魔芋葡甘聚糖的特性及其应用

魔芋葡甘聚糖的功能和在食品业上的应用刘佩瑛张盛林魔芋是天南星科多年生草本植物，广泛分布在西南山区，是中国的传统食品及医药资源，在现代食品加工业中具有巨大的开发潜力。

一、魔芋葡甘聚糖的功能魔芋主要经济成分是葡甘聚糖，其化学结构是由分子比1:1.6～1.7的葡萄糖和甘露糖残基通过β-1，4 糖苷键聚合而成的高分子杂多糖。

葡甘聚糖属于可溶性半纤维素为人体第七营养素纤维素中的优品。

一般果蔬中的不溶性纤维，摄入人体后仍以原型排除，而华西医大研究魔芋葡甘聚糖能被肠内细菌酵解产生氢、二氧化碳、甲烷、水及短键脂肪酸等，经离子交换作用与肠内胆酸结合，胆固醇用于合成胆酸的量增加，从而使血液内胆固醇降低；且减少其胆道排泄时积聚形成胆石和减少胆酵代谢产物可能致癌物质的形成及排出以预防结肠癌。

魔芋还能降低甘油三脂水平，且血脂达正常水平后不再持续下降，起到调节脂质代谢，从而减低动脉粥样硬化和冠心病的发病率；葡甘聚糖作为膳食纤维，不被吸收，不含热量，有饱腹感，且能减少和延缓葡萄糖的吸收，是糖尿病的良好辅助药物，且可预防肥胖和缓慢减肥。

葡甘聚糖为可溶性纤维，能吸收水、保水，并通过酵解增加粪便体积和松软度，利于通便，防止便秘。

葡甘聚糖又是一种植物胶，但与其它天然胶如黄原胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶等相比，其粘度更高，在PH值降低到3.8以下，仍保持稳定而不沉淀，且与其它胶如黄原胶、卡拉胶等复配后有极佳的协同效果，可使黄原胶的粘度大大增高。

当魔芋精粉（葡甘聚糖粗制品）与黄原胶之比为3:2时，使黄原胶出现可逆性凝胶，并达最大凝胶强度，而单纯的黄原胶不能凝胶。

由于魔芋葡甘聚糖具有水溶、持水增稠、稳定、悬浮、胶凝、粘接、成膜等多种独特的理化性质而使它具有广泛的应用和开发价值。

在食品、饮料工业上利用葡甘聚糖的上述几种特性可作为胶凝剂、增稠剂、粘结保水剂、稳定剂、成膜剂等。

二、魔芋凝胶食品魔芋凝胶食品有二大类，一类是热不可逆凝胶类，其典型代表是魔芋豆腐（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如素虾仁、素腰花、素肚片、素蹄筋、素鸭肠、素鱿鱼、素海参、海蜇皮、贡丸等。

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。

魔芋胶的功能特性及其在肉制品中的应用魔芋胶又名魔芋粉，是从天南星科魔芋属多年生草本植物魔芋（又名磨芋或蒟蒻等）的块茎中提取出来的，主要成分是葡甘聚糖（Konjac glucomannan，简称KGM），它是一种非离子型水溶性高分子多糖，和绝大多数阳离子型、阴离子型和非离子型食用胶类都有互溶性、协同性或增效性，作为天然、健康、安全的食品原料或配料，已广泛应用于饮料、果冻、冰淇淋、肉制品、面制品等食品中[1]，随着人们对安全、卫生、天然、低脂食品的不断需求，魔芋胶因其独特的功能特性，将显示出其巨大的应用空间。

1 魔芋胶的主要成分及结构魔芋胶的主要成分是葡甘聚糖，其结构主要由D-甘露糖和D-葡萄糖大约按1.6：1的比例通过β-1,4糖苷键聚合而成，在C-6位置上带有乙酰基支链的多糖物质。

一般情况下乙酰基数量为平均每9～19个糖单元就有一个，但这个在葡甘聚糖主链上的乙酰基团，对它的溶解性质有很大的作用。

魔芋葡甘聚糖分子质量因魔芋品种、产地、加工方法及原料的贮藏时间不同而变化，一般为20万～200万u[2]。

图1 魔芋葡甘聚糖的化学结构2 魔芋胶的功能特性及安全性2.1 功能特性魔芋胶是一种非离子型水溶性高分子多糖，含有丰富的羟基（-OH），易溶于水，吸水后可膨胀80~100倍，具备非牛顿流体的特征。

