菊糖的生理功能和在食品中應用的研究進展

熊政委，董 全，2，*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；

2.西南大學國家食品科學與工程實驗教學示范中心，重慶 400715)

菊糖的生理功能和在食品中應用的研究進展

熊政委1，董 全1，2，*

（1.西南大學食品科學學院，重慶 400715；

2.西南大學國家食品科學與工程實驗教學示范中心，重慶 400715)

菊糖是一種天然碳水化合物，對人體有特殊的生理功能。主要介紹了最近幾年新發現的菊糖的一些生理功能，如降低糞臭素、影響下丘腦神經元、保護臟器氧化，以及菊糖過敏癥等等。本文還介紹了菊糖在食品中的一些前沿應用，如改善公豬肉質品感官品質、抗氧化性、刺激微生物生長、與食品中其他物質相互作用等等。菊糖作為一種新的食品配料，廣泛的應用于食品工業中。

菊糖，生理功能，應用

菊糖（Inulin），又名菊粉、土木香粉，是由D－果糖經β（1→2）糖苷鍵連接而成的鏈狀多糖，末端常含有一個葡萄糖基。菊糖的分子式表示為GFn，其中，G代表終端葡萄糖單位，F代表果糖分子，n代表果糖的單位數。菊糖的聚合度為2～60，平均分子量在5500u左右。菊糖是水溶性很好的膳食纖維，可作為功能性配料和雙歧桿菌增殖因子，廣泛應用于功能性食品、藥品和保健品中。

1 生理作用

菊糖有很多生理作用，比如：改善腸道、防止肥胖、增強免疫、降血脂降膽固醇、促進礦物質的吸收。本文還介紹一些新發現的生理作用，比如：降低糞臭素以及有毒蛋白發酵代謝產物、影響下丘腦神經元，對于增強免疫力與某些物質存在協同效應，保護臟器氧化損傷等。

1.1 降低腸道中有害微生物生長

菊糖不能被人體消化酶水解，當它們到達結腸時，能被結腸的雙歧桿菌發酵，這樣的發酵導致糞便中微生物的增加、pH下降，并產生大量的發酵產品，其中產生的短鏈脂肪酸能夠影響全身脂肪的代謝。菊糖還能增加糞便量和糞便排水量，改善排便的習慣，但是與其他膳食纖維相比它們有不同的特點，菊糖影響胃腸功能，不是因為它們的物理性質，而是因為它們的理化特性。菊糖對腸道的作用還存在協同效應，在結腸，它們迅速被發酵產生短鏈脂肪酸，這是菊糖對全身系統影響的原因之一。菊糖型果聚糖在大腸發酵是一個選擇性吸收過程，雙歧桿菌（可能有一些其他屬）優先刺激增長，從而導致腸道菌群組成的顯著變化，能夠增加一些潛在的促進健康的細菌，減少潛在的有害細菌的數量。Gunaranjan等[1]在用菊糖喂養大鼠實驗中發現，用菊糖喂養大鼠后，能夠顯著的增加結腸雙歧桿菌和卟啉單胞菌屬，降低乳酸菌的菌落總數；在菊糖喂養的老鼠中發現高濃度的短鏈脂肪酸（如醋酸、丁酸和丙酸）、乳酸和琥珀酸；而且菊糖的攝入改變結腸粘蛋白MUC－3基因的表達，刺激了每個隱窩杯狀細胞的增加使結腸隱窩深度增加，觀察發現短鏈脂肪酸的濃度和結腸粘蛋白的MUC－3表達之間有顯著正相關關系，在日常膳食中添加菊糖能夠改變腸道微生物的組成，發酵的最終產物可能會改變結腸粘蛋白的基因表達以及小鼠的結腸的形態。Vhile等[2]做了不同的菊糖喂養公豬的實驗，分為陰性對照組和陽性對照組，陰性對照組為基礎日糧，陽性對照組分別為基礎日糧+4.1%菊糖、基礎日糧+8.1%菊糖、基礎日糧+9%菊糖和基礎日糧+12.2%菊糖，喂養一個星期后屠宰，發現隨著菊糖攝入量的增加，大腸和糞便中的糞臭素也隨著減少（p＜0.01），同樣脂肪組織中的糞臭素的水平也有減少的趨勢（p=0.06），攝入菊糖水平的不斷提高，導致產氣莢膜梭菌在結腸和直腸的含量降低（p＜0.05），同樣也會使結腸中的腸桿菌的含量下降（p=0.05），此外在糞便中短鏈脂肪酸（p＜0.05）、醋酸（p＜0.05）以及戊酸（p＜0.01）的含量隨著菊糖攝入量增加而增加，糞臭素的減少可能與莢膜梭菌的減少，中短鏈脂肪酸增加有關。Vicky等[3]發現，菊糖發酵代謝的產物能夠刺激糖化菌發酵，并且能夠減少潛在的有毒蛋白發酵代謝產物二甲基三硫和乙苯。

