菊苣多糖的保健功能及產(chǎn)品開發(fā)研究進展

解夢汐姜 波宋 莉魯 明

(1.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品與加工研究所，遼寧 沈陽 110161； 2.遼寧中菊生物科技有限公司，遼寧 鞍山114014)

菊苣是菊科菊苣屬多年生草本植物，可藥食兩用，具有清熱解毒，利尿消腫，健胃等功效，是維吾爾族和蒙古族常用藥材。在我國的北京、黑龍江、遼寧、山西等省市分布廣泛。菊苣富含多糖、甙類、鞣質(zhì)、萜類等多種生物活性物質(zhì)，其中菊苣多糖具有多種藥理作用，如降血脂、抗腫瘤、延緩衰老、抗疲勞、促進鈣和磷吸收等廣泛的實用性和健康益處。此外，菊苣多糖也是一種安全有效的嬰兒營養(yǎng)補充劑，作為益生元能夠促進與母乳喂養(yǎng)有密切關(guān)系的胃腸道微生物。目前，菊苣多糖已相繼應(yīng)用于焙烤食品、糖果、乳制品、飲品及調(diào)味料等食品行業(yè)，如作為巧克力制品的代糖品，乳品、肉品及冰淇淋的油脂替代品。菊苣多糖也可以作為保健飲品、功能性食品和特效藥品等開發(fā)利用，在食品工業(yè)中具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。

1 菊苣多糖生物活性及保健功能

1.1 降血脂、降血壓

菊苣多糖主要通過影響大鼠胃排空、葡萄糖吸收、腸道短鏈脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸等)含量、腸促胰素的分泌、肝臟脂肪生成基因的表達等方面調(diào)節(jié)大鼠脂質(zhì)代謝。Delzenne用敘利亞倉鼠研究CPS的降脂潛能，發(fā)現(xiàn)膳食中菊粉能顯著降低vldl膽固醇含量，數(shù)據(jù)表明菊粉的降脂作用可能是由于幾個機制，包括改變肝臟三酰基甘油的合成和vldl膽固醇的分泌，以及損害循環(huán)膽汁酸的再吸收[1]。另一項研究證實，使用菊粉果聚糖飼喂大鼠，可以減少肥胖 Zucker fa/fa 大鼠脂肪量的形成和肝脂肪變性[2]。研究過程中觀察到菊苣多糖抑制了肝臟脂肪生成酶的合成，且在血液和肝臟中三酰甘油和磷脂濃度顯著降低，3-磷酸甘油酯的?；D(zhuǎn)移酶(EC 2.3.1.15)的活性降低，說明飼喂菊苣多糖或低聚果糖可以改變大鼠的脂肪生成酶的基因表達。Zhu等人采用血清代謝組學(xué)技術(shù)研究菊苣多糖在非酒精性脂肪肝(NAFLD)大鼠中的作用機制，差異代謝物的聚類分析、富集分析和代謝途徑分析表明NAFLD大鼠的氨基酸代謝和脂肪酸生物合成，極長鏈脂肪酸的氧化和尿素循環(huán)較對照組受到干擾，說明菊苣多糖對NAFLD具有調(diào)節(jié)作用[3]。此外，研究發(fā)現(xiàn)菊苣多糖降血壓功效與現(xiàn)有降壓藥物功效相近，卻沒有鈣離子阻斷劑、利尿劑、血管張力素轉(zhuǎn)換酶抑制劑等降壓藥可能引起的心悸、血鉀過低、咳嗽等副作用[4]。

