菊粉的提取及在蔬菜中的應(yīng)用

菊粉的提取及在蔬菜中的應(yīng)用

現(xiàn)在，為了加速山羊的生長(zhǎng)，增加飼料成本，經(jīng)常在動(dòng)物飼料中添加過量的負(fù)效應(yīng)較高的飼料添加劑，如抗生素過度添加引起的細(xì)菌耐藥性和藥物殘留，這將影響動(dòng)物和人類的健康。各國(guó)政府相繼對(duì)某些抗生素采取禁用措施,同時(shí)提出使用綠色飼料添加劑代替抗生素的要求。因此,迫切需要有安全高效的飼料添加劑來替代抗生素,達(dá)到同等驅(qū)病和促進(jìn)動(dòng)物生產(chǎn)性能的作用,推動(dòng)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的安全和快速發(fā)展。菊粉是一種無耐藥性,無殘留性的中草藥飼料添加劑,因其功能多、資源豐富及提取工藝簡(jiǎn)便等特點(diǎn),逐步被廣大用戶所認(rèn)知。1低聚糖的分布菊粉(Inulin)是由D-呋喃果糖分子以β-(2,1)糖苷鍵連接而成的果聚糖,每個(gè)菊粉分子末端以α-(1,2)糖苷鍵連接一個(gè)葡萄糖殘基,聚合度通常為2～60,平均聚合度為10,其中聚合度較低時(shí)(DP=2～9)則可稱為低聚果糖。菊粉在自然界中分布很廣,某些真菌和細(xì)菌中含有菊粉。但其主要來源于植物,全世界超過36000種植物,包括雙子葉植物中的菊科、桔?？萍褒埬懣频?1個(gè)科及單植物中的百合科和禾木科,都含有豐富的菊粉。菊粉的相對(duì)分子質(zhì)量和聚合度受不同植物來源、收獲季節(jié)、氣候及土壤等因素影響,菊粉的含量因生產(chǎn)加工工藝不同而有差異,一些常見植物中的菊粉含量見表1。2溫度對(duì)菊粉溫度的影響干燥的菊粉為白色無定形粉末,吸濕性很強(qiáng),純凈菊粉無味,但商品菊粉常含有少量單糖和雙糖,而略帶甜味。菊粉微溶于冷水,易溶于熱水,溶解度隨溫度的升高而增加,有很好的熱穩(wěn)定性,相對(duì)pH較低。不同濃度的菊粉溶液,其黏度也不同,隨著溶液中菊粉含量的提高,黏度逐漸增大。工業(yè)化生產(chǎn)上,菊粉主要從菊芋或菊苣塊莖中提取,因?yàn)檫@2種植物來源豐富,菊粉含量高,占其塊莖干質(zhì)量超過70%。3菊粉在大腸桿菌體內(nèi)的發(fā)酵Graham等(1986)和Nilsson等(1988)先后發(fā)現(xiàn),豬、小鼠和人不能分泌水解菊粉的β-果糖苷酶,因而菊粉在胃和小腸里不被自身分泌的酶所消化。主要是因?yàn)閯?dòng)物體內(nèi)的消化酶基本上只能降解α-(1,4)糖苷鍵,而菊粉是以β-(2,1)糖苷鍵相連的線性果糖聚合物,所以這種連接阻止了菊粉在小腸被分解,而大部分以完整形式進(jìn)入大腸。Levrat等(1991)和Hubert等(2000)研究表明,菊粉主要以完整形式到小鼠盲腸。Yasuda等(2007)證明了仔豬降解菊粉的主要位置在盲腸。Nilsson等(1988)和Levrat等(1991)研究得出,菊粉在大腸能完全被發(fā)酵利用,并且終產(chǎn)物較一致,主要為揮發(fā)性脂肪酸(乙酸、丙酸和丁酸),氣體(CO2、H2、CH4和H2S)和有機(jī)酸(乳酸、琥珀酸和丙酮酸等)。Nilsson等(1988)用含菊粉4.7%和9.4%的日糧分別飼喂小鼠,菊粉在大腸發(fā)酵率幾乎為100%。Levrat等(1991)和Hubert等(2000)發(fā)現(xiàn),飼喂含菊粉日糧的小鼠其盲腸發(fā)生了顯著變化,主要表現(xiàn)為pH下降,盲腸過度生長(zhǎng),盲腸壁變厚,盲腸內(nèi)隱窩變淺,每個(gè)隱窩內(nèi)細(xì)胞個(gè)數(shù)增多,盲腸靜脈發(fā)達(dá)?？