1.2 減肥作用

如今肥胖呈現越來越流行的趨勢，食品科研人員希望開發能夠有助于控制體重的產品，菊糖提供了一個很好的機會。菊糖屬于膳食纖維，在人體的消化道中很難被分解，只在結腸中被有益生菌發酵，產生短鏈脂肪酸，產生少量的熱量，菊糖及低聚果糖的熱值一般在2.0kcal/g。由于菊糖能在胃中吸水膨脹形成高粘度的膠體，使人不易產生饑餓感，還能延長胃的排空時間，所以能夠預防肥胖。而且最近研究發現菊糖還能夠影響下丘腦神經元，也與控制體重有關。Jelena等[4]發現，在同一種動物中，在高脂膳食中添加低聚糖（菊糖），不但能夠對新陳代謝產生有益的影響，而且還能夠造成下丘腦神經元活動的顯著變化。Yang等[5]還發現連續攝入綠茶中的兒茶酸并搭配菊糖3周以上，有利于減輕體重。

1.3 非齲齒性

Kaur等[6]發現菊糖具有非齲齒性，因為它們不能被變形鏈球菌利用形成酸和葡聚糖，這些酸和葡聚糖是形成齲齒的主要原因。

1.4 增強免疫作用

菊糖可以調節免疫系統，包括相關的淋巴組織，Schley等[7]發現益生元的發酵使腸道菌群的變化可能導致免疫的變化，主要是通過乳酸細菌或細菌產物（細胞壁或細胞質組成部分）與免疫細胞在腸道中直接接觸；纖維發酵所產生的短鏈脂肪酸；或者是粘蛋白產物的變化引起，有初步的數據顯示，益生元的發酵可以調節腸道相關淋巴樣組織的免疫功能、二級淋巴組織及外圍環流。而最近還發現，菊糖與某些物質還存在協同作用。Cerezuela等[8]發現菊糖和滅活的枯草芽孢桿菌，作為合成素具有協同效應，能夠加強金頭鯛一些先天免疫功能。同樣邊連全等[9]也研究了枯草芽孢桿菌－菊糖合生元對斷奶仔豬生長性能及體液免疫功能的影響，實驗將試豬分為了4組：對照組（灌胃培養基）、菊糖組（培養基+3.5mg/mL菊糖）、枯草芽孢桿菌組（培養基+1.25×108cfu/mL枯草芽孢桿菌）、合生元組（培養基+3.5mg/mL菊糖+1.25× 108cfu/mL枯草芽孢桿菌），結果表明，枯草芽孢桿菌組和合生元組的平均日增重顯著高于對照組和菊糖（p＜0.05），料重比和腹瀉率顯著低于對照組和菊糖組（p＜0.05），各處理組血清免疫球蛋白G（IgG）含量均顯著高于對照組（p＜0.05），合生元組IgG含量顯著高于菊糖組和枯草芽孢桿菌組（p＜0.05），枯草芽孢桿菌組和合生元組血清免疫球蛋白A（IgA）含量顯著高于對照組和菊糖組（p＜0.05），合生元組補體C3、C4水平顯著高于對照組（p＜0.05），所以由此可得知，枯草芽孢桿菌－菊糖合生元可提高斷奶仔豬的生長性能與體液免疫功能。

