魔芋葡甘聚糖及其衍生物的研究進(jìn)展

摘 要：魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan，KGM）是魔芋中富含的天然高分子多糖，其在食品、生物和醫(yī)療保健等諸多領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用與發(fā)展前景?，F(xiàn)有研究成果表明，KGM具有多種良好的生物活性，也是一種優(yōu)質(zhì)的膳食纖維。為了更充分地利用KGM，目前已有多種改性KGM被制備以改變其結(jié)構(gòu)與功能。本文綜述了KGM及其衍生物的研究現(xiàn)狀，為KGM相關(guān)領(lǐng)域的研究和基礎(chǔ)應(yīng)用提供一定參考。

關(guān)鍵詞：魔芋葡甘聚糖；衍生物；研究進(jìn)展

Research Progress of Konjac Glucomannan and Its Derivatives

SHI Yi， MA Xiaoru， CUI Jiajia， ZHANG Ji， ZHI Kangkang*

（School of Life Sciences/Institute of New Rural Development， Northwest Normal University，"Lanzhou 730070， China）

Abstract： Konjac glucomannan （KGM） is a natural polymer polysaccharide rich in konjac， which has good application and development prospects in many fields such as food， medicine and biology. It has been shown that KGM has a variety of biological activities is also a good dietary fiber. In order to utilize KGM more fully， a variety of modified KGMs have been prepared to change its structure and function. In this paper， the current research status of KGM and its derivatives is reviewed in order to provide a reference for the related research and application of KGM.

Keywords： konjac glucomannan; derivative; research progress

魔芋（Amorphophallus）是天南星科魔芋屬多年生草本藥食兩用植物，主要食用部位是其地下球狀塊莖。魔芋中富含大量的魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan，KGM），其含量在50%以上。KGM是一種中性半纖維素復(fù)合雜多糖，也是一種天然水溶性膳食纖維，其具有降血脂、防治便秘等功效，同時(shí)具有較高的營(yíng)養(yǎng)與保健價(jià)值，已被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。KGM的改性（如物理、化學(xué)、生物改性）能改變其原有性質(zhì)，進(jìn)而賦予其更加多樣的功能與活性，有效拓展了其在醫(yī)藥、化工和食品領(lǐng)域的應(yīng)用[1]。

1 KGM化學(xué)組成

KGM是一種天然植物多糖，其主要由β-1，4糖苷鍵和β-1，3糖苷鍵連接的D-葡萄糖和D-甘露糖（1.0∶1.6）組成，結(jié)構(gòu)見圖1。KGM的分子式為（C6H10O5）n，n一般為160～315，相對(duì)分子質(zhì)量受多種因素影響，大約32個(gè)糖殘基上連接3個(gè)支鏈，支鏈通常較短，僅含有幾個(gè)糖殘基，主鏈中約每19個(gè)糖殘基上連接1個(gè)乙?；鶊F(tuán)[2]。

