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周延州 陈安国
菊粉是一种自然界广泛存在的果聚糖,菊粉最早从菊芋中提取出来而得名。菊粉（inulin），又称菊糖，是一类果聚糖（inulonose）,菊粉是植物中储备性多糖,主要来源于植物，有36 000多种植物,包括双子叶植物中的菊科、桔梗科、龙胆科等11个科及单子叶植物中的百合科、禾木科,都含有丰富的菊粉。一些常见植物中的菊粉含量见表1。菊粉在胃和小肠中不被消化吸收，作为一种有益的微生物底物，是一种新型的饲料添加剂，可选择性促进有益菌生长，在动物体内无残留，不产生抗药性，可以改善动物的脂肪代谢，提高矿物质的吸收。菊粉是一种值得开发应用于畜牧业中的资源。
Edelmen（1968）提出菊粉有两类结构，一类由果糖残基（F）之间以?茁-2，1-糖苷键连接且末端连有一个葡萄糖残基（G）的直链多糖，结构式为：G-1,(2-F-1)n-1,2-F,简写为GFn。绝大部分的菊粉属此类结构。此外，Erns（1995）菊粉还含有少量的另一类果聚糖,其末端没有连葡萄糖残基（G），结构式为：F-1,(2-F-1)n-1,2-F, 简写为Fm。
1 菊粉的加工工艺
工业化生产上,菊粉主要从菊芋(Helianthustuberosus)或菊苣(Chicory)块茎中提取。菊粉的提取方法主要有两种：水热法和微波法。严慧如等，（2003）报道的水热法比较简单，包括提取、纯化和干燥等3个基本过程,工艺流程如下：
预处理过的菊芋→热水抽提→浓缩→活性炭脱色→离心→上清液用sevag法除蛋白质,重复4～5次→95%乙醇沉淀→离心→过阳离子和阴离子交换树脂除杂质→真空干燥→粉碎得产品。王启为等（2002）发现水热法提取菊粉的最佳工艺条件是：料水质量比为1∶1，一次性提取，提取温度为95℃，提取时间15min。
微波法：切丝→称重→加水微波浸出→渣汁过滤→去除杂质→脱色浓缩。具体为：取菊芋洗净，切片2~3mm厚，再切丝2~3mm粗，长度为2~3cm，称100g于加热容器，加入100g水，再放入700W，2450MHz微波发生器中，加热至一定温度后，用榨汁机榨汁取得固定量体积的菊芋浸出液；然后加入石灰乳，调节菊芋浸出液碱性，并通入CO2使其呈中性，减压过滤，除去杂质；后通过大孔型离子交换树脂除去金属离子，脱色浓缩即可。
2 菊粉的代谢特性及生物学功能
2.1 菊粉在肠道内的代谢
2.1.1 胃和小肠内的代谢
由于动物体内的消化酶基本上只能降解α-1,4糖苷键，而菊粉是以β-2,1糖苷键相连的线性果糖聚合物，所以这种连接阻止了菊粉在小肠分解。孙晓红等（2003）体内研究显示在回肠造口术受试者,摄入菊粉后90%～95%又出现在肠液中,表明这些菊粉没有被消化吸收。Graham等（1986）发现，猪、小鼠和人不能分泌水解菊粉的?茁-果糖甘酶，菊粉在胃、小肠里不能被自身酶消化。Nilsson等（1988）体外试验表明，胃液和其它酸性溶液可水解菊粉，生成果糖，菊粉被水解程度约为1%～15%。Knudsen等（1995）的体内消化试验发现，菊粉能被胃酸水解成果糖。在胃内酸性条件下菊粉可被水解成果糖，胃内酸度是影响菊粉水解程度的一个重要因素，pH值越小，水解程度越大，反之亦然。人和动物胃、小肠里可发酵菊粉的微生物很少，菊粉在胃、小肠不能被微生物利用。所以，菊粉在人和动物胃、小肠里极少被消化。因此它也被命名为不消化的低聚糖。
2.1.2 大肠内的代谢
菊粉在大肠内被微生物发酵，发酵的终产物，主要为SCFA（乙酸，丙酸，丁酸），气体（CO2,H2,CH4,H2S）和有机酸（乳酸，琥珀酸，丙酮酸等）。
