菊糖在油脂類(lèi)食品中的應(yīng)用及其抗氧化性的研究進(jìn)展

熊政委,羅倩倩,惠俊敏,況 剛,王 存,任彥榮,古小露,騫 宇,*

(1.重慶第二師范學(xué)院,重慶市功能性食品協(xié)同創(chuàng)新中心,重慶 400067;2.重慶第二師范學(xué)院,重慶市功能性食品工程技術(shù)研究中心,重慶 400067;3.重慶第二師范學(xué)院,生物與化學(xué)工程學(xué)院,重慶 400067)

菊糖(Inulin)又稱(chēng)菊粉、土木香粉,聚合度(DP)范圍分布在2～60,平均DP在10～12,其結(jié)構(gòu)是由D-果糖通過(guò)β(1→2)糖苷鍵連結(jié)而成的線性直鏈多糖,末端通常以糖苷鍵的方式連接一個(gè)葡萄糖殘基[1]。廣泛分布在自然界,其中菊芋(Helianthus tuberosus)和菊苣(Chicory)最適合作為生產(chǎn)菊粉的原料,它們來(lái)源豐富,菊粉含量高,占其塊莖干重的70%以上。

菊糖作為一種天然果聚糖,具備多種生理功能。菊糖可以調(diào)節(jié)體內(nèi)血脂和血糖的水平,降低血脂;菊糖能夠到達(dá)大腸被雙歧桿菌利用,可以使雙歧桿菌增長(zhǎng)8～10倍,產(chǎn)生的有機(jī)酸能夠使腸道的pH降低,抑制腐敗菌的生長(zhǎng),從而改善腸道環(huán)境;可以加快腸道蠕動(dòng)、潤(rùn)腸通便、防止便秘、抑制體內(nèi)產(chǎn)生有害的發(fā)酵性產(chǎn)物;菊糖還具有保護(hù)肝臟、降低體內(nèi)致癌化合物含量、預(yù)防癌癥的作用;還能夠促進(jìn)鈣、鎂、鐵等礦物質(zhì)吸收和一些維生素合成等[2-6]。菊糖還具有良好的食品加工特性[7],目前主要用于乳制品、面制品等食品中[8]。

目前菊糖在油脂類(lèi)食品中的應(yīng)用較少,最新應(yīng)用主要集中在三個(gè)方面:一是作為脂肪的替代物,降低油脂類(lèi)食品的脂肪;二是對(duì)脂肪的吸附和包裹性;三是防止脂肪氧化。尤其是后兩點(diǎn),應(yīng)用研究較少。本文主要對(duì)菊糖這三方面的應(yīng)用進(jìn)行綜述,并對(duì)其未來(lái)在食品中的應(yīng)用進(jìn)行展望。

1 菊糖作為脂肪替代物在油脂類(lèi)食品中的應(yīng)用

菊糖與水充分混合后形成的凝膠具有類(lèi)似奶油的結(jié)構(gòu)能提供潤(rùn)滑的口感,可以作為油脂類(lèi)食品中脂肪的替代物,降低食品中的脂肪含量[9]。此特性目前被廣泛應(yīng)用于各種油脂類(lèi)食品,不僅能降低油脂類(lèi)食品的脂肪,還能提高食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、改變食品的相關(guān)特性[10]。研究發(fā)現(xiàn)添加不同質(zhì)量比的菊糖對(duì)切達(dá)干酪活菌數(shù)量、理化特性、質(zhì)構(gòu)及感官評(píng)定的存在一定影響,結(jié)果表明,添加9%的菊糖明顯改善了干酪的含水量和質(zhì)構(gòu)特性,從而使得切達(dá)干酪有較柔軟的質(zhì)地和低熱量[11]。將菊糖代替脂肪加到奶酪中,研究結(jié)果表明奶酪的感官特性和質(zhì)地都能被消費(fèi)者接受,除此之外菊糖的添加能明顯提高凝乳的產(chǎn)量、質(zhì)量和均勻性[12]。將菊糖應(yīng)用到植脂摜奶油中,取代50%的脂肪得到的植脂摜奶油具有與全脂樣品相似的性質(zhì)[13]。用菊糖作為脂肪替代物制備的具有功能性的番石榴慕斯,無(wú)論是在營(yíng)養(yǎng)價(jià)值還是感官評(píng)價(jià)中都與添加脂肪的對(duì)照組產(chǎn)品相當(dāng),但添加菊糖的慕斯增加了產(chǎn)品的膳食纖維含量,更加符合健康食品的要求[14]。在肉制品中添加菊糖,可以使肉制品中的纖維含量增加、能量降低,有利于肉制品的營(yíng)養(yǎng)均衡[15]。以蔗糖酯和菊粉混合物代替部分油脂,添加到曲奇餅干中,得到的曲奇餅干口感和風(fēng)味與傳統(tǒng)曲奇接近,其中油脂替代物中菊粉和蔗糖酯的混合物比例為4∶6最佳[16]。用菊糖替代冰淇淋中的部分脂肪,當(dāng)穩(wěn)定菊糖、奶油、乳化劑添加量分別為4.99%、4.06%、0.46%時(shí),可以得到高感官品質(zhì)的冰淇淋[17]。以菊糖作為脂肪替代品添加到低脂酸奶中,發(fā)現(xiàn)以菊糖作為脂肪替代品的酸奶微觀結(jié)構(gòu)比較均勻、疏松且開(kāi)放度較高[18]。菊糖作為脂肪替代品能夠增加脫脂牛奶的持水性和黏度,略微增加脫脂牛奶的白度和pH,改善脫脂牛奶的感官品質(zhì)和組織狀態(tài)[19]。以菊粉、魔芋、聚葡萄糖、卡拉膠為主要原料制得脂肪丁替代物,可以代替紅腸中的脂肪丁,降低紅腸中的脂肪含量,菊糖的最佳添加量為1.00 g/100 mL[20]。同時(shí)也有類(lèi)似研究表明,在紅腸貯藏過(guò)程中,脂肪丁替代物與肥肉丁的質(zhì)構(gòu)參數(shù)差異并不顯著[21]?？傮w來(lái)說(shuō),菊糖作為脂肪替代品可以替代油脂食品中的脂肪,不但降低了脂肪含量,而且還產(chǎn)生了很多有利作用。常見(jiàn)的幾種菊糖低脂食品及其優(yōu)勢(shì)見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)的幾種菊糖低脂食品[22-23]Table 1 Several common inulin low-fat foods[22-23]