2 魔芋葡甘聚糖研究進(jìn)展

2.1 食品保健方面

KGM具有多種生理保健功能，以其作為主要原料開發(fā)的魔芋凝膠食品、魔芋仿生食品、其他類型食品廣泛地發(fā)揮了魔芋的保健功能。

2.1.1 魔芋凝膠類食品

魔芋凝膠類食品是以魔芋或魔芋粉為原料加工的一類凝膠類食品，主要包括魔芋豆腐、魔芋醋果凍、魔芋粉絲、魔芋軟糖和魔芋果凍等。①魔芋豆腐是由魔芋精粉與水按照1∶40的比例，添加不同的配料制成的風(fēng)味各異、外形美觀的魔芋凝膠類食品。目前對(duì)魔芋豆腐相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)較多，如核桃魔芋豆腐[3]、果蔬魔芋豆腐[4]、魔芋紅茶豆腐[5]等。②魔芋醋果凍是在魔芋果凍生產(chǎn)過(guò)程中加入米醋，制成的一道新型食品[6]。魔芋醋果凍外形漂亮、顏色自然、口味獨(dú)特、清爽可口，不但具有魔芋的特殊品質(zhì)，還具備食醋的保健功效，具有一定的保健作用。③魔芋粉絲主要是利用魔芋膠黏度大的特性，與淀粉按照一定比例復(fù)配后所制作的粉絲，解決了只使用淀粉制作粉絲存在的易斷碎、渾湯的問(wèn)題[7]。相比之下，魔芋粉絲的口感、風(fēng)味、咀嚼性較好且富有營(yíng)養(yǎng)。④魔芋軟糖利用魔芋葡甘聚糖的凝膠性代替了傳統(tǒng)使用的凝膠劑，相比于以淀粉和白砂糖為原料，通過(guò)添加魔芋精粉制成的魔芋軟糖，有效避免了食用者因葡萄糖攝入過(guò)多而導(dǎo)致的血糖升高問(wèn)題[8]。⑤魔芋果凍以葡甘聚糖為原料進(jìn)行制作，其不僅具有普通果凍的口感柔美、熱量低、脂肪低和蛋白質(zhì)含量低等優(yōu)點(diǎn)，還具備調(diào)節(jié)腸道菌群等功能[9]。

2.1.2 魔芋仿生食品

魔芋仿生食品是指以魔芋為原料，利用人工和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的，從外觀、風(fēng)味及口感上效仿天然食品的一種新型食品。常見的魔芋仿生食品有魔芋仿生素毛肚、魔芋仿生肉制品和魔芋仿生果肉制品，可滿足消費(fèi)者多種消費(fèi)需求。①魔芋仿生素毛肚是市面上最常見的一種魔芋仿生食品，其口感、外觀、質(zhì)地和風(fēng)味與天然毛肚相似，同時(shí)兼具天然動(dòng)物毛肚所不具有的減肥、開胃、通便和排毒等功能，因此受到了廣大消費(fèi)者的喜愛[10]。②魔芋低聚糖常被用作替代肉制品中的脂肪，張新富等[11]在進(jìn)行魔芋仿生牛肉的研制時(shí)，以魔芋膠和分離蛋白為主要原料，篩選出了仿生牛肉的最佳配方，并進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品的工藝流程，有效提升了魔芋仿生牛肉的質(zhì)感。相比于普通肉制品，魔芋仿生牛肉脂肪含量低，因此更適合亞健康人群食用。③仿生獼猴桃果肉是以魔芋為原料制成的一類仿生食品，張郁松[12]以魔芋膠∶淀粉∶水=1∶1∶60的比例制作出了仿生獼猴桃果肉，產(chǎn)品色澤均勻、酸甜適宜。袁萍等[13]以魔芋膳食纖維為主要原料研制出魔芋仿生椰果罐頭，產(chǎn)品質(zhì)地均勻、表面光潔、口感較好。

2.1.3 魔芋其他類型產(chǎn)品

魔芋是藥食同源植物，其主要成分魔芋葡甘聚糖在魔芋中含量很高，具有一定的保健作用。目前以魔芋為主要成分開發(fā)的其他類產(chǎn)品包括魔芋精粉膠囊、代餐粉、魔芋濕米等。袁德培等[14]以含硒魔芋精粉、決明子、山楂等為主要原料生產(chǎn)了復(fù)方膠囊，通過(guò)臨床研究發(fā)現(xiàn)其能治療高脂血癥，可取得顯著成效。范東翠等[15]研究的魔芋代餐粉具有飽腹感強(qiáng)、低熱量、高纖維等優(yōu)點(diǎn)，食用時(shí)可以有效地控制食量，也可以控制能量的攝入，從而達(dá)到營(yíng)養(yǎng)健康又減輕體重的目的，符合消費(fèi)者的消費(fèi)理念，是目前市場(chǎng)上受歡迎的代餐食品之一。蔣文靜等[16]開發(fā)出的魔芋濕米配方米飯具有低脂、低熱量特點(diǎn)，可以滿足糖尿病患者、“三高”患者等人群對(duì)飲食低脂、低糖、低熱量的要求。魔芋濕米可以配合大米作主食，提升配方米飯的食用口感，提高不同腸道菌群物種豐富度和均勻度，發(fā)揮腸道益生活性。

