魔芋葡甘聚糖理化性质及应用前景

　　张　颖

　　（武汉产品质量监督检验所，湖北武汉 430040）

　　摘　要：葡甘聚糖是一种优良的膳食纤维，具有不被吸收，自身不含热量，容易有饱腹感，能减少和延缓葡萄糖的吸收等优点。随着现代化水平的提高，人们对绿色无公害产品越来越青睐，魔芋葡甘聚糖的需求量越来越大，应用范围越来越广。魔芋葡甘聚糖其特殊的单糖组成和分子结构决定其具有特殊的理化性质。本文主要阐述了葡甘聚糖水溶性和保水性、增稠性、凝胶性、成膜性、衍生性等理化性质，以及葡甘聚糖在食品、工业、医药制品等方面的开发研究，并对其发展前景进行展望。

　　关键词：葡甘聚糖；理化性质；食品

　　魔芋，是一种多年生草本植物。魔芋的块茎大部分呈扁球状，由于魔芋生长年限和品种不同，块茎有大有小，一般在3 ～ 5 年内可以收获。魔芋植株高40 ～ 70 cm，喜阴，叶柄粗，花紫色，有特殊气味，不能生吃。我国魔芋广泛分布在东南山地、云贵高原、四川盆周山地等湿润季风气候区域。我国魔芋品种有26 种，我国的特有品种有14 种，花魔芋和白魔芋是我国目前栽培最多、分布最广的品种，具有很高的研究价值[1]。魔芋的主要成分有水分、葡甘聚糖、淀粉、纤维素与半纤维素、蛋白质、氨基酸、生物碱以及20 多种无机成分[2]。其中，葡甘聚糖在魔芋中的含量很高，高达50% ～ 60%。

　　魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan，KGM）是一种非离子型水溶性高分子多糖，分子式为（C6H10O5）n，由d- 甘露糖和d- 葡萄糖通过β-（1,4）糖苷键连接，以摩尔比为1.6 ∶ 1 或1.4 ∶ 1 与乙酰基组成[3]。乙酰基是葡甘聚糖分子结构的特殊存在，它不仅影响葡甘聚糖的亲水性，还影响葡甘聚糖的胶凝性质。在碱性条件下，去除乙酰基，可促进葡甘聚糖形成不可逆凝胶[4]。测定葡甘聚糖含量的主要方法有苯酚比色法、气相色谱斐林滴定法和3,5- 二硝基水杨酸比色法等[5]。其中，3,5- 二硝基水杨酸比色法相对简单、成本低，是葡甘聚糖含量测定的理想方法。葡甘聚糖被广泛应用于食品行业[6]，以及化妆品、化学合成等领域[7]。

　　总的来说，我国魔芋资源丰富，魔芋中的葡甘聚糖极具开发利用价值，深入研究葡甘聚糖的理化性质对实际应用具有指导意义。为全面了解葡甘聚糖，本文对魔芋葡甘聚糖的理化性质以及应用前景进行综述。

　　1　理化性质

　　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、羟基等亲水基团，可以通过分子偶极、氢键、诱导偶极、瞬时偶极等作用力与大量的水分结合，形成巨大分子并且难以自由移动。魔芋葡甘聚糖溶液为非牛顿流体溶胶，保水量是其自身重量的几十倍甚至上百倍。但是，在将葡甘聚糖溶于水的过程中，由于水分子的扩散迁移速率远大于葡甘聚糖分子的扩散迁移速率[8]，葡甘聚糖颗粒膨胀，颗粒容易相互黏结成块状。如果不加热，在一定时间内水溶性较差[9]。

　　1.2　增稠性

　　魔芋葡甘聚糖由于分子量大，与水的结合能力强，在水溶液中具有很高的粘度。1% 的魔芋精粉粘度可以达到每秒几十到几百帕斯卡，具有良好的增稠效果。研究表明，在相同浓度下葡甘聚糖溶胶的粘度远高于阿拉伯胶、卡拉胶、黄原胶等增稠剂[10]。葡甘聚糖没有电荷，是一种非离子多糖，在食物体系中受盐的影响较小。此外，葡甘聚糖与其他增稠剂混合时，表现出良好的协同增稠效果[11]。因此，在食品中应用葡甘聚糖可以减少增稠剂的使用量，节约生产成本。