2 菊糖對(duì)油脂的吸附特性及其影響因素

菊糖對(duì)油脂具有一定的包裹作用,這使菊糖能有效地降低人體對(duì)脂肪的吸收,從而達(dá)到預(yù)防脂肪過(guò)剩的效果。影響菊糖對(duì)油脂吸附特性的主要因素包括:脂肪酸的種類(lèi)、溫度和菊糖的聚合度。菊糖對(duì)油脂中的吸附能力大小以吸附量來(lái)衡量。吸附量指每克菊糖能包裹的脂肪的克數(shù)(g/g)。計(jì)算吸附量主要的方法是通過(guò)將菊糖和油脂混合后水浴再離心,通過(guò)質(zhì)量比得出[24]。

一般來(lái)說(shuō),低溫促進(jìn)菊糖對(duì)植物性油脂的吸附,高溫則促進(jìn)菊糖對(duì)動(dòng)物性油脂的吸附;菊糖在50 ℃以下都利于動(dòng)物油脂的吸收;而對(duì)于膽固醇,菊糖對(duì)其有一定的吸附作用從而影響人體對(duì)膽固醇的吸收[25],改善了血脂水平。

2.1 脂肪酸種類(lèi)和溫度對(duì)菊糖吸附作用的影響

菊糖對(duì)油脂的吸附,分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸,而飽和脂肪酸通常以豬油為代表,不飽和脂肪酸通常以大豆油和花生油為代表。動(dòng)物油脂與植物油脂存在一定的差別,比如低溫下,動(dòng)物油脂為固態(tài),植物油脂為液態(tài),因此菊糖對(duì)二者的吸附能力存在顯著差異。在菊糖對(duì)不飽和脂肪酸吸附作用的實(shí)驗(yàn)中,隨著溫度的提高,菊糖對(duì)不飽和脂肪酸的吸附作用呈上升的趨勢(shì),在低于37 ℃時(shí),菊糖的吸附量變化不大,最大吸附量為1.71 g/g,在50～90 ℃溫度范圍內(nèi),菊糖對(duì)不飽和脂肪酸的吸附量隨溫度的提高而顯著升高,在90 ℃條件下油脂吸附量達(dá)到了1.77 g/g;而以豬油為代表的飽和脂肪酸,菊糖對(duì)其吸附作用相對(duì)不飽和脂肪酸來(lái)說(shuō)就復(fù)雜得多,這大概與豬油本身具有較高的熔點(diǎn)(28～48 ℃)有一定關(guān)系,低溫條件下的豬油呈固態(tài)狀,一定程度上阻礙了菊糖對(duì)其吸收,但是大致的規(guī)律是整體隨溫度的上升而下降,在37 ℃下,菊糖對(duì)飽和脂肪酸的吸附量最大,大致為0.75 g/g菊糖[26]。因此在37 ℃下,菊糖應(yīng)用在各種食品中有利于降低脂肪吸收和食物的熱量,具有降血脂、減肥等保健功能。

