第1章 绪论
1.1 菊粉的结构和来源
菊粉，又称菊糖，英文名为inulin，是一种天然的果聚糖混合物。1804年，Rose首次从土木香（Inula helenium）中发现并从其根茎中结晶、纯化得到，Thomson于1818年将其命名为菊粉。菊粉分子是由D-呋喃果糖分子以β （2→1）键连接而成的线性直链多糖，末端常带一个葡萄糖残基，属于一类天然果聚糖的混合物。菊粉的分子式表示为GFn，即Glucose-（Fructose）n，其中G为终端葡萄糖单位，F为果糖分子，n为果糖单位数，一般为2～60，其分子结构如图1-1所示。
图1-1 菊粉的化学结构
在历史上，人们把富含菊粉的植物当作主要粮食来食用，如菊苣、菊芋和大丽花等植物。1605年，人们把菊芋引进到西欧，当地人把它作为一种糖源进行食用。公元1世纪的医生都认为菊芋对人的身体有好处，直到1750年左右才被马铃薯所代替。1804年，德国科学家Rose用热水浸提的方法从旋复花属土木香的根茎中提取得到一种物质，也就是果聚糖，当时也叫土木香粉（Thomson在1818年把这种物质命名为菊粉）。
菊粉是植物中的储备性多糖，在自然界中菊粉的分布十分广泛，在植物中含量最高，其次为一些真菌和细菌。菊粉主要存在于菊科植物中，如双子叶植物中的桔梗科、龙胆科、菊科等11科植物都含有菊粉，此外，如百合科和禾本科等单子叶植物中也含有菊粉。工业上生产菊粉最重要的原料是菊苣和菊芋，它们的来源丰富且富含菊粉，菊粉含量占其块茎干重的70%以上。不同种植物及同一种植物不同生长时期菊粉的聚合度存在明显的差异。一些常见植物（湿重）中菊粉含量如表1-1所示。
表1-1 常见植物中的菊粉含量
根据物理化学特性，菊粉可分为两类：一类是易溶于水的；另一类是较难溶于水的。通常把聚合度（DP）为10作为临界点，DP＜10的菊粉易溶于水，而且易发酵；DP＞10的菊粉难溶于水，而且不易被细菌降解发酵，但在大肠中能被益生菌发酵利用。
根据分子链长度，菊粉可分为长链菊粉、中链菊粉和短链菊粉。目前，通常把平均聚合度≤10的菊粉称为短链菊粉，平均聚合度≥23的菊粉称为长链菊粉。从天然植物（菊芋或菊苣）中提取的菊粉同时含有短链、中链和长链结构，称为天然菊粉。短链菊粉和天然菊粉含有一定的单糖和二糖，因此略带甜味，其甜度大约相当于蔗糖的10%；长链菊粉中由于不含单糖和二糖，几乎没有甜味。
不同植物类所含菊粉的链长也有差异，小麦、洋葱、香蕉所含的是短链菊粉（最大聚合度DPmax＜10）；大丽花块根、大蒜、菊芋所含菊粉是中链菊粉（DPmax＜40）；球菊芋和菊苣则含长链菊粉（DPmax＜100）。有些植物如百合、龙舌兰和某些细菌（如突变链球菌）可含有更高聚合度的菊粉（DPmax＞100）。在实际生产过程中，根据需要可利用人工控制及合成的方法来调控菊粉的聚合度。利用内切酶（EC3.2.1.7）水解菊苣中的菊粉可获得聚合度范围在2～7、平均聚合度为4的低聚果糖；利用物理分离技术（结晶和过滤）可生产平均聚合度不小于23的长链菊粉（如菊粉HPX）。
另外，市场上常见的还有一种低聚果糖的产品，它主要是以菊粉为原料通过酶解而获得的一类低聚合度的混合物，是指1～4个果糖基以β（2→1）键连接在蔗糖的D-果糖基上而形成的蔗果三糖（GF2）、蔗果四糖（GF3）、蔗果五糖（GF4）和蔗果六糖（GF5）的混合物，一般还含有少量蔗糖、果糖和葡萄糖，其甜度约为蔗糖的30%～60%，它既保持了蔗糖的纯正甜味性质，又比蔗糖甜味清爽，同时还具有益生元的功效。