菊粉的研究进展

朱广文等

摘要：菊粉（inulin）是一种天然的功能性食品配料，由β-（2→1）糖苷键连接而成的，它能明显改善食品的感官特性，已经在欧美国家得到广泛的应用。本文综述了菊粉的生物来源、理化性质和生理功能，并对其在食品上的应用及发展前景做了分析。

关键词：菊粉 化学结构 理化性质 应用

1 菊粉的生物来源

菊粉（inulin），又称菊糖，土木香粉，是一种不能被人体消化吸收的碳水化合物，它是一种果聚糖。天然的菊粉中含有葡萄糖、果糖、蔗糖及寡聚糖[1，2]。菊粉主要来源是植物，同时也存在于海藻、真菌及细菌内，其中菊科、龙胆科、百合科等都含有丰富的菊粉[3]。微生物来源的菊粉主要存在于霉菌和细菌中，如单假胞类、肠细菌类、链状球菌类、放线菌类、芽胞杆菌类以及乳酸菌类等细菌中都还含有菊粉[4]。

2 菊粉的化学结构

从结构的观点看，可以认为（线型）菊粉是由聚氧乙烯构成的骨架，骨架上附着有果糖部分。菊粉的结晶沿着假六角形的六倍对称体，每0.24nm上升一个单体。此外，菊粉有两种晶形的同质异晶体：半含水的及含水的。

3 菊粉的理化性质

3.1 水溶性及甜度 聚合度和温度在一定程度上影响着菊粉的溶解度，在10℃时普通菊粉的溶解度为6%，90℃时其溶解度达到33%，可见随着温度的升高菊粉的溶解度明显增大。菊粉的聚合度在同时影响着其甜度。其中，单糖和双糖在短链菊粉含量较多，在甜度方面相当于蔗糖的30～50%；一般菊粉甜度只有蔗糖的10%，略有甜味；长链菊粉基本没有甜味。

3.2 溶液粘度及凝胶强度 随着菊粉溶液含量的增加其粘度不断增大，但是随着温度的升高而逐渐降低。高浓度条件下，菊粉具有凝胶的特性并且在剪切后形成细小的凝胶性质，凝胶的强度除取决于菊粉的浓度外，还取决于：①菊糖链长分布，当聚合度增加时可减少形成胶体所需的菊糖浓度；②菊糖颗粒大小影响胶体强度；③制备方法；④温度；⑤搅拌的作用力；⑥其它亲水胶体的影响。

3.3 稳定性及保湿性 在热稳定性方面菊粉比较强，即使在100℃下也不分解，但是在强酸且高温的条件下发生水解。菊粉吸湿性强，具有结合自由水的能力，进而降低水分活度。

4 提取菊粉的方法

菊粉的提取方法主要有两种：水热法和微波法。其中水热法一种常规的方法，微波法是最近开发出的新方法，但其工艺过程还不是很成熟。

4.1 水热法 水热法提取的流程：①粗提：提取和纯化不纯的浆状物；②精制：进一步处理提取液中的蛋白质、果胶、色素等成分，使其纯度>99.5%。

4.2 微波法 在加热容器放置100g洗净、切成小块的菊芋，并加入100g水，放入700W，2450MHz微波发生器中进行加热，通过借助榨汁机榨汁取得菊芋浸出液，加入石灰乳，调节其碱性，减压过滤，除去杂质，通过离子交换树脂除去金属离子，并进行脱色，然后浓缩即可[5]。

5 菊粉的功能

菊粉具有膳食纤维和双歧因子的功效。试验已经证明，菊粉在动物和志愿者身上已经体现了数方面有意义的营养特性。其明显的特性有以下七点：

5.1 不可消化性和低热量值 由于菊粉具有特定的化学结构，导致菊粉只能被结肠内的有益菌发酵和降解，产生热量值小于6.28kJ/g，与单糖组分相比，菊粉的不可消化性决定了它的热量值较小。

5.2 脂代谢的改善 经人体试验证明，菊粉能调控脂肪代谢。作为一种膳食纤维，菊粉通过吸收肠内脂肪形成脂肪-纤维复合物，最后随粪便一起排出，在一定程度上降低了血脂水平。菊粉在肠道菌群的发酵过程中产生短链脂肪酸（shortchainfattyacids，SCFA），短链脂肪酸由肠道上皮细胞吸收进入血液，可以为机体提供能量和调节新陈代谢。

5.3 影响消化道功能 菊粉作为膳食纤维，不能通过人体内的消化酶进行水解，并且会对肠道造成纤维性影响，如降低肠道内pH、缓解便秘并增加大便量及頻率（膨胀性效应）。这种膨胀性效应与其他可溶性纤维，如胶质和瓜尔胶引起的相似[6]。

