白新鹏博士工作室

海南大学食品学院 海南省食品研究所

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菊芋粉综述

 

1、菊芋粉主要成分为蛋白质、糖和菊粉及微量元素。活性膳食纤维组成成分包括阿拉伯伴乳聚糖、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、半乳聚糖醛酸、阿拉伯木聚糖、木糖葡萄糖、糖蛋白、纤维素和木质素等。其中部分成分溶于水,为水溶性膳食纤维,其余为不溶性膳食纤维。膳食纤维分为两类:一类为可溶性膳食纤维,一类为不可溶性膳食纤维,二者合并即为总膳食纤维。也可以说它是不被人体消化吸收的多糖类碳水化合物和木质素,是一种多功能食品。膳食纤维经生物转化后,即为活性膳食纤维,更具有食用价值和产生明显的保健功能,故被人们称之为单元营养素。此产品的生理功能,包括: ●预防便秘与结肠癌,故可促进肠的蠕动功能,促进消化。●降低血清胆固醇、预防由冠状动脉硬化引起的心脏病 ●改善末梢神经对胰岛素的感受性,调节糖尿病人的血糖水平。尤其菊芋对糖尿病有惊人的功效,因它有30个左右的果糖组成,正是很快降低血糖的成分。● 改变食物消化过程,增加饱腹感,防止肥胖。 ● 膳食纤维的充足与否还与间歇式病、胆结石、肾结石、膀胱结石、阑尾炎、静脉曲张、十二指肠溃疡、溃疡性结肠炎、骨盆静脉石、痔疮、胃食道逆流、深静脉管血栓形成和乳腺癌的发病率与发病程度有很大关系。充足的膳食纤维可以保护机体免遭这些疾病的侵害,但是各种不同品种的膳食纤维制品,其生理功能的多与少以及明显程度是不一样的,在功能方面膳食纤维分成两类:即普通膳食纤维和高品质膳食纤维,百奥公司选择的是高品质膳食纤维,而且着眼于膳食纤维的天然特性,利用现代高新技术进行多功能转化,以改变天然膳食纤维中部分组成聚合物的化学结构与相对含量,就可以给膳食纤维新或强化部分原先没有或即使有但很微弱的功能特性。使其更益于人体健康。每天每人应涉入30左右的膳食纤维,可人们每日从食物中摄取的只有10,所以要补充部分膳食纤维,以满足身体所需的膳食纤维,就可以保护肌体免遭上述疾病的侵害。本品每日食用量为510

菊芋资源的开发利用

菊芋(jerusalem artichoke,俗名洋姜,菊科,向日葵属,多年生草本植物。菊芋原产北美洲,经欧洲传入我国。其可食部分一般为块茎,呈不规则瘤型;皮有红色、黄色、紫色和白色;质地细致、脆嫩,但鲜食品质不佳。菊芋分布广,在我国南北各地均有栽培;适应性强,耐贫瘠,耐寒,耐旱;种植简易,一次播种多次收获;产量极高。据测定,鲜菊芋块茎中含水79.8%,碳水化合物16.6%,灰分2.8%及一定量的维生素。其中,碳水化合物的78%为果糖低聚糖。由此可见,菊芋是一种极具开发潜力的半野生资源。令人遗憾的是,到目前为止,我国对菊芋的开发还不能令人满意。在初级加工方面,菊芋基本上只是用于腌制咸菜;在深加工方面,自二十世纪九十年代以来,有不少人进行了用菊芋生产高果糖浆的研究,但至今还没有见到此类产品实现工业化生产的报道。相比较而言,世界上其它一些国家,尤其是一些发达国家,在菊芋资源的开发上已经远远走在了我国的前面。现将目前国内外(主要是国外)已开发的主要菊芋制品分类介绍如下,以期为我国的菊芋资源开发提供借鉴。

