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菊粉的特性及在特殊醫學用途配方食品中的應用前景

作者:冬澤特醫 發布時間:2018-12-26 09:20:55 瀏覽次數:617

菊粉是除淀粉外植物的另一種能量儲存的形式,幾乎存在于所有的植物中,如單子葉植物中的禾本科、百合科及雙子葉植物中的菊科、龍膽科、桔梗科等都含有豐富的菊粉 ,其中菊苣和菊芋最適合作為生產菊粉的原料,它們來源豐富,且菊粉占其塊莖干質量的70%以上。

利用微生物所產菊粉內切酶酶解菊粉也可大量生產菊粉低聚糖,產物僅為低聚果糖和少量果糖 。菊粉與低聚果糖對人體的健康作用相似,均無法被人體消化吸收,提供的熱能僅為1%,是一種天然的膳食纖維;可以促進腸道益生菌群的增殖并抑制病原菌的生長,起到益生元的作用,可以放心食用。

在食品工業中,菊粉能夠改善食品質構、提高流變學性質和營養特性 ,已逐步成為一種新型的天然食品配料,并成功應用于乳制品、糖果、飲料、保健食品和棉織品等產品中。研究表明,膳食纖維的攝入量與腸道疾病、糖尿病、心血管病和肥胖病等慢性疾病之間存在密切的關系。

特殊醫學用途配方食品是介于普通食品、保健品與藥品之間的一類新型產品,是針對特殊食物管理的患者研發的具有特殊食物用途的食品補充特殊醫學用途配方食品。特殊醫學用途配方食品是為了滿足由于完全或部分進食受限、消化吸收障礙或代謝紊亂人群的每天營養需要,或滿足由于某種醫學狀況或疾病而產生的對某些營養素或日常食物的特殊需求加工配制而成,且必須在醫生或臨床營養師指導下使用的配方食品。該類食品可以與普通食品或其他特殊食品共同使用。

作為理想的功能性食品配料,菊粉和低聚果糖優良的原料理化特性、特有的益生元功效及對人體有利的免疫功能,賦予了該類原料在特殊醫學用途配方食品中的良好應用前景。

1 特殊醫學用途配方食品概況

1.1 特殊醫學用途配方食品發展現狀

在臨床營養產品類目中,腸內營養產品占有非常重要的地位,但是,我國醫療界對“特殊醫學用途配方食品”的認識才剛剛開始。在20世紀80年代,特殊醫學用途配方食品因為臨床需要引入中國,但國內缺乏這一類臨床食物的分類,于是被冠以“藥品”的名義引入中國。

在特殊醫學用途配方食品注冊管理辦法實施前,國內市場上按照特殊醫學用途配方食品特性進行生產銷售的產品主要以藥品、特殊膳食食品、普通食品、保健食品等形式存在。其中以藥品身份存在的特殊醫學用途配方食品占據了大部分市場份額,但種類非常少。此外,由于此前國內的藥品注冊時間長,導致這些注冊為藥品的特殊醫學用途類食品配方更新難度大。

1.1.1 國外特殊醫學用途配方食品的發展現狀

歐盟在1999年正式頒布了FSMP標準,在2001年又頒布了“可用于特殊營養目的用食品中的可添加物質名單”,明確規定了可使用在FSMP中的營養物質,并且擬添加在醫用食品中的新成分/新原料需要獲得歐盟食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)的批準。對于上市前的批準,各成員國還在歐盟標準的基礎上制定了本國的相應規定。

如荷蘭、西班牙等國上市前需要到相關政府部門進行備案,法國、德國、波蘭等國則要求企業提供資料進行技術審評,主要審查產品的安全性和有效性,但審核程序相對簡單,審核期一般為3個月。

美國在1988年首次在藥品法修訂版“Orphan Drug Act Amendments”中對于醫用食品進行明確定義。同年,美國食品藥品監督管理局(food and drug administration,FDA)首次出臺對于特殊醫學用途配方食品的生產和監管的指導原則,包括生產、抽樣、檢驗和判定等多項內容,擬添加在特殊醫學用途配方食品中的新成分/新原料需要進行公認安全(generally recognized as safe,GRAS)評估,不需要上市前的注冊和批準。

澳大利亞/新西蘭食品法規委員會于2012年5月發布關于FSMP標準的評估報告終稿,不需要上市前的注冊批準要求。

1.1.2 國內特殊醫學用途配方食品的發展現狀

為滿足我國糖尿病、腎病等臨床患者對特殊醫學用途配方食品的需求并降低使用者的經濟負擔,我國在大力發展特殊醫學用途配方食品的同時,積極建立與國際接軌的相關配套國家標準體系。

