長鏈菊粉的製作方法

2023-08-13 08:03:26 6

專利名稱：長鏈菊粉的製作方法
技術領域：
本發明涉及長鏈菊粉及其從朝鮮薊根中的製備方法，在食品和化妝製品中的應用，以及包含長鏈菊粉的食品和化妝製品。

背景技術：
菊粉是屬於果聚糖族的多糖。由β-2-1連接的果糖分子鏈組成，在鏈的還原端端部具有α-D葡萄糖單位。在多種植物中，例如菊苣根和大麗花塊莖中，都存在有經濟開採量的菊粉。此外，在例如菊芋和朝鮮薊中也已經發現菊粉的存在。不同植物物種之間的不同菊粉的平均鏈長度及其生理化學性質都各不相同。
當用熱水從植物組織中提取菊粉時，提取液除了多聚的粗菊粉外，還含有單糖例如葡萄糖和果糖、二糖例如蔗糖和果寡糖(DP 3-10)。這些副產物(單糖、二糖和果寡糖(DP 3-10))會干擾對菊粉的進一步處理。例如，在飲食食品的生產中就不需要單糖和二糖。單糖、二糖和果寡糖(DP 3-10)的甜味會干擾在食品業的一些應用。由於其吸溼性和粘著性，在處理和儲存過程中果寡糖(DP 3-10)會極大的幹擾粗菊粉在食品中的使用。在對粗菊粉的進一步處理中，例如化學衍生作用，單糖、二糖和果寡糖(DP 3-10)會導致形成不能純化的或只能以昂貴的方法純化的不確定的產物混合物。
因此，希望提供與粗菊粉相比，單糖、二糖和果寡糖(DP 3-10)的含量更少的菊粉。
因此，本發明所基於的目標是提供具有新特性的菊粉。
提供的權利要求中確認的實施方案實現了該目標。


發明內容
本發明涉及平均聚合度DPw在54和61之間、優選的在55和60之間、特別優選的在56和57之間的菊粉。
為此並且與本發明有關的術語「在......之間」也指包括分別指出的數值邊界。
與本發明有關的術語「菊粉」指由β-2-1連接的果糖分子鏈組成的多聚果糖。該鏈優選的在末端具有還原型α-D葡萄糖單位。以β-2，6-連接的果糖單位分支的程度低於5％，優選的低於2％。
與本發明有關的術語「平均聚合度DPw」(平均DP權重)指重均分子量Mw與單體分子量Mo之商。重均分子量Mw得自 其中Ni是具有分子量Mi的分子的數量。
與本發明有關的，測量「平均聚合度DPw」優選的使用下文中描述的「具有光散射和折射率檢測的凝膠滲透層析法(GPC-RI-MALLS系統)」。
與本領域以前描述過的菊粉相比，本發明菊粉所表現出的意想不到的優點還在於可以被加工成乳劑，在熱處理或酸處理下表現出非常高的穩定性，因此它們更適於例如特殊的工業應用或在化妝品和/或食品工業中應用。此外，包含本發明的菊粉的乳劑對剪切力表現出意想不到的高穩定性。因此，本發明的菊粉比傳統的菊粉表現出更多的優點，可以在有強剪切力作用的工業處理中更好的加工。
此外，本發明的菊粉還勝在突出的優異的粘度性質和高的凝膠強度上。
與目前有利於遠端結腸疾病預防的產物相比，本發明的菊粉還表現出更慢的發酵作用。
此外，本發明的菊粉表現出比目前使用的產品更強的益生效應。特別是本發明的菊粉以有利方式刺激產生雙歧桿菌的同時還降低了不需要的和/或病原性的細菌。因此，本發明的菊粉適於在食品和/或藥品中使用，用於預防和治療腸道功能異常和疾病，特別是遠端結腸的腸道功能異常和疾病。
最後，本發明的菊粉還賦予一些食品有益的使用性質，例如造粘、乳化能力、持水能力和碎屑形成。