1 菊糖
菊糖的性质与功能

菊糖,又称菊粉,是一种天然果聚糖,由D一呋喃果糖通过β(21)糖苷键联接一个葡萄糖,呈线形结构。菊糖分子量大小与植物种类、收获季节及气候条件有关。菊糖微溶于冷水,在热水中易溶:与碘不呈颜色反应;没有还原性。菊糖有许多生理功能:①低热量,适合糖尿病患者和肥胖人群食用 ②能够调整肠道内的微生物菌系的组成和功能,尤其是能选择性地促进双歧杆菌等有益菌的生长。③能促进矿物质特别是钙的吸收。④作为一种膳食纤维复合物,已被正式认可等。菊糖溶解于水中(含量达到干物质的30%以上),可形成高度稳定的分散性颗粒体,提供食品独特的质构,是一种天然脂肪或糖的替代物和质量改良剂。

菊糖的生产及其在食品工业中的应用

作为一种功能性的食品配料,菊糖在食品中广泛使用。含菊糖的饮料,降低了热量,使它具备了功能性。在西红柿色拉中添加菊糖,提高了产品的口感度。有人在低脂冰淇淋中以菊糖取代玉米糖浆,提高了咀嚼感,另外储藏稳定性实验表明,在一个六周的热不稳定期内抑制了冰晶形成。
  
2 果糖
   果糖的性质和功能
果糖甜度高,易溶,难于结晶。它具有比蔗糖和葡萄糖更优越的营养功能。后两者是生龋性的,导致动脉粥样硬化;高热量,过度摄入导致肥胖,对糖尿病患者不利。因此,果糖是一种营养型甜味剂。
   果糖的生产
目前,果糖的生产主要是通过淀粉酶和糖化酶将淀粉水解为葡萄糖,再经葡萄糖异构化酶将葡萄糖转化为果糖。这种工艺过程复杂,转化率低(40%~45%),粮食消耗量大。与之相比,利用外切菊粉酶(Exoinulinase, EC 3.2.1.80)或内切菊粉酶(Exoinulinase, EC 3.2.1.7)和外切菊粉酶协同作用水解菊糖一步生成果糖,工艺简单,果糖产率高(>90%)。利用菊粉酶水解菊糖生产果糖的研究报道表明,目前还没有选育出能满足工业化酶制剂生产的高活力菌株,影响了菊粉酶在果糖生产上的推广应用。有人曾利用菊粉酶高活力安全菌株直接发酵菊芋汁生产果糖糖浆,将发酵产酶和酶催化水解同时进行生产果糖。但是,这种方法副产物多,果糖含量低。

 3 低聚果糖
  低聚果糖(fructooligosaccharide, FOS)作为一种功能性低聚糖,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、保健等许多领域应用。
目前,工业化生产低聚果糖的方法有两种。一是由蔗糖经--果糖基转移酶(D-fructosyltranferase EC2.4.1.9)合成而得;二是利用内切菊粉酶部分水解菊糖而得。前法反应进行不彻底,产物中含有大量的葡萄糖和果糖,低聚果糖含量≤55%~60%,且工艺复杂,生产成本高。后法工艺简单,低聚果糖含量高达80%以上。我国现阶段只有少数几家公司用蔗糖生产低聚果糖,其产量不能满足需要,且价格较高。
  
4 其它
  新鲜菊芋块茎可以作为主要原料或配料制成腌菜、罐头等。有人探讨了软包装菊芋泡菜的加工工艺,为菊芋的开发提出了一条新途径。利用菊芋还可以生产洒精、山梨糖醇等。
功能性食品将是二十一世纪的食品,我国已把满足不同人群需要的特殊营养品作为二十一世纪食品工业的发展重点,而菊芋制品丰富的功能性恰好适合这一趋势。我国已正式加入WTO,主要农产品将面临更加严峻的挑战,菊芋作为一种半野生资源,有着重要的现实意义。因此,菊芋资源的开发,前景广阔。

