菊芋保健酒研究的可行性分析及意义

王圣开+张艳

摘 要：我国菊芋资源丰富，菊芋因具有较高的营养价值，在食品工业中应用广泛。综述了菊芋营养、药用价值及国内外对菊芋发酵产品的研究現状，结合我国保健酒的发展现状及趋势，分析菊芋发酵型保健酒研究的可行性和现实意义。

关键词：菊芋；发酵；保健酒

基金项目：重庆市教委科学技术研究项目资助（KJ1503403）。

菊芋（Helianthus tuberosus L.）又名洋姜、鬼子姜，为菊科向日葵属多年生草本植物，在中国南北各地均有栽培。菊芋繁殖力强，耐霜、耐病虫害能力强，无须施肥、打药、除草、管理，是一种不可多得的生态经济型植物。这有利于扩大菊芋种植的规模化管理及为菊芋产品深加工提供了原料保证。

菊芋可食部分为地下块茎，可生食、腌制咸菜等，但利用率不大。近年来为加大菊芋资源的利用，对菊芋进行深加工提取菊糖、发酵工业酒精的研究较多[2]。菊芋块茎内因含丰富的菊糖，系果糖多聚物，并含有丰富维生素、矿物质，当前其主要价值是用于药用原料和保健食品的全新多功能原料。随着人们生活水平日益提高，保健意识逐渐增强，保健食品受到消费者一致青睐。本文结合我国酒类产品的发展趋向及菊芋的保健功能，分析菊芋发酵生产保健酒的可行性及研究意义，旨在为菊芋保健酒的加工及工业化生产提供理论依据。

1 菊芋保健酒研究的可行性分析

1.1 菊芋的营养及药用价值

我国传统中医认为，菊芋有“性味甘平，具有和中益胃，利水去湿，清热解毒”之功效。菊芋块茎中含15～20%的菊糖，约占菊芋干重的70%，其中菊糖中70%～80%为低聚果糖。经证实菊糖具有增殖人体双歧杆菌、调节肠胃功能、清热凉血、排毒养颜、促进矿物质的吸收，防止儿童龋齿[3]。菊糖对血糖亦具有双向调节作用，一方面可使糖尿病患者血糖降低，另一方面又能使低血糖病人血糖升高。同时菊糖还可减少肝脏毒素，特别是氨基毒素，能在肠中生成抗癌的有机酸，有显著的防癌功能；被美国防癌协会列为30种有防癌作用的蔬菜之一。在食品加工业方面，菊粉作为一种天然功能性食用多糖，具有水溶性膳食纤维和生物活性前体的生理功能，因而已被广泛应用于低热量、低糖、低脂食品中，以改善食品的组织质地、味觉及口感。除此之外，以菊芋为原料开发的低聚果糖（FOS）作为一种功能性低聚糖，被国际营养学界称为“第七营养素”，因其具有良好的口感和丰富的生理功能，可以在食品、饲料、卫生防疫、保键、医药等许多领域应用。可以说菊芋是21世纪最具有代表性的健康食品原料。2012年9月5日，卫生部发出公告指出，根据《中华人民共和国食品安全法》和《新资源食品管理办法》有关规定，增加菊芋作为新资源食品原料。

1.2菊芋发酵产品研究现状

菊芋种植成本低、产量高、对气候和土壤条件要求不高。充分发挥我国在菊芋种植上得天独厚的优势，大力发展菊芋产品的开发，具有广阔的市场前景。目前我国对菊竽资源的利用仍处于初级加工方面较多，基本上只是用于腌制咸菜；在深加工方面的研究，主要在于开发菊糖、低聚果糖、高果糖浆等功能性产品上[2]，且开发成本较高，某些产品仍属于实验室研究阶段，工业化生产有待进一步研究。而对于菊芋发酵生产保健酒类产品在国内外鲜有报道，对其研究多在菊芋生产燃料酒精这一步上。国内外学者对发酵菊芋生产乙醇的技术路线进行了大量研究。目前，国内外对菊芋发酵产品的开发主要集中在产菊糖酶菌株选育的研究、产菊糖酶菌株培养基优化、以及发酵菌种选育的研究。

1.2.1国外研究现状

国外在对菊芋发酵生产燃料酒精的研究较早。在20世纪80年代，Szambelan K等就研究了连续固相发酵菊芋生产燃料酒精[4]。Sharma研究从菊苣根部的土壤中分离出青霉菌，经过NTG-UV和EtBr-UV突变后，有些菌株会产生I/S很高的菊粉酶。结果表明产菊粉酶的微生物在经过诱导突变后，其菊粉酶的活性有所提高。Wei.W对Kluyveromyces sp.Y-85运用了响应面分析法得到了最优的培养基[5]。日本Hayashida等人选育了一株耐高浓度酒精酵母W.Y.2，在以蔗糖或淀粉糖化液为底物的人工合成培养基中，在3d内可产生18.6%以上的酒精[6]。可以看出，国外对菊芋发酵产生酒精的研究多集中在产菊糖酶的菌株筛选及培养基的优化上。

