（农产品加工及贮藏工程专业论文）菊糖的提取及其性状研究.pdf

摘要 菊糖的提取及其性状研究 农产品加工及贮藏工程专业硕士研究生谭晓琼 指导教师董全副教授 摘要 菊糖是一种广泛存在于自然界植物体内的多糖。它是由d 呋喃果糖分子以b ( 2 ，1 ) 糖苷 键连接生成，对人体具有十分显著的保健功能，并且是一种十分安全的食品添加剂。菊糖在 自然界中的来源很广，其中在菊芋中的含量比较高。菊芋在我国有广阔的栽种面积，其对土 壤的要求很低，并且还具有防风固沙的绿化效果，亩产也很高，是提取菊糖的优良原料。以 前的菊芋加工方式一般多为鲜食，或者作为制作腌菜，泡菜和酱菜的原料。其加工方式粗糙， 技术含量少，并不能为农户种植菊芋带来较大利益。而将菊芋用作提取菊糖的原料，开阔了 菊芋加工的思路，可以创造更高经济价值。 本文将微粉碎技术运用到菊糖提取工艺中的研究之中，研究了以菊芋为提取原料提取菊 糖的前处理方式、不同处理方式与微粉碎技术处理后提取率的区别、提取条件、提取液碱液 去除杂质的条件、菊糖溶液粘度随环境影响的变化、在不同环境水溶液中的溶解度数据和在 食品中运用的数据。其研究结果如下： 1 在菊芋去皮护色的预处理方面，根据其得率和护色效果考虑碱液浓度，烫漂时间和护 色剂浓度的关系，确定出n a o h 浓度对结果的影响最大，其次是加热时间的影响，最后是护 色浓度。 最佳方案为n a o h 浓度为2 ，烫漂时间2 m i i l ，护色剂浓度o 7 。 2 在菊糖提取方面，经过了微粉碎预处理的菊芋粉的菊糖提取率远高于新鲜菊芋，冻菊 芋和菊芋干片等，并且提取率随着菊芋粉的微粉碎程度提高而升高。 随着温度的升高，菊糖的提取率提高。随着提取时间的延长，菊糖提取率提高，但是到 达顶峰后随着时间的延长反而出现下降。随着固液比的增大，菊糖的提取率也在不断升高， 但过高的固液比会对后来的干燥带来障碍，故应综合考虑。由试验结果可以发现提取温度对 菊糖提取的影响最大，其次是提取时间，最后是固液比。最佳方案为：提取温度9 0 ，固液 比l ：2 5 ，提取时间8 0 m i l l 。 3 在菊糖提取液的石灰乳去杂方面，石灰乳作用温度、作用p h 和作用时间对结果均有影 西南人学硕士学位论文 响。一般都是成正比关系。随着作用温度的升高，p h 的增大和作用时间的延长，溶液的透光 度均在增加，而d n s 吸光度却对应降低。这表明溶液澄清得越彻底，果糖的含量越少。这是 由于强碱性环境和高温长时间作用使得果糖和变性的蛋白质一起被离心去除了。其最佳方案 为石灰乳作用7 0 ，p h 为l o o ，作用时间1 0 i l l i n 。 4 不同浓度的菊糖溶液，其粘度不同。随着溶液中菊糖含量的提高，粘度逐渐增大。浓 度为2 矿，4 舭，6 9 l ，8 鲈，1 0 9 l 时其粘度分别为1 4 9 8 p a s ，1 5 0 8p a s ，1 5 1 4p a s ，1 5 1 8 p a s ，1 5 2 2p a s 。随着温度升高，不论是菊糖还是对比试验的明胶溶液，其粘度变化整体上 都是降低的。 不论在酸性还是碱性环境下，菊糖溶液的粘度都比中性条件下的粘度大。在特定的p h 条 件下，菊糖溶液放置时间对菊糖的粘度有一定影响。整体而言，菊糖溶液的粘度呈现随放置 时间的延长先下降后上升的特点。在p h 分别为4 8 ，7 0 ，8 2 ，9 7 时其粘度分别为1 5 0 1p a s ， 1 4 9 lp a s 、1 5 0 2p a s ，1 5 0 0p a s 。 5 随着温度的变化，菊糖的水溶液外观逐渐变化。菊糖在水溶液中的溶解度会随着温度 与p h 变化而不同。在同一温度下，随着p h 的升高溶解度下降，在p h 相同的条件下，溶解度随 着温度的上升而增加。 6 添加菊糖对酸奶和蛋糕的水分含量与感观评价均会发生影响。在酸奶和蛋糕中添加 o 5 的菊糖进行试验，随着菊糖添加量的增大，酸奶和蛋糕的水分含量降低，酸奶的酸度也 随添加量增大而降低。在滋气味方面，添加菊糖不会对酸奶的滋气味产生影响，但是导致酸 奶表面发生一定变化。添加了菊糖的蛋糕在感观评价的得分均高于对照组，并且菊糖添加量 越大，蛋糕的感官评价得分越高。 关键词：菊糖，提取，粘度，溶解度，性状 a b s t r a c t 1 ht 一 j1广、jj p k e s e a r c n0 nl n u n nl nt n ee x t r a c t l o ni r o m je r u s a l e ma r t l c n 0 k ea n dl t su n a r a c t e r l s t l c s tl1jj 1 jj c 锄d i d a t e ：胁x i a o q i o n g s u p e r v i s o r ：a p r o d o n gq u 锄 m 旬0 r ：a 鲥c u l t u r ep r o d u c tp r o c e s s i n g a n dp r e s e a t i o ne n g i n o 嘶n g a b s t r a c t h m l i ni sak m o f p o l y s a c c h 撕d e 