色素等成分，使其純度>99.5%。

4.2 微波法 在加熱容器放置100g洗凈、切成小塊的菊芋，并加入100g水，放入700W，2450MHz微波發(fā)生器中進(jìn)行加熱，通過借助榨汁機(jī)榨汁取得菊芋浸出液，加入石灰乳，調(diào)節(jié)其堿性，減壓過濾，除去雜質(zhì)，通過離子交換樹脂除去金屬離子，并進(jìn)行脫色，然后濃縮即可[5]。

5 菊粉的功能

菊粉具有膳食纖維和雙歧因子的功效。試驗已經(jīng)證明，菊粉在動物和志愿者身上已經(jīng)體現(xiàn)了數(shù)方面有意義的營養(yǎng)特性。其明顯的特性有以下七點：

5.1 不可消化性和低熱量值 由于菊粉具有特定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致菊粉只能被結(jié)腸內(nèi)的有益菌發(fā)酵和降解，產(chǎn)生熱量值小于6.28kJ/g，與單糖組分相比，菊粉的不可消化性決定了它的熱量值較小。

5.2 脂代謝的改善 經(jīng)人體試驗證明，菊粉能調(diào)控脂肪代謝。作為一種膳食纖維，菊粉通過吸收腸內(nèi)脂肪形成脂肪-纖維復(fù)合物，最后隨糞便一起排出，在一定程度上降低了血脂水平。菊粉在腸道菌群的發(fā)酵過程中產(chǎn)生短鏈脂肪酸（shortchainfattyacids，SCFA），短鏈脂肪酸由腸道上皮細(xì)胞吸收進(jìn)入血液，可以為機(jī)體提供能量和調(diào)節(jié)新陳代謝。

5.3 影響消化道功能 菊粉作為膳食纖維，不能通過人體內(nèi)的消化酶進(jìn)行水解，并且會對腸道造成纖維性影響，如降低腸道內(nèi)pH、緩解便秘并增加大便量及頻率（膨脹性效應(yīng)）。這種膨脹性效應(yīng)與其他可溶性纖維，如膠質(zhì)和瓜爾膠引起的相似[6]。

5.4 腸道微生態(tài)的調(diào)節(jié) 受不可消化性的影響，菊粉到達(dá)結(jié)腸內(nèi)，由于結(jié)腸缺乏能量，在碳水化合物的作用下，進(jìn)而影響微生物菌群的組成和代謝活性。菊粉有選擇性地刺激腸道有益菌主要是雙歧桿菌的生長和代謝活性，而對有害菌（如梭菌）有抑制作用，純種培養(yǎng)試驗證明了菊粉能被雙歧桿菌選擇性發(fā)酵[7]。

5.5 不引起血糖波動，適宜于糖尿病人食用 20世紀(jì)初，糖尿病人就將菊粉作為一種食品，但至今為止菊粉降低血糖水平的機(jī)理仍有待于進(jìn)一步研究。Kim和Shin使用含10mmol/L葡萄糖和10g/L菊粉的等滲電解液（pH值7.4）對大鼠進(jìn)行灌腸（30min）實驗，結(jié)果表明灌注液中菊粉能明顯抑制空腸或回腸對葡萄糖的吸收，并且指出可能原因是菊粉粘度提高，導(dǎo)致腸黏膜厚度增加，葡萄糖的吸收量降低[8]。

5.6 降低癌癥危險 實踐證明，菊粉具有化學(xué)抑制作用。在一定程度上，菊粉阻止由化學(xué)作用所致的老鼠結(jié)腸癌癥前期損傷的形成，進(jìn)而推遲癌癥發(fā)生的起始時間，同時，長鏈菊粉能夠更有效地抑制結(jié)腸的損傷形成。這種效果可能是由于長鏈菊粉分子的酵解緩慢，促進(jìn)了末梢結(jié)腸的細(xì)菌活性。當(dāng)菊粉和雙歧桿菌同時存在時，可以觀察到它們的協(xié)同作用[9]。

