菊粉結構及性質研究國內外文獻綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u13882菊粉結構及性質研究國內外文獻綜述 1324711.1菊粉的結構 145121.2菊粉的理化性質與應用 2283731.3菊粉的研究進展 317463參考文獻 4菊粉（Inulin）（如圖1.1所示）是從菊科植物中提取出來的天然碳水化合物，主要從菊芋塊莖中提取。菊粉一般為白色粉末狀，味道溫和，一般用于改善食品口感，作為低熱量脂肪替代物應用在乳制品、面制品、肉制品及保健食品等領域。菊粉有良好的水溶性、凝膠性、保濕性、穩(wěn)定性和風味，能明顯改善食品品質，提高食品營養(yǎng)價值，可作為低熱量甜味劑、脂肪替代品、增稠劑和保水劑。菊粉是一種益生元，可以調節(jié)血糖、血脂、改善微生物環(huán)境、免疫調節(jié)[9]。菊粉的攝入提供類似膳食纖維的益處，例如降低血液膽固醇和脂質水平，控制腸道流量，增加鈣吸收。菊粉作為可溶性膳食纖維，脂肪或糖的替代品用于食品行業(yè)和制藥工業(yè)。圖1.1菊粉的化學結構1.1菊粉的結構菊粉由22~60個D-呋喃果糖以β-（2-1）糖苷鍵連接，末端通過α-（1-2）連接葡萄糖分子組成的直鏈結構[29]。菊粉的聚合度（DP）直接影響生物特性，一般根據(jù)聚合度的不同將菊粉分為短鏈，中鏈和長鏈的菊粉。平均DP≤10的短鏈菊粉稱為短鏈菊粉，平均DP≥23的菊粉稱為長鏈菊粉，DP在2～60的稱為天然菊粉[30]。菊粉的聚合度不同，水中的溶解度與結合水形成凝膠的強度也不同。天然菊粉和長鏈菊粉能與水結合形成類似于由脂肪產生的光滑和乳脂狀口感。在低濃度下，菊粉-水混合物是粘稠的。然而，當菊粉濃度超過30%，它們會形成凝膠，不受熱的影響，主要用途是作為組織改良劑。根據(jù)鏈長差異，功能屬性也有差異。應根據(jù)不同的工藝特性和應用途徑，使用不同類型菊粉[31]。使用菊粉時需注意聚合度以及添加量。否則，一方面會對產品的感官特性產生不利影響，另一方面，過量的菊粉會導致消費者出現(xiàn)消化問題。目前，根據(jù)研究表明菊粉攝入量低于40g/天時，不會對人體機能產生不良影響[32]。1.2菊粉的理化性質與應用（1）理化性質水溶性：菊粉在水中的溶解度因溫度不同而異，菊粉是親水化合物，微溶冷水或乙醇，易溶于熱水，隨著聚合度的增加，溶解度降低。比利時ORAFTI生產的長鏈菊粉在25℃時幾乎不溶于水，50℃時溶解度僅為1.2%。然而，當溫度達到90℃時，溶解度顯著增加到35%[33]。凝膠性：菊粉溶液的粘度隨其濃度增加而增大，當濃度達到10%時，菊粉溶液漸漸變稠但未出現(xiàn)凝膠。當濃度達到30%時，菊糖與水開始形成凝膠，形成的凝膠十分柔滑，與脂肪相似。當濃度達到50%時，凝膠十分堅實。菊糖粘度隨溫度的升高而降低，這使得菊粉可作為脂肪替代品和質地改良劑。保濕性：菊粉吸濕性強，可在食品加工中添加以控制食品濕度的變化。以植脂奶油為例，菊糖可延緩其水分蒸發(fā)，從而阻止產品走味，保持或延長產品的貨架壽命。對攪打好的裱花，可以防止表面水分散失形成硬殼。菊糖另一重要特性是對溶液水分活度的影響。水分活度會影響質構、溫度變化和微生物穩(wěn)定性。由于菊糖具有結合自由水的能力，故可降低食品的水分活度值，從而延長食品的保質期。穩(wěn)定性：菊粉在高溫下穩(wěn)定。在100℃下加熱也不易降解。菊糖溶液在含水量低，溫度很高的情況下，可以維持穩(wěn)定狀態(tài)保持一定時間，再發(fā)生水解。因此，凝膠狀態(tài)的菊糖即使在酸性環(huán)境或高溫條件下，如果沒有可供利用的水仍是穩(wěn)定的。風味：菊粉是無味的，一般商品菊糖含有少量果糖或雙糖而略帶甜味，味道溫和而不具刺激性。菊糖可與高甜度，低熱量甜味劑共用制作低熱量甜食。因此，以菊糖作為脂肪代用品應用于植脂奶油不會影響產品的感官特性，產生異味。