2010年12月21日,我國發布國標GB25596—2010《食品安全國家標準特殊醫學用途嬰兒配方食品通則》,對一歲以內嬰幼兒的特醫食品做出規定。2012年8月27日,衛生部根據《食品安全法》及其實施條例的規定,組織制定《食品安全國家標準特殊醫學用途配方食品通則(征求意見稿)》,該標準編制與國際通行標準接軌,注重標準的可操作性,嚴格按食品安全國家標準要求編寫。

起草工作組收集了國內相關國家標準,同時也參考了歐盟、國際食品法典委員會(codex alimentarius commission,CAC)、美國、澳大利亞和新西蘭等國家的相關標準。

國家衛生計生委2013年第11號公告公布了GB29922—2013《特殊醫學用途配方食品通則》和GB29923—2013《特殊醫學用途配方食品良好生產規范》兩項國家標準,連同我國2010年頒布的國標GB25596—2010《特殊醫學用途嬰兒配方食品通則》,在我國食品安全標準體系中已經有了3個關于“特殊醫學用途配方食品”方面的標準。

由于這是第一次在食品安全標準中出現這類特殊醫學用途食品的標準,而且是強制性國家標準,因此標準發布后引起了社會各方面的很大關注。

1.2 特殊醫學用途配方食品適用人群

特殊醫學用途配方食品適用于胃腸功能尚可,且需要特殊營養的人群,包括吞咽和咀嚼困難者;意識障礙或昏迷、無進食能力者;消化系統疾病穩定期能進行腸內營養者,如消化管瘺、短腸綜合征、炎性腸病和胰腺炎等;高分解代謝者,如嚴重感染、手術、創傷及大面積灼傷患者;慢性消耗性疾病,如結核、腫瘤等。不同的人群針對其年齡、疾病或其他特殊需求有不同的醫用食品種類。

2 菊粉的理化性質及生理功能

2.1 菊粉的理化性質

菊粉是D-果糖分子以β-1,2-糖苷鍵鏈接成的果聚糖,末端常含有一個葡萄糖基,聚合度(degree of polymerization,DP)范圍為2~60,平均聚合度10,聚合度范圍2~9之間時稱為低聚果糖。菊粉特殊的結構賦予了其特有的理化性質。

干燥的菊粉為白色無定形粉末。通常短鏈菊粉比長鏈菊粉易溶于水,菊粉的溶解度會隨著溫度的升高而明顯加大,普通菊粉在10℃的溶解度約為6%,在90℃時約為33%。短鏈菊粉含有較多的單糖和雙糖,甜度大約相當于蔗糖的30%~50%,普通菊粉略帶甜味,約為蔗糖甜度的10%,長鏈菊粉幾乎沒有甜味。

當菊粉溶液濃度達到10%~30%時,開始形成凝膠,濃度達到40%~50%即可以形成十分堅實的凝膠,凝膠粘度隨溫度的升高而降低。長鏈的菊粉溶解度相對較小,在水中形成不易察覺的微晶體,這些微晶體之間相互作用可形成一種平滑的乳脂狀的結構,口感類似與脂肪。

菊粉吸濕性強,具有結合自由水的能力,可以降低水分活度,這一點可充分利用到食品加工中延緩水分的蒸發,防止產品變味,延長食品貨架期和保質期。

2.2 菊粉的生理功能

2.2.1 具有益生元作用

目前,菊粉和低聚果糖作為一種重要的益生元日益受到人們的重視,益生元的概念起源于1995年,由GIB-SON G R等 在菊粉生理功能的研究基礎上首次提出,并且在預防便秘和腹瀉,以及抑制有害發酵產物,預防結腸癌方面起到了積極的作用。

研究表明,人體攝食菊粉通過兩種方式抑制有害菌的生長,一方面,每天攝食菊粉能使結腸中的雙歧桿菌增殖8~10倍,增殖的雙歧桿菌通過與病原菌競爭營養物質達到抑制其生長的效果;另一方面,菊粉經腸道菌群發酵后產生的乳酸、乙酸、丙酸和丁酸等短鏈脂肪酸可降低腸道p H,從而抑制有害菌生長。

作為一種可溶性膳食纖維 ,菊粉可促進腸道蠕動、增加大便的含水量及改變大便的形態,從而縮短了糞便在結腸的停留時間,促進了致癌物的排泄和排便次數,對預防便秘、腹瀉和預防結腸癌起到有利的作用。

特殊醫學用途配方食品的目標人群是病人,該類人群屬于輕度運動量者并且包括很多臥床類病人,進食普通的食物存在障礙,平時的運動能力受限,易產生便秘,可以在配方中添加具有改善便秘和腹瀉的菊粉作為膳食纖維原料來源。