5.7 促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收 通常情況下，菊粉能夠促進(jìn)腸道對礦物質(zhì)的吸收。很多文獻(xiàn)都報道，小鼠攝食菊粉可促進(jìn)Ca2+的吸收，在有些情況下也可促進(jìn)鎂等礦物元素的吸收。任何菊粉-礦物質(zhì)復(fù)合物在腸道菌群的發(fā)酵過程中均被降解，釋放出礦物元素，使它們更有利于腸道吸收。

6 在食品中的應(yīng)用及前景

菊粉作為一種纖維成分直接使用，通?？蓭砜诟泻唾|(zhì)地的改善。由于其具有可溶性，使得纖維能夠摻入水系統(tǒng)如飲料、奶制品及涂抹食品中。菊粉作為一種益生原成分可以促進(jìn)腸道有益菌的生長。同時，長鏈菊粉溶解度相對較小，在水中能形成不易覺察的微晶體。這些微晶體之間相互作用可形成一種平滑的乳脂狀的結(jié)構(gòu)，口感類似脂肪[10]，因此可以開發(fā)為低脂肪食品，也可進(jìn)一步用于膳食替代品、肉制品、沙司中，可以制得脂肪含量較少的肉制品如香腸、肉醬和其他以肉為主的涂抹食品，由于此類產(chǎn)品的水固性，所以多汁的口感更強(qiáng)，而且穩(wěn)定性更好[11]。

菊粉，尤其是長鏈菊粉，它的凝膠性能甚至能夠代替（或者部分取代）凝膠、淀粉、麥芽糊精、酪蛋白酸鹽及其他的一些穩(wěn)定劑。

菊粉另外一個應(yīng)用是，即作為低熱量的組分與多元醇一起大量地加入巧克力中，不是為了減少脂肪含量，而是代替糖，菊粉已經(jīng)給食品工業(yè)為將來尋求均衡及口味更好的產(chǎn)品提供了新的可能[12]。

從應(yīng)用的角度看，菊粉作為二十一世紀(jì)的天然食品配料，其前景非常廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1]S.De貝爾斯E.J.旺達(dá)姆A.斯泰因比歇爾生物高分子第六卷多糖Ⅱ——真核生物多糖[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004：398-

424.

[2]陳曉明，金征宇.菊粉降解生產(chǎn)低聚果糖[J].飼料工業(yè)，200021（11）：29-31.

[3]魏凌云，王建華，鄭曉冬，楊雅.麟菊粉研究的回顧與展望[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2005（07）：82-84.

[4]鄭建仙.功能性低聚糖[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200457-103.

[5]王啟為.用微波法提取菊芋中的聚糖[J].寧夏大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2002，23（4）：351-352

[6]林晨，顧憲紅，張名濤.新型綠色食品和飼料添加劑—菊粉[J].獸藥與飼料添加劑.2005（1）：12-14.

[7]周延州，陳安國.菊粉資源的開發(fā)及應(yīng)用[J].飼料工業(yè)，2005年第26卷第1期：49-51.

[8]KimM，ShinHK.Thewater-solubleextractofchicoryreduce-

sglucoseuptakefromthepefrusedjejunuminrats[J].JNutrition，1996，

126：2236-2242.

[9]張名濤，顧憲紅，楊琳.菊粉的原生素作用研究進(jìn)展[J].動物營養(yǎng)學(xué)報，2003年第15卷4期12-18.

[10]孫艷波，顏敏茹，徐亞麥.菊粉的生理功能及其在乳制品中的應(yīng)用[J].中國乳品工業(yè)，2005年08期：43-44.

[11]屠用利.菊糖的功能與應(yīng)用[J].食品工業(yè)，1997（4）：45-46.

[12]饒志娟，鄭建仙，賈呈祥.功能性食品基料—菊粉的研究進(jìn)展[J].中國甜菜糖業(yè)，2002（4）：27-30.