菊糖功能性研究进展.doc

中南林业科技大学保健食品原理与设计课程论文 姓名: 赵 娜 班级：07级食品质量与安全学号： 20073710 日期：2010年9月30日功能保健食品菊糖的研究进展作者：赵娜食品科学与工程学院 中南林业科技大学 长沙 412004摘要：菊糖是一种可以从菊芋中提取的天然的果聚糖，它可以作为膳食纤维添加食品中并对人体有特殊的保健作用。菊糖是一种天然碳水化合物，它由果糖分子通过 （2-1）键连接，所以不被机体消化吸收而能被肠道微生物利用，具有较多的生理营养功能；另外，独特的流变学性质使其成为优良的质构改良剂。本文主要介绍了菊糖的物理性质，生理功能，提取方式，以及在食品中的开发与应用。作为一种新兴的食品配料，菊糖具有安全无毒并能显著改善食品风味品质及促进人体健康的特点，具有广阔的市场前景。关键词：菊糖；膳食纤维；脂肪替代品；益生素The Research of Inulin in The Functional Health Food Auther: Na ZhaoFood science and engineering college;Central forestry university of science and technology; Changsha;412004Abstract: Inulin is a natural fructan which was extracted from Jerusalem artichoke,it can be used as a dietary fiber add food and human health effects are special. Inulin is a kind of natural carbohydrates, it consists of fructose molecule by (2-1) key links,so was not the digestion and absorption and gut microbes can be using, can be more nutrition physiological function with; In addition, the unique rheological properties make the excellent quality improver. This article mainly introduced the physical properties of sugar, chamomile extract, physiological functions, as well as the development and application in food. As a new kind of food ingredients, Inulin has non-toxic and can significantly improve food flavor quality and promote the health of human body, it has wide prospect of market.Keywords: Inulin ;Dietary fibre; Fat replacers ; probiotics菊糖（Inulin）又称为菊粉，它是一种生物多糖。由D-呋喃果糖分子以-（2，1）糖苷键连接生成，每个菊糖分子末尾以-（1，2）糖苷键连接一个葡萄糖残基，聚合度通常为260，平均聚合度为101。菊糖在自然界中广泛存在于一些微生物和真菌体内。但是主要还是存在于植物的体内，如菊芋、菊苣、婆罗门参、大丽花块茎等，其中菊芋是菊糖生产的主要原料来源。不同植物来源、收获季节、气候、土壤以及生产加工过程等因素对菊粉的平均分子量和聚合度都有影响1。菊芋俗称洋姜、鬼子姜，原产于北美洲，为多年生草本植物，我国各地普遍栽培。其块茎富含菊糖，总菊糖含量一般为1417，还含有氨基酸、维生素等，既可作蔬菜，也可制作淀粉和酒精。其质地白细脆嫩，无异味，可腌制成酱菜或制成洋姜脯。利用现代生物技术进行深加工精制成菊芋粉，是当今保健食品的全新多功能配料2。1 菊糖的理化特性1.1 菊糖的物理性质纯化学分析级的菊糖为球状放射性结晶，平均分子量介于56006300d之间，视分子聚合度而异3。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，易吸湿的粉末。