菊粉是除淀粉外植物(wù)的另一种能(néng)量储存的形式,几乎存在于所有(yǒu)的植物(wù)中,如单子叶植物(wù)中的禾本科(kē)、百合科(kē)及双子叶植物(wù)中的菊科(kē)、龙胆科(kē)、桔梗科(kē)等都含有(yǒu)丰富的菊粉 ,其中菊苣和菊芋最适合作為(wèi)生产菊粉的原料,它们来源丰富,且菊粉占其块茎干质量的70%以上。

利用(yòng)微生物(wù)所产菊粉内切酶酶解菊粉也可(kě)大量生产菊粉低聚糖,产物(wù)仅為(wèi)低聚果糖和少量果糖 。菊粉与低聚果糖对人體(tǐ)的健康作用(yòng)相似,均无法被人體(tǐ)消化吸收,提供的热能(néng)仅為(wèi)1%,是一种天然的膳食纤维;可(kě)以促进肠道益生菌群的增殖并抑制病原菌的生長(cháng),起到益生元的作用(yòng),可(kě)以放心食用(yòng)。

在食品工业中,菊粉能(néng)够改善食品质构、提高流变學(xué)性质和营养特性 ,已逐步成為(wèi)一种新(xīn)型的天然食品配料,并成功应用(yòng)于乳制品、糖果、饮料、保健食品和棉织品等产品中。研究表明,膳食纤维的摄入量与肠道疾病、糖尿病、心血管病和肥胖病等慢性疾病之间存在密切的关系。

特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品是介于普通食品、保健品与药品之间的一类新(xīn)型产品,是针对特殊食物(wù)管理(lǐ)的患者研发的具有(yǒu)特殊食物(wù)用(yòng)途的食品补充特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品。特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品是為(wèi)了满足由于完全或部分(fēn)进食受限、消化吸收障碍或代謝(xiè)紊乱人群的每天营养需要,或满足由于某种医學(xué)状况或疾病而产生的对某些营养素或日常食物(wù)的特殊需求加工配制而成,且必须在医生或临床营养师指导下使用(yòng)的配方食品。该类食品可(kě)以与普通食品或其他(tā)特殊食品共同使用(yòng)。

作為(wèi)理(lǐ)想的功能(néng)性食品配料,菊粉和低聚果糖优良的原料理(lǐ)化特性、特有(yǒu)的益生元功效及对人體(tǐ)有(yǒu)利的免疫功能(néng),赋予了该类原料在特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品中的良好应用(yòng)前景。

1 特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品概况

1.1 特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品发展现状

在临床营养产品类目中,肠内营养产品占有(yǒu)非常重要的地位,但是,我國(guó)医疗界对“特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品”的认识才刚刚开始。在20世纪80年代,特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品因為(wèi)临床需要引入中國(guó),但國(guó)内缺乏这一类临床食物(wù)的分(fēn)类,于是被冠以“药品”的名义引入中國(guó)。

在特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品注册管理(lǐ)办法实施前,國(guó)内市场上按照特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品特性进行生产销售的产品主要以药品、特殊膳食食品、普通食品、保健食品等形式存在。其中以药品身份存在的特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品占据了大部分(fēn)市场份额,但种类非常少。此外,由于此前國(guó)内的药品注册时间長(cháng),导致这些注册為(wèi)药品的特殊医學(xué)用(yòng)途类食品配方更新(xīn)难度大。

1.1.1 國(guó)外特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品的发展现状

欧盟在1999年正式颁布了FSMP标准,在2001年又(yòu)颁布了“可(kě)用(yòng)于特殊营养目的用(yòng)食品中的可(kě)添加物(wù)质名单”,明确规定了可(kě)使用(yòng)在FSMP中的营养物(wù)质,并且拟添加在医用(yòng)食品中的新(xīn)成分(fēn)/新(xīn)原料需要获得欧盟食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)的批准。对于上市前的批准,各成员國(guó)还在欧盟标准的基础上制定了本國(guó)的相应规定。

