菊苣低聚果糖在食品加工过程中的应用

姜彩霞，万莉，姚德坤*，甄珍

( 1.大兴安岭林格贝寒带生物科技股份有限公司，黑龙江大兴安岭165012；2.齐齐哈尔出入境检验检疫局，黑龙江齐齐哈尔161005)

菊苣低聚果糖在食品加工过程中的应用

姜彩霞1，万莉1，姚德坤1*，甄珍2

( 1.大兴安岭林格贝寒带生物科技股份有限公司，黑龙江大兴安岭165012；2.齐齐哈尔出入境检验检疫局，黑龙江齐齐哈尔161005)

摘要：菊苣低聚果糖是从菊苣根中提取的果聚糖，又被称为菊糖，是一种低聚果糖，菊苣低聚果糖因其具有的多种生理营养功能，因而在食品加工行业作为功能性食品得到了广泛的应用。分别对菊苣低聚果糖的制取工艺、功效、安全性和在食品加工行业的主要应用等方面进行了简单的介绍。

关键词：菊苣低聚果糖；食品加工；应用

菊苣(CichoriumintybusL.)又称咖啡草、咖啡萝卜，为菊科多年生草本植物，原产于欧洲、西亚、中亚和北美洲，在我国的西北、华北和东北等地区也有一定的分布[1-2]。菊苣全身都是宝，其叶片可用作蔬菜或饲料，肉质根是目前食品行业中用来生产菊粉、低聚果糖和高果糖浆的主要来源[3-4]。菊糖又因其具有低聚果糖和膳食纤维等特点，因而在天然食品配料方面也得到了广泛的应用。工业中菊苣可作为菊粉、低聚果糖及高果糖的生产原料，是一种宝贵的植物资源。随着人们对绿色食品的不断追求，菊苣低聚果糖已成为国际上热门的功能性食品之一。

1菊苣低聚果糖制取工艺的研究

菊苣低聚果糖具有的健康和药用开发价值，近几年受到人们越来越多的关注。不少学者致力于从自然界分离产菊粉内切酶的微生物[5-8]，以便用于生产高含量的菊苣低聚果糖产品。国内外已报道了来源于节杆菌[9]、黑曲霉[10]及无花果曲霉[11]等的菊粉内切酶基因的重组表达。华承伟[12]等人对内切酶法制取菊苣低聚果糖工艺条件进行了研究试验,结果表明：pH5.5、50℃、菊粉浓度为40g/L、酶用量为12U/g菊粉时, 可达到最大产率64.6%;酶解的产物主要为GF2到GF10的菊粉寡糖。

王静等[13]采用一系列分离纯化技术, 从Aspergillusficuum菌株混合酶系中分离得到 4种菊粉酶组分, 并进一步对所得到的内切菊粉酶组分酶解菊粉制备低聚果糖进行了研究 , 确定其最适反应条件为: 底物浓度50g/L、加酶量10U/g底物, 反应温度45℃,反应pH6.0。在此条件下反应72h, 菊粉酶解率达74%, 低聚果糖得率可达50%以上, 酶解产物以DP2～DP4为主。

翟云丹等[14]以菊苣根为原料,采用果胶酶和纤维素酶复合法提取菊粉。通过响应面实验设计对其提取工艺参数进行优化。结果显示复合酶法提取菊苣菊粉最优工艺为:料液比1∶8g/mL，提取温度60℃，提取时间2.5h，提取pH6.0，复合酶配比为1∶2的条件下，菊粉提取率可达到54.63%。与热水浸提法相比，提取率高出64.10%。

2菊苣低聚果糖的功效

低聚果糖(fructooligosaccharides，简称FOS)又叫蔗果低聚糖或果聚糖，分子式为G- F- Fn(G为葡萄糖基，F为果糖基，n =1～3)，是果糖与葡萄糖构成的直链低聚糖，是蔗糖的果糖基以β- 1,2糖苷键与1～3个果糖基结合而成的蔗果三糖(GF2)、蔗果四糖(GF3)、蔗果五糖(GF4)的混合物。低聚果糖具有改善体内菌群，排毒清肠、改善脂质代谢，降低血脂、调节机体免疫系统，提高免疫力、促进矿物质吸收等生物活性[15-19]。菊苣低聚果糖作为人和动物的生理活性物质，广泛应用在疾病诊断与防治、营养与保健、 畜牧养殖、 植物生长调节及抗病害等方面，它的开发在国际上已经发展成为一个应用于医药、食品、饲料、农业等领域的重要产业。

另一方面是菊苣低聚果糖的生理功效。菊糖都是一种“不消化性”低聚糖[20-21]，不能在人体小肠内消化吸收[22-23]，但能够被大肠中的微生物发酵，产生乳酸和短链脂肪酸[24]。人体内发酵会引起双歧杆菌数量的增殖，生成菊糖的益生素原形[25]，具有维持肠道微生态平衡，增强宿主免疫力[26]，合成B族维生素，抑制肿瘤细胞生长，减少肠道内有害物质的产生与积累，抑制细菌毒素的产生等生理功能。

应用于人体的研究表明，每天服用3～15g菊苣低聚糖，几个星期后，粪便成分发生明显改变，从而也证实菊苣低果糖是益生素[27-28]。同时，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为膳食纤维，同时也具有提高钙的生物利用度，降低和预防骨质疏松症，降低非胰岛素依赖性[31]，以及结肠中患癌症前期损伤[32-33]等其他的生理特性和营养功效。