其比重为1.35，相对分子质量约为1600，与水的结合能力约为21。菊粉在水中易分散，吸湿性强，易于结块。由于含有少量单、双糖，故菊粉微带甜味。在菊粉中加入淀粉或砂糖可改善其分散性4。在溶液中菊糖可以降低水的冰点，提高水的沸点。 1.2菊糖的胶凝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18。菊糖在水中的溶解度随温度发生变化。在10时溶解度为6，90时约为35。当菊糖浓度增加时，粘度逐渐增大。当浓度到1130时，粘度增加逐渐变稠但未出现凝胶。当菊糖浓度达到30时，菊糖与水结合开始形成凝胶，在这样的浓度下冷却3060min就会形成凝胶。随着菊糖浓度的增加，凝胶形成的时间加快。当溶液中菊糖浓度达到4045时几乎立刻形成凝胶。其凝胶像奶油般柔软，与脂肪相似，可以取代油脂作为代用脂用于低脂食品的生产。当浓度继续增加到50时，凝胶将十分坚实，但是仍觉有脂肪似感觉。其中各影响因子中，浓度是影响凝胶强度的重要因子17。除了菊糖浓度外，以下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。链的长度。菊糖形成凝胶的最低浓度与其聚合度(DP)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。若加入其他亲水胶体，一价及二价阳离子，菊糖凝胶的功能可能会受到影响6。菊糖溶液在pH较低(3.0以下)，温度很高的情况下保持一定时间可能发生水解，在凝胶状态下，若缺乏自由水，即使在酸性或高温的条件下菊粉也十分稳定。温度低于10，pH处于3.07.5之间，菊粉不发生水解。因此凝胶状态的菊糖即使在酸性环境或者高温下，如果没有可利用的水将仍是稳定的。1.3 菊糖的生理特性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2.0kcal/g，与果糖的能量比值为1440，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7。1.3.1 菊糖可以降血脂实验表明，菊粉可降低血浆（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肝脏中脂肪酸和胆固醇的合成。肝脏是合成甘油三酯和胆固醇的主要器官，血浆（清）中VLDL、LDL、HDL能准确反映甘油三酯和胆固醇的体内代谢状况。菊糖能减少动物肝脏合成分泌VLDL，降低血浆中VLDL水平，使肝脏合成甘油三酯能力下降。这可能是通过丙酸抑制肝脏中脂肪合成酶的基因表达，从而降低酶活性，减少肝脏中甘油三酯合成。菊糖能降脂主要是由于肝脏合成甘油三酯和胆固醇能力的下降，其在肠内被分解产生的丙酸在调节中可能起着重要作用7。1.3.2菊糖有益生素的作用在消化道上端不能被消化，以完整的形式到达大肠，然后选择性地吸收一种或几种有益菌生长和活动，并抑制有害菌生长，从而有益于宿主健康的一类物质被称为是益生素。菊糖具有这种作用。它在大肠中发酵的过程实际是微生物分泌菊粉酶消化菊糖的过程。菊糖可显著促进人大肠中双歧杆菌、乳酸杆菌等生长，使梭菌、大肠杆菌、拟杆菌等数量减少。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6。. 1.3.3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、镁等金属离子的吸收。其机理为：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pH值，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。. 1.3.4菊糖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。菊糖可以顺利到达大肠被双歧杆菌利用，产生的有机酸可使肠道pH下降，抑制沙门氏菌等腐败菌的生长，改善肠道环境，减少肠道内腐败物质的产生。能改变大便性状，对便秘、腹泻均有明显作用，而且能增强肠胃蠕动，提高肠胃功能，增加消化和食欲，提高机体免疫功能9。. 2 菊糖的提取菊芋的根可制菊糖（菊粉）及低聚糖。新鲜菊芋经前处理粉碎后，加入1倍的水，加热至80100，保持20min，进行压滤或离心分离，滤液脱色，浓缩干燥后可制得菊粉。