梢?在正常情況下菊粉能被人和動(dòng)物大腸微生物完全發(fā)酵,菊粉發(fā)酵的同時(shí)大腸吸收功能也相應(yīng)增強(qiáng)。4菊粉的生理功能4.1菊粉對(duì)大腸桿菌中雙歧桿菌的影響菊粉被認(rèn)為具有調(diào)節(jié)消化道微生物區(qū)系的作用,主要是促進(jìn)有益菌和抑制有害菌的生長(zhǎng)。Kruse等(1999)發(fā)現(xiàn),使用菊粉可顯著增加人大腸雙歧桿菌的數(shù)量,但停止使用后經(jīng)一段時(shí)間,雙歧桿菌數(shù)量又恢復(fù)到使用前水平。Kleessen等(1997)和Roberfriod等(1998)發(fā)現(xiàn),菊粉可顯著促進(jìn)大腸中雙歧桿菌和乳酸桿菌等有益菌的繁殖,同時(shí)抑制梭菌、擬桿菌和大腸桿菌等有害菌的生長(zhǎng),這表明,菊粉僅能被大腸中有益菌所消化利用。陳晉安等(2001)和陳有容等(2001)曾報(bào)道,從菊芋提取的菊粉可作為雙歧桿菌促生長(zhǎng)因子,效果非常明顯。GunnarLoh等(2006)在9～12周齡豬大、小麥型或玉米麥麩型日糧中添加3%菊粉能顯著增加豬結(jié)腸的雙歧桿菌數(shù)(P<0.05)。Hannele等(2002)研究發(fā)現(xiàn),日糧中添加10%菊粉能促進(jìn)老鼠盲腸內(nèi)雙歧桿菌和乳酸桿菌的生長(zhǎng)。顧憲紅等(2005)試驗(yàn)表明,1%菊粉能顯著降低斷奶仔豬盲腸、結(jié)腸和直腸后段內(nèi)容物pH(P<0.05),促進(jìn)斷奶仔豬盲腸內(nèi)乳酸桿菌生長(zhǎng)(P<0.05),增加斷奶仔豬回腸后段、盲腸和直腸后段雙歧桿菌數(shù)量(P<0.05)。4.2菊粉對(duì)養(yǎng)分代謝的影響4.2.1降脂和降脂作用菊粉不同的添加水平、試驗(yàn)期和試驗(yàn)對(duì)象得出的試驗(yàn)結(jié)果存在差異性,但均可降低人和鼠類血漿(清)中總膽固醇和總甘油三酯水平?？偨Y(jié)近年來有關(guān)菊粉對(duì)血脂影響的研究見表2。菊粉降低血脂的主要機(jī)制:1)降低膽固醇和血脂的合成。MeehyeKim等(2000)報(bào)道,菊粉被雙歧桿菌發(fā)酵生成的短鏈脂肪酸,尤其是乙酸鹽/丙酸鹽比例將影響血脂水平,其中乙酸鹽是膽固醇前體,而丙酸鹽是合成肝膽固醇的抑制劑。Letexier等(2003)研究表明,健康人食用10g/d菊粉能有效降低肝臟內(nèi)脂肪的合成和血漿中甘油三酯的濃度。Kok等(1996)發(fā)現(xiàn),丙酸能使小鼠肝臟中脂肪合成酶活性下降50%,這可能是通過丙酸抑制肝臟中脂肪合成酶基因表達(dá),從而降低酶活性,減少肝臟中甘油三酯合成。Davidson等(1998)發(fā)現(xiàn),菊粉能降低人血漿(清)中LDL水平,但對(duì)HDL沒影響,可能是丙酸能抑制肝臟中膽固醇的合成。2)降低脂肪和膽固醇的吸收。Kim等(1998)以含0、1%和5%菊粉或菊苣提取物的日糧喂小鼠,結(jié)果發(fā)現(xiàn),糞中脂肪酸、膽固醇和膽汁酸的含量都明顯增多。體外試驗(yàn)表明,在37℃時(shí),對(duì)照組、5%菊粉組和5%菊苣提取物組3種日糧溶液黏度分別為10、90和92MPa/s,菊粉能使消化道食糜黏度顯著變大,使日糧中脂肪和膽固醇消化吸收減少,增加了它們?cè)诩S中的排出量。3)增加膽固醇向膽汁酸合成,起到降脂作用。Trautwein等(1998)報(bào)道,菊粉使倉鼠糞中膽汁酸排出量增加56%～73%,使膽囊膽汁中的脫氧牛磺膽酸和?