菊糖在油脂類食品中的應用及其抗氧化性的研究進展

熊政委,羅倩倩,惠俊敏,況 剛,王 存,任彥榮,古小露,騫 宇,*

(1.重慶第二師范學院,重慶市功能性食品協同創新中心,重慶 400067;2.重慶第二師范學院,重慶市功能性食品工程技術研究中心,重慶 400067;3.重慶第二師范學院,生物與化學工程學院,重慶 400067)

菊糖(Inulin)又稱菊粉、土木香粉,聚合度(DP)范圍分布在2～60,平均DP在10～12,其結構是由D-果糖通過β(1→2)糖苷鍵連結而成的線性直鏈多糖,末端通常以糖苷鍵的方式連接一個葡萄糖殘基[1]。廣泛分布在自然界,其中菊芋(Helianthus tuberosus)和菊苣(Chicory)最適合作為生產菊粉的原料,它們來源豐富,菊粉含量高,占其塊莖干重的70%以上。

菊糖作為一種天然果聚糖,具備多種生理功能。菊糖可以調節體內血脂和血糖的水平,降低血脂;菊糖能夠到達大腸被雙歧桿菌利用,可以使雙歧桿菌增長8～10倍,產生的有機酸能夠使腸道的pH降低,抑制腐敗菌的生長,從而改善腸道環境;可以加快腸道蠕動、潤腸通便、防止便秘、抑制體內產生有害的發酵性產物;菊糖還具有保護肝臟、降低體內致癌化合物含量、預防癌癥的作用;還能夠促進鈣、鎂、鐵等礦物質吸收和一些維生素合成等[2-6]。菊糖還具有良好的食品加工特性[7],目前主要用于乳制品、面制品等食品中[8]。

目前菊糖在油脂類食品中的應用較少,最新應用主要集中在三個方面:一是作為脂肪的替代物,降低油脂類食品的脂肪;二是對脂肪的吸附和包裹性;三是防止脂肪氧化。尤其是后兩點,應用研究較少。本文主要對菊糖這三方面的應用進行綜述,并對其未來在食品中的應用進行展望。

1 菊糖作為脂肪替代物在油脂類食品中的應用

菊糖與水充分混合后形成的凝膠具有類似奶油的結構能提供潤滑的口感,可以作為油脂類食品中脂肪的替代物,降低食品中的脂肪含量[9]。此特性目前被廣泛應用于各種油脂類食品,不僅能降低油脂類食品的脂肪,還能提高食品的營養價值、改變食品的相關特性[10]。研究發現添加不同質量比的菊糖對切達干酪活菌數量、理化特性、質構及感官評定的存在一定影響,結果表明,添加9%的菊糖明顯改善了干酪的含水量和質構特性,從而使得切達干酪有較柔軟的質地和低熱量[11]。將菊糖代替脂肪加到奶酪中,研究結果表明奶酪的感官特性和質地都能被消費者接受,除此之外菊糖的添加能明顯提高凝乳的產量、質量和均勻性[12]。將菊糖應用到植脂摜奶油中,取代50%的脂肪得到的植脂摜奶油具有與全脂樣品相似的性質[13]。用菊糖作為脂肪替代物制備的具有功能性的番石榴慕斯,無論是在營養價值還是感官評價中都與添加脂肪的對照組產品相當,但添加菊糖的慕斯增加了產品的膳食纖維含量,更加符合健康食品的要求[14]。在肉制品中添加菊糖,可以使肉制品中的纖維含量增加、能量降低,有利于肉制品的營養均衡[15]。以蔗糖酯和菊粉混合物代替部分油脂,添加到曲奇餅干中,得到的曲奇餅干口感和風味與傳統曲奇接近,其中油脂替代物中菊粉和蔗糖酯的混合物比例為4∶6最佳[16]。用菊糖替代冰淇淋中的部分脂肪,當穩定菊糖、奶油、乳化劑添加量分別為4.99%、4.06%、0.46%時,可以得到高感官品質的冰淇淋[17]。以菊糖作為脂肪替代品添加到低脂酸奶中,發現以菊糖作為脂肪替代品的酸奶微觀結構比較均勻、疏松且開放度較高[18]。菊糖作為脂肪替代品能夠增加脫脂牛奶的持水性和黏度,略微增加脫脂牛奶的白度和pH,改善脫脂牛奶的感官品質和組織狀態[19]。以菊粉、魔芋、聚葡萄糖、卡拉膠為主要原料制得脂肪丁替代物,可以代替紅腸中的脂肪丁,降低紅腸中的脂肪含量,菊糖的最佳添加量為1.00 g/100 mL[20]。同時也有類似研究表明,在紅腸貯藏過程中,脂肪丁替代物與肥肉丁的質構參數差異并不顯著[21]?？傮w來說,菊糖作為脂肪替代品可以替代油脂食品中的脂肪,不但降低了脂肪含量,而且還產生了很多有利作用。常見的幾種菊糖低脂食品及其優勢見表1。

