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,為白色無定型粉末,是一種水溶性的儲備多糖,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為是菊粉的最豐富來源[3]。據(jù)SHOAIB M等[4-5]的研究,菊粉能改進產(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,以達到改善健康和營養(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,其結構簡式為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,這種結構簡式為Fm[1,6]。

本文對近年來菊粉果聚糖的生理功效和產(chǎn)品應用的國內(nèi)外研究進展進行綜述,利用其理化特性,除開發(fā)出一些促消化、降脂糖、增免疫等功能食品,還應該研究適用于嬰幼兒和老年人專用的配方產(chǎn)品,以及利于術后病人盡快恢復或術中保持體能精力的特殊食品,提高其應用價值,提升市場競爭力,帶動菊粉果聚糖產(chǎn)業(yè)轉型升級。

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,長鏈菊粉(DP＞30)則無甜味。此外還與其純度有關,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%,且味覺更清爽,無后味[7]。

1.2 溶解性

菊粉果聚糖的溶解度與溫度和聚合度有關。菊粉果聚糖易溶于熱水,微溶于冷水,長鏈菊粉溶解性比短鏈菊粉差。分子構象也會影響到溶解性,如在三種分子構象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糖,其黏度與溫度成負相關,黏度隨溫度上升而降低；但與濃度呈正相關,隨溶液濃度增加而增大。當菊糖含量為10%～30%,黏度增加但不出現(xiàn)凝膠,當菊糖含量達到30%時,立即與水結合形成凝膠。一般地,菊糖含量越高,形成凝膠越快[1,11]。

1.4 保濕性

菊粉果聚糖有較強的吸濕性,與山梨醇、飴糖相似。菊粉果聚糖能結合食品中的自由水,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的熱穩(wěn)定性,在100℃條件下加熱也不分解,但在pH為3時,溫度達到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?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,菊粉果聚糖在機體內(nèi)既能延長碳水化合物的供能時間又可維持血糖水平,有助于減少對胰島素的依賴,控制血糖代謝。因此,攝入菊粉果聚糖后不會影響血糖水平,菊糖分解后產(chǎn)生的脂肪酸因促進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。菊粉果聚糖通過腸內(nèi)細菌發(fā)酵產(chǎn)生丙酸,抑制膽固醇的合成,促使膽固醇轉化成膽汁酸而排出,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)菊粉果聚糖對收縮壓和舒張壓都有改善,而且以收縮壓下降為主。當然對血脂具有明顯的調(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,這些有機酸與金屬離子螯合,促進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,同時產(chǎn)生乳酸、乙酸等有機酸。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,改善腸道環(huán)境。SASAJIMA N等[22]在研究益生菌能否對腸道微生物群產(chǎn)生影響并以此來抑制特異性皮膚炎癥時發(fā)現(xiàn),雙歧桿菌是小鼠腸道中最主要的益生菌,通過補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接觸超敏反應。VALDéSVARELA L等[23]用兩種菊粉果聚糖來研究對雞小腸內(nèi)微生物活性的影響程度。通過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菌的相對數(shù)量等數(shù)據(jù),顯示菊粉果聚糖并沒有改變幼雛大腸的微生物活動。

2.5 增強機體免疫力

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腸道免疫細胞產(chǎn)生強烈的刺激,增加抗體細胞的數(shù)量,激活巨噬細胞的活性,強化人體免疫體系。菊粉果聚糖的原生素作用使大腸中有益菌大量增殖,結果促使腸黏膜上構成一道免疫屏障[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)的減少有益于增強機體的體液免疫和細胞免疫。SHOAIB M等[4]發(fā)現(xiàn)菊粉果聚糖具有調(diào)整腸胃功能和對腸并發(fā)癥有預防作用。菊粉果聚糖可增強礦物質(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β-葡萄糖代謝活動的影響,利用硫酸葡聚糖鈉在結腸組織和血液中引發(fā)大鼠急性結腸炎,再用食用菊粉果聚糖來進行預防并治療急性結腸炎,取得了較好的效果。