圖1.顯示不同菊粉的摩爾質量分布分析； 圖2.顯示具有過量水的不同菊粉的典型熔解行為。

具體實施例方式 在另外的實施方案中，本發明的菊粉具有的DP在3-10之間的果寡糖(低果聚糖)含量低於3％，優選的低於1.5％，特別優選的低於0.7％，非常特別優選的低於0.3％。
與本發明有關的，用下述方法(見常規方法「用離子交換色譜和脈衝電流測量檢測(HPAEC-PAD)分析菊粉」和「用HPAEC-PAD測定鏈長從DP＝3到DP＝10的菊粉低聚物在總菊粉中的百分比含量」)測量DP在3-10之間的果寡糖含量。
在另外的實施方案中，本發明的菊粉的葡萄糖含量低於2％，優選的低於1％，特別優選的低於0.5％，非常特別優選的低於0.2％。
在另外的實施方案中，本發明的菊粉的果糖含量低於2.5％，優選的低於1.5％，特別優選的低於1.0％，非常特別優選的低於0.3％。
在另外的實施方案中，本發明的菊粉的蔗糖含量低於2％，優選的低於1％，特別優選的低於0.5％，非常特別優選的低於0.3％。
在本發明的菊粉的特別有益於食品應用的實施方案中，單糖和二糖的成分低於0.5％。
除非另有陳述，所有百分比都是基於菊粉和其他物質的幹混合物總重量的百分比。
與本發明有關的，用下述的光學酶促方法(常規方法「糖的測定」)測量果糖、葡萄糖和蔗糖的含量。
在另外的實施方案中，本發明的菊粉的重均分子量Mw在8740g/mol-9890g/mol之間，優選的在8910g/mol-9720g/mol之間，特別優選的在8910g/mol-9250g/mol之間。
與本發明有關的，優選的用下文中描述的方法「具有光散射和折射率檢測的凝膠滲透色譜(GPC-RI-MALLS系統)」測量重均分子量Mw。
在另外的實施方案中，如使用凝膠滲透色譜法(GPC)所測量，本發明菊粉的平均聚合度DPn(GPC)在44-48之間，優選的在45-48之間，特別優選的在46-48之間。
與本發明有關的，優選的用下文中描述的「具有光散射和折射率檢測的凝膠滲透色譜(GPC-RI-MALLS系統)」方法測量「平均聚合度DPn」。
與本發明有關的，術語「平均聚合度DPn」(平均DP數)指數均分子量Mn與結合的單體Mo的分子量(去水果糖＝162g/mol)之商。數均分子量得自 其中Ni是具有分子量Mi的分子的數量。
在另外的實施方案中，本發明的菊粉的分子量分布在1620g/mol-40 000g/mol之間，優選的在2268g/mol-32 000g/mol之間，特別優選的在2592g/mol-29 160g/mol之間。
與本發明有關的，優選的用下文中描述的「具有光散射和折射率檢測的凝膠滲透色譜(GPC-RI-MALLS系統)」的方法測量分子量的分布。
還可以用全氯乙酸(PCA，等於三氯乙酸——TCA)酸水解的方法確定平均聚合度DPn。當使用該方法時，本發明的菊粉具有平均聚合度DPn(PCA)在48-56之間，優選的在48-52之間。用PCA水解的方法按下列實施例中的描述開展。
此外，本發明的目的是用本發明的菊粉製造水性糊劑，這可以通過下列過程得到將菊粉分散在水中，剪切獲得的分散體至均質，將獲得的產品在4-15℃儲存12-24h，調節到室溫後攪拌成均勻的糊劑。基於糊劑的總重量，優選的糊劑含有5-40重量％，更優選的5-30重量％，特別優選的10-20重量％菊粉。
本發明的菊粉表現出意料之外的抗酸的高酸穩定性。特別的，本發明的菊粉形成的水性糊劑表現出抗酸的高穩定性。本發明的菊粉的水性糊劑在pH4和室溫下儲存2周後的粘度，與粘度的初始值相比，增加不到10％。優選的，分別與粘度的初始值相比，粘度的增加少於7％，最優選的少於5％。
粘度的初始值是在菊粉分散在水中、於4-15℃儲存12-24小時、調節到室溫然後攪拌成均質光滑的糊劑之後糊劑所表現出來的黏度數值。關於生產糊劑的細節描述在工作實施例中。
酸穩定性的值是在下列條件下測量的室溫、旋轉粘度測定法(Rotovisco VT 550)、對角刀片攪拌器、128轉/分、測量時間15分鐘、菊粉在水中的濃度優選的是10-30％w/v(1％w/v＝10g/升)，特別優選的15％w/v。實施例中給出了對方法的詳細描述。粘度的上述低增長(增稠後)有利於菊粉在酸性pH的食品中的應用。
與可以商業購買的產品相比，本發明的含水菊粉糊劑還勝在剪切穩定性上。經過15分鐘的剪切後，含水菊粉糊劑的粘度值仍然高於初始值的85％，優選的高於90％，最優選的高於95％。糊劑是用前述方法獲得的。剪切穩定性的值是在下列條件下確定的室溫、旋轉粘度測定法(RotoviscoVT 550)、對角刀片攪拌器、128轉/分、測量時間15分鐘、菊粉在水中的濃度優選的是15％w/v(1％ w/v＝10g/升)。實施例中給出了對方法的詳細描述。在食品和化妝製品的製造業中，特別是在有攪拌的加工中，高的剪切穩定性是有利的。
與其它可商業購買的菊粉相比，本發明的菊粉突現出意料之外的高凝膠強度。菊粉在水中的濃度為20-50％(w/v)時並在90℃下溶解菊粉後再冷卻到室溫超過20小時後，凝膠強度為30-100N，更佳的為40-100N，最佳的為50-100N。如此獲得的凝膠具有顆粒樣特徵(顆粒凝膠)。工作實施例中詳細描述了測定凝膠強度的方法。
此外，本發明的菊粉在水中的溶解狀態表現出意料之外的粘度性質。在水中濃度為30％ w/v的菊粉在90℃的測量溫度和20s-1的剪切率下(CVO120HR Bohlin/Malvern rheometer，錐板幾何結構)，獲得的粘度為300-1000mPas，優選的400-1000mPas，更優選的500-1000mPas。測量方法的細節參考在附加實施例中的方法描述。上述值都高於目前已知菊粉預期可以達到的值。在食品應用中該相對低濃度下的高粘度值是特別有利的。
除了前述的菊粉，發明還涉及含有本發明前述菊粉以及一種以上可食用或可藥用成分的組合物。代表性的組合物包括人和動物的食物、飲料、功能性食物、藥品和藥物組合物(包括預防性組合物和治療性組合物)，及其中間物。
根據本發明，功能性食物指除了含有傳統的營養素以外，還含有可以提供對健康有益效果的成分的食物(根據國家科學院醫學研究所(USA；1994)的定義)。
提到的可食用的或可藥用成分優選的選自糖(例如葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、半乳糖、麥芽糖、異麥芽酮糖)、多元醇(例如山梨醇、乳糖醇、麥芽糖醇、異麥芽酮糖醇、甘露糖醇、木糖醇)、麥芽糖糊精、增甜劑、氫化葡萄糖漿、食品和飼料添加劑、食品和飼料中間物、食品和飼料產品、可食用的液體、飲料、生物可利用的礦物源、可藥用的賦形劑、有藥物和治療活性的物質、藥物組合物和藥物。
本發明特別優選的組合物包括共存的發明菊粉與可食用的或可藥用的、生物可利用的礦物源，特別是鈣和/或鎂和/或鐵源，例如鈣、鎂和鐵的乳製品、鹽類和複合物。
如前所述，本發明的目標是提供這樣的菊粉，即在食物中應用時具有突出的有益性質，其中根據本發明，術語食物和食品是等效的。此外，本發明因此也涉及含有前述菊粉的食物和膳食補充劑。根據本發明，術語食物包括分別給人的食物和給動物的食物和飼料。膳食補充劑包括給人和動物的膳食補充劑。
特別優選的，食物選自乳品、酸奶、冰淇淋、基於乳品的思慕(smoothies)、鮮奶油(dairy toppings)、布丁、奶昔、蛋奶糕、奶酪、營養棒、能量棒、早餐棒、蜜餞、烤麵包、薄脆餅乾、曲奇餅乾、餅乾、穀物片(grain chip)、什錦乾果(trail mix)、冰茶衝劑(iced tea mix)、果汁思慕、體重控制飲料(weight management drink)、即飲型飲料、運動飲料、耐力飲料、補充粉混合飲料(supplement powdered drink mix)、嬰幼兒配方食品、高鈣橙汁、麵包、牛角麵包、穀類食品、麵食製品、麵包塗抹料、無糖糖果和巧克力、鈣糖嚼片、肉製品、蛋黃醬、沙拉調料、果仁奶油、冷凍主菜、調味汁、湯和即食餐。
在發明的一個實施方案中，食物是用擠壓處理製造的食品，例如穀類。
在本發明的另一個方面，是關於含有前述菊粉的化妝製品。特別優選的化妝製品是乳劑，特別是用於皮膚和臉部的乳劑。
在本發明的另一個方面，是關於前述菊粉作為食物、功能性食物和化妝製品中補充劑的用途。特別的，用途還涉及上述所有特定的食物和化妝製品。
在另一個方面，本發明涉及發明的菊粉在製備藥物組合物或藥品中的用途。
發明的菊粉在食物、功能性食物、藥物組合物或藥品中可有益的用於改變或調節在人、哺乳動物或其他脊椎動物的結腸、特別是在結腸遠端部分的細菌群落組成。
發明的菊粉也可以用於在食物、功能性食物、藥物組合物或藥品中，改變或調節菊粉在人、哺乳動物或其他脊椎動物的結腸、特別是在結腸遠端部分的發酵模式。
