菊苣多糖的保健功能及产品开发研究进展

解梦汐姜 波宋 莉鲁 明

(1.辽宁省农业科学院食品与加工研究所，辽宁 沈阳 110161； 2.辽宁中菊生物科技有限公司，辽宁 鞍山114014)

菊苣是菊科菊苣属多年生草本植物，可药食两用，具有清热解毒，利尿消肿，健胃等功效，是维吾尔族和蒙古族常用药材。在我国的北京、黑龙江、辽宁、山西等省市分布广泛。菊苣富含多糖、甙类、鞣质、萜类等多种生物活性物质，其中菊苣多糖具有多种药理作用，如降血脂、抗肿瘤、延缓衰老、抗疲劳、促进钙和磷吸收等广泛的实用性和健康益处。此外，菊苣多糖也是一种安全有效的婴儿营养补充剂，作为益生元能够促进与母乳喂养有密切关系的胃肠道微生物。目前，菊苣多糖已相继应用于焙烤食品、糖果、乳制品、饮品及调味料等食品行业，如作为巧克力制品的代糖品，乳品、肉品及冰淇淋的油脂替代品。菊苣多糖也可以作为保健饮品、功能性食品和特效药品等开发利用，在食品工业中具有广阔的开发应用前景。

1 菊苣多糖生物活性及保健功能

1.1 降血脂、降血压

菊苣多糖主要通过影响大鼠胃排空、葡萄糖吸收、肠道短链脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸等)含量、肠促胰素的分泌、肝脏脂肪生成基因的表达等方面调节大鼠脂质代谢。Delzenne用叙利亚仓鼠研究CPS的降脂潜能，发现膳食中菊粉能显著降低vldl胆固醇含量，数据表明菊粉的降脂作用可能是由于几个机制，包括改变肝脏三酰基甘油的合成和vldl胆固醇的分泌，以及损害循环胆汁酸的再吸收[1]。另一项研究证实，使用菊粉果聚糖饲喂大鼠，可以减少肥胖 Zucker fa/fa 大鼠脂肪量的形成和肝脂肪变性[2]。研究过程中观察到菊苣多糖抑制了肝脏脂肪生成酶的合成，且在血液和肝脏中三酰甘油和磷脂浓度显著降低，3-磷酸甘油酯的酰基转移酶(EC 2.3.1.15)的活性降低，说明饲喂菊苣多糖或低聚果糖可以改变大鼠的脂肪生成酶的基因表达。Zhu等人采用血清代谢组学技术研究菊苣多糖在非酒精性脂肪肝(NAFLD)大鼠中的作用机制，差异代谢物的聚类分析、富集分析和代谢途径分析表明NAFLD大鼠的氨基酸代谢和脂肪酸生物合成，极长链脂肪酸的氧化和尿素循环较对照组受到干扰，说明菊苣多糖对NAFLD具有调节作用[3]。此外，研究发现菊苣多糖降血压功效与现有降压药物功效相近，却没有钙离子阻断剂、利尿剂、血管张力素转换酶抑制剂等降压药可能引起的心悸、血钾过低、咳嗽等副作用[4]。

1.2 调节血糖和胰岛素水平

Cani等通过监测大鼠的体重、食物摄入量、甘油三酯和血浆生长激素释放肽浓度来研究低聚果糖对血糖的调节作用[5]。结果表明，在饲料中添加低聚果糖可降低大鼠由于高脂肪饮食引起的能量摄入导致的体重增加，减少脂肪形成和血清甘油三酯积聚。这项结果证明了菊苣多糖促进了盲肠和结肠中前原胰高血糖素m RNA增加，促进近端结肠中胰高血糖素样肽含量增加，并伴随门静脉胰高血糖素样肽高浓度增加，刺激胰岛素的生成，影响糖代谢酶的活性，抑制糖异生，从而影响血糖与血脂的代谢。

