魔芋葡甘聚糖／结冷胶共混材料的结构、流变性及释放性研究

魔芋葡甘聚糖一、魔芋葡甘聚糖的化学结构魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan, KGM）或简称“葡甘聚糖”，为天然高分子多糖，分子量为200, 000-2,000, 000。

魔芋葡甘聚糖是由β-D-甘露糖与β-D-葡萄糖以β-1，4键结合起来的链状分子，分子中的葡萄糖与甘露糖的比例为1：1.5-1.6，在甘露糖的C-3位上连有以β-1-3键连接的支链，分子每19个糖残基（C-6位）上连接有一个乙酰基。

由于其水溶液具有很高的粘稠度而在食品工业中广泛应用作增稠剂、稳定剂和乳化剂等。

魔芋葡甘聚糖水解后，可获得葡萄糖、甘露糖和少量的乙酸。

在魔芋葡甘聚糖的大分子链中，乙酰基/糖残基数为1/19，如以38个糖残基组成重复单元，葡萄糖（G）/甘露糖（M）为15/23，即1：1.5-1.6，主链中葡萄糖残基以及甘露糖残基均以β-1-4甙键相连接，支链以β-1-4甙键与主链相连接。

魔芋葡甘聚糖的大分子结构如下：图中，G为Glucose(葡萄糖)，M为Mannose(甘露糖)，A c为乙酰基，置换糖残基伯醇羟基的氢而成酯，n聚合度，一般在160-315之间，分子量在200 000-2 000 000之间。

二、物理性质⑴水溶性魔芋胶是一种水溶性胶体，由于在溶解过程中，水分子的扩散迁移速度远远超过葡甘聚糖大分子的扩散迁移速度，结果，魔芋胶的颗粒发生溶胀或肿胀，使颗粒表面产生薄薄一层高聚糖的粘稠溶液，逼使魔芋胶的颗粒互相粘联而结块，妨碍魔芋胶的进一步溶解。

为此，应使用蔗糖、葡萄糖、盐或淀粉之类的分散剂在魔芋胶溶解之前与魔芋胶混合，以防止结块。

一般用于肉制品的魔芋胶可用盐或淀粉稀释分散，用于甜食品的魔芋胶可用蔗糖或葡萄糖稀释分散，如果没有稀释分散剂，魔芋胶必需在高速搅拌的条件下溶解，魔芋胶溶解后的溶液即便浓度只有1%，也是粘稠浓厚的。

⑵混溶性魔芋胶可以和蔗糖、葡萄糖、糖浆、奶粉混溶；魔芋胶可以和多数食品乳化剂、食用香精、食用色素、食用防腐剂等食品添加剂混溶；魔芋胶可以和果胶、黄原胶、阿拉伯胶、半合成胶、天然胶等食品增稠剂混溶；魔芋胶可以和各种淀粉、天然食品的超微细粉混溶。

魔芋葡甘露聚糖的提纯及应用作者：余涵来源：《内蒙古科技与经济》 2009年第17期摘要：文章简单介绍了魔芋葡甘露聚糖的性质和结构，综述了国内外对魔芋葡甘露聚糖提取纯化的方法和魔芋葡甘露聚糖在食品、化工、医药中的应用现状及发展方向。

魔芋是多年生草本植物，广泛我国集中分布在秦林岭以南的山区。

魔芋葡甘露聚糖是魔芋块茎特有的主要成分，在魔芋中的含量约为44%～64%。

魔芋葡甘露聚糖(Konjac Glucomannan)又称魔芋粉，魔芋胶，其形状为白色或奶油至淡棕黄色粉末。

溶于水可形成高粘度溶液，是目前所发现植物类水溶性食用胶中粘度最高的一种，具有高吸水性、高膨胀性、高粘度。

它优良的粘结性、成膜性、可溶性、增稠性和保水性等特点，是一种天然食品添加剂和保鲜剂。

因此，魔芋葡甘露聚糖，可广泛应用于食品、医药、印染、建筑、涂料、纺织和造纸等领域，具有极大的市场应用价值⑴。

1 魔芋葡甘露聚糖的提纯水溶性KGM的几种主要制备提纯方法有以下几种：吴贤聪等⑵采取引入重金属离子纯化的方法；施航等⑶设计的纯化流程为：将魔芋粉加到乙醇和乙醚的混合液中回流过滤，滤渣用盐酸水解，过滤，乙醇洗涤，加丙酮脱水，得纯品KGM；上述方法主要存在以下问题：①工艺复杂，生产成本高，不易于实验室操作和生产；②引入有毒的Pb2+对环境有污染，限制了魔芋可食性膜的应用；⑧用酸水解，可能会将原料中多糖水解成单糖，破坏了多糖结构的稳定性。

针对以上问题，近年来又出现了一些新的魔芋葡甘露聚糖提纯的新方法。

官晓梅⑷等人提出的乙醇沉淀法．流程如下：魔芋精粉(KF)一去离子水溶胀一静置5h一稀释一抽滤一旋转蒸发一乙醇[（乙醇）一95%]沉淀一无水乙醇洗涤一风干一纯品KGM。

用该方法简单、易操作，且提纯的魔芋葡甘露聚糖产率为57%，产品无色、无味，其溶胶保存84 h仍均一、透明、无异味，显示产品有较高质量分数。

莫湘涛⑹等人提出的用生物法提取魔芋葡甘露聚糖，工艺过程如下：魔芋精粉(KF)一加水调浆一加少量a-淀粉酶一60℃液化45～60 min(pH=5.7～6.2)一110℃灭菌5 min一冷却一加少量糖化酶（pH一4.8～5．O）一振荡糖化48 h--ll0℃灭菌5 min一冷却一加水过滤得滤液一加95%乙醇（剧烈搅拌）一继续搅拌30 min一静置一减压过滤一80%乙醇冲洗沉淀一烘干称重(40～50℃)，该方法得到的魔芋葡甘露聚糖纯度较高，但步骤较为复杂。

