菊粉：性质、健康益处和食品应用
（江苏省海洋生物学重点实验室 李帅、杨敏、曹慧翔 译）
摘要：菊粉是一种水溶性储存多糖，属于一组不易消化的碳水化合物叫果聚糖。菊粉在美国已达到GRAS一般认为安全的地位，并且广泛地存在于大约36,000种种类植物中，其中菊苣根被认为是最丰富的菊粉来源。通常，菊粉是用作益生元，脂肪替代品，糖替代品，质地改良剂以及由于其对胃健康的有益作用，用于以改善健康的功能保健食品开发。这篇评论提供了关于其生产、理化性质、对抗各种代谢以及与饮食相关疾病的作用和作为新产品开发中功能成分利用的深刻见解。
关键词：菊粉；膳食纤维；益生元；低聚果糖；果糖
1.简介
菊粉由于存在于3000多种蔬菜中而被认为是在各种植物中广泛分布，出现在（Wichienchot et al.,2011）。几个世纪以来它是我们每日食物摄入量的一部分，贡献了营养特性，展示了显著的技术优势（Giarnetti，Paradiso，Caponio，Summo，＆Pasqualone，2015; Kalyani Nair，Kharb和Thompkinson，2010）。在19世纪初，一位德国科学家名为Valentine Rose从土木香（Inula hele-）的根部发现菊粉nium），后来于1817年被Thomson命名为菊粉。在1864年，菊粉球晶被Julius Sachs在大丽花，洋姜和土木香中检测到。菊粉的天然来源包括菊苣根，菊芋，大丽花块茎，雪莲果，芦笋，韭葱，洋葱，香蕉，小麦和大蒜（表1）（Bornet，2008; Roberfroid，2007）。综合来说，以蔗糖为原料制备菊粉型果聚糖（Cooper et al.,2015）。菊粉被广泛用来作为脂肪或糖替代品的加工食品，或者赋予令人满意的特性，与可消化的碳水化合物相比，它仅提供25-35％的能量。菊粉的甜度水平约为蔗糖的10％，由于其健康益处，它是一种多功能的成分，特别是增加矿物质吸收，也被认为是可发酵的低聚，二糖，单糖和多元醇（FODMAP），是一组易于在结肠中消化的碳水化合物通过吸水进入结肠控制便秘和相关疾病。它还促进消化系统中微生物菌群的生长并被认为是为控制血糖水平的糖尿病患者提供低热量食物的适宜成分。
1.1．化学结构
β-（2-1）-D-呋喃糖基果糖键存在于果糖之间，菊糖的单位和异头碳的β-构型，使它在人体小肠中难以消化，但可以是通过肠道微生物菌群在大肠中进行发酵（Apolinario et al.,2014）。菊粉型果聚糖由线性（2→1）-连接组成β-D果糖基单元与蔗糖的果糖基部分连接。G代表葡萄糖单元，F代表果糖单元，而n表示果糖单元的数量。在菊苣菊粉中，数量果糖单位的百分比从2到60不等，表明组合低聚物和聚合物（Roberfroid，2005）。图1显示了菊粉化合物的化学结构。
DP（聚合度）和分支对菊粉的功能具有影响。植物菊粉有相对较低的DP（最大限度<200）取决于植物种类，气候条件和植物的物理状态。存在于细菌中的菊粉具有非常高的DP，范围从10,000到100,000以上;此外，细菌菊粉的分枝比植物菊粉多15％（Cho＆Samuel，2009）。
1.2．生产
商业上大多数菊粉是由菊苣制成的，然而，大丽花和菊芋也被认为是温带地区工业生产的良好来源（Flamm，Glinsmann，Kritchevsky，Prosky，＆Roberfroid，2001）。除此以外一些具有高内联含量的新植物已被报道（表格1）。菊苣是两年生的植物属于菊科。在生长的第一年，菊苣植物一直处于营养期只长叶子，主根和纤维状根。根茎与小椭圆形甜菜相似（Boeckner，Schnepf，＆Tungland，2001; Kelly，2008）。菊粉生产经历两个阶段。在第一阶段提取并完成原糖浆的初始纯化，第二个处理阶段进一步精制生产商品（99.5％以上）。一些先进的技术，如超临界二氧化碳（CO2）（Mendes，Cataldo，da Silva，Nogueira，＆Freitas，2005）超声（Lingyun等，2007）同时超声波/微波（Lou，Wang，Wang，＆Zhang，2009）和脉冲电场（PEF）（Loginova，Shynkaryk，Lebovka，＆Vorobiev，2010）也包含在菊粉提取过程中，为了以更低的能量消耗获得更高产量的精制的最终产品。但在经典的净化过程中从提取的汁液中去除杂质，澄清需要多个步骤（预浸灰，石灰石和碳酸化）在相对比较高的温度（80-90°C），如图2所示（Franck＆DeLeenheer，2005）。这可能导致菊粉分子水解在提取的汁液中，也可能引入额外的钙离子变成澄清的果汁，需要进一步净化处理（Kim，Faqih，＆Wang，2001）。基于膜的技术像微滤和超滤据报道可以减轻这些费时费力的步骤。由此产生的菊粉DP范围模仿菊苣中原始存在的DP在3到60之间。高质量的DP超过23的长链菊粉也是可以实现的（Cho＆Samuel，2009）。
