菊粉果聚糖的保健功能及应用价值

陈兴都,陈庆安,翟丹云,赵莉莉,丁心顺,董延虎

(甘肃省商业科技研究所有限公司,甘肃 兰州 730010)

菊粉果聚糖又称菊糖,为白色无定型粉末,是一种水溶性的储备多糖,也是自然界广泛存在的一种果聚糖,属于一种非消化性碳水化合物[1-2]。菊苣和菊芋块根被认为是菊粉的最丰富来源[3]。据SHOAIB M等[4-5]的研究,菊粉能改进产品的感官特性,提升产品的味道和口感,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,以达到改善健康和营养保健作用。

线型果聚糖是由D-呋喃果糖分子以β-(2.1)糖苷键连接而成的,末端连有葡萄糖残基,其结构简式为GFn,聚合度在2～60之间,平均聚合度为30,聚合度＜10则为低聚果糖。果聚糖中还存在少量末端不含葡萄糖残基的果聚糖,这种结构简式为Fm[1,6]。

本文对近年来菊粉果聚糖的生理功效和产品应用的国内外研究进展进行综述,利用其理化特性,除开发出一些促消化、降脂糖、增免疫等功能食品,还应该研究适用于婴幼儿和老年人专用的配方产品,以及利于术后病人尽快恢复或术中保持体能精力的特殊食品,提高其应用价值,提升市场竞争力,带动菊粉果聚糖产业转型升级。

1 理化性质

1.1 甜度

菊粉果聚糖的甜度主要受其聚合度(degree of polymerization,DP)影响,一般菊粉甜味很淡,仅为蔗糖的1/10,短链菊粉(DP＜30)的甜度为蔗糖的30%左右,长链菊粉(DP＞30)则无甜味。此外还与其纯度有关,纯度为95%的菊粉低聚果糖,其甜度约为相同纯度蔗糖的30%～40%,且味觉更清爽,无后味[7]。

1.2 溶解性

菊粉果聚糖的溶解度与温度和聚合度有关。菊粉果聚糖易溶于热水,微溶于冷水,长链菊粉溶解性比短链菊粉差。分子构象也会影响到溶解性,如在三种分子构象α、β和γ中,40 ℃条件下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异构糖,其黏度与温度成负相关,黏度随温度上升而降低；但与浓度呈正相关,随溶液浓度增加而增大。当菊糖含量为10%～30%,黏度增加但不出现凝胶,当菊糖含量达到30%时,立即与水结合形成凝胶。一般地,菊糖含量越高,形成凝胶越快[1,11]。

1.4 保湿性

菊粉果聚糖有较强的吸湿性,与山梨醇、饴糖相似。菊粉果聚糖能结合食品中的自由水,有利于降低水分活度。菊粉果聚糖的吸湿性可用于延缓食品加工中的水分蒸发,延长食品货架保质期[12]。

1.5 稳定性

菊粉果聚糖的稳定性受温度和pH值的影响较大,在中性条件下稳定性较好,在酸性条件下稳定性明显降低；菊粉果聚糖也具有较强的热稳定性,在100℃条件下加热也不分解,但在pH为3时,温度达到70℃以后,菊粉果聚糖极易分解[13-14]。

1.6 热值低

菊粉果聚糖的热值很低,约为6.3 kJ,不到蔗糖热值的1/3,是脂肪热值的1/6,而且在消化道中很难被分解,因而人体消化吸收率相当低[15]。

2 生理功能

2.1 调节血糖代谢

作为天然的可溶性膳食纤维之一,菊粉果聚糖在机体内既能延长碳水化合物的供能时间又可维持血糖水平,有助于减少对胰岛素的依赖,控制血糖代谢。因此,摄入菊粉果聚糖后不会影响血糖水平,菊糖分解后产生的脂肪酸因促进肝糖元合成而降低血糖浓度,维持体内血糖平衡[16-17]。PANTOPHLET A J等[18]研究荷斯坦小牛在泌乳、断奶和饲喂菊粉果聚糖三个阶段,小牛体内胰岛素敏感性下降了75%,断奶或添加菊粉果聚糖喂养不会影响胰岛素敏感性变化,而体内葡萄糖平衡不受菊粉果聚糖添加的影响。