1.3 免疫调节和抗肿瘤作用

菊苣多糖作为重要的免疫调节物质可以影响生物机体的免疫活性。有研究发现，奇可力多糖(菊苣多糖的一种)具有免疫调节及抗肿瘤的功能。有试验利用了高、中、低3个剂量组的菊苣多糖分别连续饲喂小鼠 20 d，测定各项免疫指标，结果小鼠抗体生成细胞数及小鼠巨噬细胞吞噬指数增加。 任保国等为进一步研究菊苣多糖的抗肿瘤作用及其机制和临床应用，将50只小鼠(注射过肿瘤细胞)随机分为5组，每组10只，其中雌雄各占一半[6]。连续10 d饲喂菊苣多糖，末次给药 24 h后，分别检测小鼠机体各处的肿瘤。结果显示，菊苣多糖明显抑制肿瘤生长，抑制肝癌和胃癌细胞生长，并延长患病小鼠存活时间，同时增加淋巴细胞的体外转化功能。Taper等人将低聚糖与非消化性碳水化合物纤维、谷氨酸钠、果胶与可溶性低聚糖混合，研究菊苣多糖和寡糖对雌性大鼠乳腺癌变的影响[7]。结果显示，与仅喂食基础膳食的雌鼠相比，喂食15%菊苣多糖和寡糖的雌鼠肿瘤癌变的数量更少。与典型的癌症治疗(毒性药物、手术和放疗)相比，在日常饮食中添加菊苣多糖等碳水化合物补充剂抑制肿瘤的发展，对癌症患者来说更加简单可行且没有风险。

1.4 对肠道的调节作用

1.4.1 改善肠道微生物 研究发现菊苣多糖作为双歧杆菌增值因子，能促进双歧杆菌生长，增加短链脂肪酸的合成，且限制了乳酸和乙酸的腐败及潜在的致病菌的增值，对肠道微生物起到改善作用。Gibson等人挑选8名受试者在45 d内摄入低聚果糖和菊苣多糖，发现低聚果糖和菊苣多糖使双歧杆菌量增加，而其他类杆菌(梭状杆菌和梭状杆菌等)减少[8]。

1.4.2 缓解便秘 碳水化合物的发酵可以刺激结肠的能动性。Elly等人研究了菊苣多糖对便秘患者的影响[9]。他们发现每天摄入1.5～2 g的菊苣多糖能够增加排便频率。另一项研究也证实，每天摄入0.74 g菊粉，有助于显著增加排便频率，使粪便变软。

1.4.3 预防腹泻 菊苣多糖可能对预防腹泻有一定的积极作用。研究者将281例婴幼儿分为两组。第一组即治疗组，136例婴儿在食物中添加低聚半乳糖和菊苣多糖，第二组145例婴儿食物中不添加作为对照组。360 d后发现治疗组的婴儿急性腹泻较对照组减少。Duggan等人筛选了282名(180～360 d)至180 d的婴儿研究菊苣多糖与益生菌对腹泻的影响，研究结果表明菊苣多糖与益生菌对腹泻的作用上没有明显的统计学差异[10]。

1.4.4 减轻肠道炎症 溃疡性结肠炎和克罗恩病是慢性特发性炎症性肠病(IBD)，与类固醇相比，大量的抗生素被用于减少细胞因子和二十烷类物质的粘膜释放，从而降低IBD。然而，抗生素的频繁使用会给患者带来一些副作用。大肠杆菌、产气肠杆菌、脆弱拟杆菌以及均状拟杆菌等也用于减轻肠道炎症。但这些益生菌效果不明显，有时会引起急性炎症。除了使用抗生素和益生菌，多项研究已经证明，服用益生元(菊苣多糖菊苣多糖和低聚果糖)可用于缓解选择性肠道炎症。研究者将按5 g/kg体重剂量的益生元(菊苣多糖和低聚果糖的混合物)饲喂给HLA-B27转基因大鼠，结果不仅减轻了粘膜促炎细胞因子的作用，还增加了免疫调节转化生长因子的表达[11]。在另一项研究中，10名患有回肠克隆性克罗恩病的患者每天摄入15 g菊苣多糖(FOS)治疗21 d。结果显示，FOS将哈维布拉德肖指数从9.8显著降低到6.9，粪便中双歧杆菌数量明显提升，证明菊苣多糖可以作为益生元来缓解减轻肠道炎症[12]。

1.5 增强钙吸收

矿物质是机体的重要营养物质。特别是钙、磷等在机体内扮演着重要的角色，如果缺乏就会引发多种疾病，使生长发育受阻。不同的果聚糖摄入量会改变矿物质在机体内被肠道吸收的数量。Atta等试验采用4组不同月龄(2、5、10、20 个月龄)的80只雄性 Wistar大鼠，饲喂含有3.75%菊苣多糖的饲料，在试验的21 d通过粪便测定Zn+和Cu+的吸收率，结果表明，摄入菊苣多糖的各组大鼠Zn+和 Cu+的吸收量均显著增加。另一项研究发现菊苣多糖和低聚果糖的混合物可以通过结肠或胎肠增强Ca+的吸收，这是由于结肠微生物在结肠内对长链乳酸菌进行发酵，使其分解为短链脂肪酸和乳酸[13]。该发酵过程随着钙离子在结肠中的溶解度的增加而降低pH值，从而增加细胞对钙的吸收和骨矿化。

