魔芋葡甘聚糖的研究利用

2013-08-15史丽英

河南科技 2013年14期

史丽英

(北京联合大学，北京 100023)

随着科技的发展和世界人口的增长以及人们生活水平的提高，人们越来越认识到一些新资源如魔芋的食用及药用等价值［1］。魔芋球茎中具有生物活性和生理功能的是魔芋葡甘聚糖(KGM)和生物碱［2］，目前人们研究利用的主要为葡甘聚糖。

1 魔芋葡甘聚糖(KGM)

魔芋干物质的主要成分为葡甘聚糖。KGM为白色粉末。魔芋加工后的精粉一般含葡甘聚糖65%以上，提高技术含量可使精粉中葡甘聚糖含量达到80%左右。华中农业大学、武汉大学魔芋研究课题组的研究人员，利用生化技术，得到含量达95%以上的高纯度KGM［4］。

魔芋葡甘聚糖是一种天然高分子化合物，具有高吸水性、高膨胀性，溶于冷水后，会形成一种粘稠的溶胶，可起增稠、乳化和悬浮的作用;若使其pH值小于12.2，则可形成可逆性的凝胶;使pH值大于l2.2并进行加热，则形成一种弹性凝胶，这种特性在其它多糖中是罕见的［3］。

2 KGM的应用

利用魔芋提取的葡甘聚糖及其加工产品的研究与开发已引起农业、食品、医药等行业研究机构和企业的重视。

2.1 KGM在食品工业的应用

KGM是一种水溶性膳食纤维。它的胶凝性、粘结性、成膜性、可溶性、增稠性和保水性等特点，使其成为一种天然食品原料、添加剂和保鲜剂。

2.1.1 KGM在食品防腐保鲜中的应用

KGM不仅可以用来保鲜果蔬［8］，在肉类的保鲜中也具有良好效果。殷涌光等用KGM和其它物质配制成保鲜液喷在鲜肉表面，保质期较同等条件下对照组相应延长了6～8d。该法不仅可降低成本，而且没有冻肉解冻时所产生的液汁流失现象［7、8、9］。余清、庞杰将一定比例的辣椒红色素与 KGM 混合，利用KGM的成膜特性，提高了色素的稳定性，进而提高食品和饮料产品的质量，节省了生产成本，提高了产品的档次［10］。

2.1.2 KGM在食品添加剂中的应用

KGM具有乳化、增稠和稳定的性能，有着极高的粘度，是所有天然胶中最高者，且与黄原胶、卡拉胶等有协同增效作用。将以上几种食用胶与单甘酯、磷酸盐等混合可复配成冰淇淋乳化稳定剂，提高冰淇淋、雪糕的抗融能力，改善了冰淇淋、雪糕的口感［6］。丁金龙、孙远明等以魔芋胶(微细化的魔芋精粉)与大豆分离蛋白为试材，发现魔芋胶与大豆分离蛋白复配具有明显的协同增稠作用;魔芋胶对低浓度大豆分离蛋白的乳化性能具有显著的改善作用［11］。

在小麦面粉中加入魔芋胶溶液，可提高小麦面粉的表观面筋值。由于胶粘性，加有魔芋胶的通心粉、空心面、龙须面、拉面、馄饨皮等，用开水煮后不浑汤。同时，也由于魔芋胶的持水性，使上述小麦面粉制品口感柔软，增加了制品的弹性和韧性［6］。

除此以外，作为增稠剂、稳定剂，它可用于面包制品、蛋糕、饮料和配制型酸奶等食品生产中［7］。

2.2 KGM在医药行业的应用

高纯度KGM在医药上可作为药品的新资源，还可作为药物的载体、填充剂、外科敷料、粘合剂、缓释剂等。

2.2.1 KGM在减肥、降血糖、抗癌、降血脂方面的应用

1.3 统计学处理采用SPSS20.0软件包进行分析。计量资料用表示，组间比较采用t检验，采用Pearson相关系数等分析数，以P<0.05为差异有统计学意义。

KGM本身是一种低热能、高膳食纤维的天然食品，在进食后KGM吸水膨胀后使人产生饱腹感，每次进食量不会过多。且KGM在胃中不被消化，进入肠道后被消化并能促进肠系酶类的分泌与活化［3］，增加肠道的功能，并能抑制小肠对水分的吸收及肠壁水分被吸收进肠道，起到通便作用。KGM通过与谷类食物的联合作用，能增加谷类碳水化合物在肠道中的不吸收程度，从而降低机体对谷类碳水化合物的吸收利用［12］，从而达到减肥效果［3］。