魔芋葡甘聚糖基水凝胶的研究进展刘瑞雪;李义梦;樊晓敏;李迎博;张浩然【摘要】综述了KGM基水凝胶的增强体系及KGM基水凝胶在药物缓释、伤口敷料、生物组织支架等生物医药方面和作为吸附材料在污水处理方面的应用现状,指出具有代表性的新型高强度和高韧性的水凝胶体系为互穿网络水凝胶和双网络水凝胶,二者的主要区别在于是否对聚合物的类型和交联密度有严格的要求;KGM基水凝胶在药物缓释载体、伤口敷料、生物组织支架和吸附剂材料等方面均具有可观的应用潜力.设计合成高强度、高吸水性和降解速度可控的KGM基水凝胶,寻求更多制备功能性KGM基水凝胶的方法,获得具备较佳凝胶时间及优良降解性能、力学特性和吸水功能的KGM基水凝胶材料,为进一步研究KGM功能材料提供理论基础和参考,最终实现其在药物载体、伤口敷料、组织工程等生物医药和重金属的吸附等材料方面的开发与应用,将是未来的研究方向.【期刊名称】《郑州轻工业学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】14页(P16-29)【关键词】魔芋葡甘聚糖;水凝胶;生物医药;吸附材料【作者】刘瑞雪;李义梦;樊晓敏;李迎博;张浩然【作者单位】郑州轻工业学院材料与化学工程学院,河南郑州450001;郑州轻工业学院材料与化学工程学院,河南郑州450001;郑州轻工业学院材料与化学工程学院,河南郑州450001;郑州轻工业学院材料与化学工程学院,河南郑州450001;郑州轻工业学院材料与化学工程学院,河南郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TQ460.1;TS201.7;X131.20 引言水凝胶，是由亲水性聚合物通过化学或物理作用交联构成的三维网络结构，在水溶液中可以吸收相当于自身质量几十倍甚至上千倍的水分，而且在充分溶胀后还能够保持其完整的聚合物交联网络结构而不发生溶解[1].水凝胶除对电、磁、温度、酸碱等具有刺激响应性之外[2]，还具有超低的表面摩擦性、优异的生物相容性、环境友好性、柔软性等独特性质[3]，在生物材料、工业、医药和农林等领域具有广泛的应用价值[4].魔芋葡甘聚糖(KGM)是一类具有生物相容性和生物可降解性的可再生天然多糖[5]，KGM基水凝胶由于原料来源广泛、无毒无害等特点受到业界关注.天然KGM基水凝胶存在机械强度较低、抗菌性差等缺点，其应用范围受到限制[6]，但通过对天然高分子KGM进行改性或与合成聚合物共混，可以改善其性能，扩大其应用领域.目前，KGM基水凝胶材料的应用领域已经从食品行业逐渐扩展到生物医学、废水处理等，其增强化研究具有重要意义.本文拟基于KGM的凝胶化机制，综述KGM 基水凝胶的两种增强体系和KGM基水凝胶应用的研究现状，为进一步研究KGM基水凝胶材料提供理论参考.1 KGM的结构与凝胶机制1.1 KGM结构KGM是从天南星科植物魔芋块茎中提取的一种高分子量天然多糖[7]，是继淀粉、纤维素后又一类可生物降解的天然材料.KGM主链是由D-甘露糖和D-葡萄糖按照约1.61的物质的量比通过β-1,4糖苷键连接而成的，乙酰基在侧链随机分布，每10—19个糖残基上会连有1个以酯键结合的乙酰基[8].KGM大分子链上分布有大量的羟基和乙酰基等活性反应基团，因此赋予KGM以良好的水溶性、增稠性、成膜性和凝胶性等功能[9].对KGM的分子结构，业界目前还没有明确的定论，其推测结构如图1所示[10].1.2 凝胶机制KGM分子链是半柔性的，它会自发地卷曲从而形成螺旋状结构，KGM分子链上乙酰基团的空间位阻使其螺旋结构中存在大量的空隙，可以包含大量的水[11].KGM特殊的分子结构赋予其凝胶性能，采用不同的处理方法可得到热不可逆(热稳定)凝胶和热可逆(热不稳定)凝胶.通过向KGM中添加NaOH,Ca(OH)2或NaCO3等形成碱性环境(pH为9～12)，在加热条件下可以形成稳定性良好的不可逆凝胶；KGM也可与黄原胶、结冷胶等其他多糖相互作用形成热可逆凝胶，但该类凝胶在加热条件下不稳定，凝胶结构易遭到破坏[12].图1 KGM分子的推测结构[10]Fig.1Projection structure of KGM molecular[10]X.Luo等[13]将KGM用NaOH溶液处理，当反应温度大于55 ℃时，KGM溶液(质量分数为0.5 %)可由溶胶转变为凝胶，其凝胶机制是NaOH溶液抑制KGM分子链在水中的扩散，且在碱性条件下KGM分子链脱去乙酰基变成裸状，分子链间发生缠结或自聚合等，促进了KGM分子链形成局部和连续的凝胶网络结构，即形成了凝胶.碱对KGM分子链的作用如图2所示.在水溶液里，KGM分子链上的羟基与水分子之间形成氢键作用，增大了KGM的溶解性.在NaOH溶液里，碱诱导电子移动靠近KGM分子链上羟基的氧原子，甚至产生氧阴离子，因此，离子化的分子链与OH-之间的静电排斥力抑制了溶液中KGM分子链的扩展.NaOH对KGM中羟基的诱导效应和羟基与水之间的水合作用是竞争关系，作为电解质，碱破坏了分子链与水分子之间的氢键，抑制分子链在溶液中膨胀，当碱溶液中KGM浓度增大时，静电斥力作用明显，分子链没有空间可以自由移动，相邻的分子链相互缠结形成互穿网络结构，从而实现从溶胶到凝胶的转变.2 KGM基水凝胶增强体系天然KGM基水凝胶具有良好的生物相容性、生物降解性和吸水保湿等特性，在众多领域显示出良好的应用前景，然而其凝胶机械强度低、韧性差，很大程度上限制了其在一些需要高力学性能的领域中的应用，比如作为像软骨、韧带、肌腱这些承载软组织的替代物[14].近年来，研究者从多方面考虑，致力于改善KGM基水凝胶体系力学性能差的缺点，目前已经发展形成了很多不同体系的水凝胶，各种新的制备机理带来了一系列新型高强度和高韧性的水凝胶体系，其中具有代表性的是互穿网络水凝胶和双网络水凝胶.图2 碱对KGM分子链作用的示意图[13]Fig.2The schematic diagram of the alkaline effects on the KGM molecular chain[ 13]2.1 互穿网络水凝胶互穿网络水凝胶IPN gel(interpenetrating network hydrogel)是指将两种或两种以上独立水凝胶网络结构相互缠结、相互贯穿形成的具有互穿网络结构的水凝胶[15].IPN水凝胶结构中，聚合物网络相对独立，仅存在物理的贯穿，内部网络结构可以各自保持其原有的物理化学性质[16]，结构示意图如图3a)所示.IPN水凝胶中，两个网络组分之间相互作用产生协同效应，使得其性能明显优于各自组分的单网络水凝胶，可通过引入特殊功能或结构的官能团，实现IPN水凝胶的高力学性能和功能化[17]，扩展水凝胶的应用领域.根据组成互穿网络水凝胶中聚合物组分交联情况,可将其分为两类：半互穿(semi-IPN)水凝胶和全互穿(full-IPN)水凝胶.合成IPN水凝胶有两种基本方法，即顺序IPN法和同步IPN法.当第二网络在已经合成的第一网络中形成，称为顺序IPN；两种聚合物互不干扰，同时聚合形成网络结构，称为同步IPN[18].Q. Xu等[19]采用两步法，将预先制得的KGM基水凝胶浸泡在含有单体甲基丙烯酸(MAA)、交联剂、引发剂的水溶液中，MAA在KGM网络中交联聚合，通过顺序交联的方法合成了具有pH响应性的KGM/PMAA互穿网络水凝胶.引入KGM 赋予了水凝胶良好的生物相容性和生物降解性，MAA中含有可离子化/去离子化的羧基，随着环境pH值的变化，水凝胶的溶胀行为发生变化，可以通过改变KGM和MAA的比例来调节IPN水凝胶的溶胀度.KGM/PMAA互穿网络水凝胶具有pH敏感性和酶降解的特异性，可以用作结肠特异性药物释放载体的候选物. Z. Li等[20]通过简单的“一锅法”合成了KGM/PAAm半互穿网络水凝胶，该水凝胶综合了天然多糖和合成聚合物的优点，提高了其机械强度和生物相容性.由于PAAm与KGM之间的分子间氢键作用和PAAm结构的转变，KGM/PAAm水凝胶可自由成型，在室温条件下具有自愈合的能力.自愈合后的水凝胶拉伸强度高达66 kPa(为原始凝胶的73%)，伸长率高达1200%，自愈合程度较高.KGM/PAAm 半互穿自愈合水凝胶在未来的生物医学领域(如人造皮肤)具有巨大的应用潜力. 2.2 双网络水凝胶双网络水凝胶DN gel(double network hydrogel)是一种由两种具有不同性质的聚合物网络形成的特殊互穿网络水凝胶[21]，由于其具有独特的对比鲜明的网络结构和有效的能量消散机制，双网络水凝胶表现出较高的机械强度和柔韧性[22].龚剑萍等[23]报道的双网络水凝胶体系，相比于单一聚合物网络水凝胶，其机械强度和韧性都有显著提高，该课题组总结了制备高强度和高韧性双网络水凝胶的设计原则[24]：刚而脆的聚合物(通常是强聚电解质)作为第一网络，软而韧的聚合物(如中性聚合物)作为第二网络；第二网络单体的摩尔浓度是第一网络单体的20～30倍；第一网络交联密度高，第二网络交联松散.图3b)为双网络水凝胶的结构示意图.聚电解质网络结构为双网络水凝胶提供了“牺牲键”，起到了分散外界应力的作用，而柔软的中性聚合物填补于刚性网络中，为双网络水凝胶提供了支架，保持了水凝胶的外形，两层网络之间的物理或化学交联都加剧了网络体系的缠结，使其力学性能整体增强[25].双网络水凝胶优异的机械性能使其在生物材料领域，特别是人造软骨、人工肌肉等受力软组织替代方面有着广阔的应用前景[26].Z. Li等[27]以KGM,PAAm为原料，聚乙烯醇(PVA)为大分子交联剂，成功制备出具有优异的机械强度和可自由变形能力的新型物理交联的PVA-KGM/PAAm双网络水凝胶.图4为PVA-KGM/PAAm水凝胶的形成机制.