　　1.3　凝胶性

　　葡甘聚糖溶液可以在剪切作用下变稀，降低粘度[12]，具有一定的流动性，静止后，流动性变小，形成凝胶。葡甘聚糖在不同的条件下可以形成热稳定（热不可逆）凝胶和热不稳定（热可逆）凝胶[13]。葡甘聚糖与卡拉胶、黄原胶等具有较强的凝胶协同作用；与卡拉胶混合时，葡甘聚糖比例越大，凝胶韧性越强；相反，凝胶越脆。魔芋葡甘聚糖在上述条件下形成的是热可逆的凝胶。但在碱性条件下加热，凝胶则是热不可逆的。如在NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3 等存在时，在加热的环境中，葡甘聚糖上的乙酰基团会脱落，形成稳定的凝胶状态，即使在100 ℃循环加热的条件下，其凝胶强度也基本不变[14-15]。

　　1.4　成膜性

　　葡甘聚糖溶胶可以在碱性环境下加热脱水，然后经过适当处理，形成具有良好成膜性能的食用膜材料[16]。该膜在冷水、热水和酸性溶液中稳定，可在食品工业中制作食品调味品和食品工业中的包装材料以及用于果蔬涂膜保鲜。在医药方面，可经过适当改性后，作为微胶囊用于药物的靶向输送[17]。此外，加入保湿剂可以改变膜的机械性能。随着保湿剂用量的增加，膜的强度减小，柔软度增大。加入亲水性物质可提高膜的通透性；加入疏水物质会降低膜的透水性。

　　1.5　衍生性

　　由于葡甘聚糖具有独特的主体长链结构，其主链和支链上有许多羟基和可置换的活性基团。为了有效提高原有的稳定性和黏度，改善悬浮性或成膜性，提高其溶解度，可采用不同的化学方法进行各种酯化、醚化、甲基化等衍生物反应和水解反应。葡甘聚糖酰基化改性利用其分子链上的羟基在一定条件下与酰基碳链（碳原子数为2 ～ 12）反应生成新的酰基化产物，是一种酯化改性[18]。酰基化改性后葡甘聚糖是热塑性的，其热性能和力学性可以通过酰基结构来调节。

　　2　葡甘聚糖的应用前景

　　2.1　葡甘聚糖在食品加工中的应用

　　在食品加工方面，魔芋葡甘聚糖有凝胶增效作用[19]。研究人员在面条、馒头等这类传统食品中加入葡甘聚糖，既保留了传统的风味，又使其具有保健功能。同时，果冻、布丁和可吸冻等[20] 凝胶食品都可用魔芋葡甘聚糖作为基料。在保健食品方面，葡甘聚糖营养价值高，不提供热能，被称为保健食品。其具有调节胆固醇代谢、减肥、便秘、糖尿病等作用，对动脉硬化、胆结石、肥胖症等有显著疗效。魔芋葡甘聚糖可制成酸奶、软糖、冰淇淋辅料、罐头和仿生食品[21] 等。近年来，通过科学家们的研究，已经成功研制出纯度在90%以上的魔芋葡甘聚糖微粉、魔芋挂面和魔芋果冻等，在市场上广受各方好评，引起了人们的注意。

　　2.2　葡甘聚糖在工业中的应用

　　葡甘聚糖具有成膜性的理化性质，在光滑的表面上倒入1% 的魔芋精粉溶胶，经过空气干燥，即可得到柔软的膜。在环保领域，人们主要利用其成膜性能制作保鲜膜和可降解膜，替代原有的包装材料；利用其黏结性和生物降解性生产废水处理剂等。魔芋葡甘聚糖可用作黏合剂，棉纱的浆料，糊料后处理的柔软剂和丝绸透印的印染，各种护发素、化妆品、护肤品的基质，建筑涂料，建筑混凝剂，工业废水的净化剂，重金属离子的快速絮凝剂，可降解塑料、陶瓷的黏合剂，制作微胶囊，造纸及作为固定化酶的载体等[22]。

　　2.3　葡甘聚糖在药品中的应用

　　葡甘聚糖是一种低热量的化学物质，不会被肠道中的消化酶消化，它能在进食后产生饱腹感，并能延缓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]。葡甘聚糖能增强动物的特异性和非特异性免疫功能，调节免疫活性，对大肠癌、肺癌等癌症疾病有一定的预防作用[24]。服用葡甘聚糖对结肠癌和乳腺癌症患者有一定疗效。原因可能是葡甘聚糖起到了稀释致癌物浓度、加速其排出体外的作用；同时，肠道细菌发生变化，增加肠道厌氧菌数量，起到了一定的抗肿瘤效果。

　　3　结语

　　葡甘聚糖是一种天然植物中性多糖，主要来源于魔芋的块茎。作为一种天然多糖类膳食纤维，葡甘聚糖具有极高的食用、保健和药用价值，伴随居民消费升级，未来葡甘聚糖市场发展前景较好。我国是全球最大的魔芋生产国，为葡甘聚糖行业发展提供了充足的原料，伴随相关生产工艺水平的提升，我国葡甘聚糖行业发展空间广阔。

　　参考文献

　　[1] 王雅立. 魔芋葡甘聚糖分子稳定性研究[D]. 福州: 福建农林大学,2007.