同时，1%魔芋胶溶胶的粘度高者可达4万mPa·S 以上，是目前所发现植物类水溶性食用胶中粘度最高的一种，与黄原胶、瓜尔胶、刺槐豆胶等添加剂相比，它受食品体系中盐的影响很小，将其用于食品，能改善食品的物理性质、增加食品的粘稠性、赋予食品以柔滑适口感、且具有稳定乳化状态和悬浊状态作用[3]。

魔芋胶具有增稠性、乳化性、粘结性、吸水性等功能特性，把它和卡拉胶的双螺旋缠绕机理用于肉糜制品方面，它的增稠性和吸水性可以防止肉糜制品析水性、析油性，提高肉糜制品的粘结力[4]。

将魔芋胶水分散液加热后冷却，可得到具有假塑性流体特性的溶液，溶液的pH值在5.0-7.0之间。

魔芋葡甘聚糖在医学中的研究进展如何？KGM在生物医学材料方面的应用有哪些？ ...魔芋葡甘聚糖（ konjac glucomanan，KGM）是从魔芋（amorphophallus konjac）块茎中提取的多糖，是一种低热量、难消化的膳食纤维，具有降血糖、降血脂、减肥、抗肿瘤、增强免疫和润肠通便等特殊作用。

魔芋葡甘聚糖具有良好的膨胀性、乳化性、生物降解性、凝胶特性及pH敏感性，在食品工业及生物医学材料方面有着广泛的应用，本文就魔芋葡甘聚糖的药理作用及生物医学材料方面的应用作一综述。

l KCM的结构KGM是由D．葡萄糖和D．甘露糖通过β-1，4糖苷键以1:1.4-1:1.6摩尔比连接组成的复合多糖（图1），其分子结构中，在甘露糖C3的位置上存在一些支链结构，主链上存在着5%。

10%以酯键结合的乙酰基乙酰基团与魔芋胶有着密切联系，在碱性条件下KCM 会发生脱乙酰反应，利于分子间氢键的形成，使KGM 部分结晶，形成具有三维结构的凝胶。

因此，通过改变pH可调控KGM凝胶促发时间和凝胶程度，利用这种性能可以改变KGM的生物降解性、机械强度。

KCM不同的结构使其具有不同的生物功能和活性，广泛应用于生物医学材料的研发制备。

2 KGM在生物医学材料方面的应用2.1药物缓释用魔芋葡甘聚糖/海藻酸钠/氧化石墨烯（ KGM/SA/GO）制备的一种pH敏感的水凝胶，利用氧化石墨烯作为抗癌药物负载和释放的药物结合效应器，抗癌药物5-氟尿嘧啶（5-FU）复合KGM/SA/GO-3水凝胶后，药物释放量为38.02%（ pH=1.2，>6h）、84.19%（pH=6.8，>12h），该水凝胶能够较好地控制5-FU的释放。

另外κ-卡拉胶与魔芋胶混合作为骨科支架材料，并且能够缓释药物，对水溶性药物盐酸青藤碱具有良好的体外缓释特性。

在不同的溶液介质中，药物的释放速度不同（0.lmmol/L盐酸溶液>纯水> pH=6.8PBS），缓释是以扩散和溶蚀释药相结合的方式进行‘列。

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。

魔芋葡甘聚糖的生物学功效及其在食品中的应用作者：张露瀛来源：《食品界》2017年第06期魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）是一种主要存在于魔芋块茎中的天然高分子可溶性膳食纤维，是由D-葡萄糖和D-甘露糖以β-1，4糖苷键结合而成一种天然的高分子多糖。

KGM对于高血压、高血脂、糖尿病、肥胖症和冠心病有良好的治疗效果，而且还能改善胃肠道情况，促进益生菌生长，甚至对恶性肿瘤也有一定的抑制效果。

魔芋葡甘聚糖的生物学功能魔芋葡甘聚糖可以改善脂质和醣类物质的代谢。

通过抑制人体对胆固醇的吸收和促进人体对短链脂肪酸的吸收，达到降低血脂的功效，同时，由于其自身是易溶于水的膳食纤维，进人食道后可延缓食物在肠胃道的消化过程，充分利用其中的葡萄糖从而增加饱腹感，改善人体中的糖代谢。