如荷兰、西班牙等國(guó)上市前需要到相关政府部门进行备案,法國(guó)、德國(guó)、波兰等國(guó)则要求企业提供资料进行技术审评,主要审查产品的安全性和有(yǒu)效性,但审核程序相对简单,审核期一般為(wèi)3个月。

美國(guó)在1988年首次在药品法修订版“Orphan Drug Act Amendments”中对于医用(yòng)食品进行明确定义。同年,美國(guó)食品药品监督管理(lǐ)局(food and drug administration,FDA)首次出台对于特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品的生产和监管的指导原则,包括生产、抽样、检验和判定等多(duō)项内容,拟添加在特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品中的新(xīn)成分(fēn)/新(xīn)原料需要进行公认安全(generally recognized as safe,GRAS)评估,不需要上市前的注册和批准。

澳大利亚/新(xīn)西兰食品法规委员会于2012年5月发布关于FSMP标准的评估报告终稿,不需要上市前的注册批准要求。

1.1.2 國(guó)内特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品的发展现状

為(wèi)满足我國(guó)糖尿病、肾病等临床患者对特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品的需求并降低使用(yòng)者的经济负担,我國(guó)在大力发展特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品的同时,积极建立与國(guó)际接轨的相关配套國(guó)家标准體(tǐ)系。

2010年12月21日,我國(guó)发布國(guó)标GB25596—2010《食品安全國(guó)家标准特殊医學(xué)用(yòng)途婴儿配方食品通则》,对一岁以内婴幼儿的特医食品做出规定。2012年8月27日,卫生部根据《食品安全法》及其实施条例的规定,组织制定《食品安全國(guó)家标准特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品通则(征求意见稿)》,该标准编制与國(guó)际通行标准接轨,注重标准的可(kě)操作性,严格按食品安全國(guó)家标准要求编写。

起草(cǎo)工作组收集了國(guó)内相关國(guó)家标准,同时也参考了欧盟、國(guó)际食品法典委员会(codex alimentarius commission,CAC)、美國(guó)、澳大利亚和新(xīn)西兰等國(guó)家的相关标准。

國(guó)家卫生计生委2013年第11号公告公布了GB29922—2013《特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品通则》和GB29923—2013《特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品良好生产规范》两项國(guó)家标准,连同我國(guó)2010年颁布的國(guó)标GB25596—2010《特殊医學(xué)用(yòng)途婴儿配方食品通则》,在我國(guó)食品安全标准體(tǐ)系中已经有(yǒu)了3个关于“特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品”方面的标准。

由于这是第一次在食品安全标准中出现这类特殊医學(xué)用(yòng)途食品的标准,而且是强制性國(guó)家标准,因此标准发布后引起了社会各方面的很(hěn)大关注。

1.2 特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品适用(yòng)人群

特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品适用(yòng)于胃肠功能(néng)尚可(kě),且需要特殊营养的人群,包括吞咽和咀嚼困难者;意识障碍或昏迷、无进食能(néng)力者;消化系统疾病稳定期能(néng)进行肠内营养者,如消化管瘘、短肠综合征、炎性肠病和胰腺炎等;高分(fēn)解代謝(xiè)者,如严重感染、手术、创伤及大面积灼伤患者;慢性消耗性疾病,如结核、肿瘤等。不同的人群针对其年龄、疾病或其他(tā)特殊需求有(yǒu)不同的医用(yòng)食品种类。

2 菊粉的理(lǐ)化性质及生理(lǐ)功能(néng)

2.1 菊粉的理(lǐ)化性质

菊粉是D-果糖分(fēn)子以β-1,2-糖苷键链接成的果聚糖,末端常含有(yǒu)一个葡萄糖基,聚合度(degree of polymerization,DP)范围為(wèi)2~60,平均聚合度10,聚合度范围2~9之间时称為(wèi)低聚果糖。菊粉特殊的结构赋予了其特有(yǒu)的理(lǐ)化性质。