　　[2] 冲增哲, 黑田俊朗, 岸田典子. 魔芋科学[M]. 成都: 四川大学出版社,1990.

　　[3]LIM E K,KEEM J O,YUN H S,et al.Smart nanoprobes for the detection of alkaline phosphatase activity during osteoblast differentiation[J].Chem Commun,2015,51:3270-3272.

　　[4]JIMENEZ-COLMENERO F,COFRADES S,HERRERO A M,et al.Konjac gel for use as potential fat analogue for healthier meat product development: effect of chilled and frozen storage[J].Food Hydrocolloids,2013,30(1):351-357.

　　[5]XU W,WANG S,YE T,et al.A Simple and feasible approach to purify konjac glucomannan from konjac flourtemperature effect[J].Food Chemistry,2014,158:171-176.

　　[6]沈悦玉,杨湘庆,王咴.魔芋胶的结构及其流变性[J]. 天津商学院学报,1995(3):17-22.

　　[7]MARTIN A K W,Tim J F,DAVE R M,et al.A molecular description of thegelation mechanism of konjac glucomannan[J]. Biomacromolecules,2000(1):440-450.

　　[8] 魏恩慧, 吴继红, 刘冰, 等. 魔芋葡甘聚糖的性质及在食品中的应用[J]. 食品工业,2016,37(5):239-242.

　　[9]ZHANG C,CHEN J D,YANG F Q.Konjac glucomannan,a promising polysach aride for OCDDS[J]. Carbohydrate Polymers,2014,104:175-181.

　　[10] 贺学林, 鲁周民, 方丙辰. 魔芋溶胶粘度特性研究 [J]. 陕西林业科技,2003(2):4-5.

　　[11] 孟凡冰, 刘达玉, 李云成, 等. 魔芋葡甘聚糖的结构、性质及其改性研究进展[J]. 食品工业科技,2016(22): 394-400.

　　[12]XIAO C,LIU H,LU Y.Characterization of poly (vinylpyrro-lidone)konjac glucomannan blend films[J].Journal of Applied Polymer Science,2001,81(5):1049-1055.

　　[13] 何东保, 詹东风. 魔芋精粉与黄原胶协同相互作用及其凝胶化的研究[J]. 高分子学报,1999(4):460-464.

　　[14] 许时婴, 杨莉. 魔芋葡甘露聚糖的性质与魔芋精粉品质研究[J]. 无锡轻工业学院学报,1990,9(3):26-32.

　　[15] 许时婴, 钱和. 魔芋葡甘露聚糖的化学结构与流变性质[J]. 无锡轻工业学院学报,1991,10(1):1-12.

　　[16] 孟凡冰, 刘达玉, 李云成,等. 魔芋葡甘聚糖的结构、性质及其改性研究进展[J]. 食品工业科技,2016(22):394-400.

　　[17] 谭燕, 刘曦, 袁芳. 魔芋葡甘聚糖的结构、性质及其在食品中的应用[J]. 中国调味品,2019,44(2):168-174.

　　[18] 廖晴雨, 张洪斌. 魔芋葡甘聚糖的功能改性及应用[J]. 陕西师范大学学报,2022,50(5):64-80.

　　[19] 郭晟, 李磊, 周浩, 等.3 种魔芋葡甘聚糖理化特性的比较研究[J]. 湖南农业科学,2012(9):95-98.

　　[20]RICHARD J.Konjac flour:properties and applications[J].Food Techno,1991,3:87.

　　[21]张升晖,宋新建.魔芋精粉的交联化学改性研究[J]. 食品工业科技,1999,20(6):19-21.

　　[22] 彭述辉, 庞杰. 魔芋葡甘聚糖在环保、医药及食品中的应用[J]. 长江蔬菜,2006(12):30-33.

　　[23] 佚名. 魔芋精粉对无机营养的影响和对有害无机离子的排阻作用[J]. 华西医科大学学报,1992(3):274.

　　[24] 李国熊, 李英. 植酸和魔芋干预二甲肼诱发ICR 小鼠大肠癌的初步研究[J]. 实用肿瘤杂质,1991,6(3):165.