砌c h 喇s t sw i d e l yi i lm t 啪lp l 甜i t s i ti sf 0 玎m db ym e c o l l e c t i o no fb - ( 2 ，1 ) b o n d h m l i i li sc o 璐i d e 陀d 硒a 砌m r k a b l eh e a l l ys u p p l e m e n tt 0b l 蛐卸 h l u l i l li sv e d rs a f ew h e nu s e d 豁af o o d 鲫p p l e n 碍n ts om a ti i ls 刳吼吼c o u m r i e s 锄dr e 西o i ti s c o n s i d e r e d 嬲锄a d d i t i o no ff o o d 孤d 删t r i t i o nw l l i c hc 锄b eb m a d l ya d d e di l if o o dp r o c e s s i o i l h l u l i l lc a nb ef 0 眦di i lm 咖陀印i c a l l yi i lj e m s a l 锄a i t i c h o k e j c n l 鼢l e m 枷c h o k en o wi sw i d e l y p l a m e di i lc l l i m nl l a sl o wr e q u e s ti i ls o i l 觚di s9 0 0 da tp a r s n i p 觚ds 觚d - f a l t h o u 曲j e m s a l 锄 枷c h o k ei sal l i c e 豫wm 吲a lf 0 re x 仃a c t i l l g 劬l i l l ，t l l ep r o c e s s i o ni sv e 巧o l d 觚dl ml i m e t e c l l i l i c a ls l 【i 1 1 t be x 舰c ti 肌l i i lf 1 0 册j e m s a l 锄枷c h o k ei sa9 0 0 dw a yt 0m a l 【e 啪p r o f i t 妇n t i 圮p l 孤t 1 1 l i sa r t i c l em a d ec r a s h e dt e c l l i l o l o g ) ri i l t 0n l ef i e l do fi n u l me ) 【仃a c t i o i l 嫩i l l l yd i s c u s s e dn 璩 p 订e 舭n t ，m ew a yt 0e x 缸a c tm l i n 丘o mj e r u s a l e ma n i c h o k e ，t h ed i 丘e r e n c eb e t w e e n 埘m m a l p r o c s i l l gw a y 觚dc r a s h e dp o w d e lh o wt oe l i l l l i n a t ei m p 谢t ) ，衄 me x 妇c t i n ga q u a ，1 1 1 ec l 姗g e s o fi n u l i i lv i s c o s i t ) ru n d e rv a r i o u sc i r c u m s t a l l c e s ，h o w 廿1 ed i s s o l v ed e g 心ec h a l 玛e sw i mt l l ef a c t o 璐 锄dt l l eu s a g e si i ly o g h 埘锄dc a l 【e s 1 1 l er e 蛐l ti sj m t 鹪f o l l o w s 1 i i lt i 圮p r e 仃e a t m e n tf i e l d ，c o m i d e r e dm eg a i l lm t e 锄dt l l ec 0 1 溅e pe 丘e c t ，i ts h o w e d 也a t n l ec o r i c e n t r a t i o no fn a o h ，m eh c 妇gt i i n e 锄d 廿1 ec o n c e n 饥l t i o no fc o l o r 】b 印w e a i li r n p o r t a n t t 0 恤r e s u l t s t h ei n o s ti i l l p o r t a n t 伽ew 懿l ec o n c e n t m t i o fn a o h ，t h es e c o r l do n ew 舔m e h e a t i n gt i r l l e 锄dn l el 船to mw 船n l ec o n c 钮a t i o no fc o l o r k e 印1 1 l es u i 讪l ep r o j e c tw 嬲也e c o n c e n 缸t i o no f n a o h 2 ，m eh e a t i n gt i 腓，2m i i i ，舭c o n c e n n a t