表1 常見的幾種菊糖低脂食品[22-23]Table 1 Several common inulin low-fat foods[22-23]

2 菊糖對油脂的吸附特性及其影響因素

菊糖對油脂具有一定的包裹作用,這使菊糖能有效地降低人體對脂肪的吸收,從而達到預防脂肪過剩的效果。影響菊糖對油脂吸附特性的主要因素包括:脂肪酸的種類、溫度和菊糖的聚合度。菊糖對油脂中的吸附能力大小以吸附量來衡量。吸附量指每克菊糖能包裹的脂肪的克數(g/g)。計算吸附量主要的方法是通過將菊糖和油脂混合后水浴再離心,通過質量比得出[24]。

一般來說,低溫促進菊糖對植物性油脂的吸附,高溫則促進菊糖對動物性油脂的吸附;菊糖在50 ℃以下都利于動物油脂的吸收;而對于膽固醇,菊糖對其有一定的吸附作用從而影響人體對膽固醇的吸收[25],改善了血脂水平。

2.1 脂肪酸種類和溫度對菊糖吸附作用的影響

菊糖對油脂的吸附,分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸,而飽和脂肪酸通常以豬油為代表,不飽和脂肪酸通常以大豆油和花生油為代表。動物油脂與植物油脂存在一定的差別,比如低溫下,動物油脂為固態,植物油脂為液態,因此菊糖對二者的吸附能力存在顯著差異。在菊糖對不飽和脂肪酸吸附作用的實驗中,隨著溫度的提高,菊糖對不飽和脂肪酸的吸附作用呈上升的趨勢,在低于37 ℃時,菊糖的吸附量變化不大,最大吸附量為1.71 g/g,在50～90 ℃溫度范圍內,菊糖對不飽和脂肪酸的吸附量隨溫度的提高而顯著升高,在90 ℃條件下油脂吸附量達到了1.77 g/g;而以豬油為代表的飽和脂肪酸,菊糖對其吸附作用相對不飽和脂肪酸來說就復雜得多,這大概與豬油本身具有較高的熔點(28～48 ℃)有一定關系,低溫條件下的豬油呈固態狀,一定程度上阻礙了菊糖對其吸收,但是大致的規律是整體隨溫度的上升而下降,在37 ℃下,菊糖對飽和脂肪酸的吸附量最大,大致為0.75 g/g菊糖[26]。因此在37 ℃下,菊糖應用在各種食品中有利于降低脂肪吸收和食物的熱量,具有降血脂、減肥等保健功能。

