菊粉的功能特性及開發(fā)應(yīng)用

菊粉(Inulin)又名菊糖，是一種天然果糖聚合物，由D-呋喃果糖分子以β-(2，1)糖苷鍵連接而成的果聚糖。每個(gè)菊粉分子末端以α-(1，2)糖苷鍵連接一個(gè)葡萄糖殘基，聚合度通常為2—60，平均聚合度為10，其中聚合度較低時(shí)(DP=2—9)則可稱為低聚果糖。作為一種天然可溶性膳食纖維，菊粉幾乎不被胃酸水解和消化，而在結(jié)腸中被大量有益微生物發(fā)酵，因而具備多種保健功能，如控制血脂、降低血糖、改善腸道功能、促進(jìn)礦物質(zhì)吸收等。菊粉不僅可以作為脂肪替代品應(yīng)用于低能量食品生產(chǎn)，而且具有膳食纖維以及益生素的生理功能，是一種優(yōu)秀的功能性食品基料。目前，菊粉廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥保健業(yè)、食品工業(yè)等領(lǐng)域。

1.菊粉的來源

菊粉在自然界中的分布十分廣泛，某些真菌和細(xì)菌中也含有菊粉，但其主要來源是植物。人們?nèi)粘Ｊ秤玫闹参锶纾貉笫[、大蒜、香蕉、小麥等都含有菊粉。然而，菊粉在自然界主要存在于菊科植物中，菊芋(俗稱洋姜，國產(chǎn)菊粉的主要原料)含量為14%-19%，菊苣(歐洲菊粉主要原料)含量為15%-20%，幾種常見的可食用植物中的菊粉含量見表1：

植物名稱	菊粉含量/%	植物名稱	菊粉含量/%
小麥	1~4	菊芋	15~20
洋蔥	2~6	耶路撒冷洋薊	15~20
韭蔥	10~15	婆羅門參	15~20
天冬	10~15	大麗花塊莖	15~20
菊苣	13~20	大蒜	15~20

2.菊粉的制取原料及工藝流程

在國際上主要采用菊芋和菊苣兩種原料進(jìn)行菊粉工業(yè)化生產(chǎn)。在比利時(shí)和荷蘭等西歐國家主要用菊苣作原料，在中國則用菊芋為原料進(jìn)行生產(chǎn)。

菊芋，俗稱洋姜，是菊科多年生草本植物，耐貧瘠和干旱，對(duì)氣候和土壤條件要求不高，適應(yīng)性強(qiáng)。我國許多地區(qū)都有種植，一般畝產(chǎn)菊芋塊莖2000—4000kg，是加工生產(chǎn)菊粉及其制品的良好原料。

菊苣是一種兩年生植物，適于生長在海洋氣候條件下，在西歐(如荷蘭)國家是一種普遍種植的蔬菜品種。1993年歐盟將菊芋和菊苣列入歐洲新作物發(fā)展計(jì)劃，目前歐盟8個(gè)國家正在推廣種植選育出的優(yōu)良菊芋和菊苣新品種。

國內(nèi)菊粉加工技術(shù)主要有水熱法和微波法。水熱法工藝流程如下：預(yù)處理過的菊芋→熱水抽提→濃縮→活性炭脫色→離心→上清液用sevag法除蛋白質(zhì)，重復(fù)4—5次→95%乙醇沉淀→離心→過陽離子和陰離子交換樹脂除雜質(zhì)→真空干燥→粉碎得產(chǎn)品。微波法工藝流程如下：切絲→稱重→加水微波浸出→渣汁過濾→去除雜質(zhì)→脫色濃縮。

2.菊粉的制取原料及工藝流程

在國際上主要采用菊芋和菊苣兩種原料進(jìn)行菊粉工業(yè)化生產(chǎn)。在比利時(shí)和荷蘭等西歐國家主要用菊苣作原料，在中國則用菊芋為原料進(jìn)行生產(chǎn)。

菊芋，俗稱洋姜，是菊科多年生草本植物，耐貧瘠和干旱，對(duì)氣候和土壤條件要求不高，適應(yīng)性強(qiáng)。我國許多地區(qū)都有種植，一般畝產(chǎn)菊芋塊莖2000—4000kg，是加工生產(chǎn)菊粉及其制品的良好原料。

菊苣是一種兩年生植物，適于生長在海洋氣候條件下，在西歐(如荷蘭)國家是一種普遍種植的蔬菜品種。1993年歐盟將菊芋和菊苣列入歐洲新作物發(fā)展計(jì)劃，目前歐盟8個(gè)國家正在推廣種植選育出的優(yōu)良菊芋和菊苣新品種。