最後，發明的菊粉可以用於食物、功能性食物、藥物組合物或藥品，產生以下有益的效果膳食纖維效果、調節腸道功能、益生作用和/或致雙歧作用、增加礦物質例如鈣、鎂和鐵的吸收、骨礦物質密度增加、骨礦物質含量增加、峰值骨量增加、改善骨結構、減少骨礦物質密度損失、減少骨結構損失、調節脂類代謝、刺激免疫系統、預防癌症和降低癌症風險、預防結腸癌、降低結腸癌的風險以及預防乳腺癌。
下文將通過實施例舉例說明該發明，但並非用於限制一般的發明概念。
實施例 常規方法 1.菊粉純化和分級分離 使用1kg直徑為0.5-5.0cm的一年齡的朝鮮薊根用於製備。原料每份200g與500ml水在勻化器中(Waring Blender，VWR International GmbH產，Darmstadt，Germany)85℃下勻化。用金屬容器收集得到的勻漿，85℃水浴，抽提體積增加到5l水，從原料中抽提的菊粉在80-85℃攪拌45分鐘。熱的提取液用125μm篩過濾。濾餅轉移到棉布中並榨乾。榨出的溶液與濾液混合(總共約5升)。
通過石灰澄清法和二氧化碳飽和純化去除粗菊粉提取液中的非糖類。在預石灰澄清中，通過與Ca(OH)2攪拌，調整原料提取液的pH為11.2。保持提取液在該pH下30分鐘，提取液的溫度為65℃。對於主要的石灰澄清法，通過添加Ca(OH)2使pH升高到>12，在85℃攪拌提取液30-45分鐘。為了使沉澱的混濁物更容易過濾，在首次二氧化碳飽和步驟中通過快速通入CO2使提取液的pH降低到pH＝10.8。在該步驟中溫度約為65℃。形成的沉澱物通過離心(2800g，10分鐘)除去。在第二次二氧化碳飽和步驟中，通過通入CO2使上清液的pH降低到pH＝8.9。形成的沉澱物用離心(2800g，10分鐘)法從抽提物中去除，再用真空抽濾漏鬥通過濾紙過濾(Schleicher & Schuell，訂貨號10311614)。
在批量加工中，伴隨著攪拌通過逐漸添加10-15％(w/v)離子交換劑(混合床樹脂TMD8，Sigma，訂貨號M8157)使抽提液脫色。在用30μm篩過濾除去離子交換劑後，用KOH調整溶液到pH＝7.0。對於選擇性濃縮更長鏈的菊粉多聚物(DP>10)，溶液中加入純乙醇到終濃度為40％(v/v)，充分混合併在8℃孵育過夜。離心(2800g，10分鐘)沉降菊粉沉澱。菊粉沉澱用1.6升80％(v/v)乙醇清洗兩遍。在95℃水浴中將清洗後的菊粉溶解在1升水中，懸浮物用30μm篩過濾除去，菊粉溶液冰凍在-80℃。然後通過冷凍乾燥(Alpha 1-4，Christ產，Germany)去掉水份，分離出乾燥的菊粉粉末。
2.測定果聚糖 2.1果聚糖分析規程 可以使用「果聚糖分析規程」試劑盒(Megazyme International IrelandLtd產，Wicklow，Ireland)測定樣品的果聚糖含量。該分析的原則是基於使果聚糖水解為其還原性單體葡萄糖和果糖，並在顯色後用所謂的「PAHBAH方法」(方法的細節見後述)對上述還原糖(葡萄糖、果糖)含量進行光度學確定(波長＝410nm)。
第一步，用特殊的酶蔗糖酶將提取液中存在的蔗糖水解成葡萄糖和果糖。然後，用高度純化的酶β-澱粉酶、支鏈澱粉酶和麥芽糖酶的混合物將提取液中的澱粉和麥芽糖糊精降解為葡萄糖。然後，用鹼性的硼氫化物溶液處理產生的還原糖，使其還原為糖醇後從溶液中除去。加入稀釋的乙酸中和溶液，去掉多餘的硼氫化物。然後用純化的果聚糖酶(外切菊粉酶)將果聚糖水解為果糖和葡萄糖，用PAHBAH方法測定產生的單糖含量。
「果聚糖分析規程」試劑盒中的化學製劑和溶液 1.含有蔗糖酶(酵母)50U、β-澱粉酶(蠟狀芽孢桿菌B.cereus)500U、支鏈澱粉酶(肺炎克雷伯氏菌K.pneumoniae)100U和麥芽糖酶(酵母)1000U的凍乾粉末，溶解在22ml 0.1M pH6.5的馬來酸鈉緩衝液中(在下文中作為「酶1」)用於測量。
2.含有果聚糖酶(外切菊粉酶)8000U的冷凍乾燥粉末，溶解在22ml0.1M pH4.5的醋酸鈉緩衝液中(在下文中作為「酶2」)用於測量。
3.溶解在0.2％苯甲酸中的標準果糖溶液(1.5mg果糖/ml)。
4.果聚糖對照粉末 具有已知果聚糖含量的大麗花果聚糖，與α-纖維素共同冷凍乾燥。
試劑盒中沒有的溶液 I.PAHBAH試劑 溶液A10g的PAHBAH(ρ-羥苯甲酸醯肼，Sigma訂貨號H-9882)放在250ml燒杯中，加入60ml蒸餾水，邊攪拌邊向懸浮液中加入10ml濃鹽酸。將溶液補充到200ml，室溫儲藏。
溶液B將24.9g檸檬酸三鈉、其次是2.20g氯化鈣、最後是40g氫氧化鈉邊攪拌邊逐步溶解到500ml蒸餾水中。在加入氫氧化鈉後，溶液可以呈乳狀，但用水補充到2l後變得澄清。溶液儲藏在室溫。
在使用前，向180ml溶液B中加入20ml溶液A，充分混合(＝PAHBAH試劑)。溶液必須儲藏在冰上，4小時內使用。
II.50mM氫氧化鈉溶液 III.鹼性硼氫化鈉溶液 在50mM氫氧化鈉中的10mg/ml硼氫化鈉(Sigma，訂貨號S-9125) IV.100mM乙酸 檢測方法 1.(A)果聚糖對照 於95℃加熱塊中用1ml雙蒸水提取20mg果聚糖對照粉末30分鐘。離心後(13,000×g，5分鐘)，將上清液轉移到新的反應容器中，將沉澱再次加入到1ml蒸餾水中，在95℃加熱塊中抽提30分鐘。經過再次離心(見上)以後，取出上清液與第一次的上清液混合。
(B)純化的果聚糖/菊粉 用2ml雙蒸水在95℃加熱塊中抽提20mg1小時。離心後(13,000×g，5分鐘)，上清液轉移到新的反應容器中用於測量。
2. 200μl樣品與200μl酶1混合，在40℃孵育60分鐘(孵育時間比megazyme規程延長了30分鐘)。
3.加入200μl鹼性硼氫化鈉溶液，溶液充分混合併在40℃孵育30分鐘，從而實現還原糖向糖醇的完全轉化。
4.去掉多餘的硼氫化物，加入500μl的100mM乙酸並充分混合調整溶液到pH＝4.5。
5.來自純化的果聚糖/菊粉(非果聚糖對照)的提取液用雙蒸水1:5稀釋。然後取來自該混合物和果聚糖對照的溶液各100μl，與100μl的pH＝4.5、100mM醋酸鈉緩衝液混合。
6. 200μl溶液與100μl酶2混合，在40℃孵育60分鐘(孵育時間比megazyme試劑盒延長40分鐘，從而實現果聚糖的完全水解)。
7.用果糖標準樣品作為另一樣品。試劑盒中的200μl標準果糖溶液用900μl的pH＝4.5、100mM醋酸鈉緩衝液處理並混合。再取4×200μl的該混合物與100μl的pH＝4.5、100mM醋酸鈉緩衝液混合。
8.所有樣品和附加的空白樣品(300μl的pH＝4.5、100mM醋酸鈉緩衝液)與5ml的PAHBAH試劑混合，在沸水浴中精確的孵育6分鐘。
9.立刻在冷水(10-15℃)中冷卻樣品約5分鐘。
10.用分光光度計在410nm波長測量所有溶液對於空白樣品的吸收。
根據下列公式進行計算 果聚糖(％w/w)＝ΔE×F×5×VEx×1.1/0.2×100/W×1/1000×162/180 ΔE ＝樣品對於空白樣品測量的PAHBAH吸收 F＝將果糖吸收轉換成每μg果糖的係數(54.5μg果糖/吸收) 5＝將200μl變成1ml孵育體積的係數 VEx ＝精確體積 1.1/0.2 ＝來自1.1ml酶促消化物中的0.2ml W＝精確的樣品重量，單位為mg 100/W＝表示果聚糖是初始重量(W)的％的係數 1/1000 ＝μg轉化成mg 162/180 ＝將測量的游離果糖轉換成結合在果聚糖中的脫水果糖的係數 2.2通過外切菊粉酶水解測定果聚糖 1％(w/v)的材料用雙蒸水在95℃抽提30分鐘，然後用水(見上述)1:25稀釋。對於外切菊粉酶消化(100μl)，50μl的抽提液在含有25U外切菊粉酶(Megazyme International Ireland Ltd，Wicklow，Ireland，商品號E-EXO1)的pH5.6 0.1M醋酸鈉中於40℃孵育3小時。在95℃孵育10分鐘終止反應。按「糖測定」方法中的描述光度學測定釋放的葡萄糖和果糖。通過加合葡萄糖和果糖的含量，以及算入係數162/180(將測量的游離己糖換算成果聚糖中結合的己糖)測定果聚糖含量。
3.糖測定(葡萄糖、果糖和蔗糖) 通過酶促分析NAD+(煙醯胺腺嘌呤二核苷酸)向NADH(還原型煙醯胺腺嘌呤二核苷酸)的轉化作用測定葡萄糖、果糖和蔗糖的含量。在還原反應中煙醯胺環喪失了芳香族特徵，因此吸收光譜改變。可以用光度測定法檢測吸收光譜的改變。
通過己糖激酶和腺苷三磷酸(ATP)將葡萄糖和果糖轉化成6-磷酸葡萄糖和6-磷酸果糖。再通過6-磷酸葡萄糖脫氫酶將6-磷酸葡萄糖氧化成6-磷酸葡萄糖酸。NAD+在該反應中被還原成NADH，形成的NADH總量用光度測定法測量。形成的NADH與抽提液中存在的葡萄糖的比例為1:1，因此可以用NADH的摩爾消光係數(6.3l mmol-1cm-1)根據Lambert-Beer定律從NADH的含量計算出葡萄糖的含量。