干燥的菊粉為(wèi)白色无定形粉末。通常短链菊粉比長(cháng)链菊粉易溶于水,菊粉的溶解度会随着温度的升高而明显加大,普通菊粉在10℃的溶解度约為(wèi)6%,在90℃时约為(wèi)33%。短链菊粉含有(yǒu)较多(duō)的单糖和双糖,甜度大约相当于蔗糖的30%~50%,普通菊粉略带甜味,约為(wèi)蔗糖甜度的10%,長(cháng)链菊粉几乎没有(yǒu)甜味。

当菊粉溶液浓度达到10%~30%时,开始形成凝胶,浓度达到40%~50%即可(kě)以形成十分(fēn)坚实的凝胶,凝胶粘度随温度的升高而降低。長(cháng)链的菊粉溶解度相对较小(xiǎo),在水中形成不易察觉的微晶體(tǐ),这些微晶體(tǐ)之间相互作用(yòng)可(kě)形成一种平滑的乳脂状的结构,口感类似与脂肪。

菊粉吸湿性强,具有(yǒu)结合自由水的能(néng)力,可(kě)以降低水分(fēn)活度,这一点可(kě)充分(fēn)利用(yòng)到食品加工中延缓水分(fēn)的蒸发,防止产品变味,延長(cháng)食品货架期和保质期。

2.2 菊粉的生理(lǐ)功能(néng)

2.2.1 具有(yǒu)益生元作用(yòng)

目前,菊粉和低聚果糖作為(wèi)一种重要的益生元日益受到人们的重视,益生元的概念起源于1995年,由GIB-SON G R等 在菊粉生理(lǐ)功能(néng)的研究基础上首次提出,并且在预防便秘和腹泻,以及抑制有(yǒu)害发酵产物(wù),预防结肠癌方面起到了积极的作用(yòng)。

研究表明,人體(tǐ)摄食菊粉通过两种方式抑制有(yǒu)害菌的生長(cháng),一方面,每天摄食菊粉能(néng)使结肠中的双歧杆菌增殖8~10倍,增殖的双歧杆菌通过与病原菌竞争营养物(wù)质达到抑制其生長(cháng)的效果;另一方面,菊粉经肠道菌群发酵后产生的乳酸、乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸可(kě)降低肠道p H,从而抑制有(yǒu)害菌生長(cháng)。

作為(wèi)一种可(kě)溶性膳食纤维 ,菊粉可(kě)促进肠道蠕动、增加大便的含水量及改变大便的形态,从而缩短了粪便在结肠的停留时间,促进了致癌物(wù)的排泄和排便次数,对预防便秘、腹泻和预防结肠癌起到有(yǒu)利的作用(yòng)。

特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品的目标人群是病人,该类人群属于轻度运动量者并且包括很(hěn)多(duō)卧床类病人,进食普通的食物(wù)存在障碍,平时的运动能(néng)力受限,易产生便秘,可(kě)以在配方中添加具有(yǒu)改善便秘和腹泻的菊粉作為(wèi)膳食纤维原料来源。

一些研究发现,菊粉的代謝(xiè)产物(wù)丁酸可(kě)促进肠上皮细胞增生,维持肠道黏膜完整性,诱导癌细胞发生凋亡及抑制多(duō)种肿瘤细胞生長(cháng)等发挥抗癌作用(yòng)。在特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品包括的13种特定全营养配方食品中,肿瘤全营养配方食品作為(wèi)肿瘤患者适用(yòng)的一类产品,因该类人群患病特殊性,针对菊粉所具有(yǒu)的以上特性,在特殊医學(xué)用(yòng)途配方产品中添加菊粉作為(wèi)膳食纤维类配料,对该类人群有(yǒu)着巨大的意义。

