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菊芋的研究现状
学 院
化工学院
班 级 2011级制药工程2班
姓 名 高永好
学 号 ********** 2
目录
前言
1.菊芋植物
1.1概况
1.2成分研究
1.3 形态特征
1.4生态特性
1.5国内分布
1.6栽培技术
2．菊芋价值
2.1价值概述
2.2提取菊糖
2.2.1菊糖概况
2.3提取绿原酸
3.研究进展
4 以菊芋为原料生产液体燃料的相关研究进展
4． 1 菊芋生产乙醇的工艺
前言
菊芋（Helianthus tuberosus）又名洋姜，是一种菊科向日葵属宿根性草本植物。原产北美洲，十七世纪传入欧洲，后传入中国。秋季开3 花，长有黄色的小盘花，形如菊，生产上一般用块茎繁殖，其地下块茎富含淀粉、菊糖等果糖多聚物，可以食用，煮食或熬粥，腌制咸菜，晒制菊芋干，或作制取淀粉和酒精原料。地上茎也可加工作饲料。其块茎或茎叶入药具有利水除湿，清热凉血，益胃和中之功效。
宅舍附近种植兼有美化作用。洋姜被联合国粮农组织官员称为“21世纪人畜共用作物”。
1.菊芋植物
1.1菊芋概况
菊芋(Jerusalemartichoke),俗名洋姜,鬼子姜,地环,姜不辣,菊科,向日葵属,多年生草本植物"菊芋原产北美,经欧洲传入中国"菊芋作为一种可再生资源,地理分布广泛,在全球的热带、温带、寒带以及干旱、半干旱地区都有分布和栽培,对土壤的适应性较强,能从难溶的硅酸盐土层中吸收养分,即使在盐碱地上也能生长良好,并且一年种植后可每年收获,可以连收4-5年。菊芋地下块茎产量一般为2-3吨/亩,地上茎叶产量也可达2吨/亩。
图1菊芋的花和块茎 1.2成分研究 4
菊芋粉主要成分为菊糖、粗纤维及丰富的矿物质。据报道：鲜菊芋块
茎中大约含巧15%-20%菊糖,约占菊芋干重的70%,且其中70%-80%是低聚果糖,水分79.8%,蛋白质1.0%,灰分2.8%,粗纤维16.6%及一定的维生素。
1.3形态学特征
茎直立,株高2-3米"其块茎呈不规则球形或纺锤形,皮红、黄或白色,质地白嫩细脆且无异味"外形似向日葵,叶长卵形,绿色,先端尖,互生,茎扁圆形,有不规则突起"头状花序,管状花黄色,适宜观赏,果实为楔形瘦果,有毛。
1.4生态特性
耐寒抗旱，块茎在-30℃的冻土层中可安全越冬。早春幼苗能忍受轻霜，秋季成叶能忍受短期-4～-5℃。温带18～22℃，光照12小时，有利于块茎形成。耐瘠薄，对土壤要求不严，除酸性土壤，沼泽和盐碱地带不宜种植外，一些不宜种植其他作物的土地，如废墟、宅边、路旁都可生长。具有以下优点：
1、抗逆性强：在年积温2000℃以上，年降水150毫米以上，-40℃至-50℃的高寒沙荒地只要块茎不裸露均能生长。
2、抗旱抗风沙：菊芋块茎在沙下30厘米内均可利用本身的养分、水分及强大的根须正常萌发；块茎、根系储存水分能力强，待干旱期维持生长所需；随着根茎发达，起到固沙作用。
3、再生性极强：一次种植可永续繁衍。大旱时，地上茎叶全部枯死，5
但一旦有水，地下茎又重新萌发；每一复生块茎，都分蘖发芽，年增殖速度可达20倍。菊芋籽落地扎根，四处繁衍；
4、无病虫害：在生长期内，无须施肥、打药、除草、管理。一旦形成连片，人、畜都很难破坏其繁衍发展。
1.5国内分布
