陳興都,陳慶安,翟丹云,趙莉莉,丁心順,董延虎

(甘肅省商業(yè)科技研究所有限公司,甘肅 蘭州 730010)

菊粉果聚糖又稱菊糖,為白色無(wú)定型粉末,是一種水溶性的儲(chǔ)備多糖,也是自然界廣泛存在的一種果聚糖,屬于一種非消化性碳水化合物[1-2]。菊苣和菊芋塊根被認(rèn)為是菊粉的最豐富來(lái)源[3]。據(jù)SHOAIB M等[4-5]的研究,菊粉能改進(jìn)產(chǎn)品的感官特性,提升產(chǎn)品的味道和口感,被用作益生菌、脂肪替代品、糖替代品和功能性食品的功能成分,以達(dá)到改善健康和營(yíng)養(yǎng)保健作用。

線型果聚糖是由D-呋喃果糖分子以β-(2.1)糖苷鍵連接而成的,末端連有葡萄糖殘基,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為GFn,聚合度在2～60之間,平均聚合度為30,聚合度＜10則為低聚果糖。果聚糖中還存在少量末端不含葡萄糖殘基的果聚糖,這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為Fm[1,6]。

本文對(duì)近年來(lái)菊粉果聚糖的生理功效和產(chǎn)品應(yīng)用的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,利用其理化特性,除開(kāi)發(fā)出一些促消化、降脂糖、增免疫等功能食品,還應(yīng)該研究適用于嬰幼兒和老年人專(zhuān)用的配方產(chǎn)品,以及利于術(shù)后病人盡快恢復(fù)或術(shù)中保持體能精力的特殊食品,提高其應(yīng)用價(jià)值,提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,帶動(dòng)菊粉果聚糖產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1 理化性質(zhì)

1.1 甜度

菊粉果聚糖的甜度主要受其聚合度(degree of polymerization,DP)影響,一般菊粉甜味很淡,僅為蔗糖的1/10,短鏈菊粉(DP＜30)的甜度為蔗糖的30%左右,長(zhǎng)鏈菊粉(DP＞30)則無(wú)甜味。此外還與其純度有關(guān),純度為95%的菊粉低聚果糖,其甜度約為相同純度蔗糖的30%～40%,且味覺(jué)更清爽,無(wú)后味[7]。

1.2 溶解性

菊粉果聚糖的溶解度與溫度和聚合度有關(guān)。菊粉果聚糖易溶于熱水,微溶于冷水,長(zhǎng)鏈菊粉溶解性比短鏈菊粉差。分子構(gòu)象也會(huì)影響到溶解性,如在三種分子構(gòu)象α、β和γ中,40 ℃條件下β-菊粉溶解度比γ-菊粉高8倍[8-10]。

1.3 黏性

菊粉果聚糖的黏度近似異構(gòu)糖,其黏度與溫度成負(fù)相關(guān),黏度隨溫度上升而降低；但與濃度呈正相關(guān),隨溶液濃度增加而增大。當(dāng)菊糖含量為10%～30%,黏度增加但不出現(xiàn)凝膠,當(dāng)菊糖含量達(dá)到30%時(shí),立即與水結(jié)合形成凝膠。一般地,菊糖含量越高,形成凝膠越快[1,11]。

1.4 保濕性

菊粉果聚糖有較強(qiáng)的吸濕性,與山梨醇、飴糖相似。菊粉果聚糖能結(jié)合食品中的自由水,有利于降低水分活度。菊粉果聚糖的吸濕性可用于延緩食品加工中的水分蒸發(fā),延長(zhǎng)食品貨架保質(zhì)期[12]。

1.5 穩(wěn)定性

菊粉果聚糖的穩(wěn)定性受溫度和pH值的影響較大,在中性條件下穩(wěn)定性較好,在酸性條件下穩(wěn)定性明顯降低；菊粉果聚糖也具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性,在100℃條件下加熱也不分解,但在pH為3時(shí),溫度達(dá)到70℃以后,菊粉果聚糖極易分解[13-14]。

1.6 熱值低

菊粉果聚糖的熱值很低,約為6.3 kJ,不到蔗糖熱值的1/3,是脂肪熱值的1/6,而且在消化道中很難被分解,因而人體消化吸收率相當(dāng)?shù)蚚15]。