1.6 抗氧化及抗疲劳作用

人体系统可以清除体内正常代谢过程中产生的自由基。然而，在特殊情况下，由于结构不规则和细胞的线粒体膜损伤，机体产生过量的自由基[14]。有研究者通过体外DPPH(2，2-二苯基-1-辛基肼基)、ABTS(2，2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)清除活性和FRAP(铁还原抗氧力)测定来推测菊苣果糖的抗氧化性，体外抗氧化实验结果表明，菊苣多糖具有较强的还原能力，能够延缓衰老[15]； 付爱叶等人通过抗疲劳实验结果表明，饲喂菊苣多糖后的小白鼠负重游泳时间明显延长，血清中 BUN、BSLA 和 MDA 的含量在游泳之后也显著降低，血清中SOD活性以及肌糖原和肝糖原的储备量显著提高，表明菊苣多糖具有较好的抗氧化和抗疲劳作用[16]。

2 菊苣多糖的应用

目前，由于其广泛的营养价值菊苣多糖已被世界40多个国家批准为食品的营养增补剂，而且美国食品药品管理局 (FDA)认定其为一种非限制性膳食添加剂，并作为多种食品的混合成分，如酸奶、饼干和酸奶酱[15]。菊苣多糖的一个重要应用是它可以作为脂肪和糖的替代品。

2.1 作为脂肪替代品的用途

菊苣多糖是一种低卡路里的膳食纤维，由于它的这一特性，它可以作为一种低卡路里的食品添加剂来代替食品中的脂肪。长链结构使它与水和牛奶混合时，就会形成微晶体[17]。这些微晶体与口腔相互作用，形成光滑的奶油质地，给人一种脂肪在口腔的感觉。作为脂肪的替代剂，菊苣多糖可用于乳制品等湿性食品，但不能用于干性食品。因此，菊苣多糖应用于烘焙食品、馅料、乳制品、冷冻甜点和调味品。菊苣多糖作为脂肪替代品的应用取决于它的分子量。长链和高分子量的菊苣多糖溶解性小，是较好的脂肪替代品。

2.2 用作糖的替代品

菊苣多糖是一种多糖碳水化合物，具有甜味。低分子量的菊苣多糖链短，比长链、高分子量的菊苣多糖和蔗糖更容易发酵和溶解，具有与糖或葡萄糖浆相似的性质，其甜度可达到蔗糖的30%～50%[18]。然而，从菊苣根中提取的菊苣多糖却没有那么甜。为了提高代糖的增甜效果，必须采用多种工艺。正因为如此，为了提高营养效益，低分子量的菊苣多糖作为低卡路里剂被用于巧克力生产。且菊苣多糖对酸、碱、热都很稳定，长期储存不易变质[19]，加入食品中经热处理也不会有褐变现象，因而是理想的传统甜味剂更新换代产品和绿色保健品，但并不适用于软饮料和果酱中，因为这些食品都是酸性的在自然界中可以很容易地将多糖菊苣多糖分解为单糖。

2.3 保健饮料

2015年12 月欧盟发布法规(EU)2015/2314，批准菊苣菊粉有助维持正常肠道功能的健康声称。先世友等人以菊苣和红枣为原料，辅以柠檬酸与羧甲基纤维素钠，制备菊苣红枣口服液[20]。以血清中尿素氮含量和乳酸含量为衡量指标，观察菊苣红枣口服液对人体有氧运动后抗疲劳效果。研究结果显示：试验组人员饮用该口服液进行跑步运动后，血清中尿素氮和乳酸含量平均值均显著低于对照组(p＜0.01)，浓度为10.21 mmol/L和6.23 mmol/L，表明菊苣红枣口服液有助于改善运动后机体疲劳状态。

3 小结与展望

随着人们生活水平和质量的提高，医学模式也逐渐从治疗型转变为预防型，进而促进一系列功能食品的研究与发展。综上所述，菊苣多糖作为菊苣中重要功能的活性物质，具有包括减少各种癌症、腹泻、抗氧化活性和增强钙吸收等功效。为充分研发、应用菊苣多糖这一活性成分，应将菊苣多糖基地的建设与产品的研究相结合，充分发挥菊苣的资源优势，利用菊苣多糖开发功能性食品、营养增补剂、保健品和药品等深加工产品，带动整个菊苣多糖研究领域的快速发展。