2.1　菊粉的來源、結構和分類

2.1.1　來源

在歷史上，人們把富含菊粉的植物當作主要糧食來食用，如菊苣、菊芋和大麗花等植物。1605年人們把菊芋引進到西歐，當地人把它作為一種糖源進行食用，直到1750年左右才被馬鈴薯所代替。菊粉作為一種植物中的儲備性多糖，在自然界中分布十分廣泛，以植物中含量最高，一些真菌和細菌類中含量次之。菊粉在菊科植物中含量最為豐富。不同種植物及同一種植物不同生長時期菊粉的聚合度存在明顯的差異。一些常見植物（濕重）中菊粉含量如表2-1所示。

工業上生產菊粉最重要的原料是菊苣和菊芋，其菊粉含量占其塊莖干重的70%以上。菊芋是菊科多年生草本植物，分布廣，適應性強，對土壤要求不嚴，耐貧瘠和干旱，繁殖能力強，抗風沙，無病蟲害，是治理沙漠的優良作物。菊芋栽植一次，其塊莖可連續收獲多年利用，在我國被廣泛種植，主要用于腌制。菊苣是一種兩年生植物，適于生長在海洋氣候條件下，在西歐國家是一種普遍種植的蔬菜品種。

2.1.2　結構

菊粉分子是由D-呋喃果糖分子以β-（2→1）-糖苷鍵連接而成的線性直鏈多糖，末端常帶一個葡萄糖殘基，屬于一類天然果聚糖的混合物。菊粉的分子式表示為GF_n，即Glucose-（Fructose）_n，其中G為終端葡萄糖單位，F表示果糖單元，n則代表果糖單位數，一般為2～60，其分子結構如圖2-1所示。

2.1.3　分類

根據菊粉的水溶性，通常可分為兩類：一類是易溶于水的，另一類是較難溶于水的。通常把聚合度（DP）為10作為臨界點，DP<10的菊粉易溶于水，而且易發酵；DP>10的菊粉難溶于水，且不易被細菌降解發酵，但在大腸中能被益生菌發酵利用。

根據菊粉分子量的平均聚合度，可分為短鏈菊粉、天然菊粉和長鏈菊粉。目前，通常把平均聚合度≤10的菊粉稱為短鏈菊粉；平均聚合度≥23的菊粉稱為長鏈菊粉；從天然植物（菊芋或菊苣）中提取的菊粉其聚合度分布較廣泛，通常變化范圍在2～60，稱為天然菊粉。短鏈菊粉和天然菊粉均含有一定的單糖和雙糖，因此略帶甜味，其甜度大約相當于蔗糖的10%～30%；長鏈菊粉中由于不含單糖和雙糖，幾乎沒有甜味。表2-2是比利時Beneo公司生產的菊粉系列產品及特性。

不同植物中所含菊粉的鏈長也有所差異，如小麥、洋蔥、香蕉所含菊粉分子聚合度較小，其最大聚合度DP_max<10；大理花塊根、大蒜、菊芋所含的菊粉分子聚合度居中，DP_max<40；而球菊芋和菊苣所含的菊粉分子聚合度較長，DP_max<100。有些植物如百合、龍舌蘭和某些細菌（如突變鏈球菌）含有更高聚合度的菊粉，其DP_max>100。在實際生產過程中，根據需要可利用人工控制及合成的方法來調控菊粉的聚合度，利用內切酶（EC3.2.1.7）水解菊苣中的菊粉可獲得DP范圍在2～7、平均DP為4的低聚果糖。如市場上常見的低聚果糖的產品（中國平安高科VILOF?NanoFOS P95、荷蘭Sensus公司Frutafit?S20），它主要是以菊粉為原料通過酶解而獲得的一類低聚合度的混合物，是指1～4個果糖基以β-（2→1）-糖苷鍵連接在蔗糖的D-果糖基上形成的蔗果三糖（GF₂）、蔗果四糖（GF₃）、蔗果五糖（GF₄）和蔗果六糖（GF₅）的混合物，一般還含有少量蔗糖、果糖和葡萄糖，其甜度約為蔗糖的30%～60%，它既保持了蔗糖的純正甜味性質，又比蔗糖甜味清爽，同時還具有益生元的功效。利用物理分離技術（結晶和過濾）可生產平均聚合度不小于23的長鏈菊粉，這類菊粉幾乎沒有甜度，在水中的溶解性也很差，但具有優良的質構特性，可用于為產品提供滑爽的口感、增加其稠度和穩定性、改變其觸變性等，如比利時Beneo生產的Orafti?HP和Orafti?HPX，荷蘭Sensus公司生產的Frutafit?TEX等。