1.5 促進礦物質的吸收

在日常的膳食纖維中，由于植酸含量較高，往往會減弱礦物質的吸收。而菊糖往往與此相反，可以促進鈣和鎂的金屬離子的吸收，主要有3個方面的原因：a.菊糖發酵所產生的酸降低了結腸的pH，增加了金屬離子溶解度并促進了更多金屬離子被動擴散進入腸細胞。b.菊糖和礦物質能形成菊糖－礦物質復合物，此復合物被腸道菌群發酵降解，釋放出礦物元素，使它們更有容易被腸道吸收。c.大腸有益菌發酵菊糖產生短鏈脂肪酸，可以刺激結腸黏膜細胞的生長，提高腸粘膜的吸收力。菊糖還能夠促進礦質元素在骨骼中的吸收，防止骨質疏松。Lopez等[10]用含有10%菊糖日糧飼養小鼠發現Mg、Ca、Fe、Cu表觀消化率分別提高了50%、20%、23%、45%，但Zn表觀消化率不變。Lee Cole等[11]對大鼠進行了，4周喂養實驗，發現菊糖能夠長期的提高Ga和Mg的吸收率，并且對Mg的吸收率的影響要比Ga更強。Tako等[12]發現菊糖能夠改善雞缺鐵的狀態。

1.6 保護臟器氧化損傷

最近研究發現，菊糖在保護臟器氧化損傷方面的有一定作用，魯政等[13]發現酒精能較顯著地引起小鼠腎臟和腦組織的氧化損傷但對心臟和睪丸的氧化損傷較小，牛蒡菊糖和菊芋菊糖對上述器官的氧化損傷具有一定的保護作用。

1.7 果糖不耐癥和菊糖過敏

Piotr等[14]發現菊糖也有可能對身體帶來可能的危害，主要是果糖不耐癥和比較罕見的過敏癥，此外，在某些條件下，菊糖可能導致有害細菌的生長，還可能與一些自身免疫病潛在相關。

2 菊糖在食品工業中最新的應用

菊糖在工業上目前已有的應用有：作為脂肪替代品，菊糖在奶油、冰淇淋等食品中常作為脂肪替代品。菊糖具有代替脂肪的功能是基于其特有的持水性，使產品具有類似脂肪的潤滑口感；菊糖是膳食纖維的一種，易溶于水，而不像其他纖維產生沉淀問題，也不會吸收大量的水分影響食品風味，所以，常作為食品配料；由于菊糖具有特殊的凝膠能力和抗老化性，所以菊糖可作為一種新的食品質構改良劑。以菊糖為原料，也能夠通過酸解或酶制備高果糖漿。除此以外，現在還發現菊糖的一些新用途。

2.1 改善公豬肉質品感官品質

為了防止“公豬異味”（主要由睪丸類固醇引起雄烯酮、糞臭素、吲哚），很多發達國家采用公豬閹割法，但是出于動物福利的原因，歐共體宣布：到2018年全面禁止閹割公豬。向飼料中添加菊糖，能夠降低豬肉中糞臭素水平以及改善豬肉的感官品質。Zammerini等[15]發現向飼料中添加9%的菊糖飼養公豬2周，能夠有效的降低背膘的糞臭素濃度和煮熟的脂肪異味。所以，向飼料中添加菊糖可以有效的解決公豬肉制品的異味問題。

2.2 抗氧化性

菊糖具有一定抗氧化作用，添加到食品中能降低食品的氧化程度。Ramon等[16]發現，菊糖添加的雞肉產品中，能夠增加肉制品的紅色，它能夠降低脂質過氧化的程度。楊振等[17]研究了菊糖對菜籽油的抗氧化作用，發現其抗氧化效果隨著菊糖添加量的增大而增強。分別將0.05%菊糖與0.05%VC、0.05%菊糖與0.05%檸檬酸加入菜籽油中，進行抗氧化性實驗，結果表明菊糖與VC、菊糖與檸檬酸的協同抗氧化性較強。曹澤虹等[18]測定了牛蒡菊糖對4種自由基的清除率，其結果為：羥自由基91.05%、DPPH自由基92.22%、超氧陰離子自由基89.00%、烷基自由基80.95%，與VC的抗氧化性能指標相當，說明其具有較高的抗氧化特性。

