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菊粉的功能与利用彭英云;郑清;张涛 【摘要】菊粉是一种广泛存在于自然界的生物多糖，主要由果糖和葡萄糖构成，其中 果糖分子通过B-(2,1 )糖苷键连接作为一种水溶性生物多糖，具有多种生理活性功能, 且菊粉凝胶具有类似脂肪的质构与口感,可应用于食品、饲料、生物、化工等多个 工业领域.【期刊名称】《食品研究与开发》 【年(卷)，期】2012(033)010 【总页数】5页(P236-240) 【关键词】菊粉;膳食纤维;益生素;脂肪替代品 【作者】彭英云;郑清;张涛【作者单位】盐城工学院化生学院食品系，江苏盐城224003;盐城工学院化生学院 食品系，江苏盐城224003;江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡 214122【正文语种】中文菊粉(inulin )又称菊糖，土木香粉，是一种生物多糖，以能量的形式存在于多种 植物和蔬菜里，尤其大量存在于菊科植物例如菊芋，菊苣等的块根中它由果糖分 子通过阳(2,1)糖苷键连接，聚合程度从2-60,—般平均为10，其终端为葡 萄糖单位，分子式可用GFn表示，其中G为终端葡萄糖单位，F代表果糖分子， n则代表果糖分子数当聚合度较低时(DP = 2~9 )可以称为低聚果糖(Fructo Oligo Saccharide)。

菊粉在自然界中分布很广，某些真菌和细菌中含有菊粉，但其主要来源是植物全 世界超过36000种植物，包括双子叶植物中的菊科、桔梗科、龙胆科等11个科 以及单子叶植物的百合科、禾木科，都含有丰富的菊粉一些常见植物中的菊粉含 量见表1[1-2]表 1 一些常见植物中的菊粉含量 Table 1 The content of inulin in some plants 植物名称菊粉含量/%植物名称菊粉含量/%小麦1~4菊苣13-20洋葱2~ 6婆 罗门参15 -20韭葱10 ~ 15菊芋15 -20芦笋10 ~ 15大丽花块茎15 -20大蒜 15-25 天冬 10-151菊粉的性质1.1物理性质从菊芋中提取的菊粉是一种不同聚合度低聚糖的混合物干燥菊粉为白色无定形、 易吸湿的粉末，比重1.35，平均分子量约1600 Da[3]它在水中的溶解度因温度 不同而不同，在 10°C约 6 g/ ( 100 mL H2O )，而 90°C时约 35 g/ ( 100 mL H2O )在正常条件下菊粉易分散于水中由于吸水性强，易于结块在菊糖中 混入砂糖或淀粉，可使菊粉速溶化，从而改善它的分散性菊粉结合水的能力约为 2:1，在溶液中菊粉可降低水的冰点，提高水的沸点。

由于含有少量单糖及双糖， 菊粉往往稍微带点甜味1.2菊粉的凝胶性质不同浓度的菊粉水溶液其黏度也不同，当菊粉含量增加时黏度逐渐增大，浓度与黏 度的关系可参见表2[4]表2菊糖在水中的黏度Table 2 The viscosity of inulin solution水中菊糖/%黏 度(11°C)/ (mPa-s) 21.2541.3561.7081.8025 8.030 25.035 99.6 由表2可见浓度为1% ~ 8%时起黏度逐渐增加，当达到25% ~ 30%时，黏度增加 较快，渐渐变稠但未出现凝胶，如果溶液中菊粉浓度达到30%，菊糖与水结合开 始凝胶在此浓度下冷却约30 min ~ 60 min就会形成凝胶，随着水中菊粉浓度 增加，凝胶形成时间加快，当溶液中菊粉浓度40%~45%时几乎立刻形成凝胶 菊粉凝胶像奶油般柔滑，与脂肪十分相似菊粉浓度继续增加至50%，此时凝胶 将变得十分坚实，但仍具有脂肪似的感觉，菊粉浓度是影响其凝胶强度的重要因子 菊粉凝胶属热可逆凝胶即受热液化，冷却后又恢复凝胶状态菊粉凝胶的形成以及 特性受到加热温度、菊粉浓度、溶液pH以及所添加的有机溶剂种类（如乙醇或甘 油）等因素影响［5］。