由图4可知，KGM与PVA通过冻融循环形成第一网络，再通过浸泡法在第一网络中引入中性的PAAm 形成第二网络.PVA-KGM/PAAm双网络水凝胶最大压缩应变可达98%，压缩强度高达 65 MPa，远远高于之前报道的所有中性/天然高分子基双网络水凝胶的机械强度，如Agar/PAAm双网络水凝胶为38 MPa[28].该双网络水凝胶制备方法简单，PVA水凝胶和PAAm水凝胶并不是细胞黏附能力很强的材料，引入天然多糖KGM后，复合水凝胶表面的细胞黏附特性得到了很大程度的提高，赋予了PVA-KGM/PAAm双网络水凝胶良好的生物相容性和生物降解性.同时,该双网络水凝胶表现出独特的自由塑形能力，可以快速形成不同的复杂形状，且在施加98%的压缩应变再去除负载后，可完全恢复到凝胶原始的形状.因此，可以通过调节两个网络中单体的用量、控制冻融循环次数来改变凝胶内部交联密度，从而优化双网络水凝胶的性能.PVA-KGM/PAAm双网络水凝胶优良的机械性能和细胞黏附特性，使其可作为关节软骨和其他人造负重软组织的替代物.图3 互穿网络水凝胶和双网络水凝胶结构示意图[16，24]Fig.3The schematic illustration of interpenetrating network hydrogels and doub le network hydrogels图4 PVA-KGM/PAAm水凝胶的形成机制Fig.4Proposed mechanism for the formation of a PVA-KGM/PAAm hydrogel对于传统的双网络水凝胶体系，要求第一网络单体为强聚电解质，且第一网络凝胶在第二单体溶液里达到充分的溶胀，进而聚合形成双网络水凝胶.天然KGM基水凝胶吸水溶胀性能较差，需对KGM分子链作进一步修饰，引入大量的亲水性基团(如—COOH,—NH2,—SO3等)和亲水性侧链来提高凝胶的溶胀程度，以便于引入并形成第二网络.PAAm链间存在强烈的氢键作用，赋予凝胶高度的韧性，目前报道的双网络凝胶中第二网络单体多为丙烯酰胺和丙烯酸，可在KGM基双网络水凝胶第二网络中引入金属离子(如Fe3+)，其与—COO-之间产生离子协同作用;第二网络中既有共价键又有非共价键，受外力作用时非共价键破坏后可以再重组，赋予凝胶自愈合性能，同时增强凝胶材料的力学性能与耐疲劳强度，共价键-非共价键混合双网络水凝胶成为KGM基水凝胶增强的研究方向.KGM基水凝胶第二网络可以选用与PAAm网络性质相似的聚合物，如N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺等单体，制备机械强韧、化学稳定的功能性水凝胶，探索KGM基水凝胶新的性质，扩大其应用领域.综上所述，互穿网络水凝胶中聚合物网络相互贯穿缠结，一种聚合物贯穿于另一种聚合物网络中，各个聚合物都保持各自的性质.相互贯穿、共同作用，增强了凝胶的性能，其对聚合物的类型和交联浓度没有严格的要求.而双网络水凝胶中两个网络之间存在物理或化学交联作用，体系对两个网络中聚合物的类型和交联密度都有要求.两种增强机制为制备力学性能优异的KGM基水凝胶提供了广阔的思路，也为KGM基水凝胶在各个领域的应用提供了理论基础.3 KGM基水凝胶的应用近年来，国内外学者对KGM基水凝胶的研究取得了重大进展，其应用领域也从单一的食品行业逐渐转向生物医药、污水处理等方面，功能化的KGM基水凝胶在人们的生产生活中发挥着越来越重要的作用.3.1 药物缓释载体近几十年来，天然生物高分子由于其优异的性能，如无毒、生物相容性、可再生性、生物降解性和环境敏感性等，被广泛用作控制药物缓释体系的载体.KGM[29],壳聚糖[30],海藻酸钠(SA)[31]等已经被应用于设计控制药物释放体系，但是当单纯的天然生物高分子作为药物载体时，由于其与药物之间相互作用较弱，且生物高分子载体释放药物过程中会快速分解，导致生物高分子载体瞬间释放药物，机械性能较差.因此,研究者通过将KGM与聚合物共混或者接枝单体，以改善生物高分子载体的性能[32-33].最近，生物高分子/纳米材料复合材料作为药物释放载体引起了业界极大的关注.J. Wang等[34]以KGM为基体，海藻酸钠(SA)为pH敏感剂，氧化石墨烯(GO)为抗癌药物结合效应物，成功地制备了KGM/SA/GO纳米复合水凝胶，反应原理如图5所示.GO功能化的KGM/SA/GO纳米复合水凝胶具有良好的溶胀性、生物相容性、优异的pH响应性和装载/释放药物能力，可通过改变环境的pH值控制抗癌药物5-氟尿嘧啶的释放速度，克服了生物高分子载体瞬间释放药物的缺点，KGM/SA/GO复合水凝胶在药物释放载体方面有着巨大的应用前景.图5 KGM/SA/GO纳米复合水凝胶的反应原理示意图[34]Fig.5The possible mechanism of the gelation of KGM/SA/GO hydrogels[34] KGM是一种天然多糖，含有易分离的乙酰基和对电场敏感的糖苷键，且分子链上的羟基可以与很多金属离子发生反应.L.Wang等[35]用钨酸钠(Na2WO4·2H2O)在直流电场诱导下,制备了魔芋葡甘聚糖-钨(KGM-T)电化学可逆水凝胶.施加电场条件下，正极附近溶液呈酸性，WO42-在酸性条件下转变成同多钨酸离子(WxOy)n-吸附在KGM分子链上并与C-6位置的羟基交联，然后带负电荷的KGM分子向正极移动，诱导KGM自组装形成三维网络结构水凝胶，凝胶形成机制如图6所示.这是迄今为止首次利用电场诱导多糖自组装的研究，打破了制备KGM基水凝胶传统方法的限制，该KGM-T水凝胶具有电化学可逆性和较高的热稳定性，其在正极形成，因此可用于携带带负电荷的药物用于控制药物释放载体，在生物医学领域有很大的应用潜力.3.2 医用伤口敷料水凝胶作为一类重要的生物材料，具有吸水溶胶的能力，用作敷料可在伤口处吸收大量体液，维持皮肤表面一个湿润的环境，促进肉芽组织快速形成和表皮细胞再生，有益于伤口愈合[36]，因此水凝胶是一类合适的伤口敷料材料.图6 KGM分子链与(WxOy)n-发生交联作用形成凝胶的机制示意图[35]Fig.6 Mechanism diagram of cross-linking between KGM chain and (WxOy)n-from a gel[35]KGM基水凝胶因机械性能较差，限制了其在伤口包扎材料方面的应用.为解决这个问题， L. Fan等[37]先将KGM氧化，使氧化魔芋葡甘聚糖(OKGM)上的醛基与羧甲基壳聚糖(CMCS)上的氨基之间发生希夫碱反应，与此同时加入不同量的纳米添加剂——氧化石墨烯(GO)，制备KGM/CMCS/GO复合水凝胶，其合成路线如图7所示.GO容易与多糖相结合，从而提高水凝胶的机械性能.当GO的添加量从0 mg/mL 增加到5 mg/mL时，压缩强度增加144%，弹性模量增加296%.该水凝胶具有良好的溶胀能力、适当的保水能力、优异的生物相容性和与人体软组织相似的压缩模量，它在伤口敷料方面有巨大的临床应用潜力.M. Shahbuddin等[38]利用紫外光引发N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)在KGM 溶液中聚合形成KGM/P(NVP-co-PEGDA)半互穿网络，然后硝酸铈铵(Ce(IV))作为KGM主链大分子自由基的来源，引发KGM分子链交联，同时引发P(NVP-co-PEGDA)接枝到KGM分子链上，形成接枝双组分网络水凝胶，各阶段结构示意图如图8所示.该接枝双组分水凝胶具有促进成纤维细胞新陈代谢、刺激成纤维细胞和角质细胞迁移的能力，可作为有效促进伤口愈合的伤口敷料的基础材料.温辉高等[39]先将KGM氧化制备出OKGM,利用OKGM上的醛基与壳聚糖季铵盐上的氨基反应合成HACC/OKGM水凝胶.该水凝胶几乎不引起体外溶血反应，具有良好的血液相容性，可抑制创伤部位的细菌生长，具有良好的溶胀性能和适当的保水率，是一类新型抗菌医用创伤敷料.3.3 生物组织支架KGM基水凝胶具有良好的生物相容性、无毒性，且生物组织中的细胞外基质包括蛋白质、多糖等组分，因此KGM基水凝胶可应用于生物组织支架.Y. Feng等[40]设计了一种用于促进新血管再生的可注射水凝胶支架材料.该水凝胶包含两种具有独特生物活性的多糖：KGM作为水凝胶支架的结构单元，已证实可以刺激巨噬细胞/单核细胞分泌促进血管生成的生长因子(GFs)，其原理示意图如图9a)所示；肝素(Hep)是结合GFs的代表性糖胺聚糖分子，可以捕获巨噬细胞分泌的GFs.用酪胺(TA)对两种多糖改性，在酶的催化作用下二者均可以快速形成水凝胶支架KGM-TA/Hep-TA，其凝胶形成机制如图9b)所示.所设计的KGM-TA/Hep-TA可注射水凝胶成功地保留了两组分对巨噬细胞的特定功能和对GFs的亲和功能，一旦植入皮下，就能有效地原位捕获局部产生的GFs并促进血管的形成和成熟.该可注射水凝胶支架，利用内源GFs来促进血管生成，其微孔结构有利于营养/废物交换和细胞向内生长，可适用于各种血管再生的临床应用.图7 KGM/CS/GO水凝胶的合成路线示意图[37]Fig.7Schematic illustration of the synthesis route of the KGM/CMCS/GO hydrog el[37]图8 接枝双组分网络水凝胶各阶段形成结构示意图[38]Fig.8Structural diagrams of grafted two-component network hydrogel at various stages[38]3.4 吸附剂材料水凝胶具有三维孔洞网络结构，分子链上带有丰富的羧基、羟基、磺酸基和酰胺等功能官能团，对有机分子、无机金属离子、聚合物等有良好的吸附作用，可用作吸附剂处理工业废水中难降解的污染物[41].L. Gan等[42]使用CaO为交联剂，制备了GO填充的KGM基水凝胶KGM/GO，形成机理如图10所示.