5.4 肠道微生态的调节 受不可消化性的影响，菊粉到达结肠内，由于结肠缺乏能量，在碳水化合物的作用下，进而影响微生物菌群的组成和代谢活性。菊粉有选择性地刺激肠道有益菌主要是双歧杆菌的生长和代谢活性，而对有害菌（如梭菌）有抑制作用，纯种培养试验证明了菊粉能被双歧杆菌选择性发酵[7]。

5.5 不引起血糖波动，适宜于糖尿病人食用 20世纪初，糖尿病人就将菊粉作为一种食品，但至今为止菊粉降低血糖水平的机理仍有待于进一步研究。Kim和Shin使用含10mmol/L葡萄糖和10g/L菊粉的等渗电解液（pH值7.4）对大鼠进行灌肠（30min）实验，结果表明灌注液中菊粉能明显抑制空肠或回肠对葡萄糖的吸收，并且指出可能原因是菊粉粘度提高，导致肠黏膜厚度增加，葡萄糖的吸收量降低[8]。

5.6 降低癌症危险 实践证明，菊粉具有化学抑制作用。在一定程度上，菊粉阻止由化学作用所致的老鼠结肠癌症前期损伤的形成，进而推迟癌症发生的起始时间，同时，长链菊粉能够更有效地抑制结肠的损伤形成。这种效果可能是由于长链菊粉分子的酵解缓慢，促进了末梢结肠的细菌活性。当菊粉和双歧杆菌同时存在时，可以观察到它们的协同作用[9]。

5.7 促进矿物质的吸收 通常情况下，菊粉能够促进肠道对矿物质的吸收。很多文献都报道，小鼠摄食菊粉可促进Ca2+的吸收，在有些情况下也可促进镁等矿物元素的吸收。任何菊粉-矿物质复合物在肠道菌群的发酵过程中均被降解，释放出矿物元素，使它们更有利于肠道吸收。

6 在食品中的应用及前景

菊粉作为一种纤维成分直接使用，通常可带来口感和质地的改善。由于其具有可溶性，使得纤维能够掺入水系统如饮料、奶制品及涂抹食品中。菊粉作为一种益生原成分可以促进肠道有益菌的生长。同时，长链菊粉溶解度相对较小，在水中能形成不易觉察的微晶体。这些微晶体之间相互作用可形成一种平滑的乳脂状的结构，口感类似脂肪[10]，因此可以开发为低脂肪食品，也可进一步用于膳食替代品、肉制品、沙司中，可以制得脂肪含量较少的肉制品如香肠、肉酱和其他以肉为主的涂抹食品，由于此类产品的水固性，所以多汁的口感更强，而且稳定性更好[11]。

菊粉，尤其是长链菊粉，它的凝胶性能甚至能够代替（或者部分取代）凝胶、淀粉、麦芽糊精、酪蛋白酸盐及其他的一些稳定剂。

菊粉另外一个应用是，即作为低热量的组分与多元醇一起大量地加入巧克力中，不是为了减少脂肪含量，而是代替糖，菊粉已经给食品工业为将来寻求均衡及口味更好的产品提供了新的可能[12]。

从应用的角度看，菊粉作为二十一世纪的天然食品配料，其前景非常广泛。

参考文献：

[1]S.De贝尔斯E.J.旺达姆A.斯泰因比歇尔生物高分子第六卷多糖Ⅱ——真核生物多糖[M].北京：化学工业出版社.2004：398-

424.

[2]陳晓明，金征宇.菊粉降解生产低聚果糖[J].饲料工业，200021（11）：29-31.

[3]魏凌云，王建华，郑晓冬，杨雅.麟菊粉研究的回顾与展望[J].食品与发酵工业，2005（07）：82-84.

[4]郑建仙.功能性低聚糖[M].北京：化学工业出版社，200457-103.

[5]王启为.用微波法提取菊芋中的聚糖[J].宁夏大学学报（自然科学版），2002，23（4）：351-352

[6]林晨，顾宪红，张名涛.新型绿色食品和饲料添加剂—菊粉[J].兽药与饲料添加剂.2005（1）：12-14.

[7]周延州，陈安国.菊粉资源的开发及应用[J].饲料工业，2005年第26卷第1期：49-51.

[8]KimM，ShinHK.Thewater-solubleextractofchicoryreduce-

sglucoseuptakefromthepefrusedjejunuminrats[J].JNutrition，1996，

126：2236-2242.

[9]张名涛，顾宪红，杨琳.菊粉的原生素作用研究进展[J].动物营养学报，2003年第15卷4期12-18.

[10]孙艳波，颜敏茹，徐亚麦.菊粉的生理功能及其在乳制品中的应用[J].中国乳品工业，2005年08期：43-44.

[11]屠用利.菊糖的功能与应用[J].食品工业，1997（4）：45-46.

[12]饶志娟，郑建仙，贾呈祥.功能性食品基料—菊粉的研究进展[J].中国甜菜糖业，2002（4）：27-30.