前途无量的菊粉
  菊粉又称菊糖,为天然多糖,大量存在于菊科植物如菊芋、菊苣等块根中。菊芋俗称洋姜或鬼子姜,为多年生草本植物,适应性很强,全国各地均可栽培,而且耐贫瘠、易种植、可以利用非耕地,高产、多年生、自己会串生,不需要每年播种,产品综合利用率高,因此极具开发价值。
  从菊科植物如菊芋中提取天然菊粉,工艺设备简单、投资少、见效快。
  过去主要采用酸水解将菊粉用于生产果糖。近年来,随着生物技术的不断发展,应用不同的催化酶,可将菊粉分离降解为果糖和低聚果糖。另外,菊芋不仅含糖(微生物生长的碳源)而且含微生物生长所需的钾、镁、铬等微量元素和维生素,因此可以作为洒精发酵时微生物发酵的培养基。
  菊粉最主要的用途是降解生产低聚果糖,用内切菊粉酶水解菊粉生产菊三糖、菊四糖及菊五糖,总称为IOS。这些低聚果糖能明显改善肠道内平衡;并能促进微量元素铁、钙等的吸收与利用,以防止骨质疏松症;还可减少肝脏毒素,特别是氨其毒素,能在肠中生成抗癌的有机酸,有显著的防癌功能;而且口味纯净香甜,具有类似脂肪的香味和爽口的滑腻感。
  菊粉还可用于制备超高果糖浆和结晶果糖。果糖是一种天然营养甜味剂,适宜于高血脂、高血压及肥胖病患者服用,特别适宜糖尿病人停用。目前用菊粉制备的超高果糖浆和结晶果糖作为强化甜味剂,已越来越受到国内外的重视。日本、美国、法国、英国等工业发达国家已开发出用菊粉一步法制备超高果糖浆的工艺技术并应用于工业化生产。目前合成技术还在不断完善提高,其研究重点是寻找性能优良的产菊粉酶的菌种、菊粉酶的种类和性能及各种水解工艺技术等。
  菊粉已被世界上40多个国家批准作为食品的营养增补剂。它在食品饮料中可以与脂肪和巧克力替换使用,可以增加粘性,提高食品的水结合能力;另外菊粉所特有的膳食纤维,使加入菊粉后的牛奶、酸奶、乳品饮料等低脂食品具有与全脂产品相同的口感,并能提供更高的营养和更佳的口味,因而广泛应用于食品工业中,目前含菊粉的食品已成为海外市场风靡的保健产品。

菊粉的功能与应用

菊粉,源自于菊芋或菊苣的根,是一种天然低聚果糖,由<60个果糖单位以β(2-1)连接的果糖聚合物。菊粉微甜,无臭,聚合度为2-60,平均为9,链长根据植物种类、生长期、气候及土壤条件的不同而不同。菊粉极易溶于水,对热很稳定,PH值较低。菊粉,是一种功能性低聚果糖,是一种可溶性膳食纤维。研究表明,每日摄食10-15g菊粉对控制体重、改善肠道功能、防止一些疾病、肌体失调以及老年病很有帮肋。

1、   菊粉的生理功能

菊粉是一种天然的碳水化合物,几乎不被胃酸水解和消化。菊粉在到达结肠前未被破坏,在结肠中被大量有益微生物发酵,从而具有低聚果糖和膳食纤维的特点。

A、控制血脂

近年来,已证明膳食纤维的功效,它能降低人和动物的血脂水平,使人和小白鼠的血清胆固醇和脂肪(甘油三脂)大幅降低,若日服菊粉5-10g,血清脂肪可降低20%以下。
据报道,50-90岁的老年病人,每日摄食8g短链的膳食纤维,两周后血液中甘油三脂和总胆固醇的水平降低。实验表明给18名糖尿病人进食8g菊粉两周,总胆固醇减少7.9%(p<0.01)LDL-胆固醇降低10.4%(P<0.02,HDL-胆固醇没变。而摄食食粮的对照组,上述参数没有变化;给12名健康年轻的男子,在每日的谷物早餐中加入9g菊粉共4周,总胆固醇减少(8.2%,P<0.005),甘油三脂则大幅降低(26.5%,P<0.005)。