2.2.2 促进矿物(wù)质和维生素的吸收和合成,维持骨骼健康

近年来,研究发现菊粉在肠道内经有(yǒu)益菌发酵后产生的短链脂肪酸可(kě)以降低肠道p H值l~2个单位,提高了多(duō)种矿物(wù)质的可(kě)溶性并且可(kě)以降解矿物(wù)质,使得Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+等金属离子得到有(yǒu)效的吸收而促进被动扩散,使更多(duō)的金属离子顺利快速的进入肠细胞。

菊粉经发酵产生的短链脂肪酸可(kě)刺激结肠粘膜生長(cháng) ,从而促进上皮细胞的增殖并增大吸收面积,使得矿物(wù)质的运输通道增多(duō)。此外,菊粉的发酵产物(wù)可(kě)促进B族维生素合成,提高机體(tǐ)的营养状况和免疫力。

特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品中的全营养配方食品和特定全营养配方食品都可(kě)以作為(wèi)单一营养源满足目标人群的营养需求,这两类配方食品中含有(yǒu)人體(tǐ)所需要的全部种类的维生素和矿物(wù)质。由于菊粉在促进维生素和矿物(wù)质的吸收和合成方面有(yǒu)着一定的功能(néng),对于特定人群对该类食品的吸收利用(yòng)有(yǒu)着很(hěn)大的作用(yòng)。

当机體(tǐ)摄入在小(xiǎo)肠不能(néng)消化吸收的菊粉和低聚果糖等碳水化合物(wù)后,这些碳水化合物(wù)能(néng)进入大肠,通过代謝(xiè)产物(wù)改变肠道内环境来增加大肠钙吸收。GREGE J L等研究表明乙酸和丙酸可(kě)以提高人遠(yuǎn)端结肠钙的吸收能(néng)力,且丙酸的作用(yòng)大于乙酸的作用(yòng),这也间接的表明了乙酸和丙酸作為(wèi)菊粉和低聚果糖可(kě)以通过结肠菌群发酵产生乙酸和丙酸等短链脂肪酸来促进人體(tǐ)对钙的吸收。

2012年我國(guó)居民(mín)平均钙摄入量為(wèi)366.1 mg/d,其中城市為(wèi)412.4 mg/d,农村為(wèi)321.4 mg/d,与2002年相比略有(yǒu)下降。在《中國(guó)居民(mín)膳食营养素参考摄入量》2013版中针对1岁以上人群钙的推荐摄入量為(wèi)800~1 000 mg/d。根据以上数据显示钙缺乏在我國(guó)居民(mín)中的现状突出,结合菊粉可(kě)以促进钙的吸收起到促进骨骼健康的功效,可(kě)以在特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品中作為(wèi)膳食纤维的一种原料进行添加。

2.2.3 降低血糖和血脂,预防疾病

菊粉在人體(tǐ)口腔、胃及小(xiǎo)肠中基本不分(fēn)解和吸收,只有(yǒu)在结肠部位可(kě)以被益生菌发酵水解成单糖,因而对血糖水平和胰岛素含量没有(yǒu)影响。最近研究表明,菊粉经结肠菌群发酵后产生的丙酸盐对抑制糖异生有(yǒu)很(hěn)好的效果,从而减少了血浆脂肪酸水平,增强了胰岛素抗性。

KIMM等认為(wèi)菊粉黏度高,可(kě)以影响肠黏膜对葡萄糖的吸收。LUO J等 认為(wèi)菊粉发酵产生的短链脂肪酸可(kě)以促进肝糖元的合成,同时,菊粉作為(wèi)可(kě)溶性膳食纤维可(kě)以延缓碳水化合物(wù)的消化吸收,从而减轻餐后高血糖。