國內(nèi)菊粉加工技術(shù)主要有水熱法和微波法。水熱法工藝流程如下：預(yù)處理過的菊芋→熱水抽提→濃縮→活性炭脫色→離心→上清液用sevag法除蛋白質(zhì)，重復(fù)4—5次→95%乙醇沉淀→離心→過陽離子和陰離子交換樹脂除雜質(zhì)→真空干燥→粉碎得產(chǎn)品。微波法工藝流程如下：切絲→稱重→加水微波浸出→渣汁過濾→去除雜質(zhì)→脫色濃縮。

3.菊粉的功能特性

3.1控制血脂

攝入菊粉可有效降低血清總膽固醇(TC)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)，提高高密度脂蛋白/低密度脂蛋白比率，改善血脂狀況。Hidaka等人報(bào)道，50—90歲的老年病人，每日攝食8g短鏈的膳食纖維，兩周后血液中甘油三酸脂和總膽固醇的水平降低。Yamashita等人給18名糖尿病人進(jìn)食8g菊粉兩周，總膽固醇減少7.9%，但HDL—膽固醇沒變。而攝食食糧的對(duì)照組，上述參數(shù)沒有變化。Brighenti等人觀察到，12名健康年輕的男子，在每日的谷物早餐中加入9g菊粉共4周，總膽固醇減少8.2%，甘油三酸酯則大幅降低26.5%。

許多膳食纖維通過吸收腸內(nèi)脂肪，形成脂肪——纖維復(fù)合物隨糞便徘出，從而降低血脂水平。而且，菊粉在腸道末端前，自身就發(fā)酵成短鏈脂肪酸和乳酸鹽，乳酸鹽是肝臟代謝的調(diào)節(jié)劑。短鏈脂肪酸(醋酸鹽和丙酸鹽)在血液里可作燃料，丙酸鹽抑制膽固醇的合成。

3.2降低血糖

對(duì)于糖尿病患者來說，合理安排飲食是治療的主要方法。菊粉味微甜，系果糖聚合物，通過人體口腔、胃及小腸過程中基本上不分解、不吸收，因此，從口腔攝入菊粉后不會(huì)影響血糖水平，可做糖尿病人食品。對(duì)菊粉降低血糖水平的機(jī)理研究引起了越來越多科學(xué)家的重視。有的學(xué)者認(rèn)為，菊粉粘度高，導(dǎo)致腸粘膜厚度增加，從而降低葡萄糖的吸收;也有學(xué)者認(rèn)為，一方面菊粉發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸促進(jìn)了肝糖元的合成，同時(shí)低聚果糖可以促進(jìn)機(jī)體對(duì)Mg2+吸收，從而降低患糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3改善腸道功能

改善腸道功能菊粉是一種益生素，益生素(Prebiotics)是一種不被消化的食物成分，能夠選擇性地刺激和促進(jìn)一種或幾種結(jié)腸內(nèi)對(duì)宿主健康有益的微生物的生長和活力，促進(jìn)宿主健康。菊粉能在人的結(jié)腸中發(fā)酵，使雙歧桿菌增殖5—10倍，同時(shí)又能抑制潛在有害菌的生長，對(duì)便秘、濫用抗生素造成的腹瀉有顯著的改善作用。菊粉在結(jié)腸中發(fā)酵后，提高微生物菌群和氣體量提高，從而促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，縮短了糞便在結(jié)腸內(nèi)的停留時(shí)間，使移動(dòng)加快，減少了水分吸收時(shí)間，增加了糞便重量，有效預(yù)防便秘。同時(shí)也增加糞便的排泄量，使腸道內(nèi)的致癌物質(zhì)也得到了稀釋，因此，致癌物質(zhì)對(duì)腸璧細(xì)胞的剌激減少，有利于預(yù)防結(jié)腸癌。

3.4促進(jìn)礦物質(zhì)吸收

日常飲食中的膳食纖維能夠減少腸道對(duì)某些礦物質(zhì)的吸收。然而，菊粉作為一種可溶性膳食纖維攝入不會(huì)抑制礦物元素的吸收，反而促進(jìn)礦物元素，如Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+和Fe2+等的吸收。任何菊粉礦物質(zhì)復(fù)合物在腸道菌群的發(fā)酵過程中均被降解，釋放出礦物元素，使它們更有利于腸道吸收。另外，發(fā)酵所產(chǎn)生的酸能降低結(jié)腸pH值1—2個(gè)單位，使許多礦物質(zhì)的溶解度、生物有效性得以提高。而且，短鏈脂肪酸特別是丁酸能刺激結(jié)腸黏膜細(xì)胞的生長，提高腸黏膜的吸收能力。

4.菊粉的開發(fā)應(yīng)用

近年來，菊粉的開發(fā)利用受到國際食品界的高度重視，并成功應(yīng)用在乳制品、飲料、焙烤食品、低脂低熱食品、保健食品等領(lǐng)域。資料顯示，菊粉在美國的人均消費(fèi)量為1-4g/d，歐洲為3-10g/d 。國外已經(jīng)對(duì)菊粉進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，成功開發(fā)出菊粉系列功能性食品基料。另外，菊粉經(jīng)過酶法或化學(xué)方法改性后，改性菊粉能有效用作藥物載體、疫苗輔劑、金屬螯合劑以及去垢劑的主要成分。