1.3．物理化学性质
菊粉是一种独特的食物元素，提供许多重要的膳食益处以及某些工业特性广泛应用于食品（Roberfroid，2005）。菊苣菊粉是一种白色粉末，具有更高透明度的细颗粒。菊粉的中性味道没有余味。然而，虽然长链菊粉不甜，但与蔗糖相比，常规菊苣菊粉的甜度水平约为10％（Valluru＆Vanden Ende，2008）。菊粉的作用类似于膨化成分，以及高水平的人造甜味剂如阿斯巴甜和乙酰磺胺酸钾，它提供了良好的口感和一点回味（Franck，2002）。这种混合物还可以显示出重要的定量甜味配方。
菊苣菊粉在25℃时适度溶于水（近10％），这使其能够在水性介质中添加而不会沉淀。建议使用50-100℃的热水使菊粉溶解。菊苣菊粉的溶液是粘度相对较低，例如5％的溶液，10℃时1.65 mPa s对于30％的溶液，100mPa.s（Kalyani Nair et al., 2010）。水溶液的沸点和沸点受菊粉的影响很小（例如，15％的菊苣菊糖降低冰点0.5℃）。低pH，高温和低干物质环境是菊粉水解的关键参数（Roberfroid，2000; Roberfroid，2007）。此外，β-（2-1）之间的键合果糖单元可在高酸性环境中（部分）水解。
菊粉胶凝性能高（标准菊苣菊粉> 25%，长链菊粉> 15%），剪切后形成胶凝结构。当菊粉是完全的溶于水或任何其他含水介质中，使用像转子-定子混合机或均质机这样的剪切设备，可以很容易地形成白色奶油状结构，很容易作为脂肪替代品添加到食品中高达100％（Imeson，2010）。该菊粉的凝胶特性受菊粉浓度，总干物质的数量，剪切因子（例如温度，时间，速度或压力）而且还有使用的剪切仪器种类的影响很大;但是，它不受pH的影响（pH值在4到9之间）。此外，低温电镜显示，这种菊粉凝胶是由一种三维结构组成的，这种结构通常是不溶于水的亚微米菊粉碎片（Zimeri＆Kokini，2002）。
2.营养和健康益处
菊粉为人类提供了许多营养和健康益处，其中一些如图3所示
2.1．膳食纤维功能
目前，膳食纤维被认为是改善人体健康的关键成分，由于其促进健康的特性，人们对富含膳食纤维的食品关注越来越多。膳食纤维的基本特征是：膳食纤维的基本特征是:不受胃分泌物的水解和小肠的吸收，然而可被大肠的微生物群发酵（Roberfroid，2007; Turner＆Lupton，2011; Wong，De Souza，Kendall，Emam，＆Jenkins，2006）。菊粉是一种贮藏在植物体内的碳水化合物，其果糖部分由β-(2-1)-D-frutosyl键连接并且由于β键C-2的异位构型，菊粉不易在人体小肠消化，但它可以在大肠发酵（Apolinario et al., 2014）。几乎90％的人菊粉进入结肠并被那里的细菌消化（Cherbut，2002）。因此，它是膳食纤维复合物的重要组成部分，并被标记为食品中的膳食纤维。
2.2．热量值
菊粉的低卡路里值（1.5千卡/克或6.3千焦/克）是由于与其组成单糖相比，它的非消化性部分。通过肠道细菌的作用，菊粉被转化成为短链脂肪酸（如醋酸盐，丙酸盐和丁酸盐），
乳酸，细菌燃料和气体（Nyman，2002）。仅仅是短链脂肪酸和乳酸可以增加宿主生物的能量代谢。细菌和宿主细胞也可以使用一些部分短链脂肪酸。关于体外和体内结果的证据，
据报道，菊粉和低聚果糖的能量率为1.5千卡/克（Roberfroid，1999）。进一步的科学观察也证明菊粉的能量较少，其中，能量值被用于食品标签从1千卡/克到1.5千卡/克（Flamm et al.,2001）。
2.3．对脂质代谢的影响