2.3 改善食品品質

菊糖添加到乳制品、牛奶中能夠刺激微生物的生長，Pinheiro等[19]發現菊糖添加到乳制品中，能夠刺激鼠李糖乳桿菌與嗜熱鏈球菌的生長以及提高發酵最終產品的水平。菊糖添加到食品中能夠改善食品品質，Huang等[20]研究發現，在香腸中添加菊糖，其品質和口感均超過添加小麥或者燕麥的香腸。Rinaldoni等[21]研究發現，將菊糖添加到酸奶中，隨著菊糖含量的增加，乳脂狀和粘狀也隨之增強，菊糖添加到酸奶中的最高可接受性是50g/L（p＜0.01）。

2.4 菊糖與其他物質還存在相互影響

菊糖與其他一些物質一起添加到食品中還存在著相互影響的效應。例如在牛奶中添加菊糖和蜂蜜就存在相互作用，Milka等[22]研究發現，向牛奶中添加1%的菊糖和4%的蜂蜜，能夠降低發酵時間，同時能夠在存儲期里顯著的降低脫水收縮作用（p＜0.05）。而在乳制品中，添加菊糖、蔗糖、檸檬酸也存在著相互作用，Arcia等[23]發現，在乳制品中添加短鏈和長鏈的菊糖，采用響應面法分析，獲得各個成分的添加量，5.5g/100g的菊糖、10g/100g的蔗糖和60mg/kg的檸檬酸是好的搭配，并且發現，添加菊糖的低脂肪樣品具有更強的檸檬酸味、更大的厚度和更強的乳脂狀。

3 展望

菊糖己被世界上多個國家批準為食品的營養增補劑。日本厚生省批準菊糖為特定保健食品，應用于多種食品中。美國食品和藥物管理局批準菊糖為公認的安全級食品配料。歐洲則把它作為控制膽固醇水平的功能性甜味劑廣泛應用。我國菊糖的生產也已廣泛應用在醫藥保健、食品行業。

[1]Gunaranjan P，Christine B A，Halina S，et al.Effects of early dietary intervention with a fermentable fibre on colonic microbiota activity and mucin gene expression in newly weaned rats[J].Journal of Functional Foods，2012，4（2）：520－530.

[2]Vhile S G，Kjos N P.Sorum H，et al.Feeding Jerusalem artichoke reduced skatole level and changed intestinal microbiota in the gut of entire male pigs[J].Animal，2012，6（5）：807－814.

[3]Vicky D P，Habteab G A，Cortinas A J.Impact of the synbiotic combination ofLactobacillus caseishirota and oligofructose－enriched inulin on the fecal volatile metabolite profile in healthy subjects[J].Molecular Nutrition ＆ Food Research，2011，55（5）：714－722.

[4]Jelena A，Tulika A，Gina J C，et al.Fermentable Carbohydrate Alters Hypothalamic Neuronal Activity and Protects Against the Obesogenic Environment[J].Obesity，2012，20（5）：1016－1023.

[5]Yang H Y，Yang S C，Chao J C，et al.Beneficial effects of catechin－rich green tea and inulin on the body composition of overweight adults[J].British Journal of Nutrition，2012，107（5）：749－754.

[6]Kaur N，Gupta A K.Applications of inulin and oligofructose in health and nutrition[J].Journal of Biosciences，2002，27（7）：703－714.

[7]Schley P D，Field C J.The immune－enhancing effects of dietary fibres and prebiotics[J].British Journal of Nutrition，2002，87（2）：221－230.

[8]Cerezuela R，Cuesta A，Meseguer J，et al.Effects of dietary inulin and heat－inactivated Bacillussubtilison gilthead seabream（Sparus aurata L.） innate immuneparameters[J].Beneficial microbes，2012，3（1）：77－81.

[9]邊連全，杜欣，劉顯軍.枯草芽孢桿菌－菊糖合生元對斷奶仔豬生長性能及體液免疫功能的影響[J].動物營養學報，2012，24（2）：280－284.