Nilsson等（1988）用含4.7%和9.4%菊粉的日粮分别饲喂小鼠，菊粉在大肠发酵率几乎为100%。Levrat等（1991）、Hubert等（2000）发现当小鼠被喂含有菊粉的日粮时，盲肠发生了显著变化，主要表现为pH值下降，盲肠过度生长，盲肠壁变厚、盲肠内隐窝变浅、每个隐窝内细胞个数增多、盲肠静脉发达。可见，在正常情况下菊粉能被人和动物大肠微生物完全发酵，菊粉发酵的同时大肠吸收功能也相应增强。所以菊粉被认为具有调节消化道微生物区系的作用。Roberfriod等(1998)发现菊粉可显著促进人大肠中双歧杆菌和乳酸杆菌生长，使大肠杆菌等有害菌数量减少。研究表明双歧杆菌增殖程度主要与大肠中双歧杆菌初始数量有关，与菊粉用量关系不大，初始双歧杆菌数量少时,菊粉增殖效果明显，初始双歧杆菌数量多时,菊粉增殖效果不明显。菊粉可以作为双歧杆菌生长的底物，Gibson(1995)等用体外人体粪便细菌培养表明,菊粉能选择性地刺激双歧杆菌的生长,从而维持潜在性病原菌（大肠杆菌EColi和梭状芽孢杆菌）在较低水平。结果表明菊粉明显增加粪中双歧杆菌,分别从108.8/g到109.5/g粪和109.2/g到1010.1/g粪,而受试者食用菊粉时粪中革兰氏球菌降低。Buddington和Kleesen也得出了同样的结果。陈有容等（2001）报道可以提纯菊粉的菊芋作为双歧杆菌促生长因子效果非常明显。
2.2 菊粉对蛋白质代谢的影响
Vanhoof,K等（1996）报道，用含6%菊粉的日粮饲喂小鼠和有回肠瘘管的试验猪，结果发现，两种动物氮的排出和氮的保留不受日粮菊粉的影响。小鼠排出的粪氮高于对照组，原因是，代谢中的尿氮部分地转变成了粪氮。研究进一步发现，两种动物盲肠中氨气的浓度都有降低，这说明氨被细菌合成为菌体蛋白，但对血氨没有影响。因为氨有可能干涉肠道黏膜细胞循环，所以菊粉对降低大肠中氨的浓度，保证动物健康就相当重要。大肠中微生物能利用游离氨，尿素和H2S合成菌体蛋白，减少粪便排出后氨气释放速度及释放量，对改善养殖场环境起重要作用。Wagner-Riddle等给初始重约30kg猪日粮中添加5%菊粉提取物，发现能显著减少猪排泄物中的H2S排放量（P<0.01）,试验组与对照组分别为14.96,22.69mgH2S/kg粪便干物质/h,试验组H2S排放量下降了36.4%。Cromell等（1998）在平均体重约46kg猪日粮中按54kg/t水平添加菊粉，发现猪排出的NH3和H2S显著下降，分别下降了29%和6%。
2.3 菊粉对脂肪代谢的影响
研究表明，菊粉（5~10g/d）能够明显降低动物、患者或健康人群血胆固醇和脂肪（甘油三酯）水平，甚至减少超过20%以上。菊粉可有效降低血清总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）。Michael.H Davidson等（1998）对21名高胆固醇患者LDL-C在3.36~5.17mmol之间摄入含菊粉的低能量食品后血脂状况进行研究，发现患者菊粉摄入量达到18g/d，6个星期后TC和LDL-C.分别降低1.3%,和2.1%，且患者的胃肠道没有出现任何不适，然而未摄取菊粉的对照组患者TC和LDL-C.分别明显增加7.4%,和12.3%。
2.4 菊粉可促进矿物质元素吸收
Hubert等（2000）用10%菊粉日粮饲小鼠发现Mg2+、Ca2+、Fe2+、Cu2+表观消化率分别提高了50%、20%、23%、45%，但Zn2+表观消化率不变。说明菊粉能大大提高机体对金属离子的吸收，原理是膳食纤维在消化道能结合金属离子，菊粉—矿物质复合物在发酵过程中被降解，释放出金属离子，使金属离子得到有效的生物吸收。
菊粉促进矿物质元素吸收的机理主要有：①菊粉在大肠内发酵生成的丁酸使肠黏膜的隐窝变浅、隐窝细胞个数增多，增大了吸收面积，使盲肠静脉更发达（Levrat等，1991）；②SCFA使大肠中的pH值下降，可促进矿物质溶解，H+还可与金属离子交换促进其吸收（Hubert等，2000）；③菊粉发酵使一些微生物分泌植酸酶，植酸酶能使与植酸螯合的金属离子释放出来，促进金属离子的吸收（Hubert等，2000）；④菊粉发酵产生的某些有机酸可与金属离子螯合，促进金属离子吸收。众多研究表明菊粉能促进矿物质元素在大肠中的吸收和在骨骼中沉积。
2.5 菊粉可增强免疫与抗癌