与KGM基水凝胶相比，KGM/GO水凝胶对水溶液中的甲基橙和甲基蓝两种染料表现出优异的吸附能力，吸附行为遵循拟二阶动力学模型和Freundlich模型，且GO和KGM来源广泛，KGM/GO水凝胶制备过程简单，其在水净化的高效吸附剂材料方面具有很大的应用潜力.J. Chen等[43]通过丙烯酸(AA)接枝KGM，制备KGMP水凝胶，该水凝胶可作为金属离子螯合剂，对水溶液中的Cu2+具有良好的吸附能力，在工业废水中有害重金属的去除方面有重要的应用前景.图9 KGM-TA/Hep-TA水凝胶刺激巨噬细胞的原理示意图及其形成机制示意图[40]Fig.9 Schematic illustration of the KGM-TA/Hep-TA hydrogel-stimulated macrophage and its formation mechanism[40]图10 KGM/GO水凝胶的形成机理示意图[42]Fig.10Formation mechanism illustration of KGM/GO hydrogel[42]4 结论本文基于KGM的凝胶化机制，对两种具有代表性的KGM基水凝胶增强体系(互穿网络水凝胶和双网络水凝胶)及KGM基水凝胶在药物缓释、伤口敷料、生物组织支架等生物医药方面和作为吸附材料在污水处理方面的应用现状进行了综述，鉴于KGM基水凝胶在上述领域具有可观的应用潜力，未来应着力做好两方面工作：一是继续着力开发具有高强度、高吸水性和降解速度可控的KGM基水凝胶.可采用如下方式制备：1)双交联网络KGM基水凝胶，以KGM为第一网络，聚电解质等高吸水聚合物(如聚丙烯酰胺、聚乙二醇等)为第二网络；2)多种化学键协同作用增强的KGM基水凝胶，互穿的双交联网络之间引入金属键、氢键等弱键，制备高强度、自修复的KGM基复合水凝胶；3)不同性质的功能性聚合物与KGM进行互穿交联，形成多交联网络、多功能的KGM基水凝胶.二是充分利用我国的KGM天然可再生资源，寻求更多的制备功能性KGM基水凝胶的方法，获得具备较佳的凝胶时间与优良的降解性能、力学特性和吸水功能的KGM基水凝胶材料，为进一步研究KGM基水凝胶用于组织工程提供良好的理论基础，进而拓宽其在药物载体、伤口敷料、组织工程等生物医学以及重金属吸附等材料方面的开发与应用.参考文献:【相关文献】[1]JANG J,LEE J,SEOL Y J,et al.Improving mechanical properties of alginate hydrogel by reinfo rcement with ethanol treated polycaprolactone nanofibers[J].Composites Part B:Engineeri ng,2013,45(1):1216.[2]VASHIST A,SHAHABUDDIN S,GUPTA Y K,et al.Polyol induced interpenetrating networks:Ch itosan-methylmethacrylate based biocompatible and pH responsive hydrogels for drug delivery s ystem[J].Journal of Materials Chemistry B,2013,1(2):168.[3]SPILLER K L,LIU Y,HOLLOWAY J L,et al.A novel method for the direct fabrication of growth factor-loaded microspheres within porous nondegradable hydrogels:Controlled release for cartil age tissue engineering[J].Journal of Controlled Release,2012,157(1):39.[4]XIANG S,QIAN W,LI T,et al.Hierarchical structural double network hydrogel with high stren gth,toughness,and good recoverability[J].New Journal of Chemistry,2017,41(23)：14397.[5] AL-GHAZZEWI F,ELAMIR A,TESTER R,et al.Effect of depolymerised konjac glucomannan on wo und healing[J].Bioactive Carbohydrates & Dietary Fibre,2015,5(2):125.[6]YI Y,LIN W,JIE P,et al.A review of the development of properties and structures based on k onjac glucomannan as functional materials[J].Chinese Journal of Structural Chemistry,2017 ,36(2):346.[7] LIU J,ZHANG L,HU W,et al.Preparation of konjac glucomannan-based pulsatile capsule for colonic drug delivery system and its evaluation in vitro and in vivo[J].Carbohydrate Polymers,2012,87(1):377.[8]NIU C,WU W,WANG Z,et al.Adsorption of heavy metal ions from aqueous solution by cros slinked carboxymethyl konjac glucomannan[J].Journal of Hazardous Materials,2007,141(1): 209.[9] LUAN J,WU K,LI C,et al.pH-sensitive drug delivery system based on hydrophobic modified konjac glucomannan[J].Ca rbohydrate Polymers,2017,171:9.[10] KATSURAYA K,OKUYAMA K,HATANAKA K,et al.Constitution of konjac glucomannan:C hemical analysis and 13 C NMR spectroscopy[J].Carbohydrate Polymers,2003,53(2):183.[11] 王恒洲.魔芋葡甘聚糖薄膜和海绵材料的制备及性能研究[D].武汉：武汉纺织大学,2013.[12] 庞杰,吴春华,温成荣,等.魔芋葡甘聚糖凝胶研究进展及其问题[J].中国食品学报,2011,11(9):181.[13] LUO X,HE P,LIN X.The mechanism of sodium hydroxide solution promoting the gelati on of Konjac glucomannan (KGM)[J].Food Hydrocolloids,2013,30(1):92.[14] ZHAO Y,NAKAJIMA T,YANG J J,et al.Proteoglycans and glycosaminoglycans improve t oughness of biocompatible double network hydrogels[J].Advanced Materials,2014,26(3):4 36.[15] LIU Y Y,FAN X D,WEI B R,et al.pH-responsive amphiphilic hydrogel networks with IPN structure:A strategy for controlled drug release[J].International Journal of Pharmaceutics,2006,308(1/2):205.[16] SINGHA N R R,KARMAKAR M,MAHAPATRA M,et al.Systematic synthesis of pectin-g-(sodium acrylate-co-N-isopropylacrylamide) interpenetrating polymer network for mere/synergistic superadsorpt ion of dyes/M(Ⅱ):Comprehensive determination of physicochemical changes in loaded hy drogels[J].Polymer Chemistry,2017，8(20):3211.[17] 何银亭,詹秀环,田博士,等.聚丙烯酸/聚乙烯醇互穿网络水凝胶制备及其对结晶紫的控制释放性能的研究[J].化工技术与开发,2010 (11):13.[18] ILAVSKY M,MAMYTBEKOV G,HANYKOVá L,et al.Phase transition in swollen gels 31.Sw elling and mechanical behaviour of interpenetrating networks composed of poly(1-vinyl-2-pyrrolidone) and polyacrylamide in water/acetone mixtures[J].European Polymer Journal,2 002,38(5):875.。