在饮食中添加非消化性碳水化合物如菊粉可以降低高甘油三酯浓度的风险。Letexier，Diraison和Beylot（2003）从一项研究中得出结论，即通过降低血脂生成和血浆三酰基甘油浓度，将高性能菊粉（即10 g / d）掺入富含碳水化合物和降低脂质的食物对人体血浆脂质产生积极效果。从而降低动脉粥样硬化的风险（Letexier et al., 2003）。然而，威廉姆斯和杰克逊研究了菊粉或低果糖补充剂对10名志愿者血脂(ldl -胆固醇和三酰基甘油)的影响。其中三名对血液胆固醇或三酰基甘油水平没有影响。然而，三名志愿者的三酰基甘油含量明显下降，而其余四名志愿者的ldl -胆固醇含量则略有下降（Williams＆Jackson，2002）。在高胆固醇血症的饮食中补充菊粉可能会改善血脂。菊粉和低聚果糖通过改变不同实验动物血脂代谢而发挥全身作用。动物实验已经表明，菊粉主要通过降低甘油三酯血症和略微降低胆固醇血症来影响脂质代谢（Delzenne，Daubioul，Neyrinck，Lasa，＆Taper，2002）。对人类的各种研究表明，与低聚果糖相比，菊粉在降低甘油三酯血症方面更有效，而在动物中（特别是在大鼠中）;两者都被发现有类似的效果。关于该机制，向大鼠饲料中添加菊粉和低聚果糖通过抑制负责酶的脂肪生成有关基因的产生来降低肝脏中的脂质分解。在人类中，该过程以相同的方式发生，但菊粉实际上如何影响脂质代谢的机制仍在讨论中（Roberfroid，2007）。对啮齿动物的研究表明，菊粉和低聚果糖可以降低血浆胆固醇和三酰基甘油。此外，它可以抵抗三酰基甘油在肝脏中的积累，并对肝脏脂肪变性有良好的影响。肝脏脂肪生成的减少可能是人类和动物血浆三酰甘油水平降低这一主要机制，而降胆固醇作用的机制仍不清楚。
2.4．对便秘和大便次数的影响
菊粉是一种可溶性纤维，不会被人体酶消化，在肠道的有效性方面产生独特的纤维效果，从而降低肠道的pH值，有助于缓解便秘和增加粪便负荷或速度（称为膨胀效应），具有与果胶和瓜尔胶等其他可溶性纤维相似的粪便膨胀效应（Anderson et al., 2009）。消耗每克菊粉增加1.5-2g湿粪便重量。这也可以通过增强的粪便分泌干重来模仿。菊粉和低聚果糖使大便频率和一致性得到改善（Den Hond，Geypens，＆Ghoos，2000）。初始大便次数减少的参与者改善更多。老年人中最普遍的肠胃问题肯定是便秘。液体摄入不足和富含纤维的食物消耗较少可促进便秘（Rubel，Pérez，Manrique，＆Genovese，2015; Russell，Rasmussen，＆Lichtenstein，1999）。类似地改变短链脂肪酸和微生物菌落的构成导致肠活性的变化。在晚年，益生菌和益生元菌株有助于缓解便秘（Kolida＆Gibson，2007）。由于菊粉的益生作用，它充当益生菌的底物。菊苣菊粉（20-40克/天）具有足够的通便效果，可缓解便秘（Fernández-Ba ~nares，2006; Kolida＆Gibson，2007）。
2.5．双歧效应
大肠保留了400多种细菌，这意味着结肠的干固体含量超过50％。肠道微生物菌群的每个成分都具有巨大的个体间差异（Zoetendal，Vaughan，＆De Vos，2006）。一般而言，肠道细菌可根据其可能的作用分为3组，如：（1）乳酸杆菌和双歧杆菌;（2）可能的致病菌，如某些梭菌属和（3）其他共生细菌，如拟杆菌，也具有正面和负面特征。虽然没有确定性，但通常可以理解，含有大量乳酸杆菌和双歧杆菌的肠道微生物菌群对健康有益（Eckburg et al., 2005; Kamarul Zaman，Chin，Rai，＆Majid，2015）。
大肠的微生物环境对于身体状况是必要的，不平衡可导致疾病（Kleessen，Hartmann，＆Blaut，2001）。菊粉刺激结肠中有限数量的细菌的发育和代谢作用，特别是双歧杆菌和乳酸杆菌，从而促进它们的生长健康。这被称为益生元或双歧杆菌效应。益生菌是通过增强肠内微生物平衡而具有宿主有益效果的活微生物，而益生元是通过增强一种或多种结肠细菌的活性和生长而具有有益效果的难消化食物成分（Karimi，Azizi，Ghasemlou，和Vaziri，2015; Roberfroid，2000）。
体外试验证明了结肠发酵取决于菊粉的链长。短DP馏分的发酵时间比长链菊粉高两倍。因此，长链菊粉部分具有在结肠最后部分开始代谢作用的独特特征（Cho＆Samuel，2009）。Oliveira，Perego，Oliveira和Converti（2011）确定在低脂牛奶中添加低浓度菊粉可显着提高嗜酸乳杆菌，鼠李糖乳杆菌和乳双歧杆菌的生长和可持续性。因此，菊粉可用作非脂肪功能性乳制品中的脂肪替代物，提供大致相同的感官特征（Akın，Akın，＆Kırmacı，2007; Cruz等，2010）。由于乳酸菌与部分菊粉代谢之间的代谢关系引起的微生物活性增加，菊粉在不同产品中的掺入改善了它们的坚固性（De Souza Oliveira，Perego，De Oliveira，＆Converti，2011）。患有肠道不规则和一些严重疾病的患者表明，当肠道微生物群体发生变化时，菊粉和低聚果糖重新建立了微生物稳定性，从而阻碍了疾病的发展。菊粉和低聚果糖的营养用途提供了促进微生物平衡的有利方式，并有助于通过益生元作用克服上皮细胞的困难。这可能为宿主防御微生物（内源性和外源性）的攻击和转移以及抑制GIT疾病（Bosscher，Van Loo，＆Franck，2006）。