  许多膳食纤维通过吸收场内脂肪,形成脂肪-纤维复合物随粪便排出,从而降低血脂水平。而且,菊粉在肠道末端前,自身就发酵成短链脂肪和乳酸盐,乳酸盐是肝脏代谢的调节剂。短链脂肪酸(醋酸盐和丙酸盐)在血液里可作燃料,丙酸盐抑制胆固醇的合成。
    B
、降低血糖
  低聚果糖是一种不会导致尿中葡萄糖升高的碳水化合物。它在肠道的上部不会被水解成单糖,因而不会升高血糖水平和胰岛素含量。最近研究表明,空腹血糖的降低是低聚果糖在结肠发酵产生短链脂肪酸的结果。

C、促进矿物质的吸收

菊粉能大大提高Ca2﹢、Mg2﹢、Cu2﹢、Fe2﹢等矿物质的吸收,膳食纤维在消化道能结合金属离子。任何菊粉-矿物质复合物在发酵中均被降解,析放出矿物质,因而使金属离子得到有效的吸收。另外,由发酵所产生的酸降低结肠的PH1-2个单位,使许多矿物质的溶解度\生物有效性(如磷酸钙)大大的提高。而且,研究表明,短链脂肪酸,特别是丁酸盐,能刺激结肠黏膜细胞的生长,提高肠黏膜的吸收能力。菊粉还能提高某段结肠钙对蛋白质的结合。

D、使肠道双歧杆菌增多

研究表明,每天摄食菊粉能使结肠中的有益菌大大增多(约十倍),减少病原菌和腐败菌,如沙门氏菌、李斯特菌、金黄色葡萄球菌、大肠菌群等。其机理是菊粉不被消化吸收而直接进入大肠优先被双歧杆菌利用,产生醋酸盐和乳酸盐,降低了大肠的PH值,从而抑制了有害菌的生长。所以,菊粉是双歧杆菌的增殖因子。

E、防便秘及治疗肥胖症

膳食纤维减少食物在胃肠的停留时间,以及增加粪便量,有效地治疗便秘。

其减肥作用是提高内容物的黏度,降低食物从胃进入小肠的速度,从而降低饥饿感,减少食物的摄入量。

2、   应用

1) 巧克力制品代糖品

菊粉作巧克力制品的代糖品时,无须调整加工工序。如与山梨糖醇结合使用,效果更好。
  (2) 替代奶油及冰琪淋的油脂

  菊粉可使水形成奶油、油脂一样的口感,故可替代油脂。生产低脂、脱脂乳或蔬菜奶油,还可替代冰琪淋和其它类似产品的油脂。
  (3) 改进低脂干酪特性和口感
  菊粉可稳定水或脂肪的结构,改进干酪的特性(如涂抹性)和口感,同时可替代乳清蛋白或淀粉衍生物。
  (4) 强化制品的膳食纤维,为牛奶、酸奶、乳制品饮料和大豆制品等低脂食品提供全脂产品样的口感,提高营养价值,带来更佳的口味。
  (5) 生产低脂肉制品
替代低脂肉制品的油脂,改进肉制品结构如法兰克福肠。
  (6) 降能食品
  菊粉为人体提供能量是通过在结肠中被发酵达到的,资料表明,菊粉所提供的热能只有1%。

菊粉开发蕴藏商机

菊粉又称菊糖,为天然多糖,大量存在于菊科植物如菊苣、菊芋等块根中。菊芋俗称洋姜或鬼子姜,为多生草本植物,适应性很强,全国各地均可栽培,而且耐贫瘠、易种植、可以利用非耕地,高产、多年生、自已会串生,不需每年种植,产品综合利用率高,因此极具开发价值。

从菊科值物如菊芋中可提取天然菊粉,工艺设备简单。投资少、见效快。

过去主要采用酸水解将菊粉用于生产果糖。近年来,随着生物技术的不断发展,应用不同的催化酶,可将菊粉分离降解为果糖和低聚果糖。另外用作生产酒精等微生物发酵的培养基(糖提供微生物生长的碳源)。由于菊芋不仅含糖且含微生物生长所需的钾、镁、铬等微量元素和维生素,可以作为酒精发酵时微生物的培养基,随着菌种不同,可生成各种各样人们所需的代谢产物。

