菊苣低聚果糖在食品加工過程中的應(yīng)用

姜彩霞，萬莉，姚德坤*，甄珍

( 1.大興安嶺林格貝寒帶生物科技股份有限公司，黑龍江大興安嶺165012；2.齊齊哈爾出入境檢驗檢疫局，黑龍江齊齊哈爾161005)

菊苣低聚果糖在食品加工過程中的應(yīng)用

姜彩霞1，萬莉1，姚德坤1*，甄珍2

( 1.大興安嶺林格貝寒帶生物科技股份有限公司，黑龍江大興安嶺165012；2.齊齊哈爾出入境檢驗檢疫局，黑龍江齊齊哈爾161005)

摘要：菊苣低聚果糖是從菊苣根中提取的果聚糖，又被稱為菊糖，是一種低聚果糖，菊苣低聚果糖因其具有的多種生理營養(yǎng)功能，因而在食品加工行業(yè)作為功能性食品得到了廣泛的應(yīng)用。分別對菊苣低聚果糖的制取工藝、功效、安全性和在食品加工行業(yè)的主要應(yīng)用等方面進行了簡單的介紹。

關(guān)鍵詞：菊苣低聚果糖；食品加工；應(yīng)用

菊苣(CichoriumintybusL.)又稱咖啡草、咖啡蘿卜，為菊科多年生草本植物，原產(chǎn)于歐洲、西亞、中亞和北美洲，在我國的西北、華北和東北等地區(qū)也有一定的分布[1-2]。菊苣全身都是寶，其葉片可用作蔬菜或飼料，肉質(zhì)根是目前食品行業(yè)中用來生產(chǎn)菊粉、低聚果糖和高果糖漿的主要來源[3-4]。菊糖又因其具有低聚果糖和膳食纖維等特點，因而在天然食品配料方面也得到了廣泛的應(yīng)用。工業(yè)中菊苣可作為菊粉、低聚果糖及高果糖的生產(chǎn)原料，是一種寶貴的植物資源。隨著人們對綠色食品的不斷追求，菊苣低聚果糖已成為國際上熱門的功能性食品之一。

1菊苣低聚果糖制取工藝的研究

菊苣低聚果糖具有的健康和藥用開發(fā)價值，近幾年受到人們越來越多的關(guān)注。不少學者致力于從自然界分離產(chǎn)菊粉內(nèi)切酶的微生物[5-8]，以便用于生產(chǎn)高含量的菊苣低聚果糖產(chǎn)品。國內(nèi)外已報道了來源于節(jié)桿菌[9]、黑曲霉[10]及無花果曲霉[11]等的菊粉內(nèi)切酶基因的重組表達。華承偉[12]等人對內(nèi)切酶法制取菊苣低聚果糖工藝條件進行了研究試驗,結(jié)果表明：pH5.5、50℃、菊粉濃度為40g/L、酶用量為12U/g菊粉時, 可達到最大產(chǎn)率64.6%;酶解的產(chǎn)物主要為GF2到GF10的菊粉寡糖。

王靜等[13]采用一系列分離純化技術(shù), 從Aspergillusficuum菌株混合酶系中分離得到 4種菊粉酶組分, 并進一步對所得到的內(nèi)切菊粉酶組分酶解菊粉制備低聚果糖進行了研究 , 確定其最適反應(yīng)條件為: 底物濃度50g/L、加酶量10U/g底物, 反應(yīng)溫度45℃,反應(yīng)pH6.0。在此條件下反應(yīng)72h, 菊粉酶解率達74%, 低聚果糖得率可達50%以上, 酶解產(chǎn)物以DP2～DP4為主。

翟云丹等[14]以菊苣根為原料,采用果膠酶和纖維素酶復合法提取菊粉。通過響應(yīng)面實驗設(shè)計對其提取工藝參數(shù)進行優(yōu)化。結(jié)果顯示復合酶法提取菊苣菊粉最優(yōu)工藝為:料液比1∶8g/mL，提取溫度60℃，提取時間2.5h，提取pH6.0，復合酶配比為1∶2的條件下，菊粉提取率可達到54.63%。與熱水浸提法相比，提取率高出64.10%。