魔芋葡甘聚糖的研究进展及应用现状综述刘楠1，杨芳1,2（1.安康学院农学与生命科学院，陕西安康725000；2.陕西省富硒食品工程实验室，陕西安康725000）摘要：魔芋葡甘聚糖是魔芋的主要经济成分。

近年来，关于魔芋葡甘聚糖的研究与应用都有很大进展。

本文综述了魔芋葡甘聚糖在化学结构、理化性质和提纯等方面的研究进展，及其在医学、生物材料、食品等领域的应用现状，并对魔芋葡甘聚糖的应用前景提出了展望。

关键词：魔芋葡甘聚糖；研究进展；应用现状中图分类号：Q53文献标识码：A 文章编号：1674-0092（2011）04-0095-042011年8月第23卷第4期安康学院学报Journal of Ankang University Aug.2011Vol.23No.4收稿日期：2011-02-25基金项目：安康学院大学生科技专项（2010akxydxs22）作者简介：刘楠，女，陕西西安人，安康学院农学与生命科学院本科生，主要从事糖生物学研究；杨芳，女，陕西安康人，安康学院农学与生命科学院讲师，硕士，主要从事糖生物学研究。

魔芋葡甘聚糖(KGM )是魔芋块茎中所含的中型非离子性线性多糖，是由葡萄糖和甘露糖以β-1，4糖苷键结合形成的高分子化合物，是一种优良的膳食纤维，具亲水性，凝胶性，粘结性，可食性，抗菌性，成膜性等特性。

1魔芋葡甘聚糖的研究现状1.1魔芋葡甘聚糖的化学结构魔芋葡甘聚糖是由D-葡萄糖和D-甘露糖约按1：1.6（mol/mol ）的比例，以β-1，4-糖苷键连接的高分子多糖[1]，在主链甘露糖的C3位上存在着以β-1,3键结合的支链结构。

天然的魔芋葡甘聚糖是由放射状排列的胶束组成，具有与肝素相近似的骨架结构，单体分子中C2，C3，C6位上的-OH ，均具有较强的反应活性，其平均分子量为1.1×106。