一些研究發現,菊粉的代謝產物丁酸可促進腸上皮細胞增生,維持腸道黏膜完整性,誘導癌細胞發生凋亡及抑制多種腫瘤細胞生長等發揮抗癌作用。在特殊醫學用途配方食品包括的13種特定全營養配方食品中,腫瘤全營養配方食品作為腫瘤患者適用的一類產品,因該類人群患病特殊性,針對菊粉所具有的以上特性,在特殊醫學用途配方產品中添加菊粉作為膳食纖維類配料,對該類人群有著巨大的意義。

2.2.2 促進礦物質和維生素的吸收和合成,維持骨骼健康

近年來,研究發現菊粉在腸道內經有益菌發酵后產生的短鏈脂肪酸可以降低腸道p H值l~2個單位,提高了多種礦物質的可溶性并且可以降解礦物質,使得Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+等金屬離子得到有效的吸收而促進被動擴散,使更多的金屬離子順利快速的進入腸細胞。

菊粉經發酵產生的短鏈脂肪酸可刺激結腸粘膜生長 ,從而促進上皮細胞的增殖并增大吸收面積,使得礦物質的運輸通道增多。此外,菊粉的發酵產物可促進B族維生素合成,提高機體的營養狀況和免疫力。

特殊醫學用途配方食品中的全營養配方食品和特定全營養配方食品都可以作為單一營養源滿足目標人群的營養需求,這兩類配方食品中含有人體所需要的全部種類的維生素和礦物質。由于菊粉在促進維生素和礦物質的吸收和合成方面有著一定的功能,對于特定人群對該類食品的吸收利用有著很大的作用。

當機體攝入在小腸不能消化吸收的菊粉和低聚果糖等碳水化合物后,這些碳水化合物能進入大腸,通過代謝產物改變腸道內環境來增加大腸鈣吸收。GREGE J L等研究表明乙酸和丙酸可以提高人遠端結腸鈣的吸收能力,且丙酸的作用大于乙酸的作用,這也間接的表明了乙酸和丙酸作為菊粉和低聚果糖可以通過結腸菌群發酵產生乙酸和丙酸等短鏈脂肪酸來促進人體對鈣的吸收。

2012年我國居民平均鈣攝入量為366.1 mg/d,其中城市為412.4 mg/d,農村為321.4 mg/d,與2002年相比略有下降。在《中國居民膳食營養素參考攝入量》2013版中針對1歲以上人群鈣的推薦攝入量為800~1 000 mg/d。根據以上數據顯示鈣缺乏在我國居民中的現狀突出,結合菊粉可以促進鈣的吸收起到促進骨骼健康的功效,可以在特殊醫學用途配方食品中作為膳食纖維的一種原料進行添加。

2.2.3 降低血糖和血脂,預防疾病

菊粉在人體口腔、胃及小腸中基本不分解和吸收,只有在結腸部位可以被益生菌發酵水解成單糖,因而對血糖水平和胰島素含量沒有影響。最近研究表明,菊粉經結腸菌群發酵后產生的丙酸鹽對抑制糖異生有很好的效果,從而減少了血漿脂肪酸水平,增強了胰島素抗性。

KIMM等認為菊粉黏度高,可以影響腸黏膜對葡萄糖的吸收。LUO J等 認為菊粉發酵產生的短鏈脂肪酸可以促進肝糖元的合成,同時,菊粉作為可溶性膳食纖維可以延緩碳水化合物的消化吸收,從而減輕餐后高血糖。

菊粉味微甜也可以作為甜味劑替代品,20世紀初人們開始認識到菊粉可以作為糖尿病人的一種食品,供糖尿病病人放心食用,同時添加菊粉后的食品可以在保持原有風味的基礎上向低糖和高膳食纖維類轉化,有利于人體健康易被消費者接受,這使得菊粉在糖尿病全營養配方食品中擁有廣闊的應用前景。

菊粉在腸道發酵形成的乳酸鹽、乙酸鹽和丙酸鹽等短鏈脂肪酸可以作為肝臟代謝的調節劑,因為乙酸鹽是膽固醇合成的前體物質之一,丙酸鹽是膽固醇生物合成反應的抑制劑,腸道菌群發酵菊粉后促使人體內丙酸鹽和乙酸鹽的比率升高,從而起到降低人體膽固醇水平的作用 。

PEDERSENA等研究發現攝入菊粉可有效降低高密度脂蛋白含量和低密度脂蛋白含量。《中國居民營養與慢性病狀況報告》(2015版)中提到2012年中國18歲以上居民血脂異常患病率為40.4%,其中城市為39.9%,農村為40.8%。面臨如此嚴峻的血脂異常慢性病人群,在針對病人的特殊醫學用途配方食品中添加優質的原料來改善該類人群的血脂狀況的迫切性可見一斑。

