魔芋葡甘聚糖的研究进展及应用现状综述_刘楠

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。

1.2.1水溶性魔芋葡甘聚糖易溶于水，可以吸收相当于自身体积100倍的水，形成一种水溶性胶体，被称为魔芋胶[2-3]。

在溶解过程中，水分子的扩散迁移速度远远超过魔芋葡甘聚糖大分子的扩散迁移速度，使魔芋胶颗粒发生溶胀或肿胀，颗粒表面产生一层薄高聚糖的粘稠溶液，妨碍了魔芋胶的降解。

差示扫描量热法分析结果显示，魔芋葡甘聚糖和水之间发生了明显的相互作用，该条件下的凝胶为不可逆凝胶，当魔芋葡甘聚糖溶胶脱水后，在一定条件下可以形成有粘着力的膜。

1.2.2凝胶性食品加工中许多食品的形状和结构都依赖于亲水胶体物质的凝胶性质。

魔芋葡甘聚糖具有独特的胶凝性能，在不同条件下可形成热可逆（热不稳定）凝胶和热不可逆（热稳定）凝胶。

当魔芋葡甘聚糖和黄原胶卡拉胶等产生强烈的协同作用时形成热可逆凝胶；魔芋葡甘聚糖在碱性加热条件下，因脱掉分子链上的乙酰基，形成十分稳定的凝胶，该凝胶对热十分稳定，即使在100℃下反复加热，其凝胶强度也基本不变。

较高浓度的魔芋葡甘聚糖溶胶加热冷却后也能形成一定强度的凝胶。

魔芋葡甘聚糖凝胶的热固特性是魔芋葡甘聚糖可以热成型的基础，对其进行透析除碱后仍可保持凝胶结构，这是魔芋葡甘聚糖膜抗水、耐水溶解的原因。

1.2.3流变性魔芋葡甘聚糖是一种中性多糖，易溶于水，溶于甲醇、乙醇、丙酮等有机溶剂。

其水溶液为假塑性流体，具有剪切稀化的性质。

魔芋葡甘聚糖水溶胶的表观粘度与剪切速率成反比，并随温度的上升而逐渐降低，冷却后又重新升高，但不能回升到加热前的水平。

魔芋葡甘聚糖水溶胶在80℃以上较不稳定，其溶胶于121℃下保温0.5h 时，粘度约下降50%。

Yoshimara等[4]观察了pH对魔芋葡甘聚糖粘度及其流变学特性的影响，结果表明：当pH<3或pH>11.5时，粘度迅速增大，而当pH为3～9时，则保持相对稳定的粘度。

1.2.4增稠性魔芋葡甘聚糖相对分子质量大、水合能力强和不带电荷等特性决定了它具有优良的增稠性能。

1%魔芋精粉的粘度达到数十帕斯卡秒（Pa·s），高者达200Pa·s，是自然界中粘度较大的多糖之一。

与黄原胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶等增稠剂相比，魔芋葡甘聚糖系非离子型增稠剂，受体系中盐的影响相对很小。

同时，它与黄原胶、淀粉等增稠剂具有协同增效作用。

若在1%的黄原胶溶液中加入0.02%～0.03%的魔芋精粉，粘度可增加2～3倍[5]，若增稠剂用量同为5%，4.5%变性玉米淀粉+0.5%魔芋精粉糊化后的粘度比5%变性玉米淀粉的粘度高出4.6～8.6倍[6]。

1.2.5成膜性魔芋葡甘聚糖溶液具有良好的成膜特性，其特点是用量低，强度高，透明性好。

单一的魔芋葡甘聚糖膜具有水溶性，在碱性加热条件下制成的膜耐水性强，在冷、热水中及酸碱中均稳定。

1.3魔芋葡甘聚糖的提取和纯化魔芋葡甘聚糖为魔芋块茎中所含主要经济成分。

目前国内主要栽培有花魔芋、白魔芋、珠芽魔芋三种，其中珠芽魔芋为我国魔芋产业新的种质资源。

花魔芋含魔芋葡甘聚糖为55%左右，白魔芋含魔芋葡甘聚糖60%左右，珠芽魔芋含魔芋葡甘聚糖高达76.6%[7]。

1.3.1提取魔芋葡甘聚糖的提取方法是多种多样的，魔芋中非葡甘露聚糖的杂质主要是淀粉。

莫湘涛等[8]应用酶法和糖化菌处理法成功地除去了淀粉杂质，获得了纯度达90%的葡甘露聚糖。

酶法中的斐林试剂沉淀法产品收率为52.3%，乙醇沉淀法为62.37%；糖化菌处理法为60.5%。

张迎庆等[9]利用纤维素酶制备魔芋葡甘聚糖，其最适条件为：10g 魔芋精粉，500U纤维素酶，在40℃，pH值为5.0时反应2h，所得的低聚糖的分子量主要分布在数均相对分子量5100，重均相对分子量7160处。

虽然酶法所获得的葡甘聚糖的水溶性较高，但其胶性较差，且提纯工艺较杂，不适于工厂进行大规模生产。

乙醇沉淀法提取的葡甘露聚糖含量可达90%左右，不含淀粉杂质，水溶性好，凝胶性稳定，且黏度也有一定降低，而且成本较低廉，可行性较高，应用范围广泛，目前多数实验室或工厂大规模生产多用这种方法。

1.3.2纯化魔芋葡甘聚糖的纯化方法有许多种。

阎华等[10]使用的是磷酸提纯法，并从产品得率、溶胶性能、工艺难易等方面与乙醇沉淀法等提纯方式进行了比较。

结果表明，磷酸提纯法能够得到纯度高于95%的产品，而且得率接近80%。

且磷酸、酒精和水用量少，能够很大程度上节约成本，方法简便，适于生产中推广应用。

刘廷国等[11]通过对乙醇、Pb (Ac)2、H2O2三种纯化魔芋葡甘聚糖的方法进行比较后发现，乙醇和Pb(Ac)2法显著优于H2O2法，可得到高纯度样品，其所得样品含量均在95%以上。