2.6．降低胃肠疾病的风险
菊粉在降低许多肠道疾病的风险方面发挥了有利的作用。肠道疾病，特别是缓解肠易激综合征（IBD）和结肠癌。溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病疾病被称为炎症性肠病（IBD）。两者都是在西方世界每10万人中超过500人被影响的GIT的慢性炎症性疾病。IBD通常被认为是西方世界疾病，其发病率在过去几十年中显著增加（Sartor，2004）。最新研究表明，许多遗传，环境和免疫因素的组合会影响IBD（Mendis，Leclerc，＆Simsek，2016）。通过使用益生菌和/或益生元来操纵肠道微生物群落的组合物可以用作预防慢性肠道炎症的治疗方法。
Hoentjen et al.（2005）以5g每千克体重喂养菊粉和低聚果糖混合物可降低转基因大鼠的结肠炎。通过将菊粉和益生菌微生物L.acidophilus La-5加乳酸双歧杆菌组合用于HLA-B27转基因大鼠，已经观察到结肠炎的减少和肠道双歧杆菌和乳杆菌的生长的改善。这种联合疗法不仅降低了粘膜促炎细胞因子，而且增强了免疫调节转化β生长因子。（Schultz et al., 2004）。此外，菊粉与乳果糖的组合已显示减少葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎大鼠中的炎症（Videla et al., 2001）。已经证明菊粉有助于治疗溃疡性结肠炎结肠切除后的慢性脓包炎。Videla和Furrie在一项对18名活动性溃疡性结肠炎患者的研究中得出结论：益生元和益生菌联合使用（即长双歧杆菌和菊粉和低聚果糖的益生元混合物）导致肠道炎症减少（Furrie et al., 2005; Welters et al., 2002）。
10例患者中克罗恩病明显减少且已经阐明使用15g低聚果糖和菊粉组合21天可增加肠道双歧杆菌的生长。（Lindsay et al., 2006）菊粉与低聚果糖组合已经显示出微生物群的代谢功能的改善（Cummings，Christie，＆Cole，2001; Van Loo et al., 1999）。临床和实验证据表明，它们的组合增强了肠粘膜屏障，并有助于抑制IBD。由于与葡聚糖硫酸钠引起的远端结肠炎相同的组织学人类溃疡病症，低聚果糖和菊粉的炎症抑制结果已经在大鼠中评估了。菊粉和低聚果糖均可增强短链脂肪酸的产生，并且更喜欢生产乳酸杆菌或双歧杆菌（Guarner，2005）。
结肠癌也称为结肠直肠癌，直肠癌，或肠癌，由结肠细胞突变（大肠的一部分）或阑尾引起的。这是发达国家人民因癌症而死亡的最常见原因之一。一些分析表明结肠癌和直肠癌基因基本上相似（Cancer Genome Atlas，2012）。直肠的出血和贫血是结肠直肠癌的常见症状，偶尔与体重减轻和改变排便习惯有关。关于结肠癌的风险，对大鼠和小鼠的研究表明，菊粉和低聚果糖具有预防由化学物质引起的结肠癌发生和增加与乳酸菌的共生准备（Pool-Zobel，2005）。
研究表明，菊粉的共生配方富含低聚果糖与鼠李糖乳杆菌和乳双歧杆菌联合使用能够降低人类患结肠癌的风险（Rafter et al., 2007）。进一步研究人员发现，与低聚果糖相比，菊粉HP和协同作用更有益，因为长链分子在大肠中需要更多时间进行发酵，从而扩展其在远端结肠中的影响。当然，小的低聚物预先在近端结肠中发酵，因此不能到达远端结肠。通过减少病变的数量和质量以及降低这些病变发展为恶性肿瘤的机会，菊粉HP和协同通常在癌症的进展中起作用（Poulsen，Molck，＆Jacobsen，2002）。因此，菊粉和低聚果糖有助于预防肿瘤发生。这两种机制解释了菊粉在调节结肠微生物区系中的有益作用，即短链脂肪酸组成的变化;特别是通过厌氧发酵增加丁酸盐产量。其次，菊粉等果聚糖改善和促进胃肠道免疫系统，特别是肠道抵抗力（Pool-Zobel，2005; Van Loo，Clune，Bennett，＆Collins，2005）。
2.7．增强钙，镁和铁的吸收