i o no f c o l o r - k e e p ，0 7 2 t h ee x p e r i m e n ts h o w e dt l l a t 也ee x 缸a c t i i l gr a t eo fc m s h e dp o w d e rw 弱f 缸i ) n l 觚t l l e i i i 西南大学硕士学位论文 r a t eo f 丘e s hj e m s a l e ma n i c h o k e ；f - r e e z ej e r u s a l e m 枷c h o k e 孤l dt 1 1 em e dj e m s a l e ma n i c h o k e p i e c e t h em t ew 私i l l c r c 勰e dw i t l lt 圮呻r 0 、，e m 咖o fc r 弱h e dd e g f e e w i t l lt l l ei n c 托嬲eo ft 唧e 咖r e ，t h ee x 仃t i i l g 眦ew 笛g r o w i i l g w i mm ep r o l o n gt i m e ，n l e e x 仃t i n gr a t ew 弱a l s og r o w i i l g 锄di tf e nd o w n 强t i lt 1 1 et i i l l er e a c hap o i n t t h em 钯w 弱g r o w i i l g 弱w e uw k l em cs o l i d _ l i q u i dm t e 妇舱舔e d ，m ct o o - l a r g em t ew o u l d l a 唱et 1 1 ed i m c u l t yo f d r y u pl a t e ro n t h er e s u l ts h o w e dm a tt 1 1 et 唧p e r a t u 托w 邪t l l em o s t 咖o r t a mf a c t o r ，m et i i i l ew 嬲 t i 圮s e c o n do n ea n dt l l es o l i d - l i q u i d 伯钯w 嬲t 1 1 el 弱to n et h es u i t a _ b l er e s u ni s ：t e p e r a 嘁：9 0 ，t i i 鹏：8 0 m i i l ，s o l i d l i q u i dr a 把：1 ：2 5 3 w h c o m e st 0 圯f i e l do f t 量圮u s a g eo fc a ( o h ) 2t 0e l i i i l i n a t et h ei m p 谢劬吐l et e m p l t i 鹏， p h 弛dm em ea l lh a dm e i ra 恐c to ni t m i r 佗l a t i o 璐脚sw 讹m o r c 0 rl e s sm es a 妣w i t l l t l l ei n c r e 弱eo f 唧e r a t i l r e ，t h eg r o w mo f p h 龃dm ee x t 铋i o no f t i m e ，t l l e 们璐m i s s i o nm t e sw e r c a l l i n c r e 鹊e d ；t 1 1 ed i s s o l v er a t e sa l lf e l l nr e s u l t e d 舶m 圮s 仃e n g t l lo fc a ( o h ) 2 锄dt l l el o n g - t i l l l e e x p o s ei l lh i g ht e r n p e r a t i l r e h ls u c hc i r c 眦s t 锄c e s ，t l l e 劬c t o s ew 嬲i e f tw i t l lt 1 1 ed e m t u m lp r o t e i l l 1 ks u i t a r b l ep l a i lw 舔：t 唧e r a n 鹏：7 0 ，p h ：1 0 0 ，t i i m ：l o l 】妞 4 h lm cf i e l do f 、，i s c o s 咄m ee x p 酣m 锄ts h o w e d l a t 岫1 i l la q u aw 洫d i 虢托n t c o n c e n 僦i o mh a di t so w n 、，i s c o s i 够t h e 、，i s c o s i 锣w e n ti l l c r e 弱i l l gw h i l e 廿l ec o n c e n t r a t i o ng r o 、e d w h e nm ec 吲l 缸砒i o ni s2 ，4 ，6 ，8 ，1 0 9 l ，m ev i s c o s 蚵w a s1 4 9 8p a 。