在6-磷酸葡萄糖的氧化作用完成後，溶液中以同樣方式產生的6-磷酸果糖由磷酸葡萄糖異構酶轉化成6-磷酸葡萄糖，再氧化成6-磷酸葡萄糖酸。果糖和形成的NADH的量的比例也是1:1。按葡萄糖中描述的方法從形成的NADH總量計算果糖含量。
然後，用蔗糖酶(Megazyme產)將提取液中存在的蔗糖分解成葡萄糖和果糖。上述酶通過依賴NAD+的反應將釋放的葡萄糖和果糖分子轉化成6-磷酸葡萄糖酸。一分子蔗糖轉化成6-磷酸葡萄糖酸產生2分子NADH。形成的NADH的量同樣用光度測量法測量，用NADH的摩爾消光係數計算蔗糖含量。
4.分子量分布分析 4.1有光散射和折射率檢測的凝膠滲透色譜(GPC-RI-MALLS系統) 菊粉/果聚糖以0.5％(w/v)的濃度溶解在水中。溶液在95℃加熱10分鐘。用下列儀器分析聚合物PL120凝膠色譜(Polymer Laboratories，Germany)、Midas自動採樣器(Spark，Holland)、配備有λ0＝690nm以及角範圍從14.9°到162.9°的16道檢測器以及K5流動室並且組合有粘性-折射率檢測器η-1002(WGE Dr.Bures GmbH & Co KG，Germany)的DAWN-EOS光散射檢測儀(Wyatt Technology Santa Barbara，USA)。在下列柱上分級分離聚合物TSK前置柱、TSK6000PW、TSK3000PW(TosohBioScience GmbH Stuttgart，Germany)。注射100μl溶液。在30℃的溫度下進行分級分離，流速為0.8ml/分鐘，洗脫劑為0.3M NaNO3。用Astra4.90.08程序(Wyatt Technology Santa Barbara，USA)分析樣品在GPC-RI-MALLS-MALLS中的分子量分布。
4.2用PCA水解測定菊粉的DPn 菊粉用全氯乙酸(PCA)完全水解。從所產生果糖和所產生葡萄糖的比值測定菊粉樣品的平均鏈長數(DPn)。
樣品製備 精確稱量50.0+/-5.0mg菊粉於1ml燒瓶中。加入700μl的H2Obidest溶解。然後，攪動樣品使樣品材料儘可能地脫離容器底部，然後置於沸水浴中(～99℃)。孵育期間，每30秒攪動燒瓶一次。孵育後，樣品冷卻到室溫後再加入H2Obidest到1ml刻度標記。樣品溶液的菊粉濃度為5.0+/-0.5％。保留200μl冰凍到-20℃用於測定水解前的糖。在糖測量前，在室溫下解凍、混合該樣品，在95℃加熱塊中1400轉/分攪動溶解5分鐘，4000轉/分離心2分鐘。
水解和樣品回收 250μl的～5％菊粉溶液已經製備在250μl 18％PCA(菊粉終濃度2.5％，PCA9％)中。替代的，900μl的5％菊粉溶液已經製備在100μl5％PCA(菊粉終濃度4.5％，PCA 0.5％)中。在4000轉/分混合併離心水解混合物1分鐘。然後，將水解混合物置於37℃，或者56℃的加熱器(加熱塊)上。在不同的時間點，再次混合水解產物並在4000轉/分離心1分鐘後，回收100μl樣品並立刻加入水性NaOH的中和混合物進行中和。用pH指示劑(pH試紙)檢測中和的樣品的pH值。回收樣品的時間點是50分鐘、2小時、3小時、4小時和24小時。所有已中和的樣品都冷凍在-20℃。在測量糖以前，室溫下解凍、混合這些樣品並在4000轉/分離心2分鐘。用10μl中和的水解產物加90μl H2Obidest製成用於測量果糖的1:10稀釋液。
糖的測量 為了測定所有樣品中在水解作用中釋放出來的果糖和葡萄糖，使用光度學的葡萄糖和果糖測量方法。在水解作用前的樣品中，除了葡萄糖和果糖外還測量了蔗糖。測量在微量滴定板中使用SPECTRAmax光度計(Molecular Devices)重複測定。所有使用的酶溶液都在測量緩衝液中製備，測量緩衝液包含50mM咪唑-HCl pH 6.9、2.5mM MgCl2、1mM ATP和0.4mM NADP。在340nm觀察NADP向NADPH的轉化。
為了測量水解前的糖，使用未稀釋的5％菊粉溶液。10μl該溶液加至200μl測量緩衝液。通過加入2μl己糖激酶(來自酵母，0.3U/μl)和6-磷酸葡萄糖脫氫酶(來自酵母，0.14U/μl)的混合物測量葡萄糖。在葡萄糖完全轉化後，加入2μl磷酸葡萄糖異構酶(來自酵母，0.14U/μl)測定果糖。一旦果糖的轉化完全，再加入2μl β-果糖苷酶(3U/μl)裂解現存的蔗糖。
使用在前文第3項(糖的測定)內描述的方法測量葡萄糖和果糖。
計算 在計算中，以摩爾消光係數6.23l＊mmol-1＊cm-1作為計算NADP向NADPH轉化的基礎。水解產物中的葡萄糖和果糖的濃度減去水解前已經存在的葡萄糖和果糖的濃度。同樣的，從水解前樣品中存在的蔗糖中水解釋放的葡萄糖和果糖也要從中減去。由此獲得在菊粉的水解過程中產生的果糖和葡萄糖的濃度。因此，可以根據下列公式計算數均鏈長度(DPn) DPn＝(c果糖/c葡萄糖)+1 在這裡，假設每個菊粉分子只有一個末端葡萄糖。
作為水解作用完全度的對照，通過所產生葡萄糖和果糖的濃度和所應用菊粉質量間接測定回收率。
5.用離子交換色譜和帶有脈衝電流檢測(HPAEC-PAD)分析菊粉 用陰離子交換色譜分級分離菊粉多聚體的混合物，並用DIONEX系統(GP50梯度泵、AS50自動採樣器、585型柱式加熱爐、ED50檢測器、CarboPac PA-100前置柱、CarboPac PA-100分離柱，DIONEXCorporation產，Germany)進行脈衝安培檢測。柱式加熱爐的溫度為30℃。洗脫劑A為150mM NaOH，洗脫劑B為在150mM NaOH中的1M醋酸鈉。流速為1ml/分鐘。
用雙蒸水製備0.5-2％(w/v)菊粉溶液，並在95℃孵育到菊粉完全溶解為止。
ED50檢測器波形具有下列組成 時間(秒) 電勢(V) 0.00 0.05 0.28 0.05 積分開始 0.48 0.05 積分結束 0.49 0.65 0.60 0.65 0.61 -0.96 0.72 -0.96 0.73 0.05 下列梯度用於最大程度的分級分離菊粉多聚體 梯度1時間(分鐘) 洗脫劑A(％) 洗脫劑B(％) (90分鐘) 0100 0 5100 0 40 7228 70 5545 75 0 100 80 0 100 85 100 0 90 100 0 用DIONEX Chromeleon(6.6版)軟體分析色譜圖。
6.用HPAEC-PAD確定鏈長在DP＝3到DP＝10的菊粉低聚物在總菊粉中的百分比含量 用改變了檢測器設置和不同的鹽梯度的陰離子交換色譜和安培檢測法(見方法6)測定具有鏈長在DP3到DP10間的菊粉多聚體的比例。
用純化的朝鮮薊菊粉製備2％(w/v)水溶液。每次陰離子交換色譜用梯度2分離100μl該溶液，未啟用ED50檢測器，並在走柱後收集獨立的寡果聚糖。用2％強度的菊粉溶液進行四次分離。
梯度2時間(分鐘) 洗脫劑A(％) 洗脫劑B(％) (50分鐘) 0 100 0 5 100 0 35 76 24 37 0100 42 0100 45 100 0 50 100 0 收集的級分用乙酸(pH＝7)中和，再在批量加工中與陰離子交換劑(TMD8混合床樹脂，Sigma，訂貨號M8157)室溫孵育5分鐘並振蕩去掉鹽分。通過離心和0.2μm篩(ultrafree-MC，amicon，訂貨號UFC3 0LG 25)過濾去掉溶液中的陰離子交換劑。
在真空濃縮器中冷凍和濃縮級分至凍幹。四次走樣的相應級分混合在總體積250μl的去離子水中。
為了測定不同低聚物的比例，用外切菊粉酶將單個的級分水解成葡萄糖和果糖。根據需要稀釋級分。100μl的級分溶液用0.25U的外切菊粉酶(Megazyme，訂貨號E-EXO1)在37℃消化3小時。在95℃孵育10分鐘終止反應。冷卻後，過濾溶液(ultrafree-MC，amicon，訂貨號UFC3 0LG 25)。150μl的濾液用離子交換色譜分級分離，其使用梯度2並帶有下列波形的檢測器 時間(秒) 電勢(V) 0.000.05 0.200.05 積分開始 0.400.05 積分結束 0.410.75 0.600.75 0.61-0.15 1.00-0.15 用6μM-30μM濃度範圍的葡萄糖和標準果糖溶液校準HPAEC-PAD系統。級分中釋放的葡萄糖和果糖的濃度在該校準的輔助下測定(單位μmol/l)。
為了計算在總菊粉中的DP3-DP10的寡聚物的百分比含量，用相應寡聚物釋放的總葡萄糖和果糖除以純化的朝鮮薊菊粉(2％強度溶液)的重量。
7.測定水含量 用AQUA 40.00 Karl-Fischer滴定器(analytikjena AG產)測定水含量。用Hydranal-Coulomat AG(