2 生理功能

2.1 調(diào)節(jié)血糖代謝

作為天然的可溶性膳食纖維之一,菊粉果聚糖在機(jī)體內(nèi)既能延長(zhǎng)碳水化合物的供能時(shí)間又可維持血糖水平,有助于減少對(duì)胰島素的依賴,控制血糖代謝。因此,攝入菊粉果聚糖后不會(huì)影響血糖水平,菊糖分解后產(chǎn)生的脂肪酸因促進(jìn)肝糖元合成而降低血糖濃度,維持體內(nèi)血糖平衡[16-17]。PANTOPHLET A J等[18]研究荷斯坦小牛在泌乳、斷奶和飼喂菊粉果聚糖三個(gè)階段,小牛體內(nèi)胰島素敏感性下降了75%,斷奶或添加菊粉果聚糖喂養(yǎng)不會(huì)影響胰島素敏感性變化,而體內(nèi)葡萄糖平衡不受菊粉果聚糖添加的影響。

2.2 降脂降壓功效

菊粉果聚糖可有效降低低密度脂蛋白和血清總膽固醇,提高高密度脂蛋白與低密度脂蛋白比率,改善血脂代謝。菊粉果聚糖通過(guò)腸內(nèi)細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生丙酸,抑制膽固醇的合成,促使膽固醇轉(zhuǎn)化成膽汁酸而排出,因而能夠使血脂維持在較低水平。曲丹等[19]研究菊粉低聚果糖對(duì)高血壓早期人群的血壓和血脂的影響,發(fā)現(xiàn)菊粉果聚糖對(duì)收縮壓和舒張壓都有改善,而且以收縮壓下降為主。當(dāng)然對(duì)血脂具有明顯的調(diào)節(jié)作用,能夠降低甘油三酯和膽固醇水平。

2.3 促進(jìn)礦物質(zhì)吸收

菊粉果聚糖攝入后,在腸道中微生物的作用下發(fā)酵生成乳酸和短鏈脂肪酸,這些有機(jī)酸與金屬離子螯合,促進(jìn)金屬離子吸收和在骨骼中沉積[20]。菊粉礦物質(zhì)在發(fā)酵過(guò)程中降解,釋放出礦物離子被人體吸收,還可以降低β-葡萄糖苷酶的活性,有利于腸內(nèi)吲哚、亞哨基胺等致癌有毒有害物的排放[21]。

2.4 調(diào)節(jié)體內(nèi)菌群平衡

服用菊粉后直接被大腸內(nèi)的雙歧桿菌吸收利用并迅速繁殖,同時(shí)產(chǎn)生乳酸、乙酸等有機(jī)酸。這些酸性物質(zhì)可使腸內(nèi)pH值下降,從而抑制腐敗菌的生長(zhǎng),改善腸道環(huán)境。SASAJIMA N等[22]在研究益生菌能否對(duì)腸道微生物群產(chǎn)生影響并以此來(lái)抑制特異性皮膚炎癥時(shí)發(fā)現(xiàn),雙歧桿菌是小鼠腸道中最主要的益生菌,通過(guò)補(bǔ)充菊粉果聚糖能使益生菌增殖,而且菊粉果聚糖的攝入可以減少2,4二硝基氟苯誘導(dǎo)接觸超敏反應(yīng)。VALDéSVARELA L等[23]用兩種菊粉果聚糖來(lái)研究對(duì)雞小腸內(nèi)微生物活性的影響程度。通過(guò)分析比較盲腸消化道的pH值、短鏈脂肪酸、組織胺的濃度、葡萄糖苷酶的活性以及所選細(xì)菌的相對(duì)數(shù)量等數(shù)據(jù),顯示菊粉果聚糖并沒(méi)有改變幼雛大腸的微生物活動(dòng)。