s 、1 5 0 8p a s ，1 5 1 8 p a s ，1 5 2 2p a s 1 1 圮、，i s c o s i 锣f e l ld o w nn om a t t e rw h a tk i l l do f a q u aw r h e n l et e m p e r a t u r er i s e d 肭w l l a t k i i l d o f a q u a w 舔 w 1 1 a t e v e ri i la c i do ra l k 乏d i n ee n 、，i r o n m e n t ，i t sv i s c o s i t yw 鹪l a 玛盯t 1 1 a nt l l e0 1 1 ew h e np hw 雒 7 0 h lc o n c r e t ep hc i r c 啪s t a i l c e s ，m et i 黜h a di t sa 疵c t0 nt l l ev i s c o s 峨h lt o t a l ，m ev i s c o s 埘 9 0 e sd o w nf i l l s ta n dt 1 1 锄w e n tu pw l l i l e 恤t i m e9 0 e sb y n e 、r i s c o s 时w 舔1 5 0 1p a s ，1 4 9 1p a 。 s ，1 5 0 2p a s ，1 5 0 0p a 。sw h e nm ep hw 弱4 8 、7 o 、8 2 ，9 7 5 1 1 圮a p p e 删l c eo fi 1 1 u l i i la q u ac h 姐g e dw h i l e l et e l n p e r a t u 托m o v c d t h ed i s s o l v ed e g r e e w o u l d b ed i 虢撒l tw h e n 位t e n 巾e m t u r e 锄dp hc l l a n g e u n d e r 吐l es 锄et e m p 咖，t l l ed i s s o l v e d e g r e ef e l lw k l em ep hc l i 腓du p u n d c rm cs 锄ep h ，位d i s s o l v ed e g f e ew e l l tu pw h i l em e t e m p i i r a t t l r ec l i l l l e du p 6 i n u l i i la d d i t i o nw o u l dc h 锄g em ew a t 盯c o n t e n t 锄dm es e 嬲eo r g a 璐懿s e s s m e n t i l l u l i i li i l y o g h u r ta n dc a k ei 玳托嬲e dt 量l e 曲i l i 锣t 0h o l dw a t e r 锄dt h ea b i l i t ys 咖g t l l e n e d 枷l e 吐l e c o n c e n 仃撕0 no ft h i sa d d i c t i v e 砌a 学d a n di ta l s od c c r e 笛e dt h e 孔i dd e g r e eo fy o 曲叫h 1t a s t e 锄do d o r m ea d d i c 石v ew o l l l dn o td ol l a mt 0y o g h u r t 觚dc a l c e nw o u l di i l c r e 舔et l l em 破so f c a l c ss e 璐eo r g a 璐姐dt l l ed i l i - e r c ee x p 柚d sw h m ec o n c 位l t i o f l ei 腓l i i la d d c d k e yw o r d s ：i n u i i n ，e x t 随c t s c o s i 劬r 伪o h 他d e g n e c h a r a c t e r i s 鹤 独创性声明 学位论文题目：蕴擅鲍握亟及基! 眭迭珏究 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中引用他 人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了特别标注对本研究及学位论文撰写曾做出贡 献的老师、朋友、同仁在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：埤跋彳 签字日期：埘年占月2日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究 生院( 筹) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：碑酸彳、 签字日期：硼年c 月日签字日期：z d p ? 年6 月参日 文献综述 第1 章文献综述 1 1 菊糖性质简介 1 1 1 菊糖来源与菊芋简介 菊糖( i 矾l 屿于1 8 0 4 年被德国科学家发现，之后命名为“菊糖”，又称土木香粉，是一种生物 多糖。