，訂貨號34836)作為陽極電解液。用水含量為15.61-15.71％的酒石酸二鈉二水合物(

，訂貨號32323)作為參比物。稱10-20mg樣品到5ml樣品瓶(N20-5DIN，Machery-Nagel，訂貨號702 04.36)中，瓶子用crimped cap(N20 TS/oA，Machery-Nagel，訂貨號702 815)封閉，用Karl-Fischer滴定器測定樣品的水含量。
8.製備菊粉糊劑 通過在30秒階段持續添加菊粉，用IKA RW16基本攪拌器(IKAWerke GmbH und Co.KG，79219 Staufen，Germany)在6-7檔驅動小攪拌器(三環、2cm寬、8.6cm長)將10.5g菊粉(乾物質)分散到150ml玻璃燒杯中的59.5ml水或pH4.0的檸檬酸鹽緩衝液中。然後，將懸浮液轉移到250ml的測量量筒(直徑35mm、高160mm)中，用Ultra-Turrax T25(T25基本型分散器)(IKA Werke GmbH und Co.KG，79219 Staufen，Germany)在24000轉/分剪切3分鐘。容器的內容物不冷卻。再將菊粉糊劑轉移到100ml玻璃燒杯中，蓋上玻璃蓋，儲存在13℃冰箱中過夜。在之後的每一步測量前，菊粉糊劑都先在室溫放置1小時。然後用長槳葉攪拌器(2葉攪拌槳葉在1cm厚的軸上；槳葉寬1.4cm、槳葉長5.9cm)，在IKA RW16基本型攪拌器(IKA Werke GmbH und Co.KG，79219 Staufen，Germany)100轉/分驅動下，攪拌5分鐘直到光滑。在此之後，立刻將糊劑轉移到各自的測量容器中。
9.測定菊粉糊劑的剪切穩定性 用Rotovisko VT550粘度計(以前為Thermo Haake GmbH，現在為Thermo Electron GmbH，63303 Dreieich產，Germany)在20-22℃測量溫度下，在測量杯(直徑42mm；高度93mm)中用轉速128轉/分的斜槳式攪拌器測量含水菊粉糊劑的剪切穩定性。出於該目的，在Rotovisko中攪拌菊粉糊劑15分鐘，並在攪拌周期的開始(曲線最高點)和結束時測量每種條件下的糊劑粘度。然後計算攪拌處理結束時的粘度(Visc2)與開始時的粘度(Visc1)間的關係，從而測定剪切穩定性 剪切穩定性[％]＝Visc2/Visc1＊100 10.確定菊粉糊劑的酸穩定性 製備在pH4的檸檬酸緩衝液中的菊粉糊劑用於測定酸穩定性。測定在酸性基質中的穩定性與測定剪切穩定性類似，即，在20-22℃的測量溫度下使用Rotovisko VT550粘度計，在測量杯(直徑42mm；高度93mm)中使用128轉/分轉速的斜槳式攪拌器。菊粉糊劑在Rotovisko中攪拌15分鐘，在攪拌周期的開始和結束時測量每種條件下的糊劑的粘度。然後計算攪拌處理結束時的粘度(Visc2)與開始時的粘度(Visc1)間的關係，從而測定酸穩定性 酸穩定性[％]＝Visc2/Visc1＊100 11.確定菊粉糊劑的熱穩定性 用DSR流變儀(以前為Bohlin Instruments GmbH，75181 Pforzheim，Germany；自10/2004後為Malvern Instruments GmbH，71083Herrenberg，Germany)按下列設定測定菊粉糊劑的熱穩定性 測量系統 錐(4°)/板 速率 0.1Hz 應變 0.001 初始壓力 0.6Pa 溫度範圍 30℃-90℃(1℃/分鐘) 將凝膠粘性小於2Pas時的溫度定義為菊粉糊劑的溶解溫度。
12.菊粉的差示掃描量熱法 稱每份3g的菊粉(乾物質)到50ml刻度的聚丙烯瓶中(30.0×115mm，Greiner產，訂貨號227261)。每份粉末加入18ml雙蒸水，振蕩。所有懸浮液都放在水浴(95℃)中振蕩若干次溶解。20分鐘後憑視力確定所有的懸浮液都已經完全溶解。然後，根據聚丙烯管的刻度將溶液補充到20ml形成15％強度溶液(w/v)。
然後，立刻將熱溶液全部放入Petri培養皿中(100×20mm，Greiner產，訂貨號664102)，在37℃開蓋乾燥2天。然後，將獲得的乾燥材料轉移到研缽中研磨2-3分鐘。然後在配有附加器的錘磨機中(Retsch的MM300)使該粉末成為均勻分布的顆粒，包括直徑20mm的鋼球以30赫茲的頻率研磨30秒。然後，將粉末轉移到可封閉的容器中用於DSC測量。
用自動的Karl-Fischer滴定器測定樣品的水含量(見常規方法7)。
對於DSC測量，稱約10mg菊粉乾物質到不鏽鋼盤中(體積50μl)，測定精確的重量，加入30μl蒸餾水。然後密封盤。用空的不鏽鋼盤作為參比。在有自動採樣器的DSC裝置中(Perkin Elmer；Diamond)從10-160℃加熱樣品，加熱速率為10℃/分鐘。用PYRIS7.0軟體程序進行數據分析(Perkin Elmer，63110 Rodgau-Jügesheim，Germany)。在本條件下，測定T0(起始)和自由焓dH。
13.測定粘度 90℃的菊粉溶液粘度對濃度 用相應體積的蒸餾水(重量每體積)補足菊粉量產生菊粉的水性懸浮液。在持續攪拌下得到的懸浮液在95℃水浴中加熱溶解。
用CVO 120HR Bohlin/Malvern流變儀進行測量，在椎板系統CP4°/40mm上使用等溫的(90℃)粘度測量模式。用10/秒的剪切速率作為預剪切60秒，加10秒馳豫時間。用剪切率模式的對數掃描類型步驟測量剪切。起始剪切率為20/秒，終剪切率為30/秒，上升波型為20秒持續時間和10秒積分時間。在20s-1的剪切率處採集數據。
14.測定凝膠強度和粘彈性性能 在Haake Rotovisco VT 550粘度計的測量杯MV中裝入70g 10-25重量％菊粉(蒸餾)水懸浮液。之後，置入槳葉攪拌器並設置成預加熱(90℃，溫套)裝置。然後，在128轉/分攪拌下加熱15分鐘。
15分鐘後，將其轉移到由底部和兩個彼此疊置並用膠帶(寬度19mm)固定的丙烯酸玻璃柱面環(每個20mm高，30mm直徑)組成的容器中。樣品在容器中裝到低於最高沿約5mm的水平，不留氣泡。然後，容器用鋁箔密封並置於室溫(23℃)過夜。
在室溫(23℃)儲存約20小時後，用Texture Analyser TA XT2測量凝膠的強度。為了在光滑的、沒有乾燥的表面測量凝膠強度，首先去掉將容器的兩個柱面環綁在一起的膠帶。然後用刀片沿著環之間切開凝膠，從而在凝膠的下部分呈現出光滑的表面。
用Texture Analyser TA XT2通過平面轉環(24.5mm直徑)穿透到凝膠中(深度1mm)測量凝膠強度。Texture Analyser的設置如下 測量原則 沿壓力的方向施力 前速度 2mm/秒 測試速度 2mm/秒 觸發值 0.01N 返回速度 2mm/秒 距離 1mm Calotte一次滲透的最大值用牛頓給出。
冷卻到25℃以後的粘彈性行為 根據在粘度測定(見前述)中已描述的方法製備不同濃度的水性菊粉溶液，然後冷卻。通過自動溫控將冷卻速率一直保持在1K每分鐘。到達25℃後立即開始頻率掃描。使用CVO 120HR Bohlin/Malvern流變儀的等溫(25℃)振動模式在椎板系統CP4°/40mm上進行測量。不施加預剪切力。用10秒持續時間的對數掃描類型步驟測量應力。在上升過程中，起始頻率為0.100Hz，終頻率為5,000Hz0/sec。應力從σ＝0.100Pa開始自動調整為γ＝0.010(假設形變)。
15.發酵研究 糞便樣品 參考下列淘汰標準挑選10名糞便樣品的捐贈人 ·在最近6個月內沒有用抗生素治療 ·除口服避孕藥外，未進行任何種類藥物的持續治療 ·在捐贈前一周沒有不適 ·在捐贈前一周沒有腹瀉症狀 ·沒有特殊的治療餐的營養 ·沒有出於減重目的特別選擇食物 在開始實驗前1小時內採集實驗用的糞便樣品。精確稱量4g糞便樣品，用N2/CO2(80/20，v/v)曝氣的Wilkins-Chalgren厭氧性(WCA)培養基1:10稀釋。為了均化，將樣品裝入StomacherTM Lab Blender袋內並用StomacherTM Lab Blender的最大速度處理。根據樣品稠度，所需時間在1-10分鐘內。
在無菌條件下將1ml稀釋和均化的糞便樣品分別接種到Hungate培養管中，並與預裝的培養基混合。管內含有9ml用N2/CO2(80/20，v/v)曝氣的WCA培養基，在加入稀釋的糞便樣品後，WCA培養基中有待評估的碳水化合物根據單體計算，其終濃度為10mM。以上述方法製備的培養物在37℃孵育24小時。在孵育開始前和下列分析24小時後分別取4ml的樣品。
樣品的預處理 從Hungate管中取出的樣品分別分裝到兩個2ml的反應管，在8000×g離心10分鐘。輕輕倒出上清液並冰凍在-20℃直到參數評估。沉降的細胞重懸浮在1.5ml 1×PBS中，用三個3mm玻璃珠強力混合，並在300×g離心1分鐘去掉粗顆粒。然後，1ml上清液混合3ml多聚甲醛溶液在4℃孵育3小時。然後，在8000×g離心1ml懸浮液3分鐘，沉澱與300μl的1×PBS混合併在加入300μl乙醇(純)後儲存在-20℃。
測定細胞滴度 根據Thiel和Blaut(Thiel，R.，Blaut，M.(2005)Microbiol.Meth.61，369-379)的規程進行分析用FISH顯微鏡測定的細胞滴度。