用于优化骨量，需要充分消耗钙并增加其吸收。每日推荐的镁摄入量不同，男性为350至420毫克/天，女性为280至320毫克/天。钙的摄入量，在男性中占800mg /天，而在女性中占800-1000mg /天（Gupta，Lakshmi，＆Prakash，2006）。小肠的近端部分是人类矿物质同化的主要部位，而维生素D通过产生细胞溶质钙结合蛋白和钙结合蛋白D9K来控制这种作用。肠道进一步的钙的积累也可以通过被动的细胞旁路，通过粘膜细胞之间的紧密连接来进行。这个过程是不饱和的，剂量依赖性的，维生素D独立的，并贯穿两个肠道（Weaver＆Liebman，2002）。可发酵物质通过将矿物质吸收的主要部位转化为大肠来帮助达到钙平衡（Scholz-Ahrens，Schaafsma，van den Heuvel，＆Schrezenmeir，2001）。
许多关于菊粉和低聚果糖可增强矿物质的吸收的理论已经被提出了。一种方法可能是降低肠道pH值，因为菊粉的结肠发酵会产生短链脂肪酸或其他有机酸，从而导致大肠pH降低（Coxam，2005）。事实上，作为矿物质或与其他组分结合存在于饮食中的钙在吸收之前应基本上处于电离形式。随后，低pH增加了钙的生物利用度。因此，它通过小肠和大肠的第一部分中的被动扩散改善了钙的吸收。此外，通过离子交换系统，短链脂肪酸可能影响钙吸收（Scholz-Ahrens＆Schrezenmeir，2002）。而且通过改变维生素D受体的作用和增加钙结合蛋白D9K，菊粉和低聚果糖可以改善跨细胞活性钙转运。增加矿物质掺入的另一种方法是放大丁酸盐产率或一些多胺，通过菊粉和低聚果糖可以顺道地刺激细胞生长并增加肠吸收区域（Scholz-Ahrens et al.,2001）。
动物（通常是老鼠）的研究试验表明菊粉型果聚糖显著增强了矿物质吸收，特别是钙和镁（Weaver，2005）。在发育中的雄性大鼠中，5％或10％的菊苣菊粉饮食增强了全身骨矿物质含量（BMC）和骨矿物质密度（BMD）（Roberfroid，2002）。在另一项研究中，给予青春期少女少量果糖和菊粉的组合3周，钙吸收增加18％（Griffin，Davila，＆Abrams，2002）。对女孩的进一步研究显示，每天补充8克的菊粉，富含低聚果糖的菊粉饮食增强了钙吸收，（Bosscher et al., 2006）。
研究证明了协同作用（菊粉和低聚果糖的组合）在增加钙和镁的吸收方面比单独使用它们更强（Coudray，Tressol，Gueux，＆Rayssiguier，2003）。已经证明，即使在雌性大鼠的卵巢手术后，菊粉型果聚糖也显示出对矿物质吸收的效果。因此，应该假设在雌性大鼠中，这些东西不依赖于激素，菊粉型果聚糖在绝经后的女性中可能是有利的（Tahiri et al., 2003）。在人类中，菊粉型果聚糖对小肠的矿物质吸收影响不大，它们对钙或镁吸收的有益影响可能受到微生物群落作用促进肠道末端部分变化的影响。（Holloway，Moynihan，Abrams，Kent，Hsu＆Friedlander，2007）。菊粉的有益作用不仅在青少年中很明显（Griffin＆Abrams，2005; Griffin，Hicks，Heaney，＆Abrams，2003），而且在绝经后妇女中也很明显（Tahiri et al., 2003; Takahara et al., 2000）。然而，只有少数研究证明了菊粉对成年男性矿物质吸收的有益影响（Roberfroid，2000）。钙吸收能力的差异是由于基因多态性，人们认为很少有基因类型可能从菊粉型果聚糖的利用中获得更多益处，特别是协同作用（Griffin et al., 2003）。试验和人体数据都证实了这样的假设：菊粉型果聚糖的有利结果不仅仅针对矿物吸收，还针对骨强度，特别是骨密度，骨矿化，骨骼生长和再吸收，即骨转换（Coxam，2005）。
目前的研究还确定了菊粉对Fe吸收的影响，特别是在其缺乏的情况下。缺铁是人类非常常见的营养障碍。尽管如此，食品配方和铁补充剂已被用于有效地防止这一问题（Clark，2009）。年轻的断奶仔猪被认为是检测人体铁营养的合适原型，因为它们与GIT系统的内部结构或消化构成有相似之处。通过补充4％的饮食以及增加血液HB水平和其饱和功效，可以增强贫血猪结肠中Fe的可溶性水平。发现硫化度更低，菊粉的积极作用被认为与结肠中较低的硫化度有关（Yasuda，Roneker，Miller，Welch，＆Lei，2006）。
2.8．调节食物摄入和食欲