3 開發(fā)應用

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準配方奶喂養(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,促進嬰幼兒健康成長。

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,提高產(chǎn)品品質(zhì),如畜禽肉類罐頭、火腿、香腸、午餐肉、營養(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,通過比較肉類樣品的pH值、導電性和色度等指標,得出不同聚合程度的菊粉產(chǎn)品對于肉類品質(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味,降低熱值,還可有效改善飲料的感官特性和營養(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%,可促進腸道內(nèi)雙歧桿菌增殖,增強血液循環(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,增強產(chǎn)品的乳脂感,可廣泛應用于低脂奶油、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,與水結合形成一種奶油狀結構,提供食品光滑的口感、飽滿的后味及豐富的營養(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,研究菊糖對復合巧克力品質(zhì)的影響,結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,能增加面團的彈性和韌性,使產(chǎn)品酥脆,用于開發(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,改善產(chǎn)品風味[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,面團吸水率逐漸下降,面團形成和穩(wěn)定時間延長,彈性和延展性也相應提高。ZBIKOWSKAA等[40]通過向脂肪海綿蛋糕產(chǎn)品中加入菊粉果聚糖來降低脂肪用量,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、促進礦物質(zhì)吸收、改善腸道菌群等功能[41]。嚴銳[42]通過追蹤不同劑量菊粉果聚糖對腹型肥胖、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,對降低心血管疾病風險有一定輔助作用。

3.7 飼料產(chǎn)品

菊粉果聚糖可作為添加劑加入到動物飼料中,調(diào)節(jié)動物胃腸道微生態(tài)平衡,促進雙歧桿菌的增殖。還能增大飼料吸收率,提高動物自身的免疫功能。GRELAE R等[43]研究菊粉果聚糖對豬仔的血漿脂質(zhì)和免疫蛋白濃度的影響。在飲食添加2%的菊粉果聚糖,通過監(jiān)測豬仔的體重、飼料攝入、腹瀉發(fā)病率和死亡率,結果顯示,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)應用方面已經(jīng)取得一些成果,但對果聚糖減肥美白、治療癌癥的功能性驗證以及果聚糖分子進入機體的代謝機制還需進一步深化研究。當然在菊粉果聚糖加快品質(zhì)改良和營養(yǎng)保健方面新產(chǎn)品技術成果轉化,也是面臨解決的問題。

隨著我國菊粉果聚糖的營養(yǎng)與功能研究和開發(fā)更加深入,應用領域的不斷擴大和產(chǎn)量的穩(wěn)步增長,產(chǎn)業(yè)體系將更加完善?？梢灶A計,我國作為菊粉果聚糖生產(chǎn)大國,伴隨產(chǎn)學研一體化的科技推動,菊粉果聚糖將會迎來良好的發(fā)展前景。

[1]任妍娜.菊芋菊粉制取工藝優(yōu)化及菊粉凝膠性質(zhì)的研究[D].武漢:武漢工業(yè)學院,2011.

[2]彭英云,鄭 清,張 濤.菊粉的功能與利用[J].食品研究與開發(fā),2012,33(10):236-240.

[3]羅 燕,白史且,彭 燕,等.菊苣種質(zhì)資源研究進展[J].草業(yè)科學,2010,27(3):123-132.

[4]SHOAIB M,SHEHZAD A,OMAR M,et al.Inulin:properties,health benefits and food applications[J].Carbohydr Polym,2016,144(4):444-454.

[5]楊正梅,卜友泉,何瑞國.低聚果糖的生物學效應及其安全性研究進展[J].生命科學研究,2004,8(4):122-126.

[6]董 全,丁紅梅.菊芋低聚果糖生產(chǎn)及前景展望[J].中國食物與營養(yǎng),2009(4):16-18.