4.1乳制品

乳制品是運(yùn)用菊粉的理想食品系統(tǒng)，因它能有效提高人體對(duì)鈣質(zhì)的吸收率，并能在低乳制品的應(yīng)用中模擬乳脂肪的口感，增加制品中纖維的含量，既改善了產(chǎn)品的整體營養(yǎng)價(jià)值又不犧牲產(chǎn)品的食用品質(zhì)，還具有益生元特性。因此，近幾年來菊粉在乳制品中的應(yīng)用快速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于低脂或脫脂牛奶，富含膳食纖維的乳制品、適合糖尿病人食用的乳制品和奶片中。

4.2飲料

高纖維果汁飲料、功能性飲料、運(yùn)動(dòng)飲料、固體飲料、植物蛋白飲料等添加菊粉后，除了可以替換脂肪和砂糖、提高產(chǎn)品的水結(jié)合能力、增加黏性之外，還可以增加制品膳食纖維和低聚糖功能，提高鈣、鎂、鐵等礦物質(zhì)的吸收率20%以上，并可掩蓋苦澀，給人柔軟的感覺，使飲料風(fēng)味更濃、質(zhì)地更好。

4.3低脂低熱食品

菊粉可替代20%～50%的脂肪，是一種優(yōu)良的脂肪替代物。當(dāng)菊粉作為代糖品在巧克力制品中應(yīng)用時(shí)，無須對(duì)加工工序進(jìn)行大幅度調(diào)整，就能生產(chǎn)出不含糖、低糖或適合糖尿病人進(jìn)食的巧克力產(chǎn)品。與山梨糖醇結(jié)合使用，效果更好。菊粉可將水穩(wěn)定成具有奶油特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，其口感與油脂一樣，故可替代油脂，生產(chǎn)低脂、脫脂乳或蔬菜奶油;還可替代冰淇淋和其他類似產(chǎn)品中的油脂。菊粉可穩(wěn)定水或脂肪的結(jié)構(gòu)，改進(jìn)干酪的特性(如涂抹性)和口感，同時(shí)可代替乳清蛋白或淀粉衍生物。

菊粉可替代低脂肉制品的油脂，改進(jìn)肉制品結(jié)構(gòu)，保持品質(zhì)穩(wěn)定性。如肉類產(chǎn)品法蘭克福腸等。菊粉可替代焙烤食品中的脂肪和糖分，提高焙烤食品的松脆性;可在蛋糕、餅干、面包中用于發(fā)展新概念制品，諸如益生原面包、高纖維面包等。

4.4保健食品

目前，菊粉已被世界上40多個(gè)國家批準(zhǔn)為食品的營養(yǎng)增補(bǔ)劑。作為防治便秘、糖尿病、肥胖等各種健康食品的原輔料和載體。對(duì)于調(diào)節(jié)腸道菌群、調(diào)節(jié)血脂、促進(jìn)鈣質(zhì)或礦物質(zhì)吸收等保健食品或者功能性食品(減肥食品)等，菊粉都是最佳配料或者功能性成分之一。

相關(guān)法規(guī)的規(guī)定

5.1美國食品和藥物管理局(FDA)

2016年，F(xiàn)DA公布了膳食纖維的新定義，作為更新營養(yǎng)成分標(biāo)簽最終規(guī)則的一部分，該機(jī)構(gòu)指定這一術(shù)語稱為“像水果，蔬菜和全谷物中發(fā)現(xiàn)的天然纖維，以及七種獨(dú)立的(即從植物來源中提取)或合成的非消化性碳水化合物(NDCs)，每種都具有生理健康益處。

如果科學(xué)證據(jù)證明對(duì)人類健康有益的生理效應(yīng)，F(xiàn)DA就在此初始成分清單之外征求公民或獨(dú)立的NDC公民申請(qǐng)。

值得注意的是，幾種常見的非消化性碳水化合物，如流行成分菊糖，在最初的定義中被忽略了，讓供應(yīng)商不知道這些成分是否會(huì)作為膳食纖維納入營養(yǎng)成分標(biāo)簽。

隨著Scott Gottlieb委員會(huì)新裁決的公布，八個(gè)新纖維被添加到名單中，其中包括：

混合植物細(xì)胞壁纖維(包括諸如甘蔗纖維和蘋果纖維等纖維的廣泛類別);

阿拉伯木聚糖;

海藻酸鹽;

菊粉和菊粉型果聚糖;

高直鏈淀粉(抗性淀粉2);

低聚半乳糖;

聚葡萄糖;

抗性麥芽糖糊精/糊精。

目前為止，各種膳食纖維中，既是天然的又是水溶的，果聚糖(菊粉)便是唯一可以規(guī)?；a(chǎn)的。