來自《中國居民營養與慢性病狀況報告》(2015版)的數據顯示,無論成人還是兒童少年,超重肥胖率均呈現上升趨勢,其中7~17歲兒童青少年超重肥胖率增長幅度最為顯著。伴隨著肥胖帶來的高血壓、高血糖和高血脂等慢性疾病的發病率居高不下,在這種狀況下開發適合該類人群的特殊醫學用途配方產品用于控制體質量和達到預防疾病的訴求也越來越大。

作為可溶性膳食纖維,菊粉可在胃中吸水膨脹成高黏度膠體,延長胃排空時間,使人不易產生饑餓感,減少食物攝入量;在小腸內與脂肪和蛋白質等物質形成復合物,抑制此類物質的吸收,起到減肥的功效。它通過促進礦物質和維生素的吸收,使人保持健康,體力充沛,可以適當的增加運動量來控制體質量。

另外,攝取菊粉后通過緩釋作用控制血糖的升高,減少胰島素分泌量,從而減少葡萄糖的產生,起到控制體質量的作用。

3 菊粉的安全性評價

菊粉是多種蔬菜和水果中存在的一種天然成分,許多歐美國家認為它對人體沒有危害,將其歸為天然食品配料。大鼠亞急性毒性試驗表明,每天每千克體質量攝入平均聚合度為3.5的低聚果糖4.5 g持續6周是安全的。小鼠和大鼠的急性毒理試驗表明,平均聚合度為3.5的低聚果糖半數致死量>9 g/kg體質量。致突變試驗證明低聚果糖無潛在的基因毒性。

大鼠慢性毒性試驗和致癌試驗表明低聚果糖沒有潛在的致癌性 。人體試驗中僅有的副作用是過量攝食后,菊粉在腸道內發酵產生的二氧化碳、氫和甲烷等氣體會導致脹氣和腹瀉。研究發現,一次性攝食過多的聚合度為3~5的短鏈菊粉可引起腹瀉,但連續進食多次可使人體產生耐受性,而長鏈菊粉通常在結腸后部被發酵,一般不引起脹氣。

各個國家對菊粉的用量的規定存在著較大的差異,因為目前沒有國際化的標準。2003年美國FDA確認菊粉為公認安全物質,推薦最大日攝入量為15~20 g,日有效攝入量為5 g,從而使菊粉作為膳食纖維廣泛應用于食品、生物、化工、飼料等領域。當前美國人的每日膳食中含菊粉約為1~4 g,歐洲人的每日膳食中含菊粉約3~11 g。

COUSSEMENTPA認為菊粉的適宜攝入量為3~8 g/d,GIBSONCR等認為菊粉攝入量可以達到15 g/d,在日常生活中,低劑量攝入菊粉對人體是有益的。我國衛生部公告2009年第5號規定菊粉的攝入量不超過15 g/d 。

在Imperial Sensus公司資助的項目GRAS Notice No.GRN000118總結中認為菊粉沒有任何潛在的毒性,成年人每天攝入40~70 g菊粉沒有明顯的副作用。人體每天攝入5 g菊粉或低聚果糖,腸道菌群中雙歧桿菌的數量明顯增加,且對健康無不良影響。

4 菊粉在特殊醫學用途配方食品上的應用前景

根據國家標準GB 29922—2013《特殊醫學用途配方食品通則》的規定,特殊醫學用途配方食品中可以添加一些膳食纖維類的營養強化劑,如低聚糖、多聚糖等。膳食纖維作為可選擇性成分指標,上限為0.7 g/100 k J。

《中國居民膳食營養素參考攝入量》(2013版)中推薦膳食纖維的適宜攝入量為25 g/d,沒有區分人群年齡階段;美國醫學研究所推薦攝入量為21~38 g/d。特殊醫學用途配方食品中常用原料包括:(1)阿拉伯膠、抗性淀粉、大豆多糖和燕麥纖維等水溶性膳食纖維。該類膳食纖維遇水膨脹,可延長食物在胃內停留時間,減緩葡萄糖在小腸內的吸收;為腸道益生菌提供養分;為結腸粘膜提供能量物質,避免腸粘膜萎縮;吸附有毒物質如膽酸及膽固醇等。

(2)大豆纖維等不溶性膳食纖維,可以軟化糞便、增加糞便體積,具有刺激腸蠕動、縮短食糜在腸道內的通過時間,從而起到改善便秘的作用。這些原料都具有膳食纖維的一般功效,但在其他功效方面的特點不太明顯。隨著人們對健康的重視,我國對菊粉的開發利用也廣泛重視起來,菊粉是非常適合中老年人的一種膳食纖維,尤其對于咀嚼能力有限,腸道功能減退的老年人。

無論是針對中老年人群的全營養配方食品、糖尿病全營養配方食品還是腫瘤全營養配方食品等都是運用菊粉的一個理想系統。因此,菊粉在特殊醫學用途配方食品中有著良好的應用前景。

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