1.2 調(diào)節(jié)血糖和胰島素水平

Cani等通過監(jiān)測大鼠的體重、食物攝入量、甘油三酯和血漿生長激素釋放肽濃度來研究低聚果糖對血糖的調(diào)節(jié)作用[5]。結(jié)果表明，在飼料中添加低聚果糖可降低大鼠由于高脂肪飲食引起的能量攝入導(dǎo)致的體重增加，減少脂肪形成和血清甘油三酯積聚。這項結(jié)果證明了菊苣多糖促進了盲腸和結(jié)腸中前原胰高血糖素m RNA增加，促進近端結(jié)腸中胰高血糖素樣肽含量增加，并伴隨門靜脈胰高血糖素樣肽高濃度增加，刺激胰島素的生成，影響糖代謝酶的活性，抑制糖異生，從而影響血糖與血脂的代謝。

1.3 免疫調(diào)節(jié)和抗腫瘤作用

菊苣多糖作為重要的免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)可以影響生物機體的免疫活性。有研究發(fā)現(xiàn)，奇可力多糖(菊苣多糖的一種)具有免疫調(diào)節(jié)及抗腫瘤的功能。有試驗利用了高、中、低3個劑量組的菊苣多糖分別連續(xù)飼喂小鼠 20 d，測定各項免疫指標，結(jié)果小鼠抗體生成細胞數(shù)及小鼠巨噬細胞吞噬指數(shù)增加。 任保國等為進一步研究菊苣多糖的抗腫瘤作用及其機制和臨床應(yīng)用，將50只小鼠(注射過腫瘤細胞)隨機分為5組，每組10只，其中雌雄各占一半[6]。連續(xù)10 d飼喂菊苣多糖，末次給藥 24 h后，分別檢測小鼠機體各處的腫瘤。結(jié)果顯示，菊苣多糖明顯抑制腫瘤生長，抑制肝癌和胃癌細胞生長，并延長患病小鼠存活時間，同時增加淋巴細胞的體外轉(zhuǎn)化功能。Taper等人將低聚糖與非消化性碳水化合物纖維、谷氨酸鈉、果膠與可溶性低聚糖混合，研究菊苣多糖和寡糖對雌性大鼠乳腺癌變的影響[7]。結(jié)果顯示，與僅喂食基礎(chǔ)膳食的雌鼠相比，喂食15%菊苣多糖和寡糖的雌鼠腫瘤癌變的數(shù)量更少。與典型的癌癥治療(毒性藥物、手術(shù)和放療)相比，在日常飲食中添加菊苣多糖等碳水化合物補充劑抑制腫瘤的發(fā)展，對癌癥患者來說更加簡單可行且沒有風險。

1.4 對腸道的調(diào)節(jié)作用

1.4.1 改善腸道微生物 研究發(fā)現(xiàn)菊苣多糖作為雙歧桿菌增值因子，能促進雙歧桿菌生長，增加短鏈脂肪酸的合成，且限制了乳酸和乙酸的腐敗及潛在的致病菌的增值，對腸道微生物起到改善作用。Gibson等人挑選8名受試者在45 d內(nèi)攝入低聚果糖和菊苣多糖，發(fā)現(xiàn)低聚果糖和菊苣多糖使雙歧桿菌量增加，而其他類桿菌(梭狀桿菌和梭狀桿菌等)減少[8]。

1.4.2 緩解便秘 碳水化合物的發(fā)酵可以刺激結(jié)腸的能動性。Elly等人研究了菊苣多糖對便秘患者的影響[9]。他們發(fā)現(xiàn)每天攝入1.5～2 g的菊苣多糖能夠增加排便頻率。另一項研究也證實，每天攝入0.74 g菊粉，有助于顯著增加排便頻率，使糞便變軟。

1.4.3 預(yù)防腹瀉 菊苣多糖可能對預(yù)防腹瀉有一定的積極作用。研究者將281例嬰幼兒分為兩組。第一組即治療組，136例嬰兒在食物中添加低聚半乳糖和菊苣多糖，第二組145例嬰兒食物中不添加作為對照組。360 d后發(fā)現(xiàn)治療組的嬰兒急性腹瀉較對照組減少。Duggan等人篩選了282名(180～360 d)至180 d的嬰兒研究菊苣多糖與益生菌對腹瀉的影響，研究結(jié)果表明菊苣多糖與益生菌對腹瀉的作用上沒有明顯的統(tǒng)計學(xué)差異[10]。