[7]何小維,羅志剛,彭運平.菊苣低聚果糖的研究與開發(fā)[J].食品工業(yè)科技,2006,27(8):183-185.

[8]MOURA FA,MACAGNAN FT,SILVA LP.Oligosaccharide production by hydrolysis of polysaccharides:A review[J].Int J Food Sci Technol,2015,50(2):275-281.

[9]劉宗利,李克文,王京博,等.低聚果糖的理化特性、生理功效及其應用[J].中國食品添加劑,2016(10):211-215.

[10]MORRIS C,MORRIS G A.The effect of inulin and fructo-oligosaccharide supplementation on the textural,rheological and sensory properties of bread and their role in weight management:a review[J].Food Chem,2012,133(2):237-248.

[11]李雨露,劉麗萍,佟麗媛,等.菊粉對低糖低脂酸奶品質(zhì)的影響[J].食品發(fā)酵與工業(yè),2015,41(12):131-134.

[12]劉崇萬,劉世娟,徐振秋,等.菊粉對無糖酥性餅干貨架期的影響[J].食品工業(yè),2016,37(3):74-76.

[13]CLOSAMONASTEROLO R,GISPERTLLAURADO M,LUQUE V,et al.Safety and efficacy of inulin and oligofructose supplementation in infant formula:Results from a randomized clinical trial[J].Clin Nutr,2013,32(6):918-927.

[14]MENSINK M A,FRIJLINK H W,VAN DER VOORT MAARSCHALK K,et al.Inulin,a flexible oligosaccharide I:Review of its physicochemical characteristics[J].Carbohyd Polym,2015,130:405-419.

[15]VALENCIA M S,SALGADO S M,ANDRADE S A C,et al.Development of creamy milk chocolate dessert added with fructo-oligosaccharideandLactobacillusparacaseisubsp.paracaseiLBC81[J].LWT-Food Sci Technol,2016,69(6):104-109.

[16]陳智慧,高錦洪,孫紀錄.雙歧桿菌對糖類的利用和代謝[J].中國釀造,2013,32(1):13-16.

[17]MASSARO A,COLOMBINI M P,RIBECHINI E.Fructose and inulin:Behaviour under analytical pyrolysis[J].J Anal Appl Pyrol,2016,121(7):205-212.

[18]PANTOPHLET A J,GILBERT M S,VAN DEN BORNE J J G C,et al.Insulin sensitivity in calves decreases substantially during the first 3 months of life and is unaffected by weaning or fructo-oligosaccharide supplementation[J].J Dairy Sci,2016,99(9):7602-7611.

[19]曲 丹.低聚果糖對原發(fā)性高血壓作用效果的實驗及臨床試驗研究[D].上海:第二軍醫(yī)大學,2010.

[20]MA Y,GUAN C Y,HUANG G H.Research on biochemical materials for fructo-oligosaccharide to lubricate the intestine and move the bowels[J].Appl Mech Mat,2014,50(4):331-334.

[21]VITALI B,ABRUZZO A,PAROLIN C,et al.Association ofLactobacillus crispatuswith fructo-oligosaccharides and ascorbic acid in hydroxypropyl methylcellulose vaginal insert[J].Carbohyd Polym,2016,136(1):1161-1169.

[22]SASAJIMA N,OGASAWARA T,TAKEMURA N,et al.Role of intestinalBifidobacterium pseudolongumin dietary fructo-oligosaccharide inhibition of 2,4-dinitrofluorobenzene-induced contact hypersensitivity in mice[J].Brit J Nutr,2009,4:539-548.

[23]VALDéSVARELA L,RUASMADIEDO P,GUEIMONDE M.In vitro fermentation of different fructo-oligosaccharides byBifidobacterium strainsfor the selection of synbiotic combinations[J].Int J Food Microbiol,2017,242(2):19-23.

[24]BACHANEK I,BARSZCZ M,TACIAK M,et al.Microbial activity in the large intestine of chicks fed diets with different types and levels of inulin[J].Ann Anim Sci,2016,16(4):1141-1152.