凝胶形成所需最小菊粉浓度随着加热温度的升高而提高，而 温度过高（＞80OC ）将导致菊粉水解凝胶形成还与菊粉聚合度以及菊粉颗粒大 小有关，聚合度越高，凝胶形成的最小浓度越低因此，控制菊粉低水解度以及菊 粉浓度对凝胶形成具有重要作用与剪切作用相比较，加热/冷却所形成的菊粉凝 胶具有强度大、质构柔滑、微粒均一细腻等特点另外，通过添加晶种可以使菊粉 凝胶达到最大强度，当菊粉溶液温度升高至菊粉微粒完全水合，在冷却过程中加入 晶种，同时进行剪切处理，所形成的菊粉凝胶质构紧密，口感良好1.3菊粉的水解产物菊粉溶液可被菊粉酶（inulinase ）或酸水解成短链的物质，最终可生成类似高果 玉米糖浆（HFCS ）的果糖糖浆，但酸水解菊粉时容易产生大量副产物菊糖在 pH很低（〈3.0）、温度很高的情况下保持一定的时间可能发生水解，但必须有 可供利用的〃自由水”，因此凝胶状态的菊粉即使在酸性环境或高温下，如果没有 可利用的水将仍是稳定的2菊粉的制取工业上菊粉主要从菊芋（Jerusalem artichoke ）或菊苣（Chicory ）块茎中提取 这两种植物来源丰富，菊粉含量高，占其块茎干重的70%以上菊芋中提取菊粉 的工艺包括提取、纯化和干燥等3个基本过程。

杨振等以新鲜菊芋为原料，采用 热水浸提法提取菊粉，在提取温度68°C,提取时间70 min，料液比1:21，提取 次数2次的条件下，菊粉提取率可达到16.04%[6]吴洪新等以普那菊苣干粉为 原料提取菊粉，在温度85C，固液比为1:30，提取时间60 min，菊粉提取率可 达58.58%[7]也有采用超声波辅助提取的方法，利用高密度和高频的声波促进有 效成分的溶出，提高了浸取速率菊粉的纯化在菊粉制取过程中是一个重要的课题，经过热水浸提得到的提取液中含 有蛋白质、色素、果胶、有机酸等杂质，使颜色混浊，如不经纯化则制得菊粉颜色 深、易结块通常采用的方法是石灰乳-磷酸先进行预处理除杂，再采用活性炭法、 H2O2法和树脂法脱色，吴洪新等采用70C~80°C用石灰乳脱蛋白，并采用活性 碳脱色，脱色率为69.13%，菊粉损失率为7.93%[7]3菊粉的生理功能菊粉由于其特殊的结构，对人体具有很重要的生理功能3.1菊粉膳食纤维的作用[7-8]3.1.1热量低，可预防肥胖菊粉是可溶性膳食纤维，在口腔、胃和小肠内不能被消化吸收，只能被肠道某些有 益菌（双歧杆菌等）完全发酵降解，产生短链脂肪酸（乙酸、丙酸和丁酸）和乳酸， 产生热量值小于1.5 kcal/g[8-9]。

菊粉在胃中吸水膨胀形成高黏度胶体，使人不易产生饥饿感并能延长胃的排空时间， 从而减少食物摄入量，在小肠内还可与蛋白质、脂肪等物质形成复合物，抑制此类 物质的吸收，达到减肥目的3.1.2调节血糖，不引起血糖波动菊粉通过人体口腔、胃及小肠过程中基本上不分解、不吸收，因而不会影响血液中 血糖水平和胰岛素含量，且菊粉能延长胃的排空时间或缩短肠运输时间；产生丙酸 盐能抑制糖异生，减少血浆游离脂肪酸水平，促使胰岛素抗性增强［10］3.1.3降血脂，预防心脑血管疾病大量试验证实，菊粉能降低血清总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇，提高高密度脂蛋 白/低密度脂蛋白比率，改善血脂状况如用饱和脂肪喂养的白鼠在食用菊苣根一 段时间后，血液和肝脏中的甘油三酯含量显著降低［11］3.2具有益生素作用3.2.1改善肠道功能，预防便秘和腹泻菊粉能在人的结肠中发酵可使双歧杆菌增殖8倍~10倍，从而抑制有害菌生长 同时，菊粉中含有的长链聚合物不被消化，可保持肠道内水分不被过分吸收，增加 排便次数和质量，对便秘，滥用抗生素造成的腹泻有显著的改善作用［12］3.2.2抑制有害发酵产物，预防结肠癌食物经消化吸收后所剩残渣到达结肠，在肠道腐败菌（大肠杆菌、梭状芽孢杆菌等）的 作用下可产生许多有毒代谢产物，如氨（肝毒素）、亚硝胺（致癌物）、苯酚与甲 苯酚（促癌物）、次级胆汁酸（结肠癌促进物）等。