用於測定細胞數目的探針 用自動FISH顯微鏡的方法分析樣品中存在的細胞。為了測定總細胞數，使用探針混合物EUB-mix(EUB 338Amann等人，1990，Appl.Environ.Microbiol.56，1919-1925；EUB 785，EUB 1055和EUB 1088Lee等人，1993，Mar.Ecol.Prog.Ser.101，193-201；EUB 927Giovannoni等人，1988，J.Bacteriol.170，720-726)。由於預期的低細胞滴度，人工計數探針Lab158(Harmsen等人，1999 Microb.Ecol.Health Dis.113-12)測定的乳酸桿菌。
檢測H2-產物 使用配有HP-19091P-MS4分子篩-5A毛細管柱(膜厚度30m×0.32mm×12μm)和熱導率檢測儀的HP 6890系列II型氣相色譜檢測氫。載氣N2的流速為1ml/分鐘。柱爐溫度為40℃，檢測儀溫度為205℃。分流以1:10調整，注射體積為0.5ml。
測定果糖 用果聚糖分析試劑盒(Megazyme訂貨號K-FRUC)並根據提供的樣品容積調整後測定樣品的果糖含量。由於菊粉會轉變成果糖，所以果糖含量是對發酵樣品中菊粉殘質的測量。
16.食物製備 a)低脂沙拉調料 食譜 1)供應商(所有供應商的名字和產品的名字都是註冊商標)； 大豆油來自AC Humko 完整雞蛋和蛋黃(10％鹽)來自Sysco 醋(20％酸度)來自Fleischmann’s 全歐芹薄片和黑胡椒來自McCormick 山梨酸鉀來自ADM 鹽來自Morton 芥末粉來自French’s(82841) 砂糖來自C&H 大蒜粉和洋蔥粉來自ConAgra/Gilroy 黃原膠來自Kelco(Keltrol 521) 製備 1.山梨酸鉀溶於水。
2.在剪切下加入混合物B。
3.在剪切下先後加入醋和酪乳。
4.加蛋黃和完整的蛋。
5.在剪切下加入幹混合物A。
6.在剪切下緩慢加入油混合物。
7.低速或用手拌入歐芹。
8.保持在冷凍下。
b)白麵包 食譜 1)供應商(所有的供應商姓名和產品姓名都是註冊商標) 麵包用粉和軟質麵粉來自General Mills(Superlative #53521；Superlative #58431) 起酥油來自Loders Croaklaar(321) 砂糖來自C&H 轉化糖來自LSI(Nulomoline) 脫脂奶粉來自Kerry(I1532) 速發酵母來自Fleischmann’s(2139) 鹽(精製)來自Morton 蒸餾甘油單酯(Domodan PH 300K-A)、乳化劑(Panodan Datem 205K)和麵包酶(GrindamylMax-Life U4)來自Danisco 製備 1.將除了鹽以外的所有乾物質都稱到KitchenAid碗中。
2.加入轉化糖、起酥油和水，在「攪拌」速度下混合1分鐘。
3.加入鹽，在「攪拌」速度下繼續混合1分鐘，在「1」速度下混合6分鐘。
4.在加蓋的碗中29℃醒發成形一個半小時。
5.用拳擊打麵團，麵包成形並放入塗了油的麵包盤中。
6.醒發成形約一個半小時直到體積加倍。
7.在200℃對流烤箱中烘烤30分鐘直到呈輕微的金色，內部溫度為96℃-100℃。
8.在烘烤中旋轉盤子一次。
9.在架上冷卻5分鐘，去掉麵包盤並冷卻到室溫。
實施例1源自朝鮮薊根的菊粉的特徵 1.栽培朝鮮薊植物 朝鮮薊植物Nun9444(也稱為N9444)的變種生長在西班牙Valencia的鄰近地區。六月將種子播種在網狀植物溫室(mesh plant house)的104凹口苗木箱(8×13孔，4×4cm)中。植物在苗木箱中栽培六周。在八月初以10000株/公頃的密度種植到田中。在第二年的七月收穫整株植物。根與地上部分分離，用手在水中(在壓力下)洗去附著的泥土。根部在固定物上遮光乾燥3天。然後從西班牙運輸到德國，未製冷。在提取菊粉前根部儲存在-80℃。
2.從朝鮮薊的根部製備菊粉 關於菊粉製備，在室溫下解凍朝鮮薊Madrigal(前述Nun 9444)變種的根部並切片。按照在前述「菊粉純化和分級分離」方法中的描述提取和純化菊粉。來自多數標本的純化菊粉組合成為樣品。
3.測定製備的菊粉的純度 通過測定凍乾材料的果聚糖和水含量測定製備的朝鮮薊菊粉的純度。測定朝鮮薊的水含量為5.4％(見「測定水含量」的方法)。
為了確定果聚糖/菊粉含量，在2ml雙蒸水中孵育20mg的朝鮮薊菊粉，用加熱塊在95℃振蕩1小時。果聚糖/菊粉含量(1)用「果聚糖分析規程」試劑盒(見方法2.1)和(2)用外切菊粉酶水解菊粉然後酶促測定所釋放的葡萄糖和果糖的含量(見方法2.2)來測定。(1)的樣品用雙蒸水1:5稀釋。根據果聚糖含量和水含量測定基於乾物質(DM)的純度。純度＝果聚糖含量×100/(100-水含量)。
從表1可見，根據測定方法，製備的朝鮮薊菊粉的純度的平均程度是乾物質(DM)的92.5％或99.1％。
表1測定所製備朝鮮薊菊粉的純度
4.用GPC-RI-MALLS測定分子量 用純化的朝鮮薊菊粉、購買的Raftiline HP參比樣品(Orafti產，批次HPBNO3DNO3)和大麗花塊莖菊粉(Sigma產，訂貨號I-3754，batch022K7045或75H7065)製備0.5％(w/v)水溶液，並用凝膠滲透色譜測定菊粉的摩爾質量分布(見方法4)。圖1中描述了該分布，表2中編輯了從中計算的摩爾質量(脫水果糖＝162g/mol)和平均鏈長度。
用GPC-RI-MALIS系統分析分子量分布得到朝鮮薊菊粉的重均摩爾質量Mw為9045g/mol和數均摩爾質量Mn為7797g/mol。對應的平均鏈長度是DPw56和DPn48。純化的朝鮮薊菊粉的平均鏈長度顯著長於RaftilineHP(DPw＝25，DPn＝23)和大麗花菊粉(DPw＝29，DPn＝26)。這也反映在朝鮮薊菊粉的最小和最大摩爾質量顯著更大。
表2不同菊粉的摩爾質量分布 4a.用全氯乙酸(PCA)水解測定分子量 表2a 1.測量4.5％菊粉終濃度，0.5％TCA終濃度，24小時，56℃ 2.測量2.5％菊粉終濃度，9％TCA終濃度，4小時，37℃ 5.葡萄糖、果糖和蔗糖的測定結果 為了確定純化的朝鮮薊菊粉中的葡萄糖、果糖和蔗糖的比例，製備1％和2％強度水性菊粉溶液，在95℃孵育1小時。按照方法3中(「糖測定」)的描述光度學測定糖。
從表3中可見，在純化的朝鮮薊菊粉中可檢測到的果糖含量僅為0.1％。在上述條件下用光度學的檢測方法檢測不到葡萄糖和蔗糖。
表3在純化的朝鮮薊菊粉中葡萄糖、果糖和蔗糖的含量 6.用HPAEC-PAD測定總菊粉中鏈長度在DP＝3到DP＝10之間的寡果聚糖的含量百分比 為了計算總菊粉中鏈長在DP＝3到DP＝10的寡果聚糖的百分比含量，製備所純化朝鮮薊菊粉的2％(w/v)水性溶液，並用HPAEC-PAD(方法5)分級分離，用方法6計算寡果聚糖的比例。所得到的值如下 實施例2菊粉糊劑的特徵描述 1.測定菊粉糊劑的穩定性 對菊粉糊劑的穩定性的分析(規程見方法)表明朝鮮薊菊粉的穩定性行為與來自菊苣(Raftiline HP)和大麗花的菊粉相比有顯著的改變(見表4)。在本文使用的剪切率下，朝鮮薊菊粉表現出最高的穩定性，超過初始值的90％。對菊粉糊劑在酸性介質中的粘度穩定性(酸穩定性)的分析還表明，在儲藏2周後與24小時後的初始值相比朝鮮薊菊粉表現出最小的改變，粘度僅增加6.7％。相反，大麗花菊粉糊劑的粘度在酸性介質中增加超過15％，而Raftiline HP則超過32％。這種後稠化是食品部門的許多應用中不需要的。朝鮮薊菊粉糊劑的熔化溫度是73℃，顯著高於參比物質，即RaftlineHP(Orafti產，批次HPBNO3DNO3)的62.3℃和大麗花菊粉(Sigma產，訂貨號I-3754，批次75H7065)的65.5℃。在食品部門的許多熱處理中菊粉糊劑的高的熱穩定性是非常大的優勢。
表4 2.對菊粉的差異掃描量熱研究 菊粉的差異掃描量熱分析(規程見方法)表明了不同材料之間熔化行為的清晰的差異(見表5)。雖然所有的菊粉樣品的Tonset(To)都非常相似，其熔化焓的差異卻非常大。朝鮮薊菊粉大於30J/g，Raftiline HP僅為21.3J/g，大麗花菊粉為22.9J/g。此外，朝鮮薊菊粉的熔化曲線形狀與另外兩種菊粉的明顯不同(見圖2)。朝鮮薊菊粉的熔化曲線比其他兩種菊粉在起始處的過程更淺，但是隨後比Raftiline HP或大麗花菊粉上升得更高(圖2)。在食品部門的某些熱處理中，朝鮮薊菊粉該增加的熱穩定性是重要的優勢，因為朝鮮薊菊粉比Raftiline HP或大麗花菊粉對高溫顯著的更不敏感。
表5 實施例3粘度、凝膠化行為、溶解度 a)粘度 表6比較作為濃度的函數的菊苣和朝鮮薊菊粉在水中的動力學粘度(T＝90℃)
從上表可見，濃度達到22.5％，兩種菊粉在90℃都表現出非常低的粘度(水＝1mPas)。當濃度達到25％(w/v)時發明的菊粉開始變得粘稠，同時Raftiline HP在30％仍然與水非常類似。在30％時，發明的菊粉表現出意料之外的高粘度。
b)凝膠化行為 對熱增溶後菊粉的凝膠化行為進行兩種類型的分析。菊粉是在表2和實施例2中描述的那些。首先，將不同濃度的朝鮮薊菊粉(本發明的)、Raftiline HP和大麗花菊粉加熱到90℃，然後在室溫冷卻20小時。形成的凝膠表現出顆粒類型特徵(「顆粒凝膠」)。用質地分析定量凝膠強度，值列在下表中。在給定的20％(w/v)濃度下，朝鮮薊菊粉產生的凝膠非常強韌，而沒有觀察到Raftiline HP形成凝膠，對於大麗花菊粉僅獲得布丁樣的稠度。
表7熱溶解菊粉的凝膠的強度
用動力學流變儀對凝膠形成和穩定性進行更細化的特徵描述。不同濃度(w/v)的Raftiline HP和本發明的朝鮮薊菊粉(DPw＝56)在90℃可溶於水，並且以1℃/分鐘的速度冷卻到25℃。
表8

