综述：菊苣根菊粉和商业菊粉在多种食品中的应用及其对品质的影响

《Foods》：Application of Chicory Root Inulin and Commercial Inulin in Various Food Products and Impact on Their Quality

　　

菊苣根已被用于传统医药、作为蔬菜和咖啡替代品，多年来因其菊粉含量而变得流行，成为食品应用中菊粉的主要商业来源之一。本综述旨在更新菊苣根菊粉和商业菊粉应用领域的最新知识，因为过去十年其使用量一直在上升。菊粉在食品中的技术功能行为主要与其聚合度（DP）有关，并可用于乳制品、肉类、烘焙产品和糖果等各种产品。除了提供菊粉结构和性质的基本信息外，本综述还探讨了菊苣根和商业菊粉在上述食品类别中的应用，通过建议添加适量的菊粉以达到所需特性、使用形式、功能作用、关键加工条件及其局限性。菊粉可用于改善食品的营养价值、改良质地、替代脂肪和糖、增强益生菌活力（probiotic viability）；然而，其对感官特性的影响不容忽视。

**3. Inulin Structure and Properties**
菊粉是一种水溶性碳水化合物，属于果聚糖家族，商业上主要从菊苣根中提取。其结构为线性多糖，由β-(2→1)糖苷键连接的果糖单位组成，通常末端带有葡萄糖残基，分子构象灵活，影响其理化性质。天然菊粉是不同聚合度（DP）链长的多分散混合物，DP范围从2到60，根据链长分为短链（DP<10）和长链（DP>23）组分。短链菊粉（即低聚果糖）溶解度较高，甜度约为蔗糖的30%–50%，适合用于减糖；长链菊粉溶解度较低，粘度较高，在20%–40%浓度下可形成三维网络凝胶，模拟脂肪口感，作为脂肪替代物。从营养角度，β-(2→1)糖苷键使菊粉抵抗人体消化酶，到达大肠后被肠道菌群发酵产生短链脂肪酸（SCFAs），主要是乙酸、丙酸和丁酸，为结肠细胞提供能量，维持肠道屏障，调节免疫反应和脂质代谢。发酵过程降低肠道pH，抑制病原菌，增加矿物质（如钙、镁）吸收。每日摄入5 g菊粉具有益生元效应，约15 g/天可增加钙吸收。菊粉还具有低血糖影响，可改善胰岛素敏感性，尤其适用于糖尿病前期人群。作为天然植物源冷冻保护剂，菊粉通过氢键结合水分子，限制冰晶形成，减少解冻损失，长链组分在鱼肉糜、冷冻甜点中效果优于传统冷冻保护剂（如蔗糖）。凝胶形成特性是菊粉作为脂肪替代物的关键：长链菊粉在水中部分溶解，冷却后大DP分子先重结晶，形成约100 nm的晶粒，再聚集为1–5 μm的聚集体，包裹水分形成粒子凝胶网络，其结构与脂肪晶体网络相似，提供可涂抹性、奶油感和口感。加工稳定性方面，菊粉在中性和微酸性体系中稳定，但在pH≤4且温度>60°C时易水解，降低DP，影响凝胶能力。在pH≥5时加热至100°C仍稳定。长链菊粉在烘焙中可支持面筋网络，增加面包体积，短链组分更易发生美拉德反应，改善焙烤色泽和风味。在酸性条件下短链易热降解，因此高DP菊粉在意大利面中更优，可维持蛋白质-淀粉基质完整性。

**4. Food Applications**
菊粉在乳制品、肉类、烘焙产品和糖果中应用广泛，功能包括改善营养、调节质地、替代脂肪和糖、增强益生菌活力，但需优化添加量以平衡感官品质。

**4.1. Dairy Products**
菊粉在乳制品中最重要的应用是作为脂肪替代物、纤维来源和益生菌稳定剂。在酸奶中，低至中等添加量（1%–2%）可改善粘度、奶油感和持水性，减少乳清分离，但2%以上可能劣化凝胶微结构，增加孔隙率，降低感官接受度。与麦芽糊精联用（总2%）可形成更致密凝胶，加速发酵，减少乳清分离。在奶酪中，菊粉物理嵌入蛋白质网络，改善持水性和质地，低脂软奶酪（超滤技术）中5%–7%菊粉有效替代脂肪，提高水分保持和益生菌活力，但略降低pH和蛋白质含量。马苏里拉奶酪中7.2%菊粉替代10%–50%植物脂肪，增加持水性和拉伸性，过量则导致过硬和 cohesiveness 降低。白软干酪中1%菊粉成功替代4%乳脂，2%–3%则负面影响感官。添加阶段影响纤维保留：在拉伸阶段加入菊粉（如面条奶酪）可减少损失，而溶解于乳中则损失约20%。在冰激凌等冷冻乳制品中，2%–5%菊粉增加膨胀率、粘度和抗融化性，降低硬度，但7%–9%导致质地过密。在合生元乳制品中，菊粉作为益生元基质，显著提高益生菌（如嗜酸乳杆菌、两歧双歧杆菌、植物乳杆菌等）在冷藏或冷冻条件下的存活率，通常维持>10⁶ CFU/g，但可能加速后酸化，缩短感官货架期。添加菊粉还可使产品达到欧盟“膳食纤维来源”营养声称（≥3 g/100 g）的要求。