但Pb(Ac)2纯化法也存在很大弊端，Pb2+的引入不但污染环境，而且限制了魔芋葡甘聚糖的可食性应用。

2魔芋葡甘聚糖的应用现状2.1魔芋葡甘聚糖在医学上的应用魔芋葡甘聚糖具有抗肿瘤，减肥，降血压，降血脂等作用，随着研究的深入，其在医学上的应用越来越广泛。

人们通过现代医学的手段对魔芋的药用价值进行了较为系统的研究。

有关研究表明，魔芋葡甘聚糖对降低血糖，防治糖尿病及其并发症有很大作用。

刘红等[12]应用小剂量腹腔内间断注射四氧嘧啶复制了大鼠糖尿病模型，观察魔芋葡甘聚糖对小鼠血糖的影响，发现魔芋葡甘聚糖组大鼠血糖水平明显低于糖尿病对照组，并能减少四氧嘧啶糖尿病小鼠的饮水量，说明魔芋葡甘聚糖对四氧嘧啶糖尿病小鼠高血糖有防治作用。

陈黎[13]和王忠霞[14]等人分别对小鼠和大鼠进行了饲喂试验，发现魔芋具有降血脂的作用。

由于魔芋自身低热量，且降低了单糖的吸收，从而使脂肪酸在体内的合成也下降，从而达到减肥的效果。

魔芋葡甘聚糖吸水膨胀后会产生饱腹感，从而能在一定程度上起到控制饮食作用。

同时魔芋葡甘聚糖还能润肠通便，使部分未被吸收的营养物质随粪便排出，起到通便减肥的作用。

流行病学调查和部分实验研究结果表明，魔芋葡甘聚糖对预防结肠癌、癌等有一定的作用。

此外，长期食用魔芋可提高机体的免疫机能、抗癌、逆转脂肪肝及延缓脑神经胶质细胞、心肌细胞和大、中静脉内膜内皮细胞的老化，预防动脉粥样硬化，改善心、脑和血管的功能。

2.2魔芋葡甘聚糖在工业中的应用魔芋葡甘聚糖的水溶液呈溶胶性，并具有成膜性质。

随着果蔬保鲜剂研制的兴起，魔芋葡甘聚糖因其溶液粘度大，稳定性高，抗菌性强，结膜细致，光滑的性质而被作为保鲜剂的活性成分。

许秀真[15]通过将魔芋葡甘聚糖与壳聚糖进行共混，并添加入添加剂、抗菌剂及生物抑制剂以改善魔芋葡甘聚糖水溶胶的抗菌性能，将该龙眼投入水溶胶中浸泡一定时间，捞出经风干后即在龙眼果皮上形成一层薄膜，再将龙眼进行进一步处理后在常温条件下保鲜，取得了较好的保鲜效果。

此外，魔芋还有以下用途：可作钻井助剂和压裂剂；可作粘合剂、防漏剂和高级涂料；可作棉、毛、麻、丝绸的浆料和丝绸的防皱剂及染色助剂；由于魔芋含有多种生物碱，对许多害虫和菌类具有明显的抑制、忌避和毒杀作用，因而可作生产无公害地膜和农药的乳化剂和增效剂；魔芋还可以制作成胶状炸药，该炸药在空气中非常稳定且对碰撞不敏感，即使在水中其成分的溶出也很慢，因而能较长时间存放，不仅可用于一般爆破，还能用于水下作业。

2.3魔芋葡甘聚糖在生物材料领域的应用2.3.1魔芋葡甘聚糖在生物膜材料上的应用一定条件下，魔芋葡甘聚糖具有较好的成膜性，但成膜不连续，其膜耐水、耐洗擦性差，故通常将其进行改性后再制膜，以提高成膜性、膜强度、抗水性和透湿性。

魔芋葡甘聚糖改性制膜的方法主要有化学改性和物理共混两类方法。

文献[16]将魔芋葡甘聚糖羧甲基化、磷酸盐酯化、马来酸酐酯化改性后再制膜，其成膜性均比未改性膜更好。

将其与壳聚糖、海藻酸钠、明胶等天然高分子共混所形成的复合膜材料的稳定性、力学性能和吸水性等得到了较大改善，且具有很好的强度、透明性、光学特性和生物降解性。

2.3.2魔芋葡甘聚糖在生物医用材料上的应用近年来，魔芋葡甘聚糖在医用材料上的应用日益广泛。

魔芋葡甘聚糖因具有促进伤口愈合、止血功能等生物学特性使之可用于治痛肿、丹毒和蛇咬伤等疾病，其凝胶还可用作外科伤口的包裹材料。

魔芋葡甘聚糖具有优良的缓释性能，在药剂学中被广泛的用作缓控释制剂辅料[17]。

李斌等[18]研究了KGM/硼复合凝胶对水杨酸的缓释性能，实验表明：KGM/硼复合凝胶对水杨酸的释放，在37℃条件下是缓释过程，在低温下是控释过程。

2.4魔芋葡甘聚糖在食品工业领域中的应用魔芋葡甘聚糖凝胶食品可分为两大类：一类是热不可逆凝胶类，主要原料是魔芋精粉，如魔芋豆腐（糕、丝）及衍生的雪魔芋、魔芋粉丝、魔芋片、魔芋翻花及仿生食品等；另一类是热可逆性凝胶食品，如果冻、布丁、果酱、无脂肪软糖等。