2菊苣低聚果糖的功效

低聚果糖(fructooligosaccharides，簡稱FOS)又叫蔗果低聚糖或果聚糖，分子式為G- F- Fn(G為葡萄糖基，F(xiàn)為果糖基，n =1～3)，是果糖與葡萄糖構(gòu)成的直鏈低聚糖，是蔗糖的果糖基以β- 1,2糖苷鍵與1～3個果糖基結(jié)合而成的蔗果三糖(GF2)、蔗果四糖(GF3)、蔗果五糖(GF4)的混合物。低聚果糖具有改善體內(nèi)菌群，排毒清腸、改善脂質(zhì)代謝，降低血脂、調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)，提高免疫力、促進礦物質(zhì)吸收等生物活性[15-19]。菊苣低聚果糖作為人和動物的生理活性物質(zhì)，廣泛應(yīng)用在疾病診斷與防治、營養(yǎng)與保健、 畜牧養(yǎng)殖、 植物生長調(diào)節(jié)及抗病害等方面，它的開發(fā)在國際上已經(jīng)發(fā)展成為一個應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、飼料、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的重要產(chǎn)業(yè)。

另一方面是菊苣低聚果糖的生理功效。菊糖都是一種“不消化性”低聚糖[20-21]，不能在人體小腸內(nèi)消化吸收[22-23]，但能夠被大腸中的微生物發(fā)酵，產(chǎn)生乳酸和短鏈脂肪酸[24]。人體內(nèi)發(fā)酵會引起雙歧桿菌數(shù)量的增殖，生成菊糖的益生素原形[25]，具有維持腸道微生態(tài)平衡，增強宿主免疫力[26]，合成B族維生素，抑制腫瘤細胞生長，減少腸道內(nèi)有害物質(zhì)的產(chǎn)生與積累，抑制細菌毒素的產(chǎn)生等生理功能。

應(yīng)用于人體的研究表明，每天服用3～15g菊苣低聚糖，幾個星期后，糞便成分發(fā)生明顯改變，從而也證實菊苣低果糖是益生素[27-28]。同時，低聚果糖在抑制某些有害微生物增殖等方面也可能具有重要的作用[29-30]。

菊糖除了在食品中作為膳食纖維，同時也具有提高鈣的生物利用度，降低和預防骨質(zhì)疏松癥，降低非胰島素依賴性[31]，以及結(jié)腸中患癌癥前期損傷[32-33]等其他的生理特性和營養(yǎng)功效。

3菊苣低聚果糖的安全性

目前菊苣低聚果糖主要應(yīng)用于食品工業(yè)，以增加人體食用膳食纖維的量，提高腸道功能和人體健康，同時其本身也具有一定的安全性[34]。菊苣低聚果糖從毒理學的角度進行分析也不存在提高發(fā)病率和死亡率等可能性，因而是安全的。另一方面，根據(jù)大量的動物和人體實驗也說明菊苣低聚果糖具有一定的生理功效，能夠提高人體的健康狀況，無明顯的不適現(xiàn)象。

4菊苣低聚果糖在食品加工行業(yè)的主要應(yīng)用

菊苣低聚果糖是一種水溶性多糖，具有良好的保健作用；其低熱能、無毒等特性均適合糖尿病人使用。且由于具有水溶性膳食纖維的相關(guān)特性，因而被用于多種飲料和食品中[35]，同時，菊苣低聚果糖在食品熱加工過程中的穩(wěn)定性良好。日本明治制果公司首先進行了工業(yè)生產(chǎn)，作為保健食品和砂糖的替代品，廣泛使用于食品。