**4.2. Meat Products**
菊粉在肉制品中主要用于降低脂肪含量、增加膳食纤维、改善保水性和乳化稳定性。其物理形式影响显著，粉末状菊粉在高添加量下增加硬度，水合菊粉凝胶则提供更软质地和脂肪模拟特性。在香肠和汉堡中，菊粉可替代部分背膘，降低能量值，提高出品率和保水性。鸡肉汉堡中1%菊粉为最优，土耳其汉堡中2%–5%可行，但5%使颜色变暗、持水性下降。玻利维亚香肠中6%菊粉最适，牛肉和猪肉法兰克福香肠中2.92%菊粉可替代15%脂肪，并保持最高感官接受度。基于菊粉的乳液凝胶可实现完全替代动物脂肪，但需优化油水比（如核桃油1:2:1）。在冷冻肉鱼产品中，菊粉通过氢键限制冰晶生长，保护蛋白质结构，改善解冻后凝胶强度。在鱼香肠中，菊粉补充可能增加硬度，但微生物稳定性保持良好。

**4.3. Bakery Products**
菊粉在烘焙产品中作为功能性成分，可降低能量值、增加膳食纤维，同时影响面团流变学、淀粉消化率和贮藏稳定性。在面包中，2%–4%菊粉改善面包心柔软度，延迟老化，但过量会稀释面筋，降低体积。长链菊粉比短链更利于面团稳定和保气性。在无麸质面包中，菊粉可部分补偿面筋缺失，米面包中最高可添加30%以改善结构。在蛋糕和饼干中，菊粉作为脂肪和糖替代物，部分替代（如替代40%脂肪）可降低能量值（高达7.6%），增加矿物质含量，但过度替代导致硬度和 compact 结构。在意大利面中，高DP菊粉（5%）促进更强蛋白质-纤维结构，降低淀粉消化率和预测血糖指数（GI），而低DP菊粉增加烹煮损失。菊粉与淀粉竞争水分，延迟糊化，限制淀粉回生，适用于冷冻面条。优化含量（如1.5%菊粉+3.7%大麦粉）可得到技术性质与对照相当的产品。

**4.4. Functional and Low-Calorie Chocolate Candy Products**
在糖果产品中，菊粉主要用于替代蔗糖和可可脂，常与聚葡萄糖、高强度甜味剂等联用。菊粉影响巧克力的流变性和微观结构，增加塑性粘度和屈服应力，其效果取决于加工条件（精炼温度、粒径分布）和聚合度。长链菊粉提供更好的结构稳定性，短链菊粉改善感官接受度。在牛奶巧克力中，菊粉与聚葡萄糖联用可降低能量值，保持硬度和整体接受度。完全替代蔗糖需要合适的比例（如菊粉与聚葡萄糖）。菊粉还可部分替代可可，菊苣根粉与角豆组合产生类似可可的香气。在合生元巧克力中，菊粉支持益生菌（如嗜酸乳杆菌）存活长达90天，但需优化配方以避免流变学变化。

**5. Practical Relevance**
菊粉在食品中的应用具有实际意义，其健康益处（如益生元效应、血糖调节、降血脂）已被广泛研究。消费者对健康食品的需求增加，但需同时满足感官吸引力。推荐菊粉摄入量不超过5 g/天以避免轻微胀气，但部分个体可耐受20 g/天，低聚果糖（FOS）和低聚果糖（OF）的推荐量为7.8 g/天。长期摄入菊粉可改善血糖和血脂代谢。

**6. Conclusions, Future Perspective and Limitations**
菊苣根菊粉和商业菊粉在食品工业中应用广泛，其技术功能行为主要取决于聚合度（DP），可用于改善质地、替代脂肪和糖、增强益生菌活力和营养价值。添加量、形式及加工条件是关键因素，需平衡技术功能与感官品质。未来应用前景包括低脂、低糖、无麸质产品，以及可食用涂膜和包封材料。局限性包括最终产品中菊粉的降解产物形式、健康效果需长期摄入才能体现，以及感官接受度是消费者选择的关键。