调节食欲的程序很复杂，包括作为食物反馈，由GIT和身体周围组织分泌的几种促食欲和厌食症激素之间的相互作用。这些激素向下丘脑（大脑的一部分）发出信息，以识别渴望或饱腹感（Smitka et al.，2013）。血清中胆囊收缩素（CCK），PP-折叠肽（PYY）和胰高血糖素样肽-1（GLP-1）（食欲隐藏肽）的水平升高与较少的主观饥饿评估和食物摄入减少有关。相反，在禁食期间，生长素释放激素刺激饥饿并因此开始食物摄入（Date et al., 2000; Drucker，2002）。
收集与菊粉和低聚果糖在GIT激素上的功能有关的实验数据，以改变影响食欲的血液水平。短链脂肪酸（SCF）（基本上是乙酸盐，丙酸盐和丁酸盐）是通过结肠中菊粉的发酵产生的（Tarini＆Wolever，2010）。结肠腔中高水平的SCF可以增强粘膜中胰高血糖素样肽-1（GLP-1）的表达，从而增加血液GLP-1水平并降低激素生长素释放肽的水平（Cho＆Samuel，2009）。许多实验模型（例如，喂食常规或高脂肪饮食的大鼠，超重和糖尿病大鼠）已经显示出这种情况，并且不断地以相当少的能量（和食物）联系起来摄入，以及较少的体重和脂肪在组织中的积累（来自高脂肪饮食）。研究数据确定了菊粉型果聚糖对GLP-1和生长素释放肽产生的调节作为一种显著的食欲调节。早期的人类数据可能会证实这种影响，这种影响在空闲时需要进行额外的广泛调查（Delzenne，Cani，Daubiou，＆Neyrinck，2005）。
2.9．刺激免疫系统
免疫系统可能是人体内高度复杂的系统。它由大量完全不同的细胞类型组成，每个细胞都有自己的信号分子组，抗原机制和效应功能。免疫系统的复杂性使其能够对外来物质做出反应，并防止病原微生物入侵，从而通过识别和作用抗原来保护身体免受有害物质的侵害（Norvell，2013，nullChapter）。一些研究试验显示了菊粉和低聚果糖的免疫调节作用（Schley＆Field，2002）。这些研究表明，菊粉和低聚果糖通过改变胃肠道中的乳酸菌浓度间接刺激T细胞功能，NK细胞和吞噬活性，这不仅可以保护小鼠免受病原体侵害，还可以保护小鼠免受肿瘤侵袭（Kelly-Quagliana，Nelson），＆Buddington，2003）。各种营养补充剂通过刺激免疫系统来提高疫苗效率（de Vreseet al.,2005）。
在一项关于小鼠的研究中，菊粉和低聚果糖的混合物（70:30）和次优低剂量的鼠伤寒沙门氏菌通过口服注射已显示出刺激免疫反应，从而增加口服疫苗疗效。小鼠血液中的抗沙门氏菌抗体反应通过沙门氏菌免疫球蛋白G和粪便免疫球蛋白A.得到改善。菊粉和低聚果糖在小鼠中的联合处理表明，疫苗接种保护率从40％提高到73％（Benyacoub et al., 2008）。在另一项研究中，将包含纤维素，低聚果糖或菊粉的饮食喂养小鼠六周的时间。结果表明，菊粉和低聚果糖的补充饮食增强了NK细胞活性和腹膜巨噬细胞活性（Kelly-Quagliana et al., 2003）。
对老年人的研究表明，适当的膳食补充剂可以刺激免疫系统，但年龄因素也与免疫系统的调节有关。在一项研究中，在对流感病毒和肺炎球菌进行免疫接种之前，将包含蛋白质，维生素B12，维生素E，维生素B9，副干酪乳杆菌以及菊粉和低聚果糖的组合的膳食补充剂喂养给健康的老年志愿者4个月。120天后，膳食补充剂增强了NK细胞活性。NK细胞作用是对抗病毒性疾病最重要的免疫系统之一。此外，发现遵循膳食补充剂一年的志愿者报告感染较少（Bunout et al., 2004）。进一步的研究表明在接种麻疹疫苗婴儿和用包含菊粉和低聚果糖的共生饮食补充婴儿食品的婴儿中疫苗接种诱导的免疫反应有所改善。在接种疫苗后，使用共生菌的特异性IgG抗体水平更高，证明对疫苗接种的免疫应答得到改善（Hegar，Boediarso，Firmansyah，＆Vandenplas，2004）。所有这些在免疫系统中提到的功能都假定菊粉及其衍生化合物与小鼠的肠相关淋巴组织具有直接相互作用（Roberfroid，2005）。然而，人类尚未发现这种相互作用。
2.10．肠道可接受性