它由果糖分子通过p ( 2 ，1 ) 糖苷键连接，末端以葡萄糖分子结尾( g f n ) ，其聚合度d p 自2 到6 0 ，平均为1 0 。据资料报道，菊糖作为植物的储备多糖广泛存在于3 6 0 0 0 种植物内，例如菊 芋、洋蓟、天冬、洋葱、韭菜、大蒜、大丽花、小麦等。它是植物的储备能量，其中在洋蓟， 韭葱，菊苣根，大蒜，婆罗门参，芦笋，小麦和大丽花块茎中的含量尤为丰富。此外。菊糖 也可以从微生物中获取。目前工业上一般从菊苣根中提取【6 川。 菊芋( j e m s a l e ma i c h o k e ) ，俗名洋姜，鬼子姜，菊科，为向日葵属的多年生草本植物。其 原产地为北美洲，后经欧洲传入中国。其块茎呈纺锤型或不规则瘤型，皮有红色、黄色和白 色。可食部分一般为块茎，质地白嫩细脆且无异味，含有氨基酸，维生素等，可作为蔬菜， 但鲜食品质不佳，也可制作酱菜，泡菜或腌制洋姜脯，还可用于制作淀粉与酒精。菊芋分布 广，在中国南北各地均有栽培，适应性强，耐贫瘠，耐寒，耐旱，种植简易，一次播种多次 收获，产量极高。据测定，鲜菊芋块茎中含水7 9 8 ，碳水化合物1 6 6 ，蛋白质1 o ，粗纤 维1 6 6 ，灰分2 8 及一定量的维生素。其中碳水化合物的7 8 为菊糖( i n u l 蛐【1 0 ，2 5 1 。 1 1 2 菊糖的理化性质 纯化学分析级的菊糖是球状放射性结晶，平均分子量介于5 6 0 0 6 3 0 0 之间，视分子聚合 度而异。从菊芋中提取的天然菊糖是由不同聚合度的低聚糖组成的混合物，为白色无定形， 吸湿性强的粉末，味道温和且不具有刺激性。其比重为1 3 5 ，相对分子质量约为1 6 0 0 ，与水 的结合能力约为2 ：l 。在溶液中菊糖可以降低水的冰点，提高水的沸点。一般市场上的产品 因为含有少量的单、双糖而略带甜味。由于菊糖的吸湿性强，在水中溶解时极易结块，加入 淀粉或对其进行速溶化处理可提高其在水中的分散性。在菊糖中加入淀粉或砂糖可改善其分 散性。菊糖微溶于冷水，易溶于热水。其溶解度随温度不同发生变化，在1 0 下溶解度为6 ， 而9 0 下则增加到3 3 【5 6 11 ，3 引。 1 1 3 菊糖的凝胶特性 菊糖凝胶属于典型的粒子凝胶结构，具有和奶油极其相似的外观和口感。它与亲水胶体 接触后有良好的流动性和粘度，能改善食品组织状态，成为应用于低能量食品生产的有效脂 肪替代品。菊糖在水中的溶解度随温度发生变化。当溶液中菊糖浓度达到3 0 时，菊糖与水 结合开始凝胶，在这样的浓度下冷却3 0 6 0 l t l i i l 即可形成凝胶，随着水中菊糖浓度增加，凝胶 西南人学硕士学位论文 形成时间加快，当溶液中菊糖浓度达到4 0 4 5 时几乎立刻形成凝胶，菊糖凝胶像奶油般柔 滑，与脂肪十分相似，可以取代油脂作为代用脂用于低脂食品的生产。菊糖浓度继续增加至 约5 0 ，此时凝胶将变得十分坚实，但仍具有脂肪似的感觉，菊糖浓度是影响其凝胶强度的 重要因子。除了浓度外，其他因素对凝胶性质也是有影响的。菊糖粒子大小可能影响凝胶强 度。若采用速融化的产品，形成同样强度的凝胶所需浓度将比标准化喷雾干燥所得的产品低。 菊糖的固体含量，温度影响及制备方法会影响凝胶性质。菊糖形成凝胶的最低浓度与聚合度 ( d p ) 有关，聚合度越大则形成凝胶所需菊糖浓度越低。单体及二聚物的含量对粘度也有影 响，单体含量增加则粘度降低。若在溶液中加入其他亲水胶体、一价及二价阳离子会使菊糖 凝胶的功能受到影响。 一般而言，当p h 大于4 时，菊糖不会发生水解，而当菊糖溶液在p h 较低( 4 o 以下) 以及 处于适当温度和时间下仍然可能会被缓慢水解为果糖和葡萄糖。但是当处于凝胶状态、缺乏 自由水的条件下，即使在酸性或高温的条件下菊糖也十分稳定5 ，6 5 2 ，6 3 ，6 4 1 。 1 。1 4 菊糖的生理特性 菊糖作为一种功能性食品原料，具有膳食纤维和双歧因子( 益生元) 的双重功效。目前， 膳食纤维已被食品界列为人类“第七营养素”。菊糖具有以下特点【l 】。 菊糖难以被人体消化。菊糖在口腔、胃、小肠中均不会发生消化分解，只能在结肠中被 双歧杆菌等部分发酵分解产生少量热量。菊糖及低聚果糖的热值一般在2 o k c a 垤，与果糖的能 量比值为1 4 4 0 ，是一个大多数人可以接受的数值，由于其热值低所以可以作为糖尿病患者的 甜味剂。菊糖是可溶性膳食纤维，属于低能量食品。在胃中吸水膨胀形成高粘度胶体，延长 了胃的排空时间故能使人不易产生饥饿感，从而减少食物摄入量及在小肠内的停留时间，不 利于对营养物质吸收，达到减肥目的【2 ，7 1 。 随着研究的深入，有学者认为龋齿形成的原因主要是变异链球菌( s 位t a j l s ) 等将糖生成水 不溶性葡聚糖，在牙齿表面粘附形成牙垢后口腔中的产酸菌附着于上发酵产酸将牙齿的无机 质溶蚀，导致龋齿。菊糖不能被变异链球菌等利用作为能源，不能被分解生成不溶性和粘着 性的葡聚糖。口腔产酸菌发酵低聚果糖生成的乳酸也远低于发酵蔗糖产生的酸。据报道，菊 糖不易使龋齿病原菌凝集，其在齿面上生成的乳酸量比蔗糖低2 3 5 0 ，龋化率远远低于蔗 糖3 1 。 菊糖可以降血脂。实验表明，菊糖可降低血浆( 清) 中甘油三酯和胆固醇水平，对于脂肪过 多的人和患非依赖性糖尿病者也有此作用，但对正常人是否有这种作用还需要进一步证明。 