魔芋葡甘聚糖理化性質(zhì)及應(yīng)用前景

張 穎

（武漢產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，湖北武漢 430040）

魔芋，是一種多年生草本植物。魔芋的塊莖大部分呈扁球狀，由于魔芋生長年限和品種不同，塊莖有大有小，一般在3～5年內(nèi)可以收獲。魔芋植株高40～70 cm，喜陰，葉柄粗，花紫色，有特殊氣味，不能生吃。我國魔芋廣泛分布在東南山地、云貴高原、四川盆周山地等濕潤季風氣候區(qū)域。我國魔芋品種有26種，我國的特有品種有14種，花魔芋和白魔芋是我國目前栽培最多、分布最廣的品種，具有很高的研究價值[1]。魔芋的主要成分有水分、葡甘聚糖、淀粉、纖維素與半纖維素、蛋白質(zhì)、氨基酸、生物堿以及20多種無機成分[2]。其中，葡甘聚糖在魔芋中的含量很高，高達50%～60%。

魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan，KGM）是一種非離子型水溶性高分子多糖，分子式為（C6H10O5）n，由d-甘露糖和d-葡萄糖通過β-（1,4）糖苷鍵連接，以摩爾比為1.6∶1或1.4∶1與乙?；M成[3]。乙?；瞧细示厶欠肿咏Y(jié)構(gòu)的特殊存在，它不僅影響葡甘聚糖的親水性，還影響葡甘聚糖的膠凝性質(zhì)。在堿性條件下，去除乙?；?，可促進葡甘聚糖形成不可逆凝膠[4]。測定葡甘聚糖含量的主要方法有苯酚比色法、氣相色譜斐林滴定法和3,5-二硝基水楊酸比色法等[5]。其中，3,5-二硝基水楊酸比色法相對簡單、成本低，是葡甘聚糖含量測定的理想方法。葡甘聚糖被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)[6]，以及化妝品、化學(xué)合成等領(lǐng)域[7]。

總的來說，我國魔芋資源豐富，魔芋中的葡甘聚糖極具開發(fā)利用價值，深入研究葡甘聚糖的理化性質(zhì)對實際應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。為全面了解葡甘聚糖，本文對魔芋葡甘聚糖的理化性質(zhì)以及應(yīng)用前景進行綜述。

1 理化性質(zhì)

1.1 水溶性和保水性

魔芋葡甘聚糖分子中含有大量的羰基、羥基等親水基團，可以通過分子偶極、氫鍵、誘導(dǎo)偶極、瞬時偶極等作用力與大量的水分結(jié)合，形成巨大分子并且難以自由移動。魔芋葡甘聚糖溶液為非牛頓流體溶膠，保水量是其自身重量的幾十倍甚至上百倍。但是，在將葡甘聚糖溶于水的過程中，由于水分子的擴散遷移速率遠大于葡甘聚糖分子的擴散遷移速率[8]，葡甘聚糖顆粒膨脹，顆粒容易相互黏結(jié)成塊狀。如果不加熱，在一定時間內(nèi)水溶性較差[9]。

1.2 增稠性

魔芋葡甘聚糖由于分子量大，與水的結(jié)合能力強，在水溶液中具有很高的粘度。1%的魔芋精粉粘度可以達到每秒幾十到幾百帕斯卡，具有良好的增稠效果。研究表明，在相同濃度下葡甘聚糖溶膠的粘度遠高于阿拉伯膠、卡拉膠、黃原膠等增稠劑[10]。葡甘聚糖沒有電荷，是一種非離子多糖，在食物體系中受鹽的影響較小。此外，葡甘聚糖與其他增稠劑混合時，表現(xiàn)出良好的協(xié)同增稠效果[11]。因此，在食品中應(yīng)用葡甘聚糖可以減少增稠劑的使用量，節(jié)約生產(chǎn)成本。

1.3 凝膠性

葡甘聚糖溶液可以在剪切作用下變稀，降低粘度[12]，具有一定的流動性，靜止后，流動性變小，形成凝膠。葡甘聚糖在不同的條件下可以形成熱穩(wěn)定（熱不可逆）凝膠和熱不穩(wěn)定（熱可逆）凝膠[13]。葡甘聚糖與卡拉膠、黃原膠等具有較強的凝膠協(xié)同作用；與卡拉膠混合時，葡甘聚糖比例越大，凝膠韌性越強；相反，凝膠越脆。魔芋葡甘聚糖在上述條件下形成的是熱可逆的凝膠。但在堿性條件下加熱，凝膠則是熱不可逆的。如在NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3等存在時，在加熱的環(huán)境中，葡甘聚糖上的乙?；鶊F會脫落，形成穩(wěn)定的凝膠狀態(tài)，即使在100 ℃循環(huán)加熱的條件下，其凝膠強度也基本不變[14-15]。