1.4.4 減輕腸道炎癥 潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病是慢性特發(fā)性炎癥性腸病(IBD)，與類固醇相比，大量的抗生素被用于減少細胞因子和二十烷類物質(zhì)的粘膜釋放，從而降低IBD。然而，抗生素的頻繁使用會給患者帶來一些副作用。大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌、脆弱擬桿菌以及均狀擬桿菌等也用于減輕腸道炎癥。但這些益生菌效果不明顯，有時會引起急性炎癥。除了使用抗生素和益生菌，多項研究已經(jīng)證明，服用益生元(菊苣多糖菊苣多糖和低聚果糖)可用于緩解選擇性腸道炎癥。研究者將按5 g/kg體重劑量的益生元(菊苣多糖和低聚果糖的混合物)飼喂給HLA-B27轉(zhuǎn)基因大鼠，結(jié)果不僅減輕了粘膜促炎細胞因子的作用，還增加了免疫調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子的表達[11]。在另一項研究中，10名患有回腸克隆性克羅恩病的患者每天攝入15 g菊苣多糖(FOS)治療21 d。結(jié)果顯示，F(xiàn)OS將哈維布拉德肖指數(shù)從9.8顯著降低到6.9，糞便中雙歧桿菌數(shù)量明顯提升，證明菊苣多糖可以作為益生元來緩解減輕腸道炎癥[12]。

1.5 增強鈣吸收

礦物質(zhì)是機體的重要營養(yǎng)物質(zhì)。特別是鈣、磷等在機體內(nèi)扮演著重要的角色，如果缺乏就會引發(fā)多種疾病，使生長發(fā)育受阻。不同的果聚糖攝入量會改變礦物質(zhì)在機體內(nèi)被腸道吸收的數(shù)量。Atta等試驗采用4組不同月齡(2、5、10、20 個月齡)的80只雄性 Wistar大鼠，飼喂含有3.75%菊苣多糖的飼料，在試驗的21 d通過糞便測定Zn+和Cu+的吸收率，結(jié)果表明，攝入菊苣多糖的各組大鼠Zn+和 Cu+的吸收量均顯著增加。另一項研究發(fā)現(xiàn)菊苣多糖和低聚果糖的混合物可以通過結(jié)腸或胎腸增強Ca+的吸收，這是由于結(jié)腸微生物在結(jié)腸內(nèi)對長鏈乳酸菌進行發(fā)酵，使其分解為短鏈脂肪酸和乳酸[13]。該發(fā)酵過程隨著鈣離子在結(jié)腸中的溶解度的增加而降低pH值，從而增加細胞對鈣的吸收和骨礦化。

1.6 抗氧化及抗疲勞作用

人體系統(tǒng)可以清除體內(nèi)正常代謝過程中產(chǎn)生的自由基。然而，在特殊情況下，由于結(jié)構(gòu)不規(guī)則和細胞的線粒體膜損傷，機體產(chǎn)生過量的自由基[14]。有研究者通過體外DPPH(2，2-二苯基-1-辛基肼基)、ABTS(2，2′-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)清除活性和FRAP(鐵還原抗氧力)測定來推測菊苣果糖的抗氧化性，體外抗氧化實驗結(jié)果表明，菊苣多糖具有較強的還原能力，能夠延緩衰老[15]； 付愛葉等人通過抗疲勞實驗結(jié)果表明，飼喂菊苣多糖后的小白鼠負重游泳時間明顯延長，血清中 BUN、BSLA 和 MDA 的含量在游泳之后也顯著降低，血清中SOD活性以及肌糖原和肝糖原的儲備量顯著提高，表明菊苣多糖具有較好的抗氧化和抗疲勞作用[16]。

