魔芋葡甘聚糖及其衍生物的研究進展

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、生物和醫療保健等諸多領域有著良好的應用與發展前景。現有研究成果表明，KGM具有多種良好的生物活性，也是一種優質的膳食纖維。為了更充分地利用KGM，目前已有多種改性KGM被制備以改變其結構與功能。本文綜述了KGM及其衍生物的研究現狀，為KGM相關領域的研究和基礎應用提供一定參考。

關鍵詞：魔芋葡甘聚糖；衍生物；研究進展

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，同時具有較高的營養與保健價值，已被廣泛應用于食品、醫藥等領域。KGM的改性（如物理、化學、生物改性）能改變其原有性質，進而賦予其更加多樣的功能與活性，有效拓展了其在醫藥、化工和食品領域的應用[1]。

1 KGM化學組成

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，結構見圖1。KGM的分子式為（C6H10O5）n，n一般為160～315，相對分子質量受多種因素影響，大約32個糖殘基上連接3個支鏈，支鏈通常較短，僅含有幾個糖殘基，主鏈中約每19個糖殘基上連接1個乙酰基團[2]。

2 魔芋葡甘聚糖研究進展

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的魔芋凝膠食品、魔芋仿生食品、其他類型食品廣泛地發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味各異、外形美觀的魔芋凝膠類食品。目前對魔芋豆腐相關產品的研發較多，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過程中加入米醋，制成的一道新型食品[6]。魔芋醋果凍外形漂亮、顏色自然、口味獨特、清爽可口，不但具有魔芋的特殊品質，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、渾湯的問題[7]。相比之下，魔芋粉絲的口感、風味、咀嚼性較好且富有營養。④魔芋軟糖利用魔芋葡甘聚糖的凝膠性代替了傳統使用的凝膠劑，相比于以淀粉和白砂糖為原料，通過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多而導致的血糖升高問題[8]。⑤魔芋果凍以葡甘聚糖為原料進行制作，其不僅具有普通果凍的口感柔美、熱量低、脂肪低和蛋白質含量低等優點，還具備調節腸道菌群等功能[9]。

2.1.2 魔芋仿生食品

魔芋仿生食品是指以魔芋為原料，利用人工和現代機械設備生產的，從外觀、風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，可滿足消費者多種消費需求。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、質地和風味與天然毛肚相似，同時兼具天然動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]在進行魔芋仿生牛肉的研制時，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，并進一步優化產品的工藝流程，有效提升了魔芋仿生牛肉的質感。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，產品質地均勻、表面光潔、口感較好。

2.1.3 魔芋其他類型產品

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的其他類產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了復方膠囊，通過臨床研究發現其能治療高脂血癥，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、低熱量、高纖維等優點，食用時可以有效地控制食量，也可以控制能量的攝入，從而達到營養健康又減輕體重的目的，符合消費者的消費理念，是目前市場上受歡迎的代餐食品之一。蔣文靜等[16]開發出的魔芋濕米配方米飯具有低脂、低熱量特點，可以滿足糖尿病患者、“三高”患者等人群對飲食低脂、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，發揮腸道益生活性。

2.2 醫療方面

KGM不僅能夠調節腸道菌群紊亂、降低血脂，還對糖尿病、心血管等慢性疾病具有一定的預防效果。毛鈺蘅等[17]通過雄性小鼠的飼喂實驗證明，不同分子量魔芋葡甘聚糖對過度訓練引起的腸道菌群結構及功能失調具有調節保護作用，并且對運動表現具有促進作用。康永波[18]研究發現，魔芋葡甘聚糖對治療肥胖有良好的效果，表現在減少體重、脂肪量和血脂，改善炎癥反應、代謝和腸道屏障功能，調節人體腸道微生物結構，證明魔芋葡甘聚糖可以實現降脂功能。陳海紅[19]通過建立Ⅱ型糖尿病大鼠模型，對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展

3.1 物理改性

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

3.2 化學改性

化學改性是指通過添加化學物質產生反應改變KGM的物質形態和性質。KGM分子中暴露的大量羥基和乙酰基，可以通過酯化、醚化、氧化、交聯、接枝聚合等進行化學改性，改性后的KGM或KGM混合物的理化性質能夠有所改善。KGM具有很強的凝膠性，經化學改性后，可制成一種新型絮凝劑，能夠增強KGM的吸水性。在水中新型絮凝劑的微粒能夠相互作用，從而聚集產生絮狀沉淀，并相互結合，形成具有極強吸附力的吸附網，而且成本低，無二次污染[22]。嚴文莉[23]通過試驗發現，對KGM進行化學改性，適當降低KGM的親水性能夠提高魚糜制品的凝膠強度、持水力和感官評價。

KGM經過化學改性可以制成可降解材料，若再與聚氯乙烯和聚苯乙烯結合，可以制得復合雙降解材料。王運等[24]制備的魔芋/聚乙烯醇塑料薄膜具有良好的安全性和機械性能，薄膜完全符合塑料制品國家標準；薄膜原料的混合體系具有良好的相容性，產品透明度高，而且原料價格適宜，屬于環境友好型綠色材料，來源廣泛；薄膜制備工藝流程簡單，能夠降低生產成本，生產過程無污染，產品無任何毒性，且能夠實現生物降解；產品可用于農用地膜、可降解手提袋、食品包裝等多種用途，其應用前景十分廣泛。

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，酶解后空間構象發生改變，分子量減小，部分轉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KGM酶解工藝以及魔芋低聚糖的作用機理研究較少，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展

對KGM進行酸水解、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，具有促進益生菌生長的作用。魔芋低聚糖可以增強機體抗氧化應激能力、降血糖血脂、調節免疫系統、改善腸道優勢菌群。張婭等[25]通過實驗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]研究發現，魔芋低聚糖可有效抑制酒精攝入導致的腸道炎癥，修復腸道屏障，降低過度的神經炎癥反應，進而改善腦神經元損傷，證明魔芋低聚糖具有預防酒精性神經損傷的潛力。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，是一種新發現的功能性食品原料。張晨等[28]以魔芋低聚糖為主要原料，以感官評價作為基礎參考指標，通過優化工藝參數制作出一款低熱量、低糖和健康美味的雜糧餅干，滿足了消費者對健康食品的需求。

5 結語

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因其獨特的顆粒特性、親水性、凝膠性、成膜性和增稠性，在食品領域有很多應用。天然KGM的性質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性、儲存時間較長黏度下降等。對此，可以通過物理、化學、生物或者多種方法復合對KGM進行改性或者降解，從而改變其理化性質，發掘其新功能，開拓其應用范圍，使其適應不同食品加工的需要。近年來，對魔芋葡甘低聚糖的研究非常活躍，有效解決了天然魔芋葡甘聚糖溶解性差、黏度高等缺陷，進一步擴大了魔芋葡甘聚糖的應用范圍。魔芋葡甘低聚糖獨特的理化性質和生理功能，使其成為生物與醫藥、食品行業和其他領域理想的添加劑或原料。因此，KGM改性方法的擴展及改性機理、改性后性能的研究是今后研究的重點。通過與現代先進科學技術相結合，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研究，可提升魔芋和魔芋產品的附加價值。

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