首先，菊苣不僅是一種廣泛利用的菜葉類蔬菜植物，高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的飼用牧草，趙必遷[36]等人用鮮綠菊苣一定比例替代基礎(chǔ)飼糧飼喂肥育豬取得了良好的效果。且菊苣根中含有豐富的菊苣低聚果糖和芳香族物質(zhì)，可提制代用咖啡，根中提取的苦味物質(zhì)可提高消化器官的活動能力，具有飼用、藥用、食用和蜜源用等多方面的開發(fā)潛能，因而倍受國內(nèi)外科學工作者的廣泛關(guān)注[37-38]。其次，菊苣低聚果糖主要用作膳食纖維，與其它膳食纖維一樣能夠增加腸道微生物數(shù)量[39-40]。是目前一種良好的膳食纖維[41]。另外，菊苣低聚果糖也是良好的脂肪替代物，用于低熱量食品的制造。同時，菊苣低聚果糖還是良好的質(zhì)構(gòu)改良劑，可以用來提供飲料的實體感；改善低熱量冰激凌的質(zhì)地與口感等等。

在食品加工加工過程中由于菊苣肉質(zhì)根容易發(fā)生褐變，因此嚴重影響了產(chǎn)品的價值，制約了菊苣加工業(yè)的發(fā)展。因此尚紅梅等[42]研究了菊苣根多酚氧化酶(PPO)酶學特性的影響因素，為菊苣根加工過程中酶促褐變的控制提供參考，這無疑成為菊苣低聚果糖的開發(fā)和利用的加速劑，菊苣低聚果糖在食品加工行業(yè)必將得到廣泛應(yīng)用。

5展望

當今世界食品行業(yè)逐漸趨向天然保健、低熱量化的發(fā)展形式，菊苣低聚果糖等功能性食品在世界范圍內(nèi)具有極高的市場認可度，其需求也將不斷增加。無論是國內(nèi)市場還是國際市場對菊粉、低聚果糖和高果糖漿均呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面[43]。在乳制品、保健食品、飲料、糖果、烘焙和功能性保健食品等方面均具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]吳洪新，呼天明，張存莉，等. 菊苣菊粉提取與純化研究[J].西北農(nóng)林科技大學學報：自然科學版，2006，34(6):91-95.

[2]呼天明,吳洪新,張存莉,等.菊苣系列產(chǎn)品的開發(fā)研究述評[J].西北農(nóng)林科技大學學報：自然科學版，2006 ,34(2):34-38.

[3]De Bruyn, Alvarez AP, Sandra P, et al. Isolation and identification of O-β-D-fructofuranosyl (2-1)- O-β-D-fructofuranosyl-(2-1)-D-fructose:a product of the enzymic hydrolysis of the inulin from Cichorium intybus [J]. Carbohydrate Res,1992:235-303.

[4]尚紅梅，呼天明，張存莉，等. 大孔樹脂用于菊苣菊粉的脫色研究[J].西北植物學報,2006，26(9):1916-1920.

[5]Nakamura T, Shitara A, Matsuda S. Production, purification and properties of an endo- inulinase of Penicillium sp. TN- 88 that lib-erates inulinase[J]. Ferment Bioeng, 1997,84(4):313.

[6]Odoera S, Shiomi N. Purification and substrate specificity of endo-type inulinase from Penicillium purpurogenum[J]. Agril Biol Chem,1988,52(10):2569.

[7]Yokota A, Yamauchi D, Tomita F. Production of inulotriose from inulin by inulin- degrading enzyme from Streptomyces rochei E87[J].Lett Appl Microbiol, 1995,21:330.

[8]Park JP, Bae JT, You DJ, et al. Production of inulo- oligosaccharides form inulin by a novel endoinulinase from Xanthomonas sp[J].Biotechnol Lett, 1999,21:1043.

[9]Kang S, Kim S. Molecular cloning and sequence analysis of an en-do- inulinase gene from Arthrobacter sp[J]. Biotechnol Lett, 1999,21:569.