上表中的結果表明在20％到22.5％，Raftiline HP沒有表現出凝膠化行為(「G」>G；粘度模量>彈性模量)。相反，在相同濃度本發明的朝鮮薊菊粉已經形成了非常堅固的凝膠。
c)溶解度 在另一個試驗中，在98℃製備Raftiline、大麗花菊粉和朝鮮薊菊粉的20％(w/v)溶液，然後儲藏在冰箱中。然後定量仍然在溶液中的菊粉的量。使用的菊粉是表2和實施例2中描述的菊粉。
表9不同菊粉的溶解度 如上表所示，顯然Raftiline溶解得最好，其次是大麗花菊粉，而朝鮮薊菊粉僅溶解了很少的量。
上述觀察提示了在中等(低於60℃)的或較低的溫度下，與其他可以商業購買的菊粉相比，可以在不影響粘度的條件下，向食品中(例如飲料、調味品)摻入更大量的朝鮮薊菊粉。這對於食品應用是很大的優點。
實施例4發酵研究 a)發酵速率 用產生的H2氣的產量指示與不含菊粉的對照相比人的糞便細菌對DP58的朝鮮薊菊粉(批次A和B)和Raftilin HP的發酵。
下表顯示了在發酵24小時後菊粉含量(殘留菊粉+標準誤)佔初始使用的菊粉數量的百分比(獨立發酵製備每種物質的平均值，n＝10)。
表10 ＊與Raftiline HP相比的差異顯著性(成對點樣品的T檢驗) 表中顯示了發酵24小時後發明的樣品(朝鮮薊菊粉，平均DPw 58)比Raftiline HP樣品中存在更多的殘留菊粉。因此糞便細菌發酵DP 58的朝鮮薊菊粉的速度慢於商業的Raftiline HP。與商業化菊粉相比，發酵更慢的長鏈菊粉，如本發明的菊粉，可以預期在結腸的更遠端發揮代謝和益生效應。在遠端結腸的發酵作用是有益的，因為許多腸道疾病(例如潰瘍性結腸炎、憩室疾病)都主要分布在此。
b)益生效應 下表顯示了根據空白樣品(不含菊粉)的百分比校正的，24小時後由於發酵作用導致的乳酸桿菌(Lab)數量的增加，和發酵24小時後乳酸桿菌和真細菌(Eub)的比例(每種底物獨立發酵製備的平均值，n＝10)。
表11 與Raftiline HP相比，發明的朝鮮薊菊粉會刺激乳酸桿菌的數量達到更高的水平。如果考慮到乳酸桿菌/真細菌的比例，在刺激乳酸桿菌的方面，朝鮮薊菊粉比Raftiline HP的優勢效應變得更加明確。該值更適於表達對需要的乳酸桿菌的特定刺激效應。
實施例5食品應用 a)低脂沙拉調料 表12