菊粉味微甜也可(kě)以作為(wèi)甜味剂替代品,20世纪初人们开始认识到菊粉可(kě)以作為(wèi)糖尿病人的一种食品,供糖尿病病人放心食用(yòng),同时添加菊粉后的食品可(kě)以在保持原有(yǒu)风味的基础上向低糖和高膳食纤维类转化,有(yǒu)利于人體(tǐ)健康易被消费者接受,这使得菊粉在糖尿病全营养配方食品中拥有(yǒu)广阔的应用(yòng)前景。

菊粉在肠道发酵形成的乳酸盐、乙酸盐和丙酸盐等短链脂肪酸可(kě)以作為(wèi)肝脏代謝(xiè)的调节剂,因為(wèi)乙酸盐是胆固醇合成的前體(tǐ)物(wù)质之一,丙酸盐是胆固醇生物(wù)合成反应的抑制剂,肠道菌群发酵菊粉后促使人體(tǐ)内丙酸盐和乙酸盐的比率升高,从而起到降低人體(tǐ)胆固醇水平的作用(yòng) 。

PEDERSENA等研究发现摄入菊粉可(kě)有(yǒu)效降低高密度脂蛋白含量和低密度脂蛋白含量。《中國(guó)居民(mín)营养与慢性病状况报告》(2015版)中提到2012年中國(guó)18岁以上居民(mín)血脂异常患病率為(wèi)40.4%,其中城市為(wèi)39.9%,农村為(wèi)40.8%。面临如此严峻的血脂异常慢性病人群,在针对病人的特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品中添加优质的原料来改善该类人群的血脂状况的迫切性可(kě)见一斑。

来自《中國(guó)居民(mín)营养与慢性病状况报告》(2015版)的数据显示,无论成人还是儿童少年,超重肥胖率均呈现上升趋势,其中7~17岁儿童青少年超重肥胖率增長(cháng)幅度最為(wèi)显著。伴随着肥胖带来的高血压、高血糖和高血脂等慢性疾病的发病率居高不下,在这种状况下开发适合该类人群的特殊医學(xué)用(yòng)途配方产品用(yòng)于控制體(tǐ)质量和达到预防疾病的诉求也越来越大。

作為(wèi)可(kě)溶性膳食纤维,菊粉可(kě)在胃中吸水膨胀成高黏度胶體(tǐ),延長(cháng)胃排空时间,使人不易产生饥饿感,减少食物(wù)摄入量;在小(xiǎo)肠内与脂肪和蛋白质等物(wù)质形成复合物(wù),抑制此类物(wù)质的吸收,起到减肥的功效。它通过促进矿物(wù)质和维生素的吸收,使人保持健康,體(tǐ)力充沛,可(kě)以适当的增加运动量来控制體(tǐ)质量。

另外,摄取菊粉后通过缓释作用(yòng)控制血糖的升高,减少胰岛素分(fēn)泌量,从而减少葡萄糖的产生,起到控制體(tǐ)质量的作用(yòng)。

3 菊粉的安全性评价

菊粉是多(duō)种蔬菜和水果中存在的一种天然成分(fēn),许多(duō)欧美國(guó)家认為(wèi)它对人體(tǐ)没有(yǒu)危害,将其归為(wèi)天然食品配料。大鼠亚急性毒性试验表明,每天每千克體(tǐ)质量摄入平均聚合度為(wèi)3.5的低聚果糖4.5 g持续6周是安全的。小(xiǎo)鼠和大鼠的急性毒理(lǐ)试验表明,平均聚合度為(wèi)3.5的低聚果糖半数致死量>9 g/kg體(tǐ)质量。致突变试验证明低聚果糖无潜在的基因毒性。

大鼠慢性毒性试验和致癌试验表明低聚果糖没有(yǒu)潜在的致癌性 。人體(tǐ)试验中仅有(yǒu)的副作用(yòng)是过量摄食后,菊粉在肠道内发酵产生的二氧化碳、氢和甲烷等气體(tǐ)会导致胀气和腹泻。研究发现,一次性摄食过多(duō)的聚合度為(wèi)3~5的短链菊粉可(kě)引起腹泻,但连续进食多(duō)次可(kě)使人體(tǐ)产生耐受性,而長(cháng)链菊粉通常在结肠后部被发酵,一般不引起胀气。