2 菊苣多糖的應(yīng)用

目前，由于其廣泛的營養(yǎng)價值菊苣多糖已被世界40多個國家批準為食品的營養(yǎng)增補劑，而且美國食品藥品管理局 (FDA)認定其為一種非限制性膳食添加劑，并作為多種食品的混合成分，如酸奶、餅干和酸奶醬[15]。菊苣多糖的一個重要應(yīng)用是它可以作為脂肪和糖的替代品。

2.1 作為脂肪替代品的用途

菊苣多糖是一種低卡路里的膳食纖維，由于它的這一特性，它可以作為一種低卡路里的食品添加劑來代替食品中的脂肪。長鏈結(jié)構(gòu)使它與水和牛奶混合時，就會形成微晶體[17]。這些微晶體與口腔相互作用，形成光滑的奶油質(zhì)地，給人一種脂肪在口腔的感覺。作為脂肪的替代劑，菊苣多糖可用于乳制品等濕性食品，但不能用于干性食品。因此，菊苣多糖應(yīng)用于烘焙食品、餡料、乳制品、冷凍甜點和調(diào)味品。菊苣多糖作為脂肪替代品的應(yīng)用取決于它的分子量。長鏈和高分子量的菊苣多糖溶解性小，是較好的脂肪替代品。

2.2 用作糖的替代品

菊苣多糖是一種多糖碳水化合物，具有甜味。低分子量的菊苣多糖鏈短，比長鏈、高分子量的菊苣多糖和蔗糖更容易發(fā)酵和溶解，具有與糖或葡萄糖漿相似的性質(zhì)，其甜度可達到蔗糖的30%～50%[18]。然而，從菊苣根中提取的菊苣多糖卻沒有那么甜。為了提高代糖的增甜效果，必須采用多種工藝。正因為如此，為了提高營養(yǎng)效益，低分子量的菊苣多糖作為低卡路里劑被用于巧克力生產(chǎn)。且菊苣多糖對酸、堿、熱都很穩(wěn)定，長期儲存不易變質(zhì)[19]，加入食品中經(jīng)熱處理也不會有褐變現(xiàn)象，因而是理想的傳統(tǒng)甜味劑更新?lián)Q代產(chǎn)品和綠色保健品，但并不適用于軟飲料和果醬中，因為這些食品都是酸性的在自然界中可以很容易地將多糖菊苣多糖分解為單糖。

2.3 保健飲料

2015年12 月歐盟發(fā)布法規(guī)(EU)2015/2314，批準菊苣菊粉有助維持正常腸道功能的健康聲稱。先世友等人以菊苣和紅棗為原料，輔以檸檬酸與羧甲基纖維素鈉，制備菊苣紅棗口服液[20]。以血清中尿素氮含量和乳酸含量為衡量指標，觀察菊苣紅棗口服液對人體有氧運動后抗疲勞效果。研究結(jié)果顯示：試驗組人員飲用該口服液進行跑步運動后，血清中尿素氮和乳酸含量平均值均顯著低于對照組(p＜0.01)，濃度為10.21 mmol/L和6.23 mmol/L，表明菊苣紅棗口服液有助于改善運動后機體疲勞狀態(tài)。

3 小結(jié)與展望

隨著人們生活水平和質(zhì)量的提高，醫(yī)學(xué)模式也逐漸從治療型轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防型，進而促進一系列功能食品的研究與發(fā)展。綜上所述，菊苣多糖作為菊苣中重要功能的活性物質(zhì)，具有包括減少各種癌癥、腹瀉、抗氧化活性和增強鈣吸收等功效。為充分研發(fā)、應(yīng)用菊苣多糖這一活性成分，應(yīng)將菊苣多糖基地的建設(shè)與產(chǎn)品的研究相結(jié)合，充分發(fā)揮菊苣的資源優(yōu)勢，利用菊苣多糖開發(fā)功能性食品、營養(yǎng)增補劑、保健品和藥品等深加工產(chǎn)品，帶動整個菊苣多糖研究領(lǐng)域的快速發(fā)展。