菊粉可增强免疫。Carpentier等（1999）报道菊粉有可能成为肿瘤、过敏、感染等免疫治疗中的新型免疫调节剂。菊粉的原生素作用使大肠中有益菌大量增殖，结果使肠黏膜上构成一道免疫屏障。Cooper等（1986）发现γ-菊粉比灭火的金黄色葡萄球菌和酵母聚糖有更大的免疫佐剂活性[39]。γ-菊粉可作为淋巴细胞TH1的极化佐剂，使淋巴细胞TH0向TH1转变。此外，有益菌代谢产物的增多和有害菌的减少有益于机体细胞免疫和体液免疫的增强。但菊粉的免疫增强作用还要进一步研究确认。
Rowland等（1998）报道发现，先给小鼠注入诱癌剂氧化偶氮甲烷（AOM）再喂菊粉或双歧杆菌能显著减少结肠畸变隐窝病灶个数（ACF）和每个病灶中畸变隐窝的个数，从而减少结肠癌发生，而菊粉和双歧杆菌还有协同作用。研究发现，菊粉主要通过双歧杆菌间接起抗癌作用，双歧杆菌和乳酸杆菌能清除肠道中的一些致癌因子，双歧杆菌能分解亚硝酸胺，乳酸杆菌可利用氨、硝酸盐等菌体蛋白；菊粉使有害菌受到抑制后产生的含氮化合物（氨、酚、吲哚、粪臭素等）和毒素都减少，从而使癌症的发生几率减少，但其机理还不清楚。
3 菊粉的应用前景
3.1 菊粉在国内外应用现状
日本及欧美发达国家从20世纪80年代初开始利用菊粉制取果糖,到目前对菊粉生产的研究仍然十分火热。比利时的Rafinerid Tir lemontoiseS.A和Consucra公司已有以菊粉为原料生产的此类产品，商品名为Raftilose和Fibruline。我国从90年代初开始生物菊粉酶的菌种筛选。筛选所得菌种产生的菊粉酶发酵活力为85ｕ/ml，产品中低聚果糖含量为48%～54%。用该技术生产菊粉的生产成本低，工艺操作简单，无论作为食品配料还是食品添加剂或饲料添加剂都有很强的市场竞争力，市场前景广阔。
3.2 菊粉在食品中的应用
菊糖作为一种天然功能性食品配料，其保健作用及品质改良作用正逐渐得到体现。菊粉作为一种膳食纤维，已被FDA（美国食品与药物管理局）批准进入美国市场，并且在日本、欧洲、美国和台湾等地广泛应用于食品工业中。在欧盟，菊粉在食品配料中可以与脂肪和巧克力替换使用，菊粉也可作为冰淇淋和其他类似产品的脂肪替代品。菊粉所含的膳食纤维，使加入菊粉后的牛奶、酸奶、乳品饮料等低脂食物具有与全脂产品相同的口感，并提供了更高的营养价值和更佳的口味。
3.3 菊粉在饲料中的开发现状和开发前景
菊粉是从菊芋中提取出来的，我国种植菊芋面积广，且菊芋生长适应性广，耐贫瘠，种植简易，一次播种多次收获，产量极高，是一种高产饲料作物。据我国小面积栽培情况,一亩菊芋可产块茎1 250～5 000kg，Ph.Thonart等（1988）国外报道为2 700～4 000kg。林容等（1979）菊芋块茎的15%～20%是菊粉，菊粉的70%～80%是低聚果糖。
迄今为止，朱钦龙（1996）报道，在众多商品化的低聚糖中，只有菊粉和低聚果糖被美国FDA和日本厚生省等权威机构确认为有效的饲料添加剂。菊粉对改善动物肠道功能，降低血脂血糖，促进矿物质吸收，促进饲料消化，提高动物抗体水平，减少动物废气排泄量改善环境等均有很好的效果。菊粉可作为饲料添加剂原生素。它具有增殖双歧杆菌、增强家禽抗病能力的功效，国内曾有在产蛋鸡饲料中添加低聚果糖生产无沙门氏杆菌鸡蛋的报道。
总之，菊粉来源广泛，价格便宜，许勤虎等（2003）报道菊粉在我国的市场售价约为30 000元/t。性质稳定，易加工、贮藏和运输，它适合作为一种饲料添加剂。但目前菊粉在饲料工业中的应用，还受到一些因素的制约，须从以下几方面着手解决：①扩大菊粉对大肠微生物作用的研究范围和深度；②深入研究菊粉的降脂作用，免疫和抗癌作用机理，生物学特性，为菊粉的应用打好基础；③努力实现菊粉生产的产业化。
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周延州，浙江大学动物科学学院，310029，浙江杭州凯旋路268号。
陈安国，单位及通讯地址同第一作者。
收稿日期：２００４－10－２４
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