[10]王建華, 滕達, 姚怡,等. 黑曲霉Aspergillus niger 9891菊粉內(nèi)切酶基因在畢赤氏巴斯德酵母中的克隆和表達[J]. 高技術(shù)通訊,2004,10(4):52.

[11]Kim HS, Lee DW. Expression of the INU2 gene for an endoinuli-nase of Aspergillus ficuum in Saccharomyces cerevisiae[J]. Biotech-nol Lett, 1999,21:621.

[12]華承偉,謝鳳珍,王建華,等. 內(nèi)切酶法制取菊苣低聚糖工藝條件的研究[J]. 生物技術(shù)技術(shù)通訊 ,2007,18(4):619-621.

[13]王靜, 金征宇，江波, 等. Aspergillus ficuum菊粉酶的分離純化及其酶解菊粉制備低聚果糖[J]. 食品與生物技術(shù)學報 ,2006,25(1):5-9.

[14]翟云丹, 陳星都，陳慶安, 等. 響應(yīng)面設(shè)計優(yōu)化復合酶法提取菊苣菊粉工藝研究[J]. 食品工業(yè)科技,2015(6):190-194.

[15]李新海，梁兆輝，蔡錦源，等．微波輔助提取雪蓮果低聚糖的工藝研究[J]. 中國藥物警戒， 2011(8):145-147．

[16]陳學玲，關(guān)健，何建軍，等．雪蓮果的功能特性及應(yīng)用[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工.學刊， 2010(10):18- 19．

[17]韓笑，楊明，崔承彬，等．高效液相色譜法定量測定巴戟天中菊淀粉型寡糖的含量[J]. 軍事醫(yī)學，2011，35:296- 298．

[18]Hond ED, Geypens B, Ghoos Y. Effect of high performance chicory inulin on constipation. Nutri Res, 2000，20:731-736．

[19]Lobo AR，Colli C，Alvares EP．Effects of frutans- containing yacon (Smallanthus sonchiflius Poepp and Endl．) flour on caecum mucosal morphometry， calcium and magenesium balance，and bone calcium retention in growing rats．Br J Nutr，2007，97:776- 785．

[20]Hidaka H, Eida T, Takizawa T, et al. Effects of fructoo-ligosaccharides on intestinal flora and human health [J]. Bifidobact Microflora, 1986(5):37.

[21]Cummings JH, Roberifroid MB, Andersson H, et al. A new look at dietary carbohydra-techemistry, physiology and health [J]. Eur J Clin Nutr, 1997,51:417.

[22]Knudsen KEB, Hessov I. Recovery of inulin from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L) in the smallintestine of man [J]. Br J Nutr, 1996,64:324.

[23]Ellegard L, andersson H, Bosaeus I. Inulin and oligofructose do not influence the absorption of cholesterol and the excretion of cholesterol, Fe, Ca, MG and bile acids but increase energy excretion in man. A blinded controlled cross over study in ileostomy subjects [J]. Eur J Clin Nvtr, 1997,51:1.

[24]McBain A, Macfarlane G. Investigations of bifidobacterial ecology and oligosaccharide metabolism in a three-stage compound continuous culture system [J]. Scand J Gastroenterol, 1997,222:32.

[25]Klessen B, Sykura B, Zunft HJ, et al. Effects of inulin and lactose on fecal micro-flora, microbial activityt, and bowel habit in elderly constipated persons [J]. Am J Clin Nutr, 1997,65:1397.

[26]Gibson GR. Dietary modulation of the human gut microflora using the prebiotic inulin and oligofructose [J]. Nutr, 1999,129:1438.

[27]Reberfrid MB, Van Loo JAE, Gibson GR. The bifidogenic nature of chicory inulin and its hydrolysis products [J]. Nutr, 1998,128:11.

[28]Rao AV. Dose-response effects of inulin and oligofructose on intestinal bifidogenesis effect [J]. Nutr, 1999,129:1442.