其生产工艺流程如下：鲜菊芋根洗净脱皮切片或切丝热水浸提脱盐脱色过滤减压浓缩喷雾干燥菊粉。低聚果糖前处理同菊粉生产工艺，先将菊芋清洗、切丁、热处理，过滤后制得菊粉清液，再用菊粉酶完全水解菊粉，制得低聚果糖。其生产工艺流程为10：菊粉清液菊粉酶部分水解（或完全水解）灭酶脱色离交脱盐浓缩调配低聚果糖。3菊糖在食品中的应用菊糖在许多国家与地区被认为是食品和营养的增补剂而广泛运用于食品工业中。国外证明，菊糖摄入量在4070g/d时无不良反应，比较保守的观点也认为菊糖的摄入量在40gd都是安全的。在食品配料中菊糖可以和脂肪与巧克力替换使用以增加食品的粘性，提高其水结合能力，并使口感滑腻类似冰淇淋。所以菊糖可以作为冰淇淋和其他类似产品的脂肪替代品。菊糖所含的膳食纤维，使加入菊粉后的牛奶、酸奶和乳品饮料等低脂食物具有与全脂产品相同的口感与更高的营养价值和更佳的口味11。菊粉还可以用来制作仿制奶酪。在国外，菊粉已被成功地混合在仿制奶酪中以代替脂肪15。国外有研究指出，其使用水平为3.44g100g奶酪，或每100g奶酪中加入13.75g的25（ww）的胶体或水溶液。在此水平下，菊粉将直接替代63的总脂肪，而不会产生任何明显的熔化特性的影响16。由于力求使用方便和加工（温度）控制上的原因，推荐增加使用热（80）的菊粉溶液而不是冷的菊粉胶体。尽管菊粉的可溶性未受到影响，来自实际研究的证据却显示在较高浓度菊粉存在时，仿制奶酪的硬度在温度上升到55时开始增加，这将会对产品有效性产生影响。但是，增加的硬度也可能会被增加的水分含量所抵消一部分12。由菊糖提取的菊糖糖浆具有一定的粘度，热量低，可用于制造人造黄油、咖啡伴侣和沙拉酱等，从而减少热量摄取，有利人体健康。在日本、欧美等国家把菊糖作为一种主要的功能性新糖源应用于保健食品、糖果、巧克力、乳制品冰淇淋系列产品和烘烤食品中，作为糖业生产的第三类糖源进行开发13。菊芋汁作为一种配料多以浓缩汁使用，其结合了菊糖的益生素作用与乳酸菌等益生菌作用，非常适合在饮料中使用。一般不会影响食品的感观品质，还可以使饮料味浓且适于饮用14。有时由于添加的菊糖量较大（10以上），导致菊糖甜味过高而不能用于低脂人造奶油及黄油等无糖产品中时，就需要采用纯菊粉。经过特殊工艺处理后所得的纯菊粉，已被去除所有单、双糖及大部分低聚糖，完全没有甜味。只需普通菊粉的一半用量，就能达到一般油脂替代品的相同功效，且对酸水解的敏感度较低。由于其无甜味，可运用于干酪和涂抹食品中，也可作为纤维素运用于不含糖的食品中。其高度的耐酸性，为在作料和其他含酸性较高的产品中的运用提供了可能1。4展望菊糖作为一种新兴的食品配料，具有安全无毒并能显著改善食品风味品质及促进人体健康的特点，在国外已由Suiker Unie公司与Orafti两家公司开发生产。由于其来源为天然的洋姜，菊糖已经被FDA批准进入美国市场，并且在日本、欧洲、美国、台湾等地被认为是食品和营养的增补剂而非食品添加剂，广泛应用于食品工业中，有些国家已将其标注在食品标签的配料表上，具有十分广阔的开发前景。参考文献1饶志娟，郑建仙，贾呈祥.功能性食品基料菊粉的研究进展.中国甜菜业，2002，4：26-30.2牛建彪.菊芋的特征特性及高产栽培技术.甘肃农业科技，2005，7：40-41.3陈晓明，朱太海.菊糖的功能及其在食品工业中的应用.食品科技，2000，5：34-35.4梅丛笑，方元超.天然食品配料菊粉.中国食品添加剂，2001,1：25-28.5屠用利.菊糖的功能与运用.食品工业，1997，4:45-46.6周文辉.菊糖及低果聚糖的代谢及生理特性.广州食品工业科技，2004，20（2）：155-157.7张明淘，顾显红，杨琳.菊粉的原生素作用研究进展.动物营养学报，2003，15（4）：12-18.8张燕，黄仁录.菊粉在动物营养中的研究进展.动物科学与动物医学，2002，21（2）：48-49.9蒋世琼.应用生物技术开发菊芋资源.南宁职业技术学院学报，2000，5（3）：53-55.10卢秉钧.菊芋的开发利用.农产品加工，2004，3：21-22.11朱宏吉，郭强.菊粉应用研究的新进展.中国糖料，2000，4：55-57.12P.J.Hennelly，P.G.Dunne，M.O.Sullivan，E.D.O.Riordan.Textural，rheological and microstructural properties