2.5 增強(qiáng)機(jī)體免疫力

菊粉果聚糖促使雙歧桿菌增殖,產(chǎn)生大量免疫物質(zhì),大量的雙歧桿菌還能對(duì)腸道免疫細(xì)胞產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激,增加抗體細(xì)胞的數(shù)量,激活巨噬細(xì)胞的活性,強(qiáng)化人體免疫體系。菊粉果聚糖的原生素作用使大腸中有益菌大量增殖,結(jié)果促使腸黏膜上構(gòu)成一道免疫屏障[24-25]。雙歧桿菌在腸道內(nèi)能增加B族維生素的合成量,提高人體免疫機(jī)能。另外益生菌代謝產(chǎn)物的增多及有害物質(zhì)的減少有益于增強(qiáng)機(jī)體的體液免疫和細(xì)胞免疫。SHOAIB M等[4]發(fā)現(xiàn)菊粉果聚糖具有調(diào)整腸胃功能和對(duì)腸并發(fā)癥有預(yù)防作用。菊粉果聚糖可增強(qiáng)礦物質(zhì)的吸收,刺激免疫系統(tǒng)發(fā)揮作用。HIJOVáE等[26]研究了食用菊粉果聚糖對(duì)β-葡萄糖代謝活動(dòng)的影響,利用硫酸葡聚糖鈉在結(jié)腸組織和血液中引發(fā)大鼠急性結(jié)腸炎,再用食用菊粉果聚糖來(lái)進(jìn)行預(yù)防并治療急性結(jié)腸炎,取得了較好的效果。

3 開(kāi)發(fā)應(yīng)用

3.1 乳酪制品

菊粉果聚糖是一種功效顯著的雙歧桿菌增殖因子,作為配方奶粉、酸奶、含乳飲料、液態(tài)奶的配料,添加菊粉果聚糖能將人體鈣質(zhì)的轉(zhuǎn)化率提高至20%以上,提高低脂乳制品的口感,增加產(chǎn)品中膳食纖維的含量[27-28]。VANDENPLASY等[29]基于母乳喂養(yǎng)嬰兒的胃腸道微生物群與標(biāo)準(zhǔn)配方奶喂養(yǎng)嬰兒的不同,將具有不同的益生菌效果的半乳寡糖、果聚寡糖、葡聚寡糖添加到嬰兒配方奶中,可以提高配方奶的消化吸收率,促進(jìn)嬰幼兒健康成長(zhǎng)。

3.2 肉蛋制品

向肉蛋制品添加菊粉果聚糖作為食品配料和載體,改善產(chǎn)品質(zhì)構(gòu),提高產(chǎn)品品質(zhì),如畜禽肉類(lèi)罐頭、火腿、香腸、午餐肉、營(yíng)養(yǎng)蛋黃醬等。SOBOLEWSKA S等[30]向熱處理的新鮮牛羊肉中添加菊粉果聚糖,通過(guò)比較肉類(lèi)樣品的pH值、導(dǎo)電性和色度等指標(biāo),得出不同聚合程度的菊粉產(chǎn)品對(duì)于肉類(lèi)品質(zhì)改善有良好效果。

3.3 飲料產(chǎn)品

植物蛋白飲料、果蔬汁飲料、功能性飲料、酒精飲料等添加菊粉果聚糖后,不但能保持其良好風(fēng)味,降低熱值,還可有效改善飲料的感官特性和營(yíng)養(yǎng)功能[31]。殷洪等[32]將菊粉果聚糖分別加入椰子汁、杏仁露、花生奶茶、核桃乳、風(fēng)味豆奶和杏仁乳等植物蛋白飲料中,添加量1.5%～3.0%,可促進(jìn)腸道內(nèi)雙歧桿菌增殖,增強(qiáng)血液循環(huán),掩蓋果蔬本身豆腥、苦澀味,提高了產(chǎn)品的適口性和柔和感。

3.4 脂肪制品

菊粉果聚糖作為一種優(yōu)質(zhì)的脂肪替代物,增強(qiáng)產(chǎn)品的乳脂感,可廣泛應(yīng)用于低脂奶油、糖果、冰淇淋、巧克力以及低脂低能量食品的生產(chǎn),菊粉果聚糖可替代近一半的脂肪,與水結(jié)合形成一種奶油狀結(jié)構(gòu),提供食品光滑的口感、飽滿的后味及豐富的營(yíng)養(yǎng)[33-34]。RODRIGUEZ FURLáN L T等[35]向巧克力添加菊糖作為一種表面活性劑或穩(wěn)定劑,研究菊糖對(duì)復(fù)合巧克力品質(zhì)的影響,結(jié)果顯示在高溫下巧克力的抗裂性和抗熱性能有所改善,而且降解過(guò)程保持良好的穩(wěn)定性。