2.2 醫(yī)療方面

KGM不僅能夠調(diào)節(jié)腸道菌群紊亂、降低血脂，還對(duì)糖尿病、心血管等慢性疾病具有一定的預(yù)防效果。毛鈺蘅等[17]通過(guò)雄性小鼠的飼喂實(shí)驗(yàn)證明，不同分子量魔芋葡甘聚糖對(duì)過(guò)度訓(xùn)練引起的腸道菌群結(jié)構(gòu)及功能失調(diào)具有調(diào)節(jié)保護(hù)作用，并且對(duì)運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)具有促進(jìn)作用。康永波[18]研究發(fā)現(xiàn)，魔芋葡甘聚糖對(duì)治療肥胖有良好的效果，表現(xiàn)在減少體重、脂肪量和血脂，改善炎癥反應(yīng)、代謝和腸道屏障功能，調(diào)節(jié)人體腸道微生物結(jié)構(gòu)，證明魔芋葡甘聚糖可以實(shí)現(xiàn)降脂功能。陳海紅[19]通過(guò)建立Ⅱ型糖尿病大鼠模型，對(duì)糖尿病大鼠灌喂魔芋葡甘聚糖，證明魔芋葡甘聚糖能改善糖尿病大鼠的多飲、多食、體重減輕等高血糖癥狀，能夠提升糖尿病大鼠模型的葡萄糖耐受能力。

3 魔芋葡甘聚糖的改性研究進(jìn)展

3.1 物理改性

物理改性是指利用物理作用改變KGM的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，但不改變天然結(jié)構(gòu)和屬性，主要利用輻照、超聲、微波、粉碎降解、靜高壓、脈沖或直流電場(chǎng)等物理處理，產(chǎn)出率低且成本高[20]。輻射法常用γ射線進(jìn)行輻照，使KGM降解后黏度下降，穩(wěn)定性得以改善。采用超聲對(duì)KGM進(jìn)行處理，使其降解后分子量下降、黏度降低，可應(yīng)用于乳制品和飲料加工[21]。

3.2 化學(xué)改性

化學(xué)改性是指通過(guò)添加化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)改變KGM的物質(zhì)形態(tài)和性質(zhì)。KGM分子中暴露的大量羥基和乙?；?，可以通過(guò)酯化、醚化、氧化、交聯(lián)、接枝聚合等進(jìn)行化學(xué)改性，改性后的KGM或KGM混合物的理化性質(zhì)能夠有所改善。KGM具有很強(qiáng)的凝膠性，經(jīng)化學(xué)改性后，可制成一種新型絮凝劑，能夠增強(qiáng)KGM的吸水性。在水中新型絮凝劑的微粒能夠相互作用，從而聚集產(chǎn)生絮狀沉淀，并相互結(jié)合，形成具有極強(qiáng)吸附力的吸附網(wǎng)，而且成本低，無(wú)二次污染[22]。嚴(yán)文莉[23]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)KGM進(jìn)行化學(xué)改性，適當(dāng)降低KGM的親水性能夠提高魚糜制品的凝膠強(qiáng)度、持水力和感官評(píng)價(jià)。

KGM經(jīng)過(guò)化學(xué)改性可以制成可降解材料，若再與聚氯乙烯和聚苯乙烯結(jié)合，可以制得復(fù)合雙降解材料。王運(yùn)等[24]制備的魔芋/聚乙烯醇塑料薄膜具有良好的安全性和機(jī)械性能，薄膜完全符合塑料制品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；薄膜原料的混合體系具有良好的相容性，產(chǎn)品透明度高，而且原料價(jià)格適宜，屬于環(huán)境友好型綠色材料，來(lái)源廣泛；薄膜制備工藝流程簡(jiǎn)單，能夠降低生產(chǎn)成本，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，產(chǎn)品無(wú)任何毒性，且能夠?qū)崿F(xiàn)生物降解；產(chǎn)品可用于農(nóng)用地膜、可降解手提袋、食品包裝等多種用途，其應(yīng)用前景十分廣泛。