菊粉可用于制备超果糖浆和结晶果糖。果糖是一种天然营养甜味剂,适宜于高血脂、高血压及肥胖病患者服用,特别适宜糖尿病人食用。目前用菊粉水解制备超高果糖浆或结晶果糖作为强力甜味剂,已越来越到国内外的重视。日本、美国、法国、英国等工业发达国家已开发出用菊粉一步水解制备超高果糖的工艺技术并应用于工业化生产。目前合成技术在不断完善提高,其研究重点是寻找性能优良的产菊粉酶的菌种、菊粉酶的种类和性能及各种水解工艺技术等。
  菊粉最主要的用途足降解生产低聚果糖,及内切菊粉酶水解菊粉生产菊三糖、菊四糖及菊五糖,总称为10S 。这些低聚果糖能明显改善肠道内微生物种群,是肠内双歧杆菌的活化增殖因子,可减少和抑制肠道内腐败物质的产生,抵制有害菌的生长,恢复肠道内平衡;并能促进微量元素铁、钙的吸收与利用,以防止骨质疏松症;还可减少肝脏毒素,特别是氨基毒素,以便在肠中生成抗癌的有机酸,有显著的防癌功能;而且口味纯净香甜,具有类似脂肪的香味和爽口的滑腻感。近年来低聚产品含有低聚果糖的食品已成为欧美保健品市场上的主流。
  菊粉已被世界40多个国家批准为食品和营养增补剂。它在食品饮料中可以与脂肪和巧克力替换使用,可以增加粘性,提高食品的水结合能力;另外菊粉所特有的膳食纤维,使加入菊粉后的牛奶、酸奶、乳品饮料等低脂食品具有与全脂产品相同的口感,并能提供更高的营养和更佳的口味,因而广泛应用于食品工业中,目前含菊粉的食品已成为海外市场风靡的保健产品。
  鉴于菊粉具有很多优越的生理学特性而备受国际市场关注,发展前景广阔,有关专家建议国内就大力提倡集中非耕地种植和培育菊芋,从中提取有效成分菊粉,进一步生产果糖和低聚果糖,并不断加大生产技术和下游产品应用的开发力度,力争打入国际市场。

 

菊芋粉是从天然植物菊芋中提取精制而得的多聚果糖的混合物,它是由果糖单元由 β(21)键联接而成,菊粉的果糖单元数(聚合度DP)一般介于2-60之间,所以菊粉也称为菊糖或果聚糖。

一、产品性状

本品为无臭白色粉末,微甜易吸潮,极易溶于水,对热很稳定。
二、产品质量指标及级别

项 目

普 通 级

高 纯 度

菊粉(菊芋纤维)%

>90

>98.5

单糖(果糖+葡萄糖+蔗糖)%

<10

<1.5

平均聚合度%

N>9

>10

干物质合量%

>96±1.5%

>96±1.5%

碳水化合物(干基)%

>99

>99

灰 份 %

<0.2

<0.2

重 金 属mg/kg

<0.2

02

10%水溶液PH

中性

中性

 

三、产品特点

菊粉是从菊芋(俗称洋姜)中提取精制得到,是100%的天然物质,属一种纯天然的碳水化合物;它即是一种水溶性膳食纤维素,又是一种良好的低聚果糖。

四、菊粉已被世界四十多企图家批准列为食品的营养补充剂,在乳制品饮料,巧克力、面点、冰淇淋等食品加工中广泛应用。由于菊粉是水溶性膳食纤维,能使肠道双歧杆菌增殖,具有诸多的生理功能,已成国广范应用的功能性食品、

1、 食品加工中的应用
    (1) 奶粉、牛奶、饮料等高纤维类饮品;
    (2)冰淇淋、牛奶、奶油、人造脂、巧克力等,脂肪代用品;
    (3)改进低脂食品的口感;
    (4)强化制品中的膳食纤维;
    (5)生产低脂食品;
    (6)生产低热量食品;
  2、 功能性食品中的应用
    (1) 改善肠胃、增殖双歧杆菌数量;
    (2)调节血脂;
    (3) 降低血糖;
    (4)促进矿物质Ca2﹢、Fe2﹢等的吸收;
    (5)防止便秘和预防肥胖症;

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