目前多数认为菊糖与果寡糖具有降低血脂，血糖和改善能量代谢的作用。证据显示，降脂的 主要原因为菊糖抑制了肝脏中脂肪酸和胆固醇的合成，降低血浆中d l 水平，使肝脏合成甘 油三酯能力下降。研究表明，菊糖( 5 1 0 9 d ) 能够明显降低动物，患者或健康人群血胆固醇和脂 肪( 甘油三酯) 水平，甚至减少超过2 0 以上。菊糖可有效降低血清总胆固醇f r c ) 和低密度脂蛋 2 文献综述 白胆固醇( l d l - c ) 。m i c l l a e l hd a 、r i d s o n 等( 1 9 9 8 ) 对2 1 名高胆固醇患者u ) l c 在3 3 6 5 1 7 砌o l 之间摄入含菊糖的低能量食品后血脂状况进行研究，发现患者菊糖摄入量达到1 8 9 ，d ，6 个星期 后1 和l d l 分别降低1 3 和2 1 ，且患者的胃肠道没有出现任何不适，然而未摄取菊糖的 对照组患者t c 和l d l c 分别明显增加7 4 和1 2 3 【4 1 4 1 。 菊糖有益生素的作用。菊糖在大肠中发酵的过程实际是微生物分泌菊糖酶消化菊糖的过 程。菊糖可显著促进人大肠中双歧杆菌，乳酸杆菌等有益菌生长，使梭菌、大肠杆菌、拟杆 菌等有害菌菌群数量减少，此作用不同菊糖间差距不明显。但也有研究表明，双歧杆菌增殖 程度主要与人大肠中初始双歧杆菌数量有关，与菊糖用量相关不大。当人大肠中初始双歧杆 菌数量减少时，菊糖增殖效果明显。当初始双歧杆菌数量多时，菊糖增殖效果不明显。要获 得长期增殖效果则需要长期维持一定的菊糖水平。菊糖还对人体有着增强免疫能力的作用， 通过对双歧杆菌增殖作用的刺激，菊糖在人体内可产生大量的免疫性物质，如s t g a 免疫球 蛋白等，它在肠壁的附着力远远大于其他免疫球蛋白。早在1 9 9 7 年中国卫生部食品监督检验 所就已证明：低聚果糖能大大提高抗体细胞数目和n k 细胞活性【2 1 4 5 3 ，5 8 】。 菊糖可以促进金属离子的吸收。和一般膳食纤维不同，菊糖摄入后可以促进钙、镁等金 属粒子的吸收。其机理有可能为：菊糖能够促进双歧杆菌等的生长，其产生的短链脂肪酸降 低了肠道内部的p h ，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。 菊糖分解的产物短链脂肪酸也有利于金属离子的吸收，其产物还可刺激结肠粘膜生长，从而 增大吸收面积。摄入一定量的菊糖能促进矿质元素尤其是磷酸钙的吸收量，促进钙在骨骼的 吸收和沉淀，防治骨质疏松。国外也有研究表明，尽管菊糖和低聚果糖都对整体骨骼矿物质 含量由积极作用，但是相比较下菊糖显示出的最好的效果是和果糖更高减少骨骼再吸收的能 力相关的。这两种果糖不同的反再吸收能力也许和它们对钙的吸收和生物利用率不同的效果 有关。而这些不同是因为在盲肠中c a i b i n d i l l 9 l 【数量的增加。c a l b i n d i n 9 k 这种蛋白质在钙的 吸收中起到重要作用。在对动物的试验中，菊糖组会比低聚果糖组产生更多的c a l b i i l d i l l 9 k 。 虽然可能会涉及到盲肠壁的增生，但是观测到的果聚糖在人体钙吸收方面的这种积极的作用 是否也联系到对骨质量或者矿物质密度积极的效果仍然有待证明。以上的观测结果并不局限 于大鼠，虽然在啮齿动物身上观测到的盲肠壁的过度生长可能会涉及到人类，但是在青少年 及健康成人上进行的研究已经指出，菊苣果聚糖会增加钙的吸收和平衡。这种钙代谢上的积 极作用是否和骨骼的量与矿物质浓度的增加相关仍然有待证明【4 1 ，4 6 ，5 4 ，5 5 ，5 6 1 。 菊糖还可以改善肠道环境。双歧杆菌是人体肠道内典型的有益菌，对保持肠道内菌群平 衡和人体正常的代谢过程起着十分重要的作用。菊糖在胃中不能被消化，可以顺利到达大肠 被肠道内的有益微生物发酵利用。产生的短链脂肪酸可使肠道p h 下降，抑制沙门氏菌等腐 败菌的生长与产毒，改善肠道环境，减少肠道内腐败物质的产生，增强肠胃蠕动，以达到提 高肠胃功能，增加消化和食欲，提高机体免疫功能的作用。( 硒s o n ( 1 9 9 5 ) 在人体实验模型中， 在每人每天膳食中加入1 5 9 菊糖，连续给予1 5 天后发现在此期间肠道内乳酸菌和细菌数量增 3 西南大学硕+ 学位论文 加约1 0 。双歧杆菌在消化菊糖时产生有益短链脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸。s p i l l 叫1 9 9 4 ) 发现前两者可作为能源被肝脏利用，而丁酸能避免肠道内癌细胞产生。r e d d y ( 1 9 9 7 ) 经动物研 究表明，菊糖还能避免早期结肠癌细胞克隆。国外有实验显示，与纤维素相比，菊糖会降低 盲肠内的p h ，也扩大了盲肠，因此增加了内容物和组织的重量。在c m c ( 羧甲基纤维素钠) 与c m c 和菊糖共同作用的组中，小鼠盲肠内容物含水量较高，甚至其中有些会出现腹泻【1 6 4 9 】。 1 2 菊糖的提取方式 以前的菊糖提取方法一般分为干法和湿法两种。