魔芋葡甘聚糖的功能及在食品領域的應用

鐘 燕，索化夷*

（1.西南大學 食品科學學院，重慶 400715；2.重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶 400715）

魔芋（Amorphophallus konjac）是一種生長在較高海拔地區的山間多年生草本植物。在兩千多年前就在中國開始栽種，并傳入日本，一直作為一種食品使用，并成為聯合國衛生組織確定的十大保健食品之一[1]。

魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）是一種天然的高分子可溶性膳食纖維，為所有膳食纖維中的優品，不含熱量、有飽腹感，且能減少和延緩葡萄糖的吸收，抑制脂肪酸的合成，具有極佳的減脂瘦身作用。魔芋葡甘聚糖在減脂的同時還有助于通便、平穩血糖、降血脂和抗脂肪肝，安全無毒副作用。由于葡甘聚糖具有黏度高、吸水多、膨脹快等理化性質，使魔芋的加工工藝受到限制。KGM是一種天然高分子雜多糖，具有優良的親水性、凝膠性、可逆性、乳化性、成膜作用和增稠作用，不僅能夠用來防治糖尿病、肥胖癥、心血管疾病、消化系統疾病等病癥，還可以平穩血壓、降血脂、降膽固醇、生態排便、通過增強免疫力來達到防癌抗癌的效果[2]。由于我國豐富的魔芋資源和KGM良好的食品特性，KGM已經成為食品領域一個不可缺少的角色。

經多年研究，魔芋目前已應用到包括食品、醫學、環保等許多領域，但最早作為食品在東南亞國家使用。魔芋作為中國、日本、印度等國的一種傳統食品，因其獨有的魔芋葡甘聚糖和廣泛有效的生理功能在國內外備受關注，現在魔芋葡甘聚糖已成為重要的食品添加劑和保健食品原料。本文對魔芋葡甘聚糖的功能以及在食品領域的應用做一綜述，以期為魔芋在食品行業的進一步開發提供理論依據。

1 KGM的化學結構

我國對魔芋葡甘聚糖的結構研究相對日本晚30多年，在20世紀90年代后期才開始。雖然到目前為止已經有許多KGM的結構及其改性的成果[3-4]，但是KGM的高級結構至今仍在研究之中，尚無一致的結論。

KGM是一種水溶性雜多糖，分子式為（C6H10O5）n，分子質量在810 000～2 000 000 u之間，高分子質量使得KGM具有很強的黏性和增稠性，也使KGM成為黏度最高的水溶性食用植物膠。KGM的主鏈由β-D-葡萄糖和β-D-甘露糖以1/1.5或1/1.6（花魔芋）或者1/1.69（白魔芋）的物質的量比通過β-1,4吡喃糖苷鍵連接而成，每隔大約68個糖殘基在C-3位上存在一條3～4個糖殘基長度的支鏈，支鏈由β-1,3糖苷鍵組成，并且每隔大約19個糖殘基含有一個乙酰基團[5]。天然的KGM主要呈無定形結構，由膠束以放射狀的排列方式組成。

2 KGM的生理功能

KGM獨特的分子結構決定了它優良的生理功能，優良的生理功能又是KGM開發應用的基礎。

2.1 改善糖代謝

魔芋葡甘聚糖作為一種優良的可溶性膳食纖維，能夠被糖尿病癥人食入以改善人體的糖代謝。俞福恩[6]通過對2型糖尿病患者攝入魔芋食品后血糖的變化研究發現，魔芋食品能夠明顯降低患者血糖水平，輔助治療糖尿病。柯有甫等[7]臨床觀察52例2型糖尿病患者后發現KGM可以降低血糖、血壓、膽固醇，在糖尿病治療上的應用前景廣闊。

KGM在人體食入的過程中，經過唾液、胃液、小腸液、胰液等消化液，但由于人體內沒有KGM的水解酶，所以不能被人體的任何一種消化液消化。而且KGM幾乎不含熱量，能夠在體內吸水膨脹，增長在胃腔的滯留時間，增加人體的飽腹感，降低葡萄糖在體內的吸收速度，所以對于應該嚴格控制飲食的糖尿病人來說，KGM既可以減輕饑餓的痛苦，又可以減少糖尿病人攝入的總熱量，降低血糖水平[8]。另外，KGM能夠提高胰島素的敏感性，降低人體糖耐量，從而調節食入者的胰島素平衡，減輕胰島的負擔，使糖尿病患者進入一個良性循環，避免某些糖尿病治療藥物的低血糖副作用。KGM不被消化吸收，但可以影響消化道內激素的釋放，并可以被結腸處的微生物分解，產生丙酸鹽，丙酸鹽可以增加人體對葡萄糖的利用。