中国北方地区3月份地温开始回升，冬眠的块茎逐渐由冰冻状态复苏过来。当地温达到10℃时开始发芽，4月初叶片露出地面并开始生长，期间晚霜对其毫无影响和损害。正常情况下，8月末至9月初菊芋茎高2m左右开始开花。花为纯黄色，无香味也无异味，花瓣13枚。由于品种不同，叶片的颜色、宽窄也有不同，虽花色相同，但花瓣的宽窄各异。由媒介传粉可结出种子，与此同时地下茎开始结果。早熟品种10月中旬地上茎自然死亡即告成熟，晚熟品种要到冰冻期地上茎死亡后成熟。菊芋的产量（地下块茎）与地上茎的粗细、高矮以及土壤的养分、水分密切相关。如果太过干旱，地上茎很细矮，不开花，或即使开花也不很规则，花片少，地下茎小、产量低，但绝不会旱死。冰冻期地下茎结冰进入冬眠。
1.6栽培技术
1.6.1播种
① 整地施基肥：秋季采收后整地，亩施土杂粪肥5000kg，70%撒施，30%播种时集中沟施；另施硫酸钾15kg，深耕30cm，耕后整平作畦以备播种。
② 播种：春季解冻后，选择20～25g重的块茎播种，亩需块茎6
种子50kg，株行距0.5×0.5m，播种深度10～20cm，播后30天左右出苗。菊芋一年播种，收获后有块茎残存土中，翌年可不再播种，但为了植株分布均匀，过密的地方要疏苗，缺株的地方要补栽。
1.6.2田间管理
① 中耕培土：春天出苗后或雨后要及时除草，并结合中耕进行培土。
② 浇水：菊芋的苗期、拔节期、现蕾期和块茎膨大期是浇水的4个关键时期，一般可在4月中旬浇出苗水，5月下旬浇拔节水，8月中旬浇现蕾水，10月中旬浇块茎膨大水。
③ 追肥：在施足基肥的基础上，菊芋的生长期需追施两次肥：第一次在5月下旬前后，每亩追施尿素10kg，促使幼苗健壮多发新枝；第二次在现蕾初期，每亩追施硫酸钾15kg，追后浇水。
④ 摘蕾：在块茎膨大期要摘花摘蕾，以促使块茎膨大。
2.植物价值
2.1经济价值
2.1.1食用加工
菊芋块茎含有丰富的菊糖、氨基酸、B族维生素和多种矿物质,可作为蔬菜、泡菜和酱菜,亦可提取果糖!酒精等"
2.1.2药用价值
菊芋块茎性味甘凉,入肺!大肠经,无毒,可清热凉血解毒!利湿消肿!和中益胃、抗菌消炎及降压,用于热病、肠热泄痢、淋症、便血及糖尿病的辅助治疗"研究发现:菊芋既能降低糖尿病患者血糖,又可升高7
低血糖病人血糖,对血糖具有双向调节作用。另外,民间用其治褐色斑疹，疗效显著"
2.1.3农业用途
菊芋茎秆可用作牲畜饲料;它特有的花香利于蜜蜂繁殖;从其叶分离出的菊芋精能抑制植物生长素引起的燕麦弯曲,有诱导植物发生不定根的作用
2.1.4生态价值
菊芋适应性和繁殖能力强,产量高,耐寒、耐旱、耐贫痔,可防风固沙，保持水土,改良土壤,维护生态平衡,是很好的防沙治沙植物"菊芋以其菊糖含量高、生态特性强且成本低而被国家科技部评为加工菊糖及其制品的首选原料
2.2提取菊糖
2.2.1菊糖概述
菊糖( Inulin) , 又名菊粉、土木香粉, 是由 D- 果糖经 β(1→2)糖苷键连接而成的链状多糖, 末端常含有一个葡萄糖基。菊粉的分子式表示为 GFn, 其中 G 代表终端葡萄糖单位, F 代表果糖分子, n
代表果糖的数。菊粉的聚合度为 2~60, 平均分子量在 5 500 左右。菊糖是水溶性很好的膳食纤维, 可作为功能性配料和双歧杆菌增殖因子, 广泛应用于功能性食品、药品和保健品的制造。
2.2.2菊糖生物活性