摄入菊粉后能显著增加双歧杆 菌的生长，抑制腐败菌生长，减少有毒产物的生成，并且对有毒发酵产物具有吸附 螯合作用，清除腐败产物和细菌毒素，从而减轻肝脏负担促进营养合成另外菊粉 代谢产生的短链脂肪酸可降低肠道pH，抑制腐败菌的生长，增加排便次数和质量， 加速致癌物的排泄，有利于预防结肠癌［13-14］3.3促进矿物质的吸收和维生素的合成菊粉能大大提高Ca2+, Mg2+, Zn2+, Cu2+和Fe2+等矿物质的吸收，这是 因为菊粉在发酵中被降解，其产生的短链脂肪酸使肠道内部的pH降低1~2个单 位，增加了金属离子溶解度，并促进了被动扩散使更多金属离子进入肠细胞［15］ 菊糖分解的短链脂肪酸还可刺激结肠粘膜生长，从而增大吸收面积此外，菊粉的 代谢产物可促进B族维生素及叶酸的合成，提高机体的新陈代谢，提高免疫力和 抗病力3.4预防癌症作用菊粉具有潜在预防癌症作用，其作用源于发酵后产生短链脂肪酸，特别是丁酸和高 浓度钙、镁离子对细胞增殖抑制作用一些研究发现，丁酸在结肠粘膜的上皮吸收 代谢，可促进肠上皮增生使柱状细胞和杯状细胞更生，杯状细胞黏液增多，维持结 肠及全肠道粘膜完整性，使损伤上皮DNA修复，抑制多种肿瘤细胞生长、诱导细 胞分化；同时丁酸钠还能通过许多途径诱导癌细胞发生凋亡，具有显著抗癌作用。

此外，菊粉能在肠道中富集钙、镁离子，致使这些阳离子浓度升高，控制癌细胞增 殖率［16-17］4菊粉的开发利用近年来，菊粉的开发利用受到国际食品界的高度重视，并在乳制品、饮料、焙烤食 品、低脂低热食品、保健食品等领域成功应用4.1高果糖浆的生产利用传统方法从玉米淀粉生产42%高果糖浆至少通过三步反应得到：a -淀粉酶的 液化、糖化酶的糖化和葡萄糖异构酶的异构化42%高果糖浆经过色谱分离纯化 得到90%高果糖浆，将42%高果糖浆和90%高果糖浆混合、蒸发、离子交换得到 55%高果糖浆整个生产过程步骤繁琐，且果糖的得率低［18］日本、苏联曾经报 道过用酸水解菊粉制取果糖，即在菊粉溶液中加入浓盐酸，在高温（100°C左右） 的条件下水解，再进行分离纯化得到高果糖浆，我国周永国、林影等曾对此法进行 过研究［19-20］酸法水解产量较高，但色素重，无机离子含量高，脱色素和无机 离子使得生产成本增加80年代，加拿大、法国、比利时、荷兰等国的科学家开 始了用微生物酶水解菊粉制取果糖的研究，即将菊粉水解酶加入菊粉溶液，在一定 条件下反应，就可得到高果糖浆，果糖的得率可达90%以上与淀粉转化法和酸法相比，用菊粉酶法制取果糖具有转化过程简单，仅需一种酶即可的优点，而且产 物较单一，果糖纯度高。

王建华等利用克鲁霉酵母菊粉酶一步法制取高果糖浆，菊 糖浓度15%，酶添加量22 Wg,50°C作用6 h~ 36h底物水解率＞95%、水解 产物中果糖占＞95%，葡萄糖＜ 5%，不含其它糖［21］4.2生产低聚果糖由于低聚果糖的保健特性，以及菊粉结构的特点，国内夕卜对应用内切菊粉酶水解菊 粉生产低聚果糖的研究也日益增多Penicillium purpurogenum内切菊粉酶［22］, 水解菊粉产物以F3、F4、F5、F6为主，水解率为32%Penicillium sp.TN- 88［23］内切菊粉酶水解菊粉24h前产物以F2、F3、F4为主，水解率50% , 72 h 水解率达70%，产物以三糖为主Steptomyces rochi E87［24］内切菊粉酶水解 初期以四糖为主，24 h后水解终产物为三糖，产率为71%Xanthomonas sp.fi 切菊粉酶水解菊粉，在pH 7时达到最高转化率93%，水解产物主要是DP 5或 DP ＞ 5的低聚糖［25］固定化内切菊粉酶在最佳条件：底物浓度50 g/L,反应液 流速12 mL/h，在55C下运转15 d，低聚果糖产率达到83%4.3发酵生产酒精用K.fragilis或K.marx。