干法的加工工艺一般如下： 菊芋块茎一清洗一切片一烘干一打碎一过筛一菊芋粉 现以b e 咄o f e re 等研究的工艺作为湿法的代表简介如下： 菊芋块茎一打碎一与水混合，添加柠檬酸或v c 一加热到8 5 ，保持1 5 2 5 m m 一均质一 添加马铃薯淀粉一滚筒干燥( 1 4 8 ) 一粉碎一菊芋粉。在该工艺中，酸化和淀粉的添加改善 了产品品质【l o ，3 4 ，4 6 1 。 随着近年来对菊糖研究的深入，各研究者有新的发现： 卢秉钧等【2 9 】的研究表明，菊芋的根可做菊糖( 菊糖) 及低聚糖。新鲜菊芋经前处理粉碎后， 加入1 倍的水，加热至8 0 1 0 0 ，保持2 0 m i n ，进行压滤或离心分离，滤液脱色，浓缩干燥 后可制得菊糖。其生产工艺流程为：鲜菊芋根- 洗净脱皮一切片或切丝_ 热水浸提_ 脱盐一 脱色- 过滤一减压浓缩一喷雾干燥一菊糖。 蒋世琼等【1 6 3 5 1 的研究表明，通过使用热水从菊芋块茎中萃取而得，其工艺流程为：菊芋 块茎一热水萃取- 净化一除去低聚合度产物一喷雾干燥_ 成品。其萃取分离原理为：菊芋块 茎中含有菊糖和淀粉，利用菊糖和淀粉在冷水中不溶解的特点，很容易地把菊糖和淀粉与其 它可溶性物质分离开来。菊糖和淀粉的分离则采用酶化学方法将菊糖、淀粉和水的混合物加 热，使淀粉糊化，加入淀粉酶将淀粉水解成可溶性单糖在冷水中与菊糖分离开来，得到菊 糖粗品，粗品经脱色、过滤、醇洗得精制菊糖。 在提取方面【切有学者的研究显示，用菊芋干片制备菊糖时，有浸泡捣浆沸水浴法为：菊 芋千粉2 5 9 ，加蒸馏水l o o “，在常温浸泡1 h ，用组织捣碎机捣浆l n l i n ，转速为6 0 0 0 r i n i i l ， 然后按照上法子沸水浴反复抽提3 次，分别量取3 次糖液体积，第一次和第二次糖液合并， 与第三次糖液分别于低温保存。 顾天成，吕跃钢【1 8 】研究了从菊芋干片制备菊糖糖液的过程，总结出菊糖提取率和果胶溶 出量都随着浸提温度增高和浸提时间延长而增大，但浸提温度从8 0 到1 0 0 ，菊芋粉和菊 芋片的菊糖提取率分别从9 3 5 及9 0 5 略增大到9 3 9 5 及9 1 4 ，而果胶质溶出量则分别 从1 4 3 及o 6 明显增大3 8 3 和2 2 6 ，6 0 浸提3 0 - 4 5 m i i l ，提取率已达到9 0 左右，延 长浸提时间提取率基本不变，而果胶溶出量随浸提时间延长而成倍增大。在相同的条件下， 菊糖提取率和果胶质溶出量上菊芋粉皆高于菊芋片，且果胶质溶出量影响更明显。为了较高 4 文献综述 的菊糖提取率和低的果胶质溶出量以利于以后的澄清、过滤、结晶，其优化条件为：以菊芋片 为原料，在p h 为4 5 ，温度为6 0 8 0 条件下，3 0 _ 4 5 m i l l 内重复浸提3 次，菊糖提取率可达 9 0 ，提取液中果胶质含量仅为o 6 左右。 王启为，季明1 9 ，2 2 矧研究了关于工业化生产中菊芋提取液去杂质的问题。他们将石灰乳 加入菊芋溶液中，使菊芋提取液p h 达到1 3 5 ，然后通入二氧化碳气体，将菊芋提取液恢复 其中性条件p h 为7 2 ，使得菊芋提取液中的蛋白质、果胶等非糖分胶体杂质迅速沉淀，并通 过减压过滤或板框压滤机压滤将沉淀杂质与滤液分离。此方法对杂质有很高的去除效果，明 显改善了过滤状况，且所用操作时间并不太长，由于在菊芋提取液中加入石灰乳，使溶液呈 碱性，一方面可以使蛋白质变性从而加速沉淀，另一方面能够让果胶与氢氧化钙反应生成果 胶酸钙沉淀，碱性条件使微量的有机酸生成了不溶性钙盐，二氧化碳的通入使得多余的钙离 子生成了碳酸钙，碳酸钙微粒加速了物质的沉淀，这样的操作只在体系中引入了少量钙离子， 而钙离子将在菊糖加工的去离子工序中和其他离子一同被去除。 严惠如，黄绍华等【8 2 0 】以预处理过的菊芋为原料，以水为溶剂，采用不同的固液比，在 一定温度下提取一定时间，提取液经脱色、抽滤、s e v a g 法除蛋白质、乙醇沉淀、离心、真 空干燥后得粗菊糖。采用正交设计法优化提取条件，研究影响因素，探讨不同提取条件对菊 糖得率的影响。提取和纯化过程如下；预处理过的菊芋一热水抽提一浓缩一活性炭脱色一离 心一上清液用s e v a g 法除蛋白质4 5 次一9 5 乙醇沉淀一离心一过阳离子和阴离子交换树脂 除杂质一真空干燥一粉碎得产品。其试验表明：不同因素水平对提取率有明显的作用。以提取 率为目标，固液比以l ：1 8 ，温度9 0 ，时间3 0 i i l i n 为宜，提取率可达6 8 1 2 。对提取率 而言，时间是主要影响因素，其次是温度，最后是固液比。提取条件为固液比l ：1 8 、提取 温度9 0 、提取时间4 0 m i l l 条件下提取效果最好。 熊善柏，赵山纠2 1 ，2 卅研究了菊糖的提取与精制，主要试验方法为：菊芋称重- 1 0 0 灭酶 5 m i n 一破碎一加水萃取一榨汁( 4 层滤布过滤并榨汁) 一测定萃取液体积一备用。其结果表明： 萃取条件对还原糖萃取率的影响不大，但对总糖和菊糖萃取率的影响较大，其中萃取温度对 总糖和菊糖萃取率的影响明显。萃取剂用量对萃取率有一定影响，而对萃取时间的影响较小。 最佳萃取条件是温度9 0 、时间1 0 1 1 1 i n 、料水质量比为1 ：2 5 。