[25]張澤生,張 麗,呂曉玲,等.菊粉低聚果糖與蔗糖低聚果糖對雙歧桿菌體外增殖的研究[J].中國食品添加劑,2016(1):76-80.

[26]HIJOVá E,?OLTéSOVá A,SALAJ R,et al.Use of the prebiotic inulin in the prevention of adverse signs of acute colitis[J].Acta Veterinaria,2015,65(3):339-347.

[27]何 君,韓育梅,劉 敏,等.益生元在發(fā)酵乳中的應用研究進展[J].食品工業(yè)科技,2017,38(8):379-383.

[28]CRISPíN-ISIDRO G,LOBATO-CALLEROS C,ESPINOSA-ANDREWS H,et al.Effect of inulin and agave fructans addition on the rheological,microstructural and sensory properties of reduced-fat stirred yogurt[J].LWT-Food Sci Technol,2015,62(1):438-444.

[29]VANDENPLAS Y,GREEF E D,VEEREMAN G,et al.Prebiotics in infant formula[J].Gut Microbes,2014,5(6):681-687.

[30]SOBOLEWSKA S,GRELA E R.The Effect of inulin extraction method or powder from inulin-producing plants in fattener diets on performance,carcasstraitsandmeatquality[J].Ann Anim Sci,2014,128(3):911-921.

[31]祖 新,劉蘭霞,何 林,等.黑番茄和菊粉營養(yǎng)強化發(fā)酵乳工藝研究[J].中國釀造,2012,31(3):176-178.

[32]殷 洪,林學進.菊粉在植物蛋白飲料中的應用[J].中國食品添加劑,2008(4):116-118.

[33]高 霄,陳 倩,蔣予箭.大豆酸乳發(fā)酵菌種的馴化及營養(yǎng)因子的研究[J].中國釀造,2016,35(2):34-38.

[34]畢云楓,徐琳琳,姜 珊,等.低聚糖在功能性食品中的應用及研究進展[J].糧食與油脂,2017,30(1):5-8.

[35]RODRIGUEZ FURLáN L T,BARACCO Y,LECOT J,et al.Influence of hydrogenated oil as cocoa butter replacers in the development of sugar-free compound chocolates:Use of inulin as stabilizing agent[J].Food Chem,2016,217(9):637-647.

[36]羅登林,趙 影,徐寶成,等.菊粉對香腸質(zhì)構及感官特性的影響[J].食品科學技術學報,2017,35(3):71-77.

[37]胡雅婕,高海燕,孫俊良,等.菊粉特性及其對饅頭品質(zhì)的影響研究[J].食品工業(yè)科技,2016,37(15):60-65.

[38]LIU J,LUO D,LI X,et al.Effects of inulin on the structure and emulsifying properties of protein components in dough[J].Food Chem,2016,210:235-241.

[39]陳書攀,何國慶,謝衛(wèi)忠,等.菊粉對面團流變性及面條質(zhì)構的影響[J].中國食品學報,2014,14(7):170-174.

[40]ZBIKOWSKA A,MARCINIAKLUKASIAK K,KOWALSKA M,et al.Multivariate study of inulin addition on the quality of sponge cakes[J].Polish J Food Nutr Sci,2016,67(3):201-210.

[41]張春紅,黃 建,霍軍生.菊粉的特性及在特殊醫(yī)學用途配方食品中的應用前景[J].中國釀造,2017,36(1):19-23.

[42]嚴 銳.菊粉果聚糖對代謝綜合征患者血脂、血糖影響的臨床觀察[D].蘭州:甘肅中醫(yī)藥大學,2016.

[43]GRELA E R,SOBOLEWSKA S,KOWALCZUKVASILEV E,et al.Effect of dietary inulin source on piglet performance,immunoglobulin concentration,and plasma lipid profile[J].Bull Veter Inst Pul,2014,58(3):453-458.