2.2 調節脂質代謝

魔芋葡甘聚糖含有的熱量極低，被人體食入后吸水膨脹，加之分子質量高，形成黏性極高的物質，減緩食物在體內的消化吸收速度，從而使體內脂肪酸的合成下降來達到控制體質量的效果。高品操等[9]的研究表明，KGM能顯著降低肥胖大鼠血清脂聯素水平，改善肥胖癥狀；楊芳[10]通過對大鼠的血清肝臟酶學及肝臟組織學分析，結果表明KGM能有效預防酒精脂肪肝的生成。KGM在吸水膨脹之后也會增加人體的飽腹感，從而減少其他食物的攝入量，間接地達到減肥的作用。KGM不僅能夠通過吸附膽酸來加快膽固醇向膽酸的轉化，還可以直接與膽固醇結合，提高它們在糞便中的排出量，阻礙膽固醇和脂肪的吸收。KGM在結腸發酵會生成丙酸等短鏈脂肪酸，這些短鏈脂肪酸也可以幫助降血脂[11]。

國內外許多學者報道了KGM對高血脂人群明顯的降血脂作用，以及對高血壓、動脈硬化和其他心血管疾病的防治作用。KGM不僅可以降低血膽固醇水平，還可以降低甘油三酯水平。TAKIGAMI S等[12]在1997年就報道了KGM的降血脂效果比其他膳食纖維更好，而且在人體血脂處于正常水平時KGM不會使其持續下降，可以起到很好的調節脂質代謝、預防肥胖及肥胖并發癥的效果。

2.3 調節腸道功能

KGM調節腸道的功能主要體現在防治便秘、防治結腸癌和促進腸道益生菌生長上。黃蕊[13]研究表明，人們食用KGM后能減少小腸的水分吸收量、增加排便頻率和每日平均糞便含水量。KMG進入人體后，吸水膨脹，但不被消化，直接進入腸道，增加糞便體積和糞便濕重。KGM作為一種優質膳食纖維，對許多胃腸道疾病如結腸癌[14]都具有防治作用，并且還可以通過胃腸道的調節來提高機體免疫力、防治其他疾病。

人體內沒有KGM酶，所以人體不能吸收利用KGM，但KGM可以促進腸道酶類分泌，增強酶活，消除腸道內長期黏附的廢物，防治便秘，擔任“胃腸清道夫”的角色[15]。KGM可以在結腸被微生物利用，并生成短鏈脂肪酸，刺激腸道蠕動，促進雙歧桿菌等有益厭氧微生物繁殖，抑制腸道致病菌生長。

2.4 增強免疫力和抑制腫瘤

魔芋葡甘聚糖增強機體免疫功能主要體現在：KGM作為一種多糖可以直接活化T淋巴細胞、B淋巴細胞、巨噬細胞等免疫細胞，從而增強機體的免疫力[16]；KGM促進雙歧桿菌等腸厭氧菌的繁殖，這些益生菌有明顯的增強免疫功能的作用[17]。KGM既可以通過增強免疫力來達到抑制腫瘤的目的，也可以通過吸水增加黏性來吸附腸道內致癌物和前致癌物，并將它們更快地帶出體外。王志江等[18]研究表明，白魔芋葡甘聚糖片段的抑制腫瘤活性比花魔芋葡甘聚糖片段的強。KGM是一種優質的食物纖維素，可以讓機體產生殺滅癌細胞的物質，幫助抗癌；而且魔芋精粉含有硒，硒是一種常見的抗癌微量元素。因此，KGM既可以幫助腫瘤細胞向正常細胞轉化，還對惡性腫瘤引起的甲狀腺癌、食道癌、肺癌、乳腺癌、結腸癌等癌癥有一定的防治作用[19]。

2.5 延緩衰老

楊芳等[20]發現食入KGM后能顯著降低脂質過氧化物（lipid peroxide，LPO）含量，劉紅等[21]研究表明，KGM可以提升超氧化歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH）活性；因此說明KGM具有較強的抗脂質過氧化損傷和抗自由基損傷的作用。有報道稱長期服用少量KGM可以對神經膠質細胞、大中動脈內膜皮細胞和心肌細胞的老化起到延緩作用，這可能是通過降低膽固醇濃度、減少脂褐素（細胞老化的主要標志）來實現的。

2.6 其他

對膳食纖維是否會抑制礦物質和微量元素的吸收現在還沒有明確的研究成果，有些研究表明膳食纖維會損害維生素A、維生素E、維生素B12的吸收，而另一些研究表明膳食纖維對微量元素的吸收沒有顯著影響[22]。目前比較認同的觀點是：膳食纖維可能會對某些元素的短期吸收有一定影響，但長期來看，膳食纖維（包括KGM）并不會使機體對微量元素的吸收發生顯著變化。另外，呂影[23]研究發現KGM還能保護輻射雄性小鼠的臟器質量、睪丸生化標志酶、抗氧化系統和造血功能，具有一定的抗輻射作用。