由此可见，温度越高，总糖 和菊糖的溶解性越好，萃取率越高；而萃取剂( 水) 用量的增加，能使菊糖充分溶解，从而提 高萃取率，但萃取剂用量过大，则萃取液中的菊糖浓度低，这将给后续的脱色浓缩工序增加 困难。因此保持l ：2 5 的料水质量比，提高温度从而提高萃取率是非常可取的。在上述条件 下，进一步测定了8 0 、9 0 、1 0 0 这3 种温度下总糖和菊糖的萃取率。随着萃取温度的 升高，总糖、菊糖的萃取率明显提高，若以l o o 时菊糖的萃取量为1 0 0 ，则在8 0 和9 0 的萃取量分别为1 0 0 的8 3 1 和9 3 9 。由此可见，采用接近1 0 0 的水萃取菊芋干，可 获得较高的萃取率。 国内有研究表明，以菊芋为原料，对菊糖的提取工艺条件所做的研究结果表明：提取温度、 5 西南人学硕士学位论文 提取时间、提取水的用量和提取次数都对菊芋中的菊糖的提取率有影响。提取温度为9 5 ， 提取时间为1 5 i i l i n 为最佳提前工艺条件；提取水的用量和提取次数与菊糖提取率在一定的范 围内也存在正比关系。但是在具体的生产过程中，提取液的浓度过稀或者提取次数过多，将 会给生产管理造成诸多不便而且不经济。所以在生产中采用料水比为1 ：l 进行一次性提取是 比较恰当的【1 9 2 2 ，2 3 1 。 易华西，熊善柏等，5 9 谚1 对菊芋的预处理效果进行了研究，菊糖提取工艺路线为：菊芋 _ 热烫破碎( 或破碎后热烫) _ 加热浸提_ 热过滤_ 浸提液一澄清处理叶精制提取液。其试验 显示：热烫后破碎有利于提高菊糖浸提率，控制了浸提液的颜色变化。先热烫后破碎工艺所 获得的滤液呈非常浅的青灰色，而破碎后煮沸工艺所得的滤液为深褐色，色泽变化差异非常 明显。冻藏菊芋样品经热烫后破碎工艺处理后，其还原糖、总糖、菊糖的浸提率都高于破碎 后煮沸工艺处理的冻样，前种工艺的色度低于后种工艺，有利于后续的脱色精制工序。除鲜 芋、冻藏处理外，鲜芋的干制处理也是保证菊芋原料周年供应的一种重要方式。以鲜芋、冻 藏芋和芋片提取菊糖时，提取液的色泽及其总糖和菊糖的浸提率存在较明显的差异。鲜芋切 片后经1 o n a h s 0 3 护色处理3 0 1 1 = l i l l 再进行干燥，芋片色泽浅，其菊糖浸提率为8 5 1 2 。鲜 芋和冻藏芋经热烫后再行破碎处理有利于获得色泽浅的菊糖产品，冻藏芋经热烫杀酶破碎工 艺处理后，菊糖一次浸提率可达9 1 9 0 。在3 种菊芋原料中，以冻藏芋为原料所得到的浸提 液的色泽较浅，总糖和菊糖的浸提率最高。因此工业生产中，在有条件的情况下可选择将菊 芋进行快速冻结保存，使用时先进行热烫杀酶再行破碎处理的工艺比较理想。 国外有研究关于运用物理方法提取菊糖过程的最佳方法。用热水提取菊糖初提物后通过 再减压生成可溶的固体浓缩物的浓缩方式已经得到公认。这种浓缩物达到2 4 波美度。浓缩的 菊糖溶液之后被传递进入降温仪器再传递入离心分离器进行相位分离，以达到一个更浓缩的 溶液。高速主体速率( 通过质量) 的结果和可溶固体浓缩一样，可以通过3 种因素进行估量：急 速降低的温度，离心分离速率和离心分离时间。一种中心混合实验性的设计有5 个因素水平， 适用于而且回答了表面相应方法，可以应用于数据分析。结果的统计分析方法显示了只有温 度因素影响提取率，但是这可溶性固体浓缩液要受到所有3 个研究因素的影响【4 3 】。 吴洪新等鲫以普那菊苣为原料， 对菊糖提取纯化工艺进行了优化研究。结果表明，菊 糖提取的最佳工艺条件为：原料为粉状，温度8 5 ，固液比为1 ：3 0 ，提取时间为6 0n 血，菊 糖的提取率达5 8 5 8 。纯化时石灰乳脱蛋白的最佳处理温度为7 0 8 0 。提取液最佳脱色工艺 条件为：脱色温度7 0 ，脱色时间5 0 l l ：l i i l ，活性碳用量为2 0 9 l ，脱色率为6 9 1 3 ，菊糖损失率 为7 9 3 。 吴洪特等【3 0 1 以菊芋干粉为原料，对菊糖的提取工艺进行了研究。结果表明，在温度为8 0 、 固液质量比为1 ：2 2 的情况下，浸提5 0 r i l i l l ，菊糖得率可达5 3 8 ( 以菊芋干粉计) 。用熟石灰一磷 酸澄清除杂，调节p h 为1 3 ，温度8 0 ，保温1 5 m i i l ，总糖和菊糖的损失较小，除杂较为彻底。 用活性炭进行脱色精制处理，其用量为3 ( 以提取液计) ，p h 为7 0 ，温度8 0 ，保温1 5 m i i l ， 6 文献综述 透光率可达9 3 以上，多糖含量为9 8 9 2 ，最终菊糖得率4 2 3 。 胡蝶等【2 8 】在试验中初步探讨了利用浸提法提取菊糖的工艺条件。以菊芋为原料，对其多 糖的提取工艺条件所作的研究结果表明：护色剂n a 2 s 0 3 、护色时间、提取温度及提取时间均对 菊芋多糖的提取有一定的影响。其最佳的工艺条件是：用2 5 n a 2 s 0 3 护色3 0 i i l i i l ，然后在1 0 0 下提取4 5 i i l i i l 。提取液用h 2 0 2 进行脱色的条件为：脱色温度为8 0 ，时间为0 5 h ，h 2 0 2 的体 积分数为3 ，p h 为8 5 。 1 3 菊糖在食品中的运用