3.3 生物改性

KGM的生物改性是指利用甘露糖酶或其他酶酶解KGM，酶解后空間構(gòu)象發(fā)生改變，分子量減小，部分轉(zhuǎn)化為魔芋低聚糖或寡糖，故又被稱為酶法改性。目前研究者對(duì)KGM酶解工藝以及魔芋低聚糖的作用機(jī)理研究較少，可作為KGM今后的一種研究方向。

4 魔芋葡甘低聚糖的研究進(jìn)展

對(duì)KGM進(jìn)行酸水解、酶水解、超聲波破碎、輻照等處理，可制備得到魔芋低聚糖。魔芋低聚糖溶解性和保水性大大提高，生物活性功能如抗氧化、降血脂、降血糖等能力增強(qiáng)，具有促進(jìn)益生菌生長(zhǎng)的作用。魔芋低聚糖可以增強(qiáng)機(jī)體抗氧化應(yīng)激能力、降血糖血脂、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、改善腸道優(yōu)勢(shì)菌群。張婭等[25]通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明魔芋低聚糖有降低血脂和降低尿素氮的作用。陳晶晶等[26]研究發(fā)現(xiàn)，魔芋低聚糖可有效抑制酒精攝入導(dǎo)致的腸道炎癥，修復(fù)腸道屏障，降低過(guò)度的神經(jīng)炎癥反應(yīng)，進(jìn)而改善腦神經(jīng)元損傷，證明魔芋低聚糖具有預(yù)防酒精性神經(jīng)損傷的潛力。唐曉東等[27]利用魔芋葡甘低聚糖易溶解的特性研制了一款魔芋瘦身飲料，研究表明小分子、黏度低的葡甘低聚糖能夠促進(jìn)雙歧桿菌的增殖，具有降血壓和降血脂等生理功能，是一種新發(fā)現(xiàn)的功能性食品原料。張晨等[28]以魔芋低聚糖為主要原料，以感官評(píng)價(jià)作為基礎(chǔ)參考指標(biāo)，通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)制作出一款低熱量、低糖和健康美味的雜糧餅干，滿足了消費(fèi)者對(duì)健康食品的需求。

5 結(jié)語(yǔ)

KGM作為一種天然高分子多糖，具有很好的生物活性功能，適合作為保健食品原料。KGM因其獨(dú)特的顆粒特性、親水性、凝膠性、成膜性和增稠性，在食品領(lǐng)域有很多應(yīng)用。天然KGM的性質(zhì)使其不能完全滿足不同食品加工的需要，如其具有親水性但溶解度低、能夠形成高黏性膠體但限制了流動(dòng)性、儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)黏度下降等。對(duì)此，可以通過(guò)物理、化學(xué)、生物或者多種方法復(fù)合對(duì)KGM進(jìn)行改性或者降解，從而改變其理化性質(zhì)，發(fā)掘其新功能，開拓其應(yīng)用范圍，使其適應(yīng)不同食品加工的需要。近年來(lái)，對(duì)魔芋葡甘低聚糖的研究非?；钴S，有效解決了天然魔芋葡甘聚糖溶解性差、黏度高等缺陷，進(jìn)一步擴(kuò)大了魔芋葡甘聚糖的應(yīng)用范圍。魔芋葡甘低聚糖獨(dú)特的理化性質(zhì)和生理功能，使其成為生物與醫(yī)藥、食品行業(yè)和其他領(lǐng)域理想的添加劑或原料。因此，KGM改性方法的擴(kuò)展及改性機(jī)理、改性后性能的研究是今后研究的重點(diǎn)。通過(guò)與現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，充分利用魔芋葡甘聚糖的卓越性能，深化魔芋葡甘聚糖的基礎(chǔ)研究，可提升魔芋和魔芋產(chǎn)品的附加價(jià)值。

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