1.2魔芋葡甘聚糖的理化性质魔芋葡甘聚糖具有优良的束水性、胶凝性、增稠性、粘结性、可逆性、悬浮性、成膜性、赋味性等多种特性，被广泛应用于医学，食品，生物学等各个领域。

魔芋葡甘聚糖减肥作用及其机理研究进展作者：薛丽华陈继承冯瑞庞杰来源：《海峡科学》2012年第08期[摘要] 当今社会，肥胖现象越来越严重，它能引起多种并发症，危害人类健康，减肥成为人们关注的热点。

魔芋葡甘聚糖是魔芋的主要成分，具有抗衰老、调节胃肠道、降血脂、降血糖等多种功能特性，魔芋葡甘聚糖的减肥效果也受到普遍关注，该文对国内外关于魔芋减肥作用的研究进行了综述，介绍了魔芋葡甘聚糖减肥机理，并为开发魔芋减肥产品提出一些建议。

[关键词] 魔芋减肥机理综述0 引言魔芋又名鬼头、鬼芋，学名叫蒟蒻，属天南星科多年生草本植物[1]，魔芋的球茎含有魔芋葡甘聚糖 (Konjac Glucomannan，简称KGM)约60%。

KGM是一种高分子量的非离子型多糖，其平均相对分子质量在20～200万之间，由β-D-葡萄糖和β-D-甘露糖以1:1.6的摩尔比通过β-1,4糖苷键结合构成，在主链甘露糖的C3位上存在β-1,3糖苷键支链结构[2]。

因KGM独特的结构，决定其优良特性，可作为增稠剂、胶凝剂、乳化剂、稳定剂、添加剂、填充剂等，在环保、医药、食品及其他领域中得到广泛应用。

联合国食品卫生组织已认定魔芋为“宝贵的天然保健食品”。

魔芋的药用价值在《本草纲目》早有记载，“有解毒消肿、化痰散结、化於等功效”，常用作治疗咳嗽、疝气、乳痛、积滞、闭经和跌打损伤、烧伤、蛇咬等[3]。

现代研究表明，KGM具有抗衰老、调节胃肠道、降血脂、减肥、降血糖、抗肿瘤和调节免疫等诸多功效[4]。

近年来，肥胖现象越来越普遍，目前中国肥胖人口已达3.25亿。

它能够导致很多并发症，引起人体生理、生化、病理、神经体液调节的一系列变化，使人体的工作能力降低，对疾病的抵抗力下降，甚至缩短寿命。

减肥成为人们关注的热点，减肥药物应运而生，但减肥药物会对健康产生一定的危害，例如苯丁胺、氟苯丙胺等减肥药物在产生减肥效果的同时产生了很大的副作用，能够造成心脏瓣膜变形，严重危害身体健康[5]。

72 I FOOD INDUSTRY I解读INTERPRETATION1. 魔芋葡甘聚糖结构及理化特性魔芋葡甘聚糖是天南星科植物，是魔芋中的主要成分，是天然的植物多糖，具有较高的粘度。

魔芋葡甘聚糖缩写即为KGM ，KGM 主链D-甘露糖与D-葡萄糖通过β-1，4糖苷键链接而成，甘露糖与葡萄糖分子比约为1.5:1或1.6:1（花魔芋，A.konjac ）或1.69:1。

在某些糖残基C3位上存在由β-1，3糖苷键链接的支链，支链上有葡萄糖与甘露糖残基构成，数量不等，KGM 其化学结构可由图1.1表示。

KGM 的特殊结构和化学成分赋予其独特的性能，如优异的亲水性、胶凝性、流变性能、增稠性能和成膜性能。

KGM 易溶于水，但不溶于甲醇、乙醇、丙酮和氯仿等有机溶剂，难以自由移动的大分子使魔芋胶溶液成为粘稠的非牛顿流体。

KGM 具有优异的保水性，可吸收自身体积的80至100倍，形成KGM 溶胶。

同时，KGM 分子量大，吸湿性和容量性强，由于不带电而具有极好的附着力，是自然界粘度最高的多糖之一，具有极好的增稠效果，相较于其他多糖。

KGM 溶胶的脱水在一定条件下可以形成胶膜，通过调节亲水和疏水材料可以改变胶膜的透水性。

魔芋葡甘聚糖对肠道微生物调控影响机制分析文 王元KGM 吸水性强，可增加大便量，促进肠蠕动和粪便排泄，减少对有毒物质的吸收，起到肠道清道夫的作用。

KGM 到达大肠后，在肠道微生物的作用下发酵产生酸和各种短链脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，调节肠道菌群，具有良好的肠道益生元作用。

近年来，有报道称，KGM 的肠道益生元作用是发挥减肥降脂、免疫调节、抗氧化损伤、预防大肠癌等生物学作用的重要途径。

对各种KGM 及其衍生物的肠道益生元进行了评估，性别在预测KGM 的生物活性方面非常重要。

魔芋葡甘聚糖是一种优质膳食纤维，能促进肠胃蠕动，具有“肠道清道夫”的功效，促进体内有害毒素的排出，预防和减少疾病的发生，有效保护胃黏膜，能清除胃壁并具有良好的肠道益生菌特性，但尚未报道哪种摄入形式发挥更好的作用。

浅谈魔芋葡甘聚糖的功能及研究进展作者：李雪晨周玉娇苏雅瑜何志龙黄国钞来源：《农家科技下旬刊》2015年第08期摘要：魔芋葡甘聚糖，也叫KGM，是一种天然的高分子量的可溶性膳食纤维，在膳食纤维中是优良品，不仅不提供热能、有饱腹感，而且还能减少和阻止葡萄糖的吸收以及脂肪酸的合成，具有很好的瘦身减肥功能。

关键词：魔芋；KGM多年生草本植物的魔芋，含有大量的葡甘聚糖。

葡甘聚糖不仅是魔芋的贮备性多糖，也是一种可食半纤维的多糖类。

魔芋葡甘聚糖是由葡萄糖和甘露糖按11：6的比例以β一1，4糖苷键结合而形成的一种非离子型多糖，能够清肠道，可以改善耐糖能力，还可以预防肥胖、改善胆固醇代谢等。

一、KGM的理化性质魔芋葡甘聚糖不仅有很好的水溶性和保水性，胶凝性、增稠性、粘结性，还有极好的可逆性、悬浮性、成膜性以及赋味性等多种特性，在医学，食品，生物学等各个领域中被广泛应用。

二、 KGM的功能性质1.调节肠道的功能魔芋葡甘聚糖能够预防和治疗便秘，且保水能力很好，食用后能增加粪便容积，促进肠道蠕动和排便，有“肠道清道夫”之称。

张茂玉等学者观察了便秘者食用魔芋食品前后肠道茵群的变化，发现食用魔芋食品后，其肠道内以双歧菌为指示菌的厌氧菌占优势，而双岐杆菌是无任何毒性的菌群，具有明显的免疫赋活作用。