[29]Hunter JO, Truffnell Q, Lee AJ. Controlled trial of oligofructose on the management of irritable bowel syndrome [J]. Nutr, 1999,129:1451.

[30]Catala I, Butel MJ, Benssada M, et al. Oligofructose contributes to the protective role of bifidobactria in expermental necrotising enterocolitis in quails [J]. J Med Microbiol, 1999,48:89.

[31]Reberfriod MB, Delzenne N. Dietary fructants [J]. Annu Rev Nutr, 1998,18:117.

[32]Coudary C, Bellange J, Castiglia-Delahaut C, et al. Effect of soluble and partly soluble dietary fibres supplementation on absorption and balance of calcium, magnesium, iron, Zinc in health young men [J]. Eur J clin Nutr, 1997,51:375.

[33]Reddy BS, Hamid R, Rao CV. Effect of dietary oligofructose and inulin on colonic preneoplastic aberrant crypt foci inhibition [J]. Carcinogenesis, 1997,18:1371.

[34]Rowland IR, Rummney CJ, Coutts JT, Lievense LC. Effect of bifidobacterium longum and inulin on bacterial metabolism and carcinogen-induces aberrant crypt foci in rats [J]. Carcinogenesis, 1998,19:281.

[35]曹勁松, 莫勇為,劉幼明. 菊苣低聚果糖在食品熱加工過程中的穩(wěn)定性研究[J]. 食品科學,2002,23(11): 44-47.

[36]趙必遷. 鮮綠菊苣對豬屠宰性能和肉品質(zhì)的影響[J]. 養(yǎng)豬，2004,5(4):6-8.

[37]劉建寧，賀東昌．北方干旱地區(qū)牧草栽培與利用[M]. 北京：金盾出版社，1993：145-148．

[38]王紹明，張霞，劉彤．菊苣花瓣的組織培養(yǎng)[J]. 植物生理學通訊，2001，37(3)：230.

[39]Van den Heuvel EGHM, Muys T, Van Dokkum W, et al. Oligofructose stimulates calcium absorption in adolescents [J]. Am J Clin Nutr, 1997,69:544.

[40]Den Hond Elly, Geypens BJ, Ghoos YF. Effect of high performance chicory inulin on constipation [J]. Nutr, Res, 2000(5):1731.

[41]Trowell HC, Southgate DAT, Wolever TMS, et al. Dietary fiber redefined [J]. Lancet, 2006(1):967.

[42]尚紅梅，韓淑君，陳誠，等. 菊苣根多酚氧化酶學特性研究[J]. 西北農(nóng)林科技大學學報：自然科學版，2013,41(11):179-184.

[43]泰亞兵，徐長警，王華,等. 寧夏興建菊芋系列產(chǎn)品加工的構(gòu)思與建議[J]. 寧夏農(nóng)林科技，2004(1):31-35.

The Application of Chicory Fructooligosaccharides During the Processing in Food Manufacturing

Jiang Caixia1,Wan Li1，Yao Dekun1*，Zhen Zhen2

(1.Daxing’anling Lingonberry Frigid Zone Biological Industrial Group, Dzxing’anling,Heilongjiang 161006;2. Qiqihar entry exit inspection and Quarantine Bureau, Qiqihar, Heilongjiang 161005)

Abstract:Chicory Fructooligosaccharides are extracted from chicory roots, which are also called inulin or oligofructose, because it has many physiological and nutritional functions, they are widely used in food manucturing. This paper introduces the preparation of fructooligosaccharides, the virtue, the safety and the application of fructooligosaccharides.

Key words:Chicory Fructooligosaccharides; Food manufacturing; Application

收稿日期：2015-12-25

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究任務(wù)(2011BAD08B0303)

*通訊作者：姚德坤，E-mail: ydk2266@163.com 。

中圖分類號:S543.09

文獻標識碼:A

DOI.:10.13268/j.cnki.fbsic.2016.03.040