各个國(guó)家对菊粉的用(yòng)量的规定存在着较大的差异,因為(wèi)目前没有(yǒu)國(guó)际化的标准。2003年美國(guó)FDA确认菊粉為(wèi)公认安全物(wù)质,推荐最大日摄入量為(wèi)15~20 g,日有(yǒu)效摄入量為(wèi)5 g,从而使菊粉作為(wèi)膳食纤维广泛应用(yòng)于食品、生物(wù)、化工、饲料等领域。当前美國(guó)人的每日膳食中含菊粉约為(wèi)1~4 g,欧洲人的每日膳食中含菊粉约3~11 g。

COUSSEMENTPA认為(wèi)菊粉的适宜摄入量為(wèi)3~8 g/d,GIBSONCR等认為(wèi)菊粉摄入量可(kě)以达到15 g/d,在日常生活中,低剂量摄入菊粉对人體(tǐ)是有(yǒu)益的。我國(guó)卫生部公告2009年第5号规定菊粉的摄入量不超过15 g/d 。

在Imperial Sensus公司资助的项目GRAS Notice No.GRN000118总结中认為(wèi)菊粉没有(yǒu)任何潜在的毒性,成年人每天摄入40~70 g菊粉没有(yǒu)明显的副作用(yòng)。人體(tǐ)每天摄入5 g菊粉或低聚果糖,肠道菌群中双歧杆菌的数量明显增加,且对健康无不良影响。

4 菊粉在特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品上的应用(yòng)前景

根据國(guó)家标准GB 29922—2013《特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品通则》的规定,特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品中可(kě)以添加一些膳食纤维类的营养强化剂,如低聚糖、多(duō)聚糖等。膳食纤维作為(wèi)可(kě)选择性成分(fēn)指标,上限為(wèi)0.7 g/100 k J。

《中國(guó)居民(mín)膳食营养素参考摄入量》(2013版)中推荐膳食纤维的适宜摄入量為(wèi)25 g/d,没有(yǒu)區(qū)分(fēn)人群年龄阶段;美國(guó)医學(xué)研究所推荐摄入量為(wèi)21~38 g/d。特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品中常用(yòng)原料包括:(1)阿拉伯胶、抗性淀粉、大豆多(duō)糖和燕麦纤维等水溶性膳食纤维。该类膳食纤维遇水膨胀,可(kě)延長(cháng)食物(wù)在胃内停留时间,减缓葡萄糖在小(xiǎo)肠内的吸收;為(wèi)肠道益生菌提供养分(fēn);為(wèi)结肠粘膜提供能(néng)量物(wù)质,避免肠粘膜萎缩;吸附有(yǒu)毒物(wù)质如胆酸及胆固醇等。

(2)大豆纤维等不溶性膳食纤维,可(kě)以软化粪便、增加粪便體(tǐ)积,具有(yǒu)刺激肠蠕动、缩短食糜在肠道内的通过时间,从而起到改善便秘的作用(yòng)。这些原料都具有(yǒu)膳食纤维的一般功效,但在其他(tā)功效方面的特点不太明显。随着人们对健康的重视,我國(guó)对菊粉的开发利用(yòng)也广泛重视起来,菊粉是非常适合中老年人的一种膳食纤维,尤其对于咀嚼能(néng)力有(yǒu)限,肠道功能(néng)减退的老年人。

无论是针对中老年人群的全营养配方食品、糖尿病全营养配方食品还是肿瘤全营养配方食品等都是运用(yòng)菊粉的一个理(lǐ)想系统。因此,菊粉在特殊医學(xué)用(yòng)途配方食品中有(yǒu)着良好的应用(yòng)前景。