；悄懰嵯陆?甘氨膽酸和脫氧甘氨膽酸上升,脫氧膽酸減少。脫氧膽酸是抑制肝臟由膽固醇轉(zhuǎn)變?yōu)槟懼岬闹饕镔|(zhì),當(dāng)脫氧膽酸排出量增多,能刺激肝臟將更多的膽固醇轉(zhuǎn)化成膽汁酸,增加糞中的排出量。至于膽囊膽汁中?；悄懰岷兔撗跖；悄懰嵯陆刀拾蹦懰岷兔撗醺拾蹦懰嵩龆?可能是?；悄懰岷兔撗跖；悄懰嵩谒嵝詶l件下更穩(wěn)定,不易降解而更少地進(jìn)入再循環(huán);甘氨膽酸和脫氧甘氨膽酸則不穩(wěn)定,更多地被重吸收后進(jìn)入再循環(huán)。但其作用機(jī)制還需深入研究和證實(shí)。4)激素調(diào)節(jié)。菊粉在腸道的上部不會(huì)被水解成單糖,因而不會(huì)升高血糖水平和胰島素含量。Yamashita等(1984)報(bào)道,果寡糖可降低非胰島素依賴性糖尿病病人血糖的濃度,血糖濃度的下降主要由糖依賴性胰島素釋放肽和胰高血糖素樣肽-1共同調(diào)控。Jackson等(1999)發(fā)現(xiàn),菊粉可降低人血漿中胰島素和葡萄糖水平。胰島素對(duì)脂肪代謝起重要調(diào)節(jié)作用,它通過促進(jìn)脂肪合成和抑制脂肪分解來增加脂肪在體內(nèi)的貯存。血漿中胰島素水平下降表明,脂肪合成可能下降。胰島素下降,葡萄糖水平也下降,這支持Yamashita等(1984)的研究結(jié)果。這些結(jié)果表明,可能是菊粉間接作用于內(nèi)分泌系統(tǒng)釋放激素從而調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝,但其具體調(diào)節(jié)機(jī)制還不清楚。4.2.2菊粉對(duì)小鼠腸道zn和cu2+表觀消化率的影響菊粉作為一種可溶性膳食纖維,攝入不會(huì)抑制礦物元素的吸收,反而促進(jìn)礦物元素的吸收,如Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+和Fe2+等。Marcel等(2002)研究表明,菊苣菊粉不但可促進(jìn)公鼠對(duì)鈣的吸收,還增加骨骼的礦物質(zhì)參量。Hubert等(2000)以10%菊粉日糧喂小鼠發(fā)現(xiàn),Mg2+、Ca2+、Fe2+和Cu2+表觀消化率分別升高50%、20%、23%和45%。CharlesCoudray等(2006)研究表明,菊粉能顯著促進(jìn)老鼠腸道對(duì)Zn和Cu的吸收,老鼠的年齡和添加菊粉的量會(huì)影響腸道對(duì)Zn和Cu的吸收。Steven等(2005)報(bào)道,青少年食用9g/d(長(zhǎng)和短鏈菊粉型果聚糖)分別8周和1年,結(jié)果發(fā)現(xiàn),都顯著提高Ca2+吸收,而且身體的骨骼礦物質(zhì)含量和密度也顯著增加。菊粉促進(jìn)礦物質(zhì)元素吸收的主要機(jī)制是:1)菊粉在小鼠盲腸(或結(jié)腸)發(fā)酵生成的丁酸使其黏膜上的隱窩變淺,每一隱窩細(xì)胞增多從而增大了吸收面積,盲腸靜脈更發(fā)達(dá)。2)菊粉發(fā)酵生成的揮發(fā)性脂肪酸使大腸中H+濃度下降,促進(jìn)日糧中各種礦物質(zhì)的溶解,另外,產(chǎn)生的H+還可與金屬離子交換,促進(jìn)其吸收。3)菊粉在小鼠大腸中發(fā)酵,促進(jìn)一些微生物分泌植酸酶,植酸酶能使與植酸螯合的金屬離子釋放出來,促進(jìn)其吸收。4)發(fā)酵生成的某些有機(jī)酸可與金屬離子螯合,促進(jìn)金屬離子吸收。4.2.3減少糞便釋放速度菊粉對(duì)維生素和蛋白質(zhì)代謝主要通過微生物間接產(chǎn)生影響。