魔芋葡甘聚糖能够清洁胃肠道，防治便秘，改善肠道菌群。

由于其吸水性强，在吸收肠壁水分后增大粪样容积、刺激肠道蠕动，加速细菌代谢物和致癌物质排除体内。

同时，魔芋葡甘聚糖对于肠道益生菌的生长繁殖有良好的促进作用，为益生菌提供稳定外部环境，增加胃肠道免疫活性。

魔芋葡甘聚糖还可以提高免疫力，抑制肿瘤。

有实验证明，小鼠摄食魔芋精粉后，胸腺指数和脾指数明显升高，而且小鼠体内具有免疫功能的巨噬细胞，肿瘤坏死因子和白细胞介素活性增强。

KGM进入肠道能被微生物利用产生能够抑制肿瘤细胞增殖的丁酸，从而控制致癌基因的表达。

魔芋葡甘聚糖在食品中的应用仿生食品。

李崇高等人在仿生食品的加工过程中加入魔芋葡甘聚糖，弥补了仿生食品对比与天然食品在色泽，味道和塑性上的不足。

通过正交试验，得出了：KGM仿生食品具有天然食品所有的色泽，香气和独特外形，增添了魔芋葡甘聚糖独特的香气，还赋予了仿生食品一定的弹性和脆度和KGM所特有的药疗保健功能。

基于以上优势，魔芋葡甘聚糖在仿生食品的研发中大展拳脚，现在已经研制出：魔芋仿生椰果罐头，魔芋仿生鸡肉，魔芋仿生粉丝，魔芋仿生牛肉干等。

魔芋胶在肉制品中的应用魔芋葡甘聚糖及其在肉制品中的应用魔芋的有效成分为葡甘聚糖(Konjac Glucomannan 简称为KGM)。

葡甘聚糖是一种非离子型水溶性高分子多糖。

它是由D,葡萄糖和D,甘露糖按1:1.6的分子比例，以β-(1-4)糖苷键聚合而成。

在某些糖残基C-3位上存在由β-(1-3)糖苷键组成的支链，主链上每3280个糖残基处有一个支链，每条支链有几个至几十个糖残基，大约每19个糖残基上有一个以酯键结合的乙酰基。

魔芋葡甘聚糖的分子量为200000-2000000。

工业生产的商品粘度可达20000mpa•S(毫帕斯卡秒)，是目前所发现植物类水溶性食用胶中粘度最高的一种。

魔芋葡甘聚糖确切的分子结构，至今尚无统一的完善定论。

由以下魔芋葡甘聚糖的独特组份和分子结构就可以看出，它的理化性质:流变性、增稠性、增效性、胶凝性、粘结性、吸水性、成膜性、衍生性的实质内函，这是魔芋葡甘聚糖在食品和食品添加剂工业中应用的硬件。

葡甘聚糖的流变性葡甘聚糖容易分散于水，不溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙酮、乙醚等有机溶剂，其水溶胶为非牛顿型流体，即有剪切变稀的性质，魔芋葡甘聚糖水溶胶的表观粘度随剪切速率的增加而降低，因此稠度系数值和流动指数值是评价魔芋葡甘聚糖质量的两个重要指标，稠度系数值越大，流动指数值越小，其质量越好。

魔芋葡甘聚糖的稳定性魔芋葡甘聚糖的粘度随温度的上升而下降，但温度下降时，粘度可以又上升，但无论怎么上升也上升不到原来粘度的水平。

魔芋葡甘聚糖不能长时间耐80?以上高温，如魔芋葡甘聚糖在121?温度下经30分钟粘度将下降50%。

PH值对魔芋葡甘聚糖的粘度有下降的影响，但当PH 3—9之间还是比较稳定的。

魔芋葡甘聚糖纯度越高，其溶胶稳定性越强。

魔芋葡甘聚糖的增稠性魔芋葡甘聚糖是一种十分优良的增稠剂，这是由魔芋葡甘聚糖分子质量大，水合能力强，不带电荷等特性所决定的，它属于非离子型，受盐的影响很小。