2.2 不同聚合度對(duì)菊糖吸附作用的影響

菊糖不同的聚合度對(duì)油脂吸附的影響非常大,研究表明菊糖的聚合度會(huì)影響菊糖的吸附特性[27],主要是可能因?yàn)椴煌酆隙鹊木仗撬苄訹28]不一樣,并且它們的表面活性基團(tuán)也不相同,一方面天然菊糖(同時(shí)含有長(zhǎng)鏈與短鏈)的親水性比長(zhǎng)鏈菊糖強(qiáng),并且長(zhǎng)鏈菊糖鏈段之間較大的孔隙和較稀疏的堆積,使得油脂吸附能力增加;另一方面,溫度逐漸升高,使原本結(jié)構(gòu)規(guī)則、堆積緊密的結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞,導(dǎo)致外面暴露更多的親水基團(tuán)(-OH),引起油脂吸附能力的下降。從而導(dǎo)致它們對(duì)油脂的吸附性也有很大差異。對(duì)于植物性油脂,天然菊糖對(duì)油脂的吸附量因溫度的升高緩慢下降,在30 ℃時(shí),吸附量最大(1.17 g/g),30 ℃以后菊糖的吸附量隨溫度升高先是趨于平緩,最終呈明顯下降趨勢(shì),而長(zhǎng)鏈菊糖對(duì)油脂的吸附量則隨溫度的升高呈現(xiàn)不明顯的變化,數(shù)據(jù)表明溫度在30～90 ℃時(shí),吸附量?jī)H變化了0.16 g/g;對(duì)于動(dòng)物性油脂,天然菊糖對(duì)油脂的吸附量,在小于50 ℃的溫度條件下隨著溫度升高而升高,而長(zhǎng)鏈菊糖對(duì)油脂的吸附量隨溫度的上升而上升[24]。由此可見(jiàn)，不同聚合度的菊糖對(duì)油脂具有一定程度的吸附作用,但是大部分報(bào)道都是對(duì)天然菊糖和長(zhǎng)鏈菊糖進(jìn)行的研究,幾乎沒(méi)有對(duì)于其他聚合度菊糖對(duì)油脂吸附的研究。

3 菊糖的抗氧化性

菊糖具有一定程度的抗氧化能力,對(duì)體內(nèi)的自由基具有一定程度的清除效果,對(duì)體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)具有一定的增強(qiáng)作用,在油脂食品中,菊糖能明顯地抑制食品中油脂的氧化程度。

3.1 其他物質(zhì)對(duì)菊糖抗氧化的增效作用和抗氧化效果對(duì)比

研究發(fā)現(xiàn)某些物質(zhì)對(duì)菊糖抗氧化性存在增效作用。將菊糖添加到菜籽油中,發(fā)現(xiàn)其抗氧化能力隨菊糖添加量的增大而提高,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),研究結(jié)果表明菊糖單獨(dú)添加時(shí)具有明顯的抗氧化活性,并且菊糖與VC、檸檬酸具有協(xié)同作用,且高于單獨(dú)使用一種試劑的抗氧化活性[29]。菊糖與精氨酸(菊糖與精氨酸的羰氨比為1∶5)在100 ℃的條件下發(fā)生美拉德反應(yīng),制備的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物,較之于菊糖均有提高,且抗氧化性能隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增強(qiáng)[30]。同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn),采用溶媒法對(duì)菊粉進(jìn)行羧甲基化修飾,修飾后的菊糖抗氧化性也得到提高[31]。

3.2 菊糖對(duì)自由基的清除能力和體內(nèi)抗氧化作用

菊糖具有一定程度的抗氧化效果,且抗氧化效果與其質(zhì)量濃度呈正相關(guān)[34]。,研究表明濃度為0.10 mg/mL的菊糖對(duì)DPPH自由基清除能力為91.30%,抗超氧陰離子自由基的能力為205.59 U/L,對(duì)羥自由基的抑制率為96.00%[35]。

菊糖添加到食物中,能增強(qiáng)體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng),這一過(guò)程主要是通過(guò)生化反應(yīng)進(jìn)行的。研究表明菊糖能調(diào)節(jié)結(jié)腸粘膜中的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶的基因表達(dá)和肝臟中的超氧化物歧化酶和過(guò)氧化氫酶來(lái)增強(qiáng)抗氧化防御系統(tǒng)[39]。

菊糖具有一定的抗氧化性,與VC協(xié)調(diào)效果更佳,菊糖不僅對(duì)體內(nèi)的自由基具有一定程度的清除效果,對(duì)油脂也具有一定的抗氧化效果,不僅能抑制油脂的氧化程度,還能增強(qiáng)體內(nèi)抗氧化作用。

4 展望

目前各類(lèi)由于脂肪攝入過(guò)多引發(fā)的疾病越來(lái)越多,單純性肥胖[40]在青少年中發(fā)病率也越來(lái)越高,因此對(duì)低脂食品的開(kāi)發(fā)利用也越來(lái)越重要。菊糖作為一種脂肪替代物能夠使油脂類(lèi)食品中的能量降低、纖維含量增加,有利于促進(jìn)人類(lèi)的膳食營(yíng)養(yǎng)均衡,遏制肥胖。菊糖對(duì)于油脂具有一定的吸附性及抗氧化性,將菊糖添加到油脂類(lèi)食品中有利于降低脂肪在體內(nèi)的吸收和增加油脂類(lèi)食品的抗氧化性。關(guān)于菊糖添加到油脂類(lèi)食品中對(duì)其相關(guān)特性以及生理功能的影響,未來(lái)可能會(huì)有更多發(fā)現(xiàn),將菊糖應(yīng)用到油脂類(lèi)食品中具有廣闊的前景。