所以，魔芋葡甘聚糖对防治便秘和肠癌等有良好的作用。

2. 防治肥胖的功能魔芋葡甘聚糖是一种热量很低的减肥食品，吸水膨胀性很强，可以增加饱腹感，在某些程度上可以控制饮食；魔芋葡甘聚糖还能通便润肠，让某些没有被吸收的营养物质跟随着粪便一起排出，达到通便减肥的目的。

孙格选等学者将魔芋精粉添加进高脂肪高营养的饲料.饲喂出生24天的SD大鼠，发现魔芋葡甘聚糖能减少脂肪的堆积，起到减肥作用。

3.防治糖尿病的功能魔芋葡甘聚糖作为一种优质的食物纤维，在人体内不能被消化，热量超低，可以使血糖水平降低，因此在糖尿病的治疗中被广泛应用。

魔芋葡甘聚糖分子量大、粘性强，能阻止葡萄糖的吸收，使胰岛的负担减轻，从而使糖尿病人处在良性循环状态中。

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公布说明书[11]公开号CN 1919897A [43]公开日2007年2月28日[21]申请号200610030605.0[22]申请日2006.08.31[21]申请号200610030605.0[71]申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号[72]发明人殷万春 张洪斌 [74]专利代理机构上海交达专利事务所代理人王锡麟 王桂忠[51]Int.CI.C08J 3/075 (2006.01)C08L 5/00 (2006.01)A23L 1/0528 (2006.01)权利要求书 2 页 说明书 5 页[54]发明名称低浓度魔芋葡甘聚糖在低温度碱性条件下凝胶的方法[57]摘要本发明涉及的是一种食品加工技术领域的方法，特别是一种低浓度魔芋葡甘聚糖在低温度碱性条件下凝胶的方法。

先配制成良好水合的魔芋精粉或魔芋葡甘聚糖水分散液，再将其与所配制的盐溶液，具有盐析性质盐的水溶液在室温下混和，加入碱性凝胶剂后，经充分加热而生成凝胶。

或者先配制成水合的魔芋精粉或魔芋葡甘聚糖水分散液，再加入所配制的表面活性剂溶液，添加或者不添加碱性凝胶剂，经充分加热而生成弹性凝胶。

本发明开创了使低浓度魔芋精粉和魔芋葡甘聚糖快速成胶的新方法，制得的凝胶模量高，质地细腻。

200610030605.0权 利 要 求 书第1/2页 1、一种低浓度魔芋葡甘聚糖在低温度碱性条件下凝胶的方法，其特征在于，先配制成良好水合的魔芋精粉或魔芋葡甘聚糖水分散液，再将其与所配制的盐溶液，具有盐析性质盐的水溶液在室温下混和，加入碱性凝胶剂后，经充分加热而生成凝胶。

2、根据权利要求1所述的低浓度魔芋葡甘聚糖在低温度碱性条件下凝胶的方法，其特征是，所述的水分散液，其浓度范围为0.1w t％～1w t％。

3、根据权利要求1所述的低浓度魔芋葡甘聚糖在低温度碱性条件下凝胶的方法，其特征是，所述的具有盐析性质盐为：硫酸钠、硫酸钾、氯化钠、硝酸钠或它们的复配物；所配制的盐溶液，硫酸钠水溶液的浓度范围是1wt％～22wt％，硫酸钾水溶液浓度范围为1wt％～11wt％，氯化钠水溶液浓度范围为1wt％～30 wt％；硝酸钠水溶液浓度范围为1wt％～30wt％。

文章编号:100629941(2008)0120041203魔芋葡甘聚糖含能材料的制备及表征张正光,罗学刚(西南科技大学生命科学与工程学院,四川绵阳621010)摘要:利用资源丰富的可再生天然高分子材料魔芋葡甘聚糖为原料,以发烟硝酸、浓硫酸、五氧化二磷为反应体系制备了不溶于水而在丙酮等有机溶剂中溶解性好的葡甘聚糖含能材料;并通过元素分析、FT 2I R 、SE M 、X 衍射、TG 2DSC 等对其含氮量、结构、和性能等进行了分析表征。

结果表明:新型的材料含有—ONO 2基团,含氮量达13.59%,疏松的网络结构,结晶性增强,分解温度为161℃,有较大的放热峰,具有含能材料的性质。

关键词:材料学;含能材料;葡甘聚糖;疏水;改性中图分类号:T J55;O621.3 文献标识码:A收稿日期:2007206220;修回日期:2007209219基金项目:国家自然科学基金资助项目(29876017)作者简介:张正光(1982-),男,硕士,主要从事天然大分子材料改性与深加工研究。

e 2mail:zhangzhengguang01@通讯联系人:罗学刚,教授,博士生导师,主要从事生物质化学衍生物与环境友好材料研究。

e 2mail:lxgxq@my 2public .sc .cninfo .net1　引　言魔芋葡甘聚糖(KG M )是一种天然高分子聚合物,在自然界中是继纤维素和淀粉之后的第三大可再生资源。

它是由β21,4糖苷键连接的D 2甘露糖和D 2葡萄糖以1.6∶1的比例构成的复合多[1]。

其主链上存在支链,支链长度为11～16个甘露糖残基,最新的研究表明其支链以β21,6糖苷键连接在葡萄糖基的碳6位上[2],并且每隔约19个糖残基连接有一个乙酰基[3]。

KG M 中各结构单元的C 6位上都有活泼的伯羟基—CH 2OH,在一定条件下可以进行酯化、醚化、硝化、接枝聚合等多种化学反应[4],可以得到能量高,热塑性好的KG M;目前,关于KG M 的研究主要集中在其分子结构[2-3]、互穿聚合物网络的制备[5]以及交联微球吸附材料的研制[6]等方面,这些主要应用于生物化学、医学、食品和环境保护等领域。

学士学位论文论文题目两种魔芋葡甘聚糖羧酸酯的制备及其性能的研究院系专业姓名学号指导老师日期The preparation of two kinds of KGM carboxylate and research their propertiesMay 26,2011两种魔芋葡甘聚糖羧酸酯的制备及其性能的研究郑重声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或撰写过的研究成果，与我一同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

作者签名：日期：摘要制备了两种魔芋葡甘聚糖羧酸酯并研究其相关性能。

以魔芋葡甘聚糖（KGM）为原料，氢氧化钠为催化剂，乙酸酐为改性剂，制备了魔芋葡甘聚糖乙酸酯；以吡啶为催化剂，正丁酰氯为改性剂，在苯的反应体系中制备了魔芋葡甘聚糖丁酸酯。

分别研究了不同反应条件对以上两种魔芋葡甘聚糖脂肪酯的取代度（DS）和吸水性的影响。

运用傅立叶红外光谱仪(FTIR)对KGM乙酸酯和KGM丁酸酯进行了表征，利用布袋法检测了它们的吸水性。

结果表明，KGM乙酸酯和KGM 丁酸酯的羰基(C=O)特征吸收峰较KGM明显增强，吸水性随着DS的增加而降低，在DS相同的情况下，KGM乙酸酯比KGM丁酸酯吸水性强。