两个因素证明了肠道对不易消化成分的可接受性。首先，难消化的成分发挥渗透作用，导致结肠中水的增加。次要化合物诱导更大的渗透压，并且过量的水进入结肠。这就是山梨醇和乳果糖比菊粉具有更大的通便作用的原因。其次，发酵产品会产生一些后遗症，主要是气体的产生（Cho＆Samuel，2009）。需要更多时间发酵的复合物比快速发酵的化合物更好。这就是菊粉易于耐受多元醇和短链低聚果糖的原因。肠胃胀气是公认和经常假设的膳食纤维摄入后的效果（Turner＆Lupton，2011）。在一项针对26名年龄在18至60岁之间的健康男性和女性的研究中，每天给予10g天然菊粉和低聚果糖的食物补充。结果显示，实际剂量中消耗的菊粉通常具有良好的耐受性。尽管如此，较高剂量的菊粉和低聚果糖会在一些敏感个体中引起肠胃胀气（Bonnema，Kolberg，Thomas，＆Slavin，2010）。进一步的研究表明，健康受试者（Ripoll，Flourie，Megnien，Hermand，＆Janssens，2010）以每日5克的剂量短期和长期摄入富含菊粉的可溶性菊苣提取物，耐受良好。
3.食品应用
菊粉在食品领域的广泛应用基于其技术功能属性。菊粉对开发健康产品有重大意义，因为它同时满足一系列消费者需求：富含纤维，益生元，低脂肪和低糖，如表2所示（Franck，2002）。作为膳食纤维，菊粉通过胃肠道很大程度上未消化。在结肠中，它起到益生元的作用，因为它被有益的微生物菌群选择性地发酵，增强它们的生长并增强其对病原微生物的作用（Van Loo，2004）。根据来源，菊粉可以是高度支化的或线性的。高度支化的菊粉聚合物具有更高的溶解度并且在水存在下，因为他们能够发展成颗粒状凝胶，从而改变产品质地并提供类似脂肪的口感（Tungland＆Meyer，2002），而短链分子增强风味，甜味并用于部分替代蔗糖（De Castro，Cunha，Barreto，Amboni，＆PrudÊNcio，2009）
3.1．纤维富集
菊粉的技术和饮食益处使其成为一个不错的选择，被用作饮食中的必需成分，并且主要用于提供双重益处：更好的感官特性和健全的营养成分（Roberfroid，2007）。作为纤维成分，菊粉主要增强味道和质地。在早餐谷物和烘焙食品中，与其他纤维相比，菊粉提供了重要的改进（Franck，2002）。在烘焙产品中加入菊粉不仅可以长时间保持湿润和新鲜，还可以改善其松脆度。通过在米粉中添加20％菊粉制备无麸质层状蛋糕的研究导致膳食纤维含量增加，脂肪含量降低和混合期间有利空气的掺入（Gulati，2012）。它的溶解性允许在水性环境中添加纤维，如饮料，乳制品，浓稠饮料和餐桌涂抹酱。在一个制度化的成年人中进行的向增稠的饮料中添加菊粉的一项研究证明，纤维含量增加了，肠蠕动改善和加权大便频率增加了13％（Dahl，Whiting，Isaac，Weeks，＆Arnold，2005）。
3.2．作为益生元
对于有效的益生元，分子应该具有一些品质如：它不应在GIT的上部水解或吸收；肠道微生物菌群应该被发酵，结肠的有益细菌应该受到刺激（Van Loo，2004）。如前所述，菊粉和低聚果糖被证明是最广泛检测的具有最重要的益生元功效的益生元化合物（Gibson，Probert，Loo，Rastall，＆Roberfroid，2004）。现在，菊粉逐渐被用于功能性食品中，特别是在各种乳制品中，以增强有益肠道细菌的强化（Menne＆Guggenbuhl，2000）。近年来，研究表明低剂量水平的菊粉在脱脂牛奶中添加，显着提高了非脂肪发酵乳中嗜酸乳杆菌，鼠李糖乳杆菌和乳双歧杆菌的生长和可持续性（Oliveira et al., 2011）。在4个月大的健康新生婴儿中进行的一项临床试验表明，在婴儿饮食中补充0.8 g / dLOrafti®Synergy1（富含果糖-果糖的菊粉）是安全，有效的，并促进了与母乳喂养接近的肠道微生物菌群。（Closa-Monasterolo et al., 2013）
各种具有低脂肪含量的益生元乳制品甜点准备使用菊粉作为益生元，其中菊粉的补充不仅具有益生元效应，还能降低脂肪含量和糖含量（降低12％），而不会影响其对消费者的接受度（Arcia，Costell，＆Tárrega，2011）。由于菊粉在大肠的不同部位代谢（近端结肠部分的短链菊粉和更远端结肠部分的长链菊粉），使用短链和长链菊粉的混合物来增加发酵和益生元效应是通过几项营养研究表明（Biedrzycka＆Bielecka，2004; Coudray et al., 2003）。以50:50比例的短链和长链菊粉的混合物在增强益生元效力方面提供了各种额外的优点。它增加了成人骨骼中的钙沉积和矿物质含量，并证明可有效减少气体产生量，同时增强或维持其益生元效应（Ghoddusi，Grandison，Grandison，＆Tuohy，2007）。然而，感觉变化的大小取决于短链和长链菊粉比的组合和菊粉总浓度。（Bayarri，Chuliá，＆Costell，2010; Ghoddusi et al., 2007; Tarrega＆Costell，2006）