2.2 不同聚合度對菊糖吸附作用的影響

菊糖不同的聚合度對油脂吸附的影響非常大,研究表明菊糖的聚合度會影響菊糖的吸附特性[27],主要是可能因為不同聚合度的菊糖水溶性[28]不一樣,并且它們的表面活性基團也不相同,一方面天然菊糖(同時含有長鏈與短鏈)的親水性比長鏈菊糖強,并且長鏈菊糖鏈段之間較大的孔隙和較稀疏的堆積,使得油脂吸附能力增加;另一方面,溫度逐漸升高,使原本結構規則、堆積緊密的結構遭到嚴重破壞,導致外面暴露更多的親水基團(-OH),引起油脂吸附能力的下降。從而導致它們對油脂的吸附性也有很大差異。對于植物性油脂,天然菊糖對油脂的吸附量因溫度的升高緩慢下降,在30 ℃時,吸附量最大(1.17 g/g),30 ℃以后菊糖的吸附量隨溫度升高先是趨于平緩,最終呈明顯下降趨勢,而長鏈菊糖對油脂的吸附量則隨溫度的升高呈現不明顯的變化,數據表明溫度在30～90 ℃時,吸附量僅變化了0.16 g/g;對于動物性油脂,天然菊糖對油脂的吸附量,在小于50 ℃的溫度條件下隨著溫度升高而升高,而長鏈菊糖對油脂的吸附量隨溫度的上升而上升[24]。由此可見，不同聚合度的菊糖對油脂具有一定程度的吸附作用,但是大部分報道都是對天然菊糖和長鏈菊糖進行的研究,幾乎沒有對于其他聚合度菊糖對油脂吸附的研究。

3 菊糖的抗氧化性

菊糖具有一定程度的抗氧化能力,對體內的自由基具有一定程度的清除效果,對體內的抗氧化系統具有一定的增強作用,在油脂食品中,菊糖能明顯地抑制食品中油脂的氧化程度。

3.1 其他物質對菊糖抗氧化的增效作用和抗氧化效果對比

研究發現某些物質對菊糖抗氧化性存在增效作用。將菊糖添加到菜籽油中,發現其抗氧化能力隨菊糖添加量的增大而提高,分別將0.05%菊糖與0.05% VC、0.05%菊糖與0.05%檸檬酸加入菜籽油中,進行抗氧化性實驗,研究結果表明菊糖單獨添加時具有明顯的抗氧化活性,并且菊糖與VC、檸檬酸具有協同作用,且高于單獨使用一種試劑的抗氧化活性[29]。菊糖與精氨酸(菊糖與精氨酸的羰氨比為1∶5)在100 ℃的條件下發生美拉德反應,制備的美拉德反應產物,較之于菊糖均有提高,且抗氧化性能隨著反應時間的增加而增強[30]。同時也有研究發現,采用溶媒法對菊粉進行羧甲基化修飾,修飾后的菊糖抗氧化性也得到提高[31]。

3.2 菊糖對自由基的清除能力和體內抗氧化作用

菊糖具有一定程度的抗氧化效果,且抗氧化效果與其質量濃度呈正相關[34]。,研究表明濃度為0.10 mg/mL的菊糖對DPPH自由基清除能力為91.30%,抗超氧陰離子自由基的能力為205.59 U/L,對羥自由基的抑制率為96.00%[35]。

菊糖添加到食物中,能增強體內抗氧化防御系統,這一過程主要是通過生化反應進行的。研究表明菊糖能調節結腸粘膜中的谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶的基因表達和肝臟中的超氧化物歧化酶和過氧化氫酶來增強抗氧化防御系統[39]。

菊糖具有一定的抗氧化性,與VC協調效果更佳,菊糖不僅對體內的自由基具有一定程度的清除效果,對油脂也具有一定的抗氧化效果,不僅能抑制油脂的氧化程度,還能增強體內抗氧化作用。

4 展望

目前各類由于脂肪攝入過多引發的疾病越來越多,單純性肥胖[40]在青少年中發病率也越來越高,因此對低脂食品的開發利用也越來越重要。菊糖作為一種脂肪替代物能夠使油脂類食品中的能量降低、纖維含量增加,有利于促進人類的膳食營養均衡,遏制肥胖。菊糖對于油脂具有一定的吸附性及抗氧化性,將菊糖添加到油脂類食品中有利于降低脂肪在體內的吸收和增加油脂類食品的抗氧化性。關于菊糖添加到油脂類食品中對其相關特性以及生理功能的影響,未來可能會有更多發現,將菊糖應用到油脂類食品中具有廣闊的前景。