KGM对预防和治疗糖尿病有疗效。由于KGM能减少及减缓糖在肠内的吸收，食用后可减轻胰岛负担，改善糖耐量，降低血糖［13］。

KGM可降低血清胆固醇，其降血脂效果优于其它的膳食纤维。KGM能在消化道内与胆固醇等结合，阻碍中性脂肪和胆固醇的吸收，从而降低了肝脂，增加类固醇的排出量;它能在结肠内被微生物发酵分解，产生丙酸等短链脂肪酸，这些短链脂肪酸被人体吸收，从而产生降血脂作用。另外，长期食用魔芋可延缓脑神经胶质细胞、心肌细胞和静脉内膜内细胞的老化过程，预防动脉粥样硬化，改善心、脑和血管的功能［3，13］。

研究发现KGM能起到明显抑制移植性肿瘤生长的作用，且新鲜魔芋茎块煎剂和魔芋灰粉(提取精粉后的渣粉)［14］也具有与KGM相同的作用。人们对KGM对肿瘤的抑制作用及对免疫功能的影响研究的更活跃。KGM对MNNG诱发肺癌可产生不同程度的抑制和预防作用［15］。在对KGM的抗癌临床研究中发现，KGM制品对甲状腺癌、子宫颈癌、鼻咽癌、肺癌、食道癌等均有一定的疗效。

KGM的抗癌机理可能是KGM作为一种食物纤维能刺激机体产生一种杀灭癌细胞的物质，增强淋巴细胞的转化率［14］;它还可改变肠道菌群的生态环境，促使以双岐杆菌为代表的厌氧菌占优势，而该类活菌具有明显增强免疫的作用，其死菌亦有明显地抗肿瘤活性［3，15］。

2.2.2 KGM在作控制释放材料等方面的应用

在医药行业，KGM可用作药物控制释放研究，有研究者用KGM包埋“狄布卡因”(Dibucaine)及用KGM释放“颅通定”(Rotundine)，都达到了不同程度的控制效果。KGM同半乳甘露糖共混制备的凝胶材料可用于药物控制释放，也可对KGM处理后制作栓剂基质和缓释药片，或作为亲水性的药物缓释体系。KGM凝胶还可用作片剂药物包衣。由KGM制成的人工晶体可用于制作隐形眼镜和医疗光学制品和医用光学设施［16，17］。

2.3 KGM在其它行业的应用

KGM及其改性物质在印染、建筑、涂料、纺织和造纸、环保、农业等产业领域得到广泛地重视，成为研究的热点之一。

在纺织工业方面，可做毛、麻、棉纱的浆料和丝绸加工的浆糊料、柔软剂。有人对丙烯酰胺与KGM接枝共聚进行研究，得到的共聚物是很好的涂料印花增稠剂［18］。把KGM与聚乙烯共混研制出聚烯烃树脂复合双降解材料。用改性的KGM制成的活性染料印花清晰、着色均匀、着色量高、无痕、无脱色、无堵网等疵病，糊料洗脱性能好［17］。

在石油工业方面，KGM可用于钻井泥浆改性。由于KGM膨胀力大，粘着力强，可做高级粘着剂。近年，应用于石油钻探，大大加固了井壁，提高了工程质量。

由于KGM具有良好的生物相容性、吸湿性、亲水性和可生物降解性，KGM可制成高吸水材料，或用于研制高强度的纸张和各种具有强吸水性能的专用纸。加入甘油和防腐剂等也可制成具有很好的润滑和保湿作用的护肤品［17］。

在建筑方面，经聚合反应而得KGM建筑胶粘剂，可配制成水性涂料以替代耐水性差的内墙涂料及各种干粉涂料，涂层硬度高，光泽好，耐水洗，不龟裂。KGM还可用作防尘剂，防止在施工中产生灰尘［17］。

在生物技术方面，改性KGM还可制成色谱填料，或通过不同的活化处理，用于多种酶的固定化［17，18］。

在农业方面，以KGM和聚乙烯醇进行共混流延成环境友好的农用地膜，此膜具有良好的机械性能，透明度高，且具有完全生物降解性［19］。

KGM可被用于化学农药及化肥的缓释剂。交联的KGM包裹化肥，使化肥缓慢释放。由改性KGM与渗透剂、分散剂等辅料组成的液状种衣成膜剂，可制成不同作物使用的、不同用途的种衣剂，起到保水、保湿及有效成分的缓释作用。而且通过KGM凝胶的缓释作用可将包埋在其中的杀菌剂缓慢释放出来防止藻类生长，提高生物利用率［17］。

在环保方面，KGM经磷酸盐酯化后可以成为一类新型有机高分子絮凝剂。将它应用于含水溶性丝胶蛋白的煮茧废液的处理，结果较为满意［20］。

3 结束语

我国对KGM的高附加值产品等方面的研究还落后于日本、美国等发达国家，近年来，国内已有一些高校和研究所开展了KGM的深入研究。魔芋全降解农用地膜、魔芋可溶可食性薄膜、魔芋类肝素药用原粉、高纯度KGM等多项研究成果已进行工业化生产。随生物技术在魔芋葡甘聚糖研究开发中的广泛应用，其精深加工产品将进一步得到产业化发展和利用。

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