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[资源] 菊芋粉综述

菊芋粉综述

华南热带农业大学中国热带农业科学院白新鹏博士

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克左右的膳食纤维，可人们每日从食物中摄取的只有10克，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5—10克。

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（2，1）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-Ｄ-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。
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