1.2.2国内研究现状

我国对菊芋发酵生产燃料酒精研究起步较晚，葛向阳等通过改变碳源、氮源、表面活性剂以及培养基pH得到最佳产菊粉酶条件为：菊芋粉50g/L；豆饼粉40g，L：蔗糖酯6g/L：pH6.0，以菊芋为底物，利用黑曲霉SL-09和塞尔维亚酵母z-06采用同步糖化与发酵法，30℃发酵48h，酒精浓度达到19. 6%（V/V）[7]。张秀兰采用原生质体融合，筛选出一株较优的融合菌株R8。酒精发酵试验结果显示，其产菊粉酶能力为：I：8.79，S：25.09，发酵菊粉的酒精得率为41.16%，原料糖分利用率为75.52%，酒精含量为31.6g·L-1[8]。张艳等曾以安琪酵母为发酵菌种，以菊芋为原料，蜂蜜补糖方式，初步筛选蜂蜜菊芋酒的发酵工艺为酵母接种量0.8 g·L-1，发酵温度26℃，初始pH 4，装液量70%，在此发酵条件下，酒体酒精度为14.0%（V/V），还原糖含量10.4 g·L-1，总酸含量6.90 g·L-1[9]。张丽芳采用菊芋为主要原料，经酒精发酵、醋酸发酵制得菊芋果醋[10]。

通过上述文献分析，目前国内外主要集中在以菊芋为原料发酵生产燃料酒精的产菊糖酶菌株筛选、发酵酒精条件研究上。而对于以菊芋为原料，发酵生产符合消费的绿色保健酒的研究报道较少。菊芋块茎成分中除水分外，最多的是菊糖（Inulin），这给微生物发酵生产菊芋保健酒提供了可能。并且菊芋含有较多的粗纤维、钙、磷等微量元素和维生素，又给终端产品赋予了丰富的营养成分，为菊芋成品酒提供了一定营养和保健价值。

2 菊芋保健酒研究意义

2.1 酒类产品发展现状及趋势

首先从国家政策面看，随着宏观经济形势和政策环境变化，酒行业深度调整打破原有的酒业格局，白酒行业发展放缓。国家在酒类发展的产业政策上坚持：由高度酒向低度酒转变；蒸馏酒向酿造酒转变；粮食酒向果类酒转变；普遍酒向优质酒转变。因此，国家政策导向有利于保健酒行业的发展。2001年，中国保健酒行业只有8亿元的规模，到2015年全国保健酒市场突破200亿元的成交额，保健酒市场发展态势良好，以每年30%的速度增长，成为继白酒、葡萄酒和啤酒之后的酒业第四势力。其次，国家加大了环境保护力度，制定了一系列具有战略意义的退耕还林，防风制沙等强化环境保护的优惠政策。结合菊芋耐寒耐旱、抗风沙、保水土的生长特性，这些政策的出台和实施使菊芋保健酒的原材料更加丰富，为产品品质开发的进一步提高奠定了雄厚的物质基础。同时，菊芋的种植简易、成本低，利用菊芋发酵保健酒附加值高，利于农民增收，符合中央扶贫工作的政策导向。最后，随着社会经济发展，人民生活水平的提高，人口老龄化加剧，保健意识的不断加强，酒水的低度化、清淡化、保健化日趋肯定。加上消费者正朝着理性消费观念转变，给保健酒的发展带来新的机遇。综上所述，保健酒是一个被支持、鼓励的发展行业。开发营养保健、品种多元化的菊芋保健酒具有广阔的市场前景。

2.2 菊芋保健酒研究的现实意义

以菊芋为原料，发酵生产菊芋保健酒，具有多重意义：（1）以菊芋为原料，应用微生物发酵技术研制开发的保健酒，符合了当今“绿色食品”、“功能食品”的消费潮流，丰富了市场上保健酒产品的种类，具有重要实用价值。（2）菊芋保健酒符合国家“限制粮食酒，发展非粮食酒”的产业政策，又符合我国农业特别是早作农业种植结构的调整及农业产业化政策。（3）菊芋具有的耐旱、耐寒、耐盐的特点，不仅可以占用非耕地，还能使我国数千万亩滩涂地和盐碱地得以开发利用，有利于水土保持，保护生态环境。同时我国农村耕地闲置的现象较普遍，菊芋种植简易、成本低，有利于留守农民增收。

参考文献

[1] 许勤虎.菊芋（洋姜）的产业化开发应用研究[J].山西食品工业，2001（2）：33.34.

[2] 孙纪录，贾英民，桑亚新.菊芋资源的开发利用[J].食品科技，2003，（1）：27.29.

[3] 苗晓洁，董文宾，代春吉.菊糖的性质、功能及其在食品工业中的应用[J].食品科技，2006（4）：10-11.

[4] Szambelan K，Nowak J，Jelen H. The composition of Jerusalem artichoke（Helianthus tuberosus L.）spirits obtained from fermentation with bacteria andyeasts[J].Engineering In Life Sciences，2005（5）：68-71.

[5] Wei W，Zheng ZH，Liu Y.Optimizing the Culture Conditions for Higher Inulinase Production by Kluyveromyces Y-85 and Scaling-up Fermentation[J].Journal of Ferm entation and Bioengineering，1998，86（4）：395-399.

[6] S.Hayashida，K.ohta.Effects of phosphatidylcholine or ergosteryl oleate on physiological properties of Saccharomyces sake[J].Agric.Biol.Chem.，2008，44：256l-2567.

[7] 葛向陽.菊芋发酵生产燃料酒精的研究[D].江南大学2007硕士学位论文.

[8] 张秀兰.以菊芋为原料的酒精发酵研究[D].甘肃：兰州理工大学，2011：9.

[9] 张艳，王圣开，聂青玉.蜂蜜菊芋酒发酵工艺的研究[J].保鲜与加工，2017（2）：75.

[10] 张丽芳. 菊芋果醋发酵工艺研究[J].中国调味品，2012，37（10）：64-66.