菊糖是目前发现的少有的几种可溶性膳食纤维,是体内双歧杆菌和乳酸菌增殖因子, 加之具有低热量、非胰岛素依赖性和非龋齿性等特点, 8
被广泛应用在乳制品、面包、糖果、饮料和调味品等食品领域, 作为优质的膳食纤维源和脂肪替代物。有关菊芋菊糖的性质以及在食品工业应用的综述文章很多, 在此不再赘述。近年一些研究表明, 菊糖在促进矿物质的吸收、降血脂和预防肠道癌变方面也有重要的生物活性。菊糖在肠道菌群的发酵过程中产生短链脂肪酸( short chain fatty
acids, SCFA) , 如乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等, 使得肠道 pH 值降低 1~2 个单位, 可以促进钙、镁等矿物质通过上皮细胞吸收, 提高骨骼中矿物质的密度, 起到预防和治疗骨质疏松的作用。Charles 研究了菊糖在鼠体内对锌、铜的吸收的影响, 发现菊粉的摄入可以显著增加机体对锌和铜的吸收。
作为一种膳食纤维, 菊糖可以与体内脂肪形成脂肪- 纤维复合物并随粪便排除, 有利于降低血脂。菊糖发酵后可使体内丙酸盐比例提高,
丙酸盐通常被认为是肝脏中胆固醇生物合成反应的抑制剂, 因而菊糖亦有降低体内胆固醇水平的作用。菊糖能够增加肠道蠕动, 提高排便质量。补充菊糖可以增加便秘患者的排便频率, 加速体内有毒代谢产物和致癌因子的排泄, 从而使癌症发生的几率减少, 增强机体免疫力。一些研究还发现, 菊糖发酵产生的丁酸可促进肠上皮增生, 保持全肠道及结肠的黏膜完整, 修复损伤上皮 DNA, 抑制多种肿瘤细胞生长, 同时丁酸钠还能通过多种途径诱导早期结肠癌细胞凋亡。
2.2.3菊芋提取菊糖
2.2.3.1菊芋的预处理
我国菊芋大多在每年 11 月集中收获, 由于极易发生霉变和褐变, 9
应及时进行提取。除鲜芋外, 冻藏芋和干制芋是保证菊芋原料全年供应的重要方式。鲁海波发现, 在 1 ℃贮藏菊芋块茎是长期保存菊芋块茎的理想温度条件, 新鲜菊芋块茎经清洗和整理后装入聚乙烯袋中, 在此温度下贮藏, 可保存 9 个月。菊芋块茎的表皮细胞中含有丰富的色素和多酚氧化酶( Polyphenoloxi-dase, 简称 PPO) , 对新鲜菊芋进行预处理制备菊芋干片, 主要是钝化菊芋中的多酚氧化酶的活性。胡秀沂等用热水烫漂的方法钝化菊芋中 PPO 的活性, 采用均匀设计实验分别考察了烫漂温度、烫漂时间、干制温度、干制时间等对 PPO 酶活保存率和菊芋干片成品复水色泽的影响, 得到了烫漂温度 100 ℃、烫漂时间 10 min、干制温度 50 ℃、干制时间 7h 的最佳预处理条件。
易华西等研究发现, 分别以鲜芋、冻藏芋和芋片提取菊糖时, 提取液的色泽以及总糖和菊糖的浸提率存在明显差异。3 种菊芋原料中, 以冻藏芋浸提液的色泽较浅, 总糖和菊糖的浸提率最高, 因此工业生产中, 在有条件的情况下, 可将鲜芋进行快速冻结保存, 使用时再进行热烫灭酶再行破碎处理的工艺。
2.2.3.2 菊芋菊糖的提取
菊糖微溶于冷水, 易溶于热水, 可通过热水浸提法提取。胡蝶等对浸提法提取菊糖的工艺条件进行了初步考察, 得到最佳工艺条件为:
取鲜菊芋用 2.5 %Na2SO3溶液护色 30 min, 然后在 100 ℃下浸提
45 min。胡娟等选择提取温度、提取时间、料液比、提取次数进行单因素实验, 确定条件范围, 再采用正交实验优化提取条件, 得到菊