2.2 降脂降压功效

菊粉果聚糖可有效降低低密度脂蛋白和血清总胆固醇,提高高密度脂蛋白与低密度脂蛋白比率,改善血脂代谢。菊粉果聚糖通过肠内细菌发酵产生丙酸,抑制胆固醇的合成,促使胆固醇转化成胆汁酸而排出,因而能够使血脂维持在较低水平。曲丹等[19]研究菊粉低聚果糖对高血压早期人群的血压和血脂的影响,发现菊粉果聚糖对收缩压和舒张压都有改善,而且以收缩压下降为主。当然对血脂具有明显的调节作用,能够降低甘油三酯和胆固醇水平。

2.3 促进矿物质吸收

菊粉果聚糖摄入后,在肠道中微生物的作用下发酵生成乳酸和短链脂肪酸,这些有机酸与金属离子螯合,促进金属离子吸收和在骨骼中沉积[20]。菊粉矿物质在发酵过程中降解,释放出矿物离子被人体吸收,还可以降低β-葡萄糖苷酶的活性,有利于肠内吲哚、亚哨基胺等致癌有毒有害物的排放[21]。

2.4 调节体内菌群平衡

服用菊粉后直接被大肠内的双歧杆菌吸收利用并迅速繁殖,同时产生乳酸、乙酸等有机酸。这些酸性物质可使肠内pH值下降,从而抑制腐败菌的生长,改善肠道环境。SASAJIMA N等[22]在研究益生菌能否对肠道微生物群产生影响并以此来抑制特异性皮肤炎症时发现,双歧杆菌是小鼠肠道中最主要的益生菌,通过补充菊粉果聚糖能使益生菌增殖,而且菊粉果聚糖的摄入可以减少2,4二硝基氟苯诱导接触超敏反应。VALDÉSVARELA L等[23]用两种菊粉果聚糖来研究对鸡小肠内微生物活性的影响程度。通过分析比较盲肠消化道的pH值、短链脂肪酸、组织胺的浓度、葡萄糖苷酶的活性以及所选细菌的相对数量等数据,显示菊粉果聚糖并没有改变幼雏大肠的微生物活动。

2.5 增强机体免疫力

菊粉果聚糖促使双歧杆菌增殖,产生大量免疫物质,大量的双歧杆菌还能对肠道免疫细胞产生强烈的刺激,增加抗体细胞的数量,激活巨噬细胞的活性,强化人体免疫体系。菊粉果聚糖的原生素作用使大肠中有益菌大量增殖,结果促使肠黏膜上构成一道免疫屏障[24-25]。双歧杆菌在肠道内能增加B族维生素的合成量,提高人体免疫机能。另外益生菌代谢产物的增多及有害物质的减少有益于增强机体的体液免疫和细胞免疫。SHOAIB M等[4]发现菊粉果聚糖具有调整肠胃功能和对肠并发症有预防作用。菊粉果聚糖可增强矿物质的吸收,刺激免疫系统发挥作用。HIJOVÁE等[26]研究了食用菊粉果聚糖对β-葡萄糖代谢活动的影响,利用硫酸葡聚糖钠在结肠组织和血液中引发大鼠急性结肠炎,再用食用菊粉果聚糖来进行预防并治疗急性结肠炎,取得了较好的效果。

3 开发应用

3.1 乳酪制品

菊粉果聚糖是一种功效显著的双歧杆菌增殖因子,作为配方奶粉、酸奶、含乳饮料、液态奶的配料,添加菊粉果聚糖能将人体钙质的转化率提高至20%以上,提高低脂乳制品的口感,增加产品中膳食纤维的含量[27-28]。VANDENPLASY等[29]基于母乳喂养婴儿的胃肠道微生物群与标准配方奶喂养婴儿的不同,将具有不同的益生菌效果的半乳寡糖、果聚寡糖、葡聚寡糖添加到婴儿配方奶中,可以提高配方奶的消化吸收率,促进婴幼儿健康成长。

3.2 肉蛋制品

向肉蛋制品添加菊粉果聚糖作为食品配料和载体,改善产品质构,提高产品品质,如畜禽肉类罐头、火腿、香肠、午餐肉、营养蛋黄酱等。SOBOLEWSKA S等[30]向热处理的新鲜牛羊肉中添加菊粉果聚糖,通过比较肉类样品的pH值、导电性和色度等指标,得出不同聚合程度的菊粉产品对于肉类品质改善有良好效果。