（2）應用菊糖可以作為脂肪代用品：菊粉在此類產品中起到了替代脂肪的作用，從結構上看，菊粉顆粒的作用類似于水包油乳液中的油滴的性質[34]?？梢杂脕砩a低脂、脫脂乳或奶油，還可替代冰淇淋和其他類似產品中的油脂。菊粉可穩(wěn)定水或脂肪的結構，改進干酪的特性（如涂抹性）和口感，同時可代替乳清蛋白或淀粉衍生物[9]。在低脂肪食品中，可以直接用菊粉代替部分脂肪，因為它具有脂肪乳脂的形態(tài)及膠凝能力。高濃度時，菊粉具有膠凝特性，剪切后形成部分凝膠網(wǎng)絡，它可形成白色乳脂狀結構，可以很容易地加入到食品中，取代100%的脂肪。菊粉的凝膠強度取決于菊粉的濃度和總干物質。形成類似奶油的結構，會產生潤滑細膩的口感，從而達到模擬脂肪的目的，為食物提供良好的風味。菊粉凝膠具有良好的黏彈體流變學特性，表觀性狀類似于脂肪，具有與奶油相似的口感和外觀，能改善食品組織狀態(tài)，成為應用于低能量食品生產的優(yōu)良脂肪替代品。不同濃度的菊粉溶液，其粘度不同。隨著溶液中菊粉含量的提高，黏度度逐漸增大。菊粉溶液經過高剪切作用或加熱-冷卻過程，形成模擬脂肪的凝膠結構[35]。菊粉可作為糖替代品：短鏈菊粉更易溶解，甜度相當蔗糖的30-50%，常作為蔗糖的替代物。菊粉味微甜，是一種果糖聚合物。通過口腔和腸道內時基本上不被吸收分解，因此基本上不影響血糖濃度的變化，并可以延長胃的排空時間。因而人體攝入菊粉后，不會影響體內血糖含量的變化，糖尿病人群同樣也可以食用。MaryamKiumarsi曾使用改性菊粉作為蔗糖的替代品，生產低熱量巧克力，產品的風味與原商品一致[36]。菊粉是一種天然可溶性膳食纖維，具有改善腸道功能，促進礦物質的吸收，維生素合成以及預防癌癥的等生理功能。菊粉可以改善人體結腸中微生物種類的平衡，增加鈣的吸收，菊粉已經被證明可增強青春期青少年的鈣吸收，并減少產生的氣體量，同時增加或保持結腸支持有益菌的能力[37]。AkalinA研究了菊粉和低聚果糖對低脂益生菌冰淇淋流變特性和益生菌培養(yǎng)物存活的影響。該研究報告了含菊粉的益生菌冰淇淋在貯藏期間在硬度、融化特性和首次滴落時間方面的質構特性的顯著改善[38]。1.3菊粉的研究進展日本及歐美發(fā)達國家從20世紀30年代初開始利用菊粉制取果糖，到目前為止，菊粉生產的研究仍然是熱點。比利時的RafineridTirlemontoiseS和Consucra公司已開發(fā)菊粉作為食品添加劑和配料。何強等[39]研究了菊粉對低脂冰淇淋流變性、質構、感官特性的影響，研究結果表明，菊粉加入冰淇淋中可提高冰淇淋的硬度，并可改善冰淇淋的抗融性。菊粉可替代低脂肉制品中的油脂，改進肉制品結構，保持品質穩(wěn)定性，還可替代焙烤食品中的脂肪和糖分，提高焙烤食品的松脆性。孫彩玉等[40]研究了菊粉加入到香腸中進而制備出低脂香腸，添加菊粉，發(fā)酵香腸提供較好的質地，咀嚼性、內聚性、彈性等與傳統(tǒng)香腸非常接近。RimaK等[41]通過添加菊粉對脫脂酸乳的物理和感官性質的影響表明，用菊粉作為脂肪替代品，通過風味、顏色、質構指標評價與傳統(tǒng)產品一致。PatriciaL等[42]報道了含有菊粉的低脂冰淇淋的粘度增加，凝固點降低，感官特性也有所改善。然而，迄今為止還沒有系統(tǒng)的研究報道添加菊粉以不同比例替代乳脂，并根據(jù)各種反應及其動力學確定替代水平。González-Tomás[43]研究不同聚合度菊粉對牛奶的流變和感官的影響，短鏈菊粉可以提高牛奶的風味和甜度，但并沒有顯著增加粘度。但長鏈菊粉改善了低脂牛奶的粘度，使全脂牛奶有相相似流變特性，但口感卻變差了[43]。主要是由于長鏈的菊粉因為其在有水存在的情況下能形成微晶體，這些微晶體相互作用，形成小的聚合體，可以堵塞大量的水，形成一種微粒凝膠[44]。參考文獻[1] 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