3.5 谷物雜糧食品

菊粉果聚糖的熱值低、熱穩(wěn)定性好,且有抑制淀粉老化等性質(zhì),將菊粉果聚糖添加至饅頭、面條、蛋糕、餅干、面包中,能增加面團(tuán)的彈性和韌性,使產(chǎn)品酥脆,用于開(kāi)發(fā)小雜糧食品,增加其穩(wěn)定性,保持產(chǎn)品特性,穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)構(gòu),改善產(chǎn)品風(fēng)味[36-37]。LIU J等[38-39]研究發(fā)現(xiàn),小麥粉中添加菊粉果聚糖能夠明顯改善面粉粉質(zhì)特性和拉伸特性。隨著菊粉果聚糖添加量的增大,面團(tuán)吸水率逐漸下降,面團(tuán)形成和穩(wěn)定時(shí)間延長(zhǎng),彈性和延展性也相應(yīng)提高。ZBIKOWSKAA等[40]通過(guò)向脂肪海綿蛋糕產(chǎn)品中加入菊粉果聚糖來(lái)降低脂肪用量,通常情況下脂肪中反式脂肪酸(trans-fattyacids,TFA)含量較高,與含TFA的脂肪相比,含菊粉果聚糖的脂肪替代品對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)性能變化的影響更小。

3.6 保健食品

菊粉果聚糖以原輔料或者功效載體用于功能性食品中,如肥胖、糖尿病、便秘等保健食品,具有降血脂、促進(jìn)礦物質(zhì)吸收、改善腸道菌群等功能[41]。嚴(yán)銳[42]通過(guò)追蹤不同劑量菊粉果聚糖對(duì)腹型肥胖、高脂血癥、高血糖或糖尿病及高血壓等代謝綜合征患者的體征指數(shù)變化發(fā)現(xiàn),菊粉果聚糖可調(diào)節(jié)代謝綜合征肥胖患者的血糖、血脂水平,對(duì)降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)有一定輔助作用。

3.7 飼料產(chǎn)品

菊粉果聚糖可作為添加劑加入到動(dòng)物飼料中,調(diào)節(jié)動(dòng)物胃腸道微生態(tài)平衡,促進(jìn)雙歧桿菌的增殖。還能增大飼料吸收率,提高動(dòng)物自身的免疫功能。GRELAE R等[43]研究菊粉果聚糖對(duì)豬仔的血漿脂質(zhì)和免疫蛋白濃度的影響。在飲食添加2%的菊粉果聚糖,通過(guò)監(jiān)測(cè)豬仔的體重、飼料攝入、腹瀉發(fā)病率和死亡率,結(jié)果顯示,添加菊粉果聚糖可明顯降低了總膽固醇水平,改善動(dòng)物健康狀況,降低死亡率。

4 展望

菊粉果聚糖作為一種天然功能性食品配料,在理論研究與生產(chǎn)應(yīng)用方面已經(jīng)取得一些成果,但對(duì)果聚糖減肥美白、治療癌癥的功能性驗(yàn)證以及果聚糖分子進(jìn)入機(jī)體的代謝機(jī)制還需進(jìn)一步深化研究。當(dāng)然在菊粉果聚糖加快品質(zhì)改良和營(yíng)養(yǎng)保健方面新產(chǎn)品技術(shù)成果轉(zhuǎn)化,也是面臨解決的問(wèn)題。

隨著我國(guó)菊粉果聚糖的營(yíng)養(yǎng)與功能研究和開(kāi)發(fā)更加深入,應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大和產(chǎn)量的穩(wěn)步增長(zhǎng),產(chǎn)業(yè)體系將更加完善?？梢灶A(yù)計(jì),我國(guó)作為菊粉果聚糖生產(chǎn)大國(guó),伴隨產(chǎn)學(xué)研一體化的科技推動(dòng),菊粉果聚糖將會(huì)迎來(lái)良好的發(fā)展前景。

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