3.3．作为脂肪替代品
主要由长链分子组成的菊粉产品用于脂肪替代，因为在水的存在下它们能够形成颗粒状凝胶，从而改变产品质地并提供类似脂肪的口感（Karimi et al., 2015; Tungland＆Meyer，2002）。在非脂肪功能性乳制品中，菊粉可以用作脂肪替代品并且为它们提供与全脂产品几乎相同的感官特征（Akın et al., 2007 Cruz et al., 2010; Solowiej et al., 2015）。一些科学家已经分析了长链菊粉添加对乳制品（如酸奶或奶油冻）的物理和感官特征的影响。长链菊粉已被用于低脂酸奶中替代脂肪，从而显著改善乳脂状，口感和光滑度（Kip，Meye，＆Jellema，2006; Modzelewska-KapituŁA＆KŁE˛Bukowska，2009）。向低脂肪蛋白添加长链菊粉增强了乳脂状和稠度，通过添加到全脂蛋羹中也获得了相同的结果（Lobato，Grossmann，＆Benassi，2009; Tarrega＆Costell，2006）。新鲜山羊奶奶酪中添加菊粉（2-7％）可以替换脂肪，提供更柔滑的口感，并添加合理的风味和柔软效果。然而，软化效果依赖于菊粉水平（Salvatore，Pes，Mazzarello，＆Pirisi，2014）。
脂肪替代品还可以用于代餐，肉类产品，酱汁和汤，因此脂肪较少的肉类产品具有多汁和奶油般的口感，并且由于水控制而增强了坚固性（Cho＆Samuel，2009）。在含有肉类产品（如香肠）的添加脂肪中添加菊粉可能对健康意识消费者具有吸引力，因为它们在膳食指南的情况下对人类营养具有重要意义（Selgas，Caceres，＆Garcia，2005）。添加菊粉至香肠导致脂肪含量降低，改善质地和感官鉴定。果聚糖分析表明菊粉在加工和连续热处理过程中保持稳定（Keenan，Resconi，Kerry，＆Hamill，2014）。进一步的研究表明，用菊粉作为部分油替代品制成的发酵鸡肉香肠在4℃下储存45天时保持稳定，没有任何物理化学，微生物和感官特性的显著损失（Menegas，Pimentel，Garcia，＆Prudencio，2013）。饼干中添加的菊粉含量达到15％，可用于获得脂肪替代和良好的感官特性（Laguna，Primo-Martín，Varela，Salvador，＆Sanz，2014）。
3.4．作为糖替代品
菊粉产品主要含有短链分子增强蔗糖的甜度高达35％，因此它在部分取代蔗糖分子的味道方面是有用的（De Castro et al., 2009; Villegas，Tárrega，Carbonell，＆Costell，2010）。然而，它的HP高级形式相对较不甜。菊粉已经被证明是一种作为巧克力中低卡路里填充剂的有吸引力的物质，大多数与多元醇结合，取代糖含量而对脂肪含量没有任何影响。（Farzanmehr＆Abbasi，2009; Palazzo，Carvalho，Efraim，＆Bolini，2011; Shah，Jones，＆Vasiljevic，2010）生产无糖巧克力，用具有不同聚合度和聚右旋糖的菊粉（HP）代替蔗糖。建议高度聚合的菊粉作为适用于不含蔗糖的巧克力制剂的成分。菊粉也用于片剂中以代替糖。在蛋羹中，短链菊粉的补充改善了风味并增强了甜味，尽管它没有显著改变质地（Gonzalez-Tomas，Bayarri，＆Costell，2009）。因此，菊粉已经成为一种重要的组成部分，为食品生产开发具有更好的感官和营养特性的新型食品提供了新的途径。
4．结论
在现代，消费者更加关注他们的饮食并要求低热量食物具有更好的健康增进特性。目前的调查深入了解新发现的活性成分在功能性食品开发中的作用。尽管如此，菊粉的作用在过去几年中也得到了探索，但营养和健康的益处以及食品应用，特别是其作为功能性食品的用途是本综述的重点。已经讨论过菊粉对人类的生长和健康状况具有巨大影响。此外，它可以是碳水化合物和脂肪的良好替代品，同时还是纤维的良好来源，可以丰富不同用于产品开发的食物。许多研究证明了它的作用，良好的脂肪替代品（高达50％）用于开发具有更健康特性和所需感官特性的产品。当在乳品工业中用作益生元时，菊粉类型，长度和浓度对起动器的活性，益生菌培养物和pH值具有显著影响。因此，需要更多的研究工作来进一步说明和表征潜在的益生元和菊粉–低聚果糖果聚糖组合，以开发新型功能食品。