3.3 饮料产品

植物蛋白饮料、果蔬汁饮料、功能性饮料、酒精饮料等添加菊粉果聚糖后,不但能保持其良好风味,降低热值,还可有效改善饮料的感官特性和营养功能[31]。殷洪等[32]将菊粉果聚糖分别加入椰子汁、杏仁露、花生奶茶、核桃乳、风味豆奶和杏仁乳等植物蛋白饮料中,添加量1.5%～3.0%,可促进肠道内双歧杆菌增殖,增强血液循环,掩盖果蔬本身豆腥、苦涩味,提高了产品的适口性和柔和感。

3.4 脂肪制品

菊粉果聚糖作为一种优质的脂肪替代物,增强产品的乳脂感,可广泛应用于低脂奶油、糖果、冰淇淋、巧克力以及低脂低能量食品的生产,菊粉果聚糖可替代近一半的脂肪,与水结合形成一种奶油状结构,提供食品光滑的口感、饱满的后味及丰富的营养[33-34]。RODRIGUEZ FURLÁN L T等[35]向巧克力添加菊糖作为一种表面活性剂或稳定剂,研究菊糖对复合巧克力品质的影响,结果显示在高温下巧克力的抗裂性和抗热性能有所改善,而且降解过程保持良好的稳定性。

3.5 谷物杂粮食品

菊粉果聚糖的热值低、热稳定性好,且有抑制淀粉老化等性质,将菊粉果聚糖添加至馒头、面条、蛋糕、饼干、面包中,能增加面团的弹性和韧性,使产品酥脆,用于开发小杂粮食品,增加其稳定性,保持产品特性,稳定产品质构,改善产品风味[36-37]。LIU J等[38-39]研究发现,小麦粉中添加菊粉果聚糖能够明显改善面粉粉质特性和拉伸特性。随着菊粉果聚糖添加量的增大,面团吸水率逐渐下降,面团形成和稳定时间延长,弹性和延展性也相应提高。ZBIKOWSKAA等[40]通过向脂肪海绵蛋糕产品中加入菊粉果聚糖来降低脂肪用量,通常情况下脂肪中反式脂肪酸(trans-fattyacids,TFA)含量较高,与含TFA的脂肪相比,含菊粉果聚糖的脂肪替代品对产品品质性能变化的影响更小。

3.6 保健食品

菊粉果聚糖以原辅料或者功效载体用于功能性食品中,如肥胖、糖尿病、便秘等保健食品,具有降血脂、促进矿物质吸收、改善肠道菌群等功能[41]。严锐[42]通过追踪不同剂量菊粉果聚糖对腹型肥胖、高脂血症、高血糖或糖尿病及高血压等代谢综合征患者的体征指数变化发现,菊粉果聚糖可调节代谢综合征肥胖患者的血糖、血脂水平,对降低心血管疾病风险有一定辅助作用。

3.7 饲料产品

菊粉果聚糖可作为添加剂加入到动物饲料中,调节动物胃肠道微生态平衡,促进双歧杆菌的增殖。还能增大饲料吸收率,提高动物自身的免疫功能。GRELAE R等[43]研究菊粉果聚糖对猪仔的血浆脂质和免疫蛋白浓度的影响。在饮食添加2%的菊粉果聚糖,通过监测猪仔的体重、饲料摄入、腹泻发病率和死亡率,结果显示,添加菊粉果聚糖可明显降低了总胆固醇水平,改善动物健康状况,降低死亡率。

4 展望

菊粉果聚糖作为一种天然功能性食品配料,在理论研究与生产应用方面已经取得一些成果,但对果聚糖减肥美白、治疗癌症的功能性验证以及果聚糖分子进入机体的代谢机制还需进一步深化研究。当然在菊粉果聚糖加快品质改良和营养保健方面新产品技术成果转化,也是面临解决的问题。

随着我国菊粉果聚糖的营养与功能研究和开发更加深入,应用领域的不断扩大和产量的稳步增长,产业体系将更加完善。可以预计,我国作为菊粉果聚糖生产大国,伴随产学研一体化的科技推动,菊粉果聚糖将会迎来良好的发展前景。

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