3 KGM在食品領域的應用

3.1 應用于保健食品

膳食纖維應用于保健食品已成為被公認有效的方式，雖然已經開發了近百種膳食纖維，但研究表明，水不溶性膳食纖維的保健功效不及水溶性膳食纖維，且對于膳食纖維的分子結構來說，β-1,3糖苷支鏈越多越好[24]。魔芋葡甘聚糖是一種高品質的水溶性膳食纖維，含有豐富的β-1,3糖苷鍵形成的支鏈，在其主要消費國日本被稱為“凈胃齋食”。

KGM因具有優良的生理功能，越來越多的應用在保健食品中，以應對現代人快節奏的生活造成許多方面營養的不均衡或者預防和輔助治療相關疾病。最常見的是應用在針對糖尿病患者和需要減肥的人群的食品中，如無糖魔芋軟糖[25]、魔芋粉條[26]、魔芋豆腐[27]等，既滿足控制飲食人群的口腹之欲，又保證它們攝入的熱量不超出預期。KGM還被加工成魔芋酒、魔芋飲料、復配維生素膠囊[28]等各類保健食品，以滿足降血壓、降血脂、增強免疫力、抗腫瘤等保健功能的需要。除此之外，魔芋葡甘聚糖通過物理、化學或者生物改性能夠制作出“素肉”，以仿生牛肉、仿生魷魚、仿生海產品為代表的魔芋仿生食品成為一類新型的健康食品。

3.2 作為食品添加劑應用

2014年6月剛剛閉幕的全國人大常委會第九次會議中，提出了修改在2009年頒布的《食品安全法》，食品安全一直是關系著國計民生的大事。《食品安全法》中很重要的一部分內容便是加強食品添加劑的監管，食品添加劑作為食品工業不可缺少的部分，其安全性和有效性顯得尤為重要。魔芋葡甘聚糖作為一種功能齊全、全天然的食品添加劑應用在食品工業的方方面面。

研究發現，KGM具有許多明顯的優良特性，這些優良特性賦予了KGM成為多種添加劑的潛力。常見的是KGM作為增稠劑和穩定劑加入面包、蛋糕、飲料等食品中，提高產品質量、降低生產成本。KGM分子質量高，具有高黏性的特點，可以作為啤酒的泡沫穩定劑使得啤酒的泡沫細小均勻，品質更高；還可以作為飲料的澄清劑，增強飲料的感官品質；作為果凍的凝膠劑，獲得高品質天然果凍；作為干貝下腳料的黏合劑。陳魏勇[29]研究表明魔芋膠（即KGM）可以與卡拉膠、黃原膠混合加入冰淇淋中，成為冰淇淋的乳化穩定劑，達到協同增效的作用；趙謀明等[30]研究發現，在豬肉脯中添加0.24%的魔芋膠和0.16%的瓜爾豆膠可以顯著地改善豬肉脯的質構。另外，我國小麥大多不是專門用作制造面包的品種，加入適量的KGM會適當延長面包的保藏期。

3.3 應用于食品保鮮

魔芋葡甘聚糖還是一種新型的保鮮劑和天然的防腐劑，通常對果蔬、肉制品進行浸泡保鮮，同時有具備抑制有害微生物生長的作用。Al-GHAZZEWI F H等[31]研究證明，KGM可以有效地促進乳酸菌的增長，抑制致病菌的繁殖，達到食物保鮮的功效。利用KGM的吸水性和成膜性，通過加水加熱使KGM形成溶液，將這種溶液涂于水果表面，待溶液水分蒸發，KGM就會形成天然無害的一層保鮮膜。戴文婧等[32]研究表明魔芋膠能提高牛角椒的保藏時間、減少牛角椒的腐爛變質；另外許多研究都已經證實魔芋膠對于鮮切琯溪蜜柚[33]、鮮切山藥[34]、番茄、蘋果、草莓、板栗、荔枝、獼猴桃等果蔬都有顯著效果。KGM涂膜保鮮可以使果蔬的自身呼吸消耗減弱、減少因破損造成的腐爛，并且不會對果蔬造成污染，從涂膜開始全過程保藏，相對包裝袋保鮮、低溫貯藏等方式有一定的優勢。

4 展望

魔芋葡甘聚糖具有獨特的理化性質，是一種優質水溶性膳食纖維，在我國有悠久的栽培歷史，在食品領域具有良好的應用前景。目前，魔芋葡甘聚糖在深度加工上主要用于添加到其他食品中制成保健食品、與其他食用膠復配用作食品包裝等方面。

1971年，日本就成立了“魔芋研究會”，對KGM的功能和應用進行長時間的研究；1994年美歐相繼在法律中正式批準KGM為食品添加劑，并承認它屬于健康食品。魔芋作為我國的特產資源，使我國成為魔芋精粉（魔芋葡甘聚糖）的最大出口國，但我國對KGM的研究工作開展得較晚，目前更多的是制成魔芋精粉出口，而在魔芋葡甘聚糖的深入研究和魔芋產品的開發上缺乏成效。國內外對魔芋精粉的需求日益增長，應進一步著手魔芋葡甘聚糖的深度開發，提高魔芋產品的附加價值，提高社會和經濟效益。

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