1.4 成膜性

葡甘聚糖溶膠可以在堿性環(huán)境下加熱脫水，然后經(jīng)過適當處理，形成具有良好成膜性能的食用膜材料[16]。該膜在冷水、熱水和酸性溶液中穩(wěn)定，可在食品工業(yè)中制作食品調(diào)味品和食品工業(yè)中的包裝材料以及用于果蔬涂膜保鮮。在醫(yī)藥方面，可經(jīng)過適當改性后，作為微膠囊用于藥物的靶向輸送[17]。此外，加入保濕劑可以改變膜的機械性能。隨著保濕劑用量的增加，膜的強度減小，柔軟度增大。加入親水性物質(zhì)可提高膜的通透性；加入疏水物質(zhì)會降低膜的透水性。

1.5 衍生性

由于葡甘聚糖具有獨特的主體長鏈結(jié)構(gòu)，其主鏈和支鏈上有許多羥基和可置換的活性基團。為了有效提高原有的穩(wěn)定性和黏度，改善懸浮性或成膜性，提高其溶解度，可采用不同的化學(xué)方法進行各種酯化、醚化、甲基化等衍生物反應(yīng)和水解反應(yīng)。葡甘聚糖?；男岳闷浞肿渔溕系牧u基在一定條件下與?；兼湥ㄌ荚訑?shù)為2～12）反應(yīng)生成新的?；a(chǎn)物，是一種酯化改性[18]。?；男院笃细示厶鞘菬崴苄缘模錈嵝阅芎土W(xué)性可以通過?；Y(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)。

2 葡甘聚糖的應(yīng)用前景

2.1 葡甘聚糖在食品加工中的應(yīng)用

在食品加工方面，魔芋葡甘聚糖有凝膠增效作用[19]。研究人員在面條、饅頭等這類傳統(tǒng)食品中加入葡甘聚糖，既保留了傳統(tǒng)的風味，又使其具有保健功能。同時，果凍、布丁和可吸凍等[20]凝膠食品都可用魔芋葡甘聚糖作為基料。在保健食品方面，葡甘聚糖營養(yǎng)價值高，不提供熱能，被稱為保健食品。其具有調(diào)節(jié)膽固醇代謝、減肥、便秘、糖尿病等作用，對動脈硬化、膽結(jié)石、肥胖癥等有顯著療效。魔芋葡甘聚糖可制成酸奶、軟糖、冰淇淋輔料、罐頭和仿生食品[21]等。近年來，通過科學(xué)家們的研究，已經(jīng)成功研制出純度在90%以上的魔芋葡甘聚糖微粉、魔芋掛面和魔芋果凍等，在市場上廣受各方好評，引起了人們的注意。

2.2 葡甘聚糖在工業(yè)中的應(yīng)用

葡甘聚糖具有成膜性的理化性質(zhì)，在光滑的表面上倒入1%的魔芋精粉溶膠，經(jīng)過空氣干燥，即可得到柔軟的膜。在環(huán)保領(lǐng)域，人們主要利用其成膜性能制作保鮮膜和可降解膜，替代原有的包裝材料；利用其黏結(jié)性和生物降解性生產(chǎn)廢水處理劑等。魔芋葡甘聚糖可用作黏合劑，棉紗的漿料，糊料后處理的柔軟劑和絲綢透印的印染，各種護發(fā)素、化妝品、護膚品的基質(zhì)，建筑涂料，建筑混凝劑，工業(yè)廢水的凈化劑，重金屬離子的快速絮凝劑，可降解塑料、陶瓷的黏合劑，制作微膠囊，造紙及作為固定化酶的載體等[22]。

2.3 葡甘聚糖在藥品中的應(yīng)用

葡甘聚糖是一種低熱量的化學(xué)物質(zhì)，不會被腸道中的消化酶消化，它能在進食后產(chǎn)生飽腹

感，并能延緩甚至降低葡萄糖的吸收，使血糖水平下降，起到防治糖尿病的功效[23]。葡甘聚糖能增強動物的特異性和非特異性免疫功能，調(diào)節(jié)免疫活性，對大腸癌、肺癌等癌癥疾病有一定的預(yù)防作用[24]。服用葡甘聚糖對結(jié)腸癌和乳腺癌癥患者有一定療效。原因可能是葡甘聚糖起到了稀釋致癌物濃度、加速其排出體外的作用；同時，腸道細菌發(fā)生變化，增加腸道厭氧菌數(shù)量，起到了一定的抗腫瘤效果。

3 結(jié)語

葡甘聚糖是一種天然植物中性多糖，主要來源于魔芋的塊莖。作為一種天然多糖類膳食纖維，葡甘聚糖具有極高的食用、保健和藥用價值，伴隨居民消費升級，未來葡甘聚糖市場發(fā)展前景較好。我國是全球最大的魔芋生產(chǎn)國，為葡甘聚糖行業(yè)發(fā)展提供了充足的原料，伴隨相關(guān)生產(chǎn)工藝水平的提升，我國葡甘聚糖行業(yè)發(fā)展空間廣闊。