造粘 根據上表中顯示的，使用本發明的菊粉的調料比對照略微粘稠，但仍然是光滑且可傾倒的。比使用相比實例的菊粉的調料在視覺稠度上表現更好，形成光滑的濃厚可傾倒的典型Ranch調料。使用Cargill Oliggo-FiberTMLC/HT菊粉的調料在稠度上最接近本發明的菊粉和對照，但稠度略微稀薄。Orafti

HP則表現出粘稠得多的稠度，與奶油乾酪更類似，而使用Cargill Oliggo-FiberTMF-97的調料比對照更稀薄，並且在過夜儲存後分離。
脂肪替代的乳化作用 使用本發明的菊粉的調料與Cargill Oliggo-FiberTMLC/HT和Orafti

HP相比，在乳化作用能力方面相似，而比使用CargillOliggo-FiberTMF-97的調料更佳，後者在過夜儲存後分離。
b)白麵包 表13

本發明的菊粉比對照和所競爭菊粉結合更多的水並形成更緊密的麵團。因此，由發明的菊粉產生的麵團具有更高的結合能力，產生更緊密和更堅固的麵團，形成更均等的麵包屑。
使用發明的菊粉的麵團可以烘焙出比對照更好的高度和顏色。CargillOliggo-FiberTMLC/HT的麵團和麵包與對照相似。Orafti

HP的麵團與對照相似，但烘焙的麵包具有更粗糙但更均等的麵包屑。CargillOliggo-FiberTMF-97不具有足夠的結合性質，導致麵團不能良好的發起或烘焙。
本發明的菊粉產生最均等的麵包屑外觀和更緊密的質地。對照和Cargill Oliggo-FiberTMLC/HT具有不均等的麵包屑外觀，Orafti

HP的麵團具有更粗糙的麵包屑外表，而Cargill Oliggo-FiberTMF-97具有更脆的麵包屑外觀。
結果本發明的菊粉比所競爭的菊粉在外觀和麵包屑產生上是更優選的。
權利要求
1.具有平均聚合度DPw 在54和61之間的菊粉。
2.權利要求1的菊粉，其具有的平均聚合度DPw在55和60之間。
3.權利要求1的菊粉，其具有的平均聚合度DPw在56和57之間。
4.權利要求1-3中任一項的菊粉，其中葡萄糖含量低於2％。
5.權利要求4的菊粉，其中葡萄糖含量低於1％。
6.權利要求1-5中任一項的菊粉，其中果糖含量低於2.5％。
7.權利要求6的菊粉，其中果糖含量低於1.5％。
8.權利要求1-7中任一項的菊粉，其中DP為3-10的果寡糖的含量低於3％。
9.權利要求1-8中任一項的菊粉，其中DP為3-10的果寡糖的含量低於1.5％。
10.權利要求1-8中任一項的菊粉，其中DP為3-10的果寡糖的含量低於0.7％。
11.根據權利要求1-10中任一項的菊粉，其特徵為菊粉水性糊劑在pH4和室溫下儲存2周後，與粘度的初始值相比，粘度的增加低於10％。
12.根據權利要求1-10中任一項的菊粉，其特徵為在剪切率為20s-1下，90℃的水中濃度30％w/v的菊粉粘度為300-1000mPas。
13.包含根據權利要求1-12任一菊粉的食品。
14.根據權利要求13的食品，選自乳品、酸奶、冰淇淋、基於乳品的思慕、鮮奶油、布丁、奶昔、蛋奶糕、奶酪、營養棒、能量棒、早餐棒、蜜餞、烤麵包、薄脆餅乾、曲奇餅乾、餅乾、穀物片、什錦乾果、冰茶衝劑、果汁思慕、體重控制飲料、即飲型飲料、運動飲料、耐力飲料、補充粉混合飲料、嬰幼兒配方食品、高鈣橙汁、麵包、牛角麵包、穀類食品、麵食製品、麵包塗抹料、無糖糖果和巧克力、鈣糖嚼片、肉製品、蛋黃醬、沙拉調料、果仁奶油、冷凍主菜、調味汁、湯和即食餐。
15.根據權利要求13或14的食品，其特徵為擠壓產品。
16.包含根據權利要求1-12中任一項的菊粉的膳食補充劑。
17.包含根據權利要求1-12中任一項的菊粉的化妝製品。
18.根據權利要求1-12中任一項的菊粉作為食品添加劑的用途。
19.根據權利要求1-12中任一項的菊粉作為化妝製品中的添加劑的用途。
全文摘要
本發明涉及具有平均聚合度DPw在54和61之間的菊粉及其從朝鮮薊根部的製備，其在食品和化妝製品中的用途，和包含長鏈菊粉的食品和化妝製品。
文檔編號A23L1/09GK101429253SQ200810173910
公開日2009年5月13日 申請日期2006年4月12日 優先權日2005年4月15日
發明者E·赫爾維吉, R·佩特斯, J·彼林 申請人:拜爾作物科學股份公司