3菊苣低聚果糖的安全性

目前菊苣低聚果糖主要应用于食品工业，以增加人体食用膳食纤维的量，提高肠道功能和人体健康，同时其本身也具有一定的安全性[34]。菊苣低聚果糖从毒理学的角度进行分析也不存在提高发病率和死亡率等可能性，因而是安全的。另一方面，根据大量的动物和人体实验也说明菊苣低聚果糖具有一定的生理功效，能够提高人体的健康状况，无明显的不适现象。

4菊苣低聚果糖在食品加工行业的主要应用

菊苣低聚果糖是一种水溶性多糖，具有良好的保健作用；其低热能、无毒等特性均适合糖尿病人使用。且由于具有水溶性膳食纤维的相关特性，因而被用于多种饮料和食品中[35]，同时，菊苣低聚果糖在食品热加工过程中的稳定性良好。日本明治制果公司首先进行了工业生产，作为保健食品和砂糖的替代品，广泛使用于食品。

首先，菊苣不仅是一种广泛利用的菜叶类蔬菜植物，高产优质的饲用牧草，赵必迁[36]等人用鲜绿菊苣一定比例替代基础饲粮饲喂肥育猪取得了良好的效果。且菊苣根中含有丰富的菊苣低聚果糖和芳香族物质，可提制代用咖啡，根中提取的苦味物质可提高消化器官的活动能力，具有饲用、药用、食用和蜜源用等多方面的开发潜能，因而倍受国内外科学工作者的广泛关注[37-38]。其次，菊苣低聚果糖主要用作膳食纤维，与其它膳食纤维一样能够增加肠道微生物数量[39-40]。是目前一种良好的膳食纤维[41]。另外，菊苣低聚果糖也是良好的脂肪替代物，用于低热量食品的制造。同时，菊苣低聚果糖还是良好的质构改良剂，可以用来提供饮料的实体感；改善低热量冰激凌的质地与口感等等。

在食品加工加工过程中由于菊苣肉质根容易发生褐变，因此严重影响了产品的价值，制约了菊苣加工业的发展。因此尚红梅等[42]研究了菊苣根多酚氧化酶(PPO)酶学特性的影响因素，为菊苣根加工过程中酶促褐变的控制提供参考，这无疑成为菊苣低聚果糖的开发和利用的加速剂，菊苣低聚果糖在食品加工行业必将得到广泛应用。

5展望

当今世界食品行业逐渐趋向天然保健、低热量化的发展形式，菊苣低聚果糖等功能性食品在世界范围内具有极高的市场认可度，其需求也将不断增加。无论是国内市场还是国际市场对菊粉、低聚果糖和高果糖浆均呈现出供不应求的局面[43]。在乳制品、保健食品、饮料、糖果、烘焙和功能性保健食品等方面均具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]吴洪新，呼天明，张存莉，等. 菊苣菊粉提取与纯化研究[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2006，34(6):91-95.

[2]呼天明,吴洪新,张存莉,等.菊苣系列产品的开发研究述评[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，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]尚红梅，呼天明，张存莉，等. 大孔树脂用于菊苣菊粉的脱色研究[J].西北植物学报,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]王建华, 滕达, 姚怡,等. 黑曲霉Aspergillus niger 9891菊粉内切酶基因在毕赤氏巴斯德酵母中的克隆和表达[J]. 高技术通讯,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]华承伟,谢凤珍,王建华,等. 内切酶法制取菊苣低聚糖工艺条件的研究[J]. 生物技术技术通讯 ,2007,18(4):619-621.

[13]王静, 金征宇，江波, 等. Aspergillus ficuum菊粉酶的分离纯化及其酶解菊粉制备低聚果糖[J]. 食品与生物技术学报 ,2006,25(1):5-9.

[14]翟云丹, 陈星都，陈庆安, 等. 响应面设计优化复合酶法提取菊苣菊粉工艺研究[J]. 食品工业科技,2015(6):190-194.

[15]李新海，梁兆辉，蔡锦源，等．微波辅助提取雪莲果低聚糖的工艺研究[J]. 中国药物警戒， 2011(8):145-147．

[16]陈学玲，关健，何建军，等．雪莲果的功能特性及应用[J]. 农产品加工.学刊， 2010(10):18- 19．

[17]韩笑，杨明，崔承彬，等．高效液相色谱法定量测定巴戟天中菊淀粉型寡糖的含量[J]. 军事医学，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]曹劲松, 莫勇为,刘幼明. 菊苣低聚果糖在食品热加工过程中的稳定性研究[J]. 食品科学,2002,23(11): 44-47.

[36]赵必迁. 鲜绿菊苣对猪屠宰性能和肉品质的影响[J]. 养猪，2004,5(4):6-8.

[37]刘建宁，贺东昌．北方干旱地区牧草栽培与利用[M]. 北京：金盾出版社，1993：145-148．

[38]王绍明，张霞，刘彤．菊苣花瓣的组织培养[J]. 植物生理学通讯，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]尚红梅，韩淑君，陈诚，等. 菊苣根多酚氧化酶学特性研究[J]. 西北农林科技大学学报：自然科学版，2013,41(11):179-184.

[43]泰亚兵，徐长警，王华,等. 宁夏兴建菊芋系列产品加工的构思与建议[J]. 宁夏农林科技，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

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划农业领域研究任务(2011BAD08B0303)

*通讯作者：姚德坤，E-mail: ydk2266@163.com 。

中图分类号:S543.09

文献标识码:A

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