关键词：魔芋葡甘聚糖；酯化反应；吸水性ABSTRACTFabricate two kinds of KGM carboxylate and research their properties. Manufacture KGM acetate with KGM as raw materials, sodium hydroxide as catalyst, and acetic anhydride as modifier; fabricate KGM butyric acid ester in the reaction system of benzene. Study seperately the influence of the two kind of KGM carboxylate of the degree of substitution and water absorbability under the reaction e FTIR spectrometer to characterize the KGM and KGM carboxylate, and detect the water absorbability of them in bag process. The results show that the absorption peak of carbonyl group features of the KGM acetate and butyrate increases, and the water absorbability lowers as the increasing of the DS.In the same DS circumstances,KGM acetate ’s absorbent higher then KGM butyrate’s.Key words：KGM; esterification; absorbent目录郑重声明 (Ⅰ)摘要 (Ⅱ)ABSTRACT (Ⅲ)目录 (1)第一章综述 (3)1.1引言 (3)1.2 魔芋葡甘聚糖的性质 (4)1.3 魔芋葡甘聚糖的结构 (5)1.4魔芋胶及其应用 (5)1.4.1 在食品加工中的应用 (6)1.4.2 在农业中的应用 (6)1.4.3 在医药中的应用 (6)1.4.4 在其他工业中的应用 (6)1.5 魔芋葡甘聚糖的改性研究进展 (7)1.6 研究目的 (8)第二章实验 (9)2.1试剂及仪器 (9)2.2 魔芋葡甘聚糖乙酸酯的制备 (9)2.3 魔芋葡甘聚糖丁酸酯的制备 (9)2.3.1 正丁酰氯的制备 (9)2.3.2 合成魔芋葡甘聚糖丁酸酯 (10)2.4 样品取代度的测定 (10)2.4.1 魔芋葡甘聚糖乙酸酯取代度的测定 (10)2.4.2 魔芋葡甘聚糖丁酸酯取代度的测定 (10)第三章结果与讨论 (12)3.1 魔芋葡甘聚糖的酯化反应 (12)3.2反应温度对取代度的影响 (12)3.2.1 反应温度对KGM乙酸酯取代度的影响 (12)3.2.2 反应温度对KGM丁酸酯取代度的影响 (13)3.3对产品吸水性能的研究 (14)3.4 红外分析 (15)3.4.1对KGM乙酸酯的红外分析 (16)3.4.2对KGM丁酸酯的红外分析 (18)3.5 结论 (20)参考文献 (21)致谢 (23)第一章综述1.1 引言魔芋（Konjac）是天南星科多年生草本植物，在印度、中国、日本等东南亚国家有着悠久的栽培历史。

1 引言1.1魔芋的基本性质魔芋，多年生草本植物，我国有60多种，种植历史已达两千年之久，主要分布在在湖北、云南、四川、贵州等省，且多在山区，亩产可达数千斤。

魔芋作为传统健康食品在我国和日本有悠久的历史。

近年来关于KGM 在食品领域的应用研究日益引人注目。

[1-2]其主要成分是魔芋葡甘聚糖（KGM），KGM 是由D-葡萄糖和D-甘露糖按1∶1.6 的比例以ß-1，4 糖苷键连接的杂多糖，其分子量达106 D，在KGM 分子链上平均每17 个糖残基C-6 位上连有一个乙酰基[3-4]。

是具有分支的大分子杂多糖。

具有优良的亲水性、胶凝性、增稠性、黏滞性、可逆性、悬浮性、成膜性与赋味性等特性, 尤其优良的成膜性已引起国内外的重视[5].其水溶胶在适当条件下成膜, 可作为一种可食性和自然降解的膜材料。

魔芋葡甘聚糖膜存在着成膜时间长、膜的强度低、抗菌能力差以及吸湿度大等问题。

因此,已有应用各种方法对其进行改性以改善膜的性能.近年来魔芋葡甘聚糖改性产物在食品，医药，化工，纺织和环保等领域有很好的应用前景。

因此，对魔芋葡甘聚糖膜进行改性对扩大其应用范围有重要意义。

[6-7]1.2.KGM的化学结构和性质KGM的化学结构如图1：图1. 魔芋葡甘聚糖的化学结构KGM在酸性条件下分别经高峰淀粉酶，甘露糖酶和纤维素酶水解，其产物经薄层色谱和凝胶电泳分析表明，KGM是主链由D-甘露糖和D-葡萄糖以ß-1，4吡喃苷键连接的杂多糖。

根据来源不同，KGM分子中甘露糖和葡萄糖的摩尔比为1.6—4.2,在主链甘露糖的C位上存在ß-1，3键结合的支链结构，大约每32个糖残3基上有3个左右支链，支链仅含几个残基，并且在有些糖残基上有乙酰基团。

约每19个糖残基上有一个，以酯的方式相结合。

常见的KGM中甘露糖和葡萄糖的摩尔比约为1.5—1.7(通常为1.6)，乙酰基含量为15%。

不同品种与来源的KGM 的分子量不同，一般来讲，其粘均分子量约为7—8*105，光散射法测得KGM的重均分子量8*105—2.62*106。

植物聚多糖魔芋葡甘聚糖的性质与应用1摘要：本文全面介绍了魔芋的主要成分——葡甘聚糖（Konjac Glucomannan 简称KGM ）的结构、提纯方法、物理化学性质和其在医药卫生领域的保健功能及药用价值；综述了近年国内外的研究开发现状和其在食品、化工、纺织、医药、石油钻探等领域的应用，从而展示了KGM 这一丰富的可再生资源的学术研究价值以及在医药、化工、纺织等领域中的广阔的应用前景。

关键词： 魔芋；葡甘聚糖；聚多糖1.葡甘聚糖的来源和化学结构魔芋的主要成份是葡萄糖甘露聚糖，简称葡甘聚糖，在干魔芋块茎中含量高达55～80％[1, 2]。

它是由D-葡萄糖(G)和D –甘露糖(M)按1:1.6或1:1.69的摩尔比通过β-1，4-吡喃糖苷键结合而成的复合多糖。

在其主链上甘露糖的C3位置上往往存在着通过β-1，3糖苷键结合的支链结构，除葡萄糖和甘露糖残基外，还有少量乙酰基存在 [3, 4]。

KGM 的结构如图1所示。

图1 KGM 的大分子结构Figure 1 The Macromolecular Structure of KGM由于KGM 的性质受其提取工艺和纯度的影响较大，因此KGM 的分离和提纯方法的研究一直备受关注，文献中多有报道[5-7]。

其中常用的是乙醇沉淀法、铜盐法和真空冷冻干燥法。

铜盐法以及早期的乙醇沉淀法在提纯KGM 的过程中由于进行了高温处理，使KGM 失去水溶性而只能溶解在20%NaOH 溶液中。

真空冷冻干燥法由于保持了物质的结构与形态，未受到高温的影响而保持了良好的水溶性。

目前，真空冷冻干燥法是一种比较好的采用较多的方法。

近年来，生物催化剂酶亦被用于KGM 的提纯[8, 9]。

这种方法利用淀粉酶和蛋白酶将魔芋精粉中所含的淀粉和蛋白质分解除去，然后再用乙醇将KGM 从反应体系中提取出来，从而得到高纯度的、水溶性良好的葡甘聚糖。

相对于一般的化学方法，利用酶提纯的方法得到的葡甘聚糖的纯度要高的多。