[10]Lopez H W，Coudray C， Levrat V M A，et al.Fructooligosaccharides enhance mineral apparent absorption and counteract the deleterious effects of phytic acid on mineral homeostasis in rats[J].Journal of Nutritional Biochemistry，2000，11（10）：500－508.

[11]Lee Cole L L，Hee W L，Berdine M R，et al.Prebiotics enhance magnesium absorption and inulin－based fibers exert chronic effects on calcium utilization in a postmenopausal rodent model[J].Journal of Food Science，2012，77（4）：88－94.

[12]Tako E，Glahn R P.Intra－amniotic administration and dietary inulin affect the iron status and intestinal functionality of irondeficient broiler chickens[J].Poultry Science，2012，91（6）：1361－1370.

[13]魯政，張靜，高兆蘭.牛蒡菊糖和菊芋菊糖對酒精誘導大鼠慢性氧化損傷的防治作用[J].食品科學，2010，31（5）：270－273.

[14]Piotr H，Barbara J L，Iwona W.The benefits＆potential health hazards posed by the prebiotic inulin－a review[J].Polish Journal of Food and Nutrition Sciences，2010，60（3）：201－211.

[15]Zammerini D，Wood J D，Whittington F M，et al.Effect of dietary chicory on boar taint[J].Meat Science，2012，91（4）：396－401.

[16]Ramon C，Luis L，Cantero V，et al.Assessment of Different Dietary Fibers（Tomato Fiber，Beet Root Fiber，and Inulin）for the Manufacture of Chopped Cooked Chicken Products[J].Journal of Food Science，2012，77（4）：346－352.

[17]楊振，楊富民.菊粉對油脂抗氧化性研究[J].食品工業科技，2009，30（6）：119－121.

[18]曹澤虹，董玉瑋，王衛東.牛蒡菊糖的提取及其抗氧化性能的研究[J].農業機械，2011（24）：135－139.

[19]Pinheiro D S O R，Patrizia P，Attilio C，et al.Effect of inulin on growth and acidification performance of different probiotic bacteria in co－cultures and mixed culture with Streptococcus thermophilus[J].Journal of Food Engineering，2009，91（1）：13－19.

[20]Huang S C，Tsai Y F，Chen C M.Effects of Wheat Fiber，Oat Fiber，and Inulin on Sensory and Physico－chemical Properties of Chinese－style Sausages[J].Asian－Australasian Journal of Animal Sciences，2011，24（6）：875－880.

[21]Rinaldoni A N，Campderros M E，Antonio P P.Physicochemical and sensory properties of yogurt from ultrafiltreted soy milk concentrate added with inulin[J].Lwt－Food Science and Technology，2012，45（2）：142－147.

[22]Milka S，Spasenija M，Tovana G，et al.Effects of selected factors on rheological and textural properties of probiotic yoghurt [J].Mljekarstvo，2011，61（1）：92－101.

[23]Arcia P L，Costell E，Tarrega A.Inulin blend as prebiotic and fat replacer in dairy desserts：Optimization by response surface methodology[J].Journal of Dairy Science，2011，94（5）：2192－2200.

Research progress in the physiological functions and applications in food of inulin

XIONG Zheng-wei1，DONG Quan1，2，*
（1.College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400715，China；
2.National Representative Center of Experimental Teaching of Food Science and Engineering，Southwest University，Chongqing 400715，China）

Inulin is a product of natural carbohydrate.It has special physiological functions for the human body. Some newly-discovered physiological functions of inulins in the recent years were introduced，such as reducing skatole，influencing the hypothalamic neurons，protecting organs form oxidating，and inulin allergy. Meanwhile the lastest applications in food industry，such as improving the sensory quality of boar products，antioxidant activity，stimulating the growth of microorganisms and the interaction with other food substances were also introduced.As a new food ingredient，inulin has been widely used in the food industry.

inulin；physiological function；application

TS251.6

A

1002－0306（2012）20－0351－04

2012－07－12 *通訊聯系人

熊政委（1989－），男，碩士研究生，研究方向：食品安全與質量控制。

國家“863”計劃項目（2011AA100805－2）。