腸道內(nèi)雙歧桿菌及乳酸桿菌能合成B族維生素和維生素K,合成的這些維生素有些能被動(dòng)物利用,不能被利用的部分則隨糞便排出體外。大腸中微生物利用游離氨、尿素和H2S合成菌體蛋白,減少糞便排出后氨氣釋放速度及釋放量,對(duì)改善環(huán)境有重要作用。Vanhoof等(1996)報(bào)道,用含菊粉6%的日糧飼喂小鼠和有回腸瘺管的試驗(yàn)豬,小鼠排出的糞氮高于對(duì)照組,原因是代謝中的尿氮部分轉(zhuǎn)變成了糞氮。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),2種動(dòng)物盲腸中氨氣的濃度都有降低,這說明,氨被細(xì)菌合成為菌體蛋白,但對(duì)血氨沒有影響。因?yàn)榘庇锌赡芨缮婺c道黏膜細(xì)胞循環(huán),所以菊粉對(duì)降低大腸中氨的濃度,保證動(dòng)物健康就相當(dāng)重要。WagnerRiddle等(2004)在給初始體質(zhì)量約30kg豬日糧中添加5%菊粉,能顯著減少豬糞便和尿中的H2S排放量,試驗(yàn)組與對(duì)照組分別為每小時(shí)排放H2S14.96和22.69mg/kg糞便干物質(zhì),試驗(yàn)組H2S排放量下降36.4%。5抗感染和增強(qiáng)免疫5.1菊粉對(duì)腸道微生物的作用Taper等(1997)將肝腫瘤細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞植入肌肉或腹腔中誘導(dǎo)癌變,結(jié)果發(fā)現(xiàn),飼喂菊粉可顯著減少這2種癌細(xì)胞生長(zhǎng)。Reddy(1997)和Rowland(1998)發(fā)現(xiàn),喂雙歧桿菌也能減少小鼠結(jié)腸畸變隱窩病灶個(gè)數(shù)及每個(gè)病灶中畸變隱窩的個(gè)數(shù),減少結(jié)腸癌發(fā)生。菊粉在腸道被微生物降解產(chǎn)生短鏈脂肪酸,降低腸道pH,促進(jìn)雙歧桿菌和乳酸桿菌生長(zhǎng),抑制有害菌生長(zhǎng)。作用機(jī)制可能是:1)清除腸道中的一些致癌因子,雙歧桿菌能分解亞硝酸胺,乳酸桿菌可利用氨和硝酸鹽等菌體蛋白。2)有害菌生長(zhǎng)受到抑制后,其產(chǎn)生的氨、酚、吲哚和糞臭素等含氮化合物減少,產(chǎn)生的毒素也減少。3)菊粉能在腸道中富集鈣和鎂離子,致使這些陽離子濃度升高,控制癌細(xì)胞增殖率。4)丁酸在結(jié)腸黏膜的上皮吸收代謝,可促進(jìn)腸上皮增生,使柱狀細(xì)胞和杯狀細(xì)胞更生,杯狀細(xì)胞黏液增多,維持結(jié)腸及全腸道黏膜完整性,使損傷上皮DNA修復(fù),抑制多種腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和誘導(dǎo)細(xì)胞分化。5.2新型免疫調(diào)節(jié)劑菊粉可增強(qiáng)機(jī)體免疫作用。Carpentier等(1999)報(bào)道,菊粉有可能成為腫瘤、過敏及感染等免疫治療中的新型免疫調(diào)節(jié)劑。Cooper等(1986)制取γ-菊粉發(fā)現(xiàn),它比滅活的金色葡萄球菌和酵母聚糖有更大的免疫佐劑活性。菊粉促進(jìn)大腸中有益菌生長(zhǎng),增殖的有益菌附殖在腸黏膜上構(gòu)成一道免疫屏障。另外,有益菌代謝產(chǎn)物的增多及有害物質(zhì)的減少有益于增強(qiáng)機(jī)體的體液免疫和細(xì)胞免疫。不過這方面研究報(bào)告較少,還需進(jìn)一步