我国富硒魔芋营养评价研究现状及展望

王立平，杨 慧，唐德剑，张阿尔斯郎，王 悦

(1农业部食物与营养发展研究所，北京 100081；2河南省农业科学院农副产品加工研究中心，郑州 450002；3农业部富硒产品开发与质量控制重点实验室，陕西安康 725000；4北京农学院食品科学与工程学院，北京 102206)

魔芋是一种功能性蔬菜，原产印度、斯里兰卡、中国及非洲等地[1]，在我国已有2 000多年的栽培历史，富含魔芋糖、神经酰胺、生物碱等功能性成分，具有消肿化瘀、降糖降脂、防癌通便等功效[2]。目前我国种植面积已达2 600hm2，主要分布在云南、贵州、四川、陕西南部和湖北西部[3]，并已发展成当地的经济支柱产业。

硒是一种人体和动物所必需的微量多功能生命营养素，具有防癌抗癌、抗氧化和提高免疫力等多重功效。富硒食品是硒的天然载体[4-5]，也是人体硒的直接来源，通过食品补硒可以达到补硒的理想效果。万佐玺等[6]研究证明，魔芋能够吸收相当数量的硒并能正常生长，具有很高的富硒能力，国际市场发展前景巨大。然而富硒魔芋目前功能开发和利用产业化水平比较低，全面了解富硒魔芋产业现状、营养评价研究进展及发展趋势，可以为相关企业和政府部门把握富硒魔芋行业竞争格局、制定前瞻性的战略决策提供参考，同时为合理开发利用富硒魔芋提供依据和技术支撑。

1 富硒魔芋的主要价值

随着魔芋在食品、化工、医药等方面用途的不断拓宽，市场需求量不断增加，使其成为21世纪极具发展潜质的绿色朝阳产业。

1.1 食用价值

魔芋的食用部分是膨大的地下块茎，其营养丰富，富含魔芋多糖——葡甘露聚糖、蛋白质、氨基酸、矿物质、生物碱等多种化学成分，其中葡甘露聚糖是魔芋块茎特有的主要成分，其含量约为44%～64%；粗蛋白含量为5%～10%，18种氨基酸总量为6.8%～8.0%(包括7种必需氨基酸)；此外还富含多种矿物质元素，据测定每1 000g干制产品中含有Ca 5.45g、Mg 1.53g、Fe 67.6mg等，是人体必需的多种微量元素和常量元素含量相对较多的蔬菜[7]。

魔芋被联合国卫生组织确定为十大保健食品之一[8]。葡甘露聚糖作为魔芋干粉的主要成分，是一种水溶性高分子多糖类物质，因稳定的理化性质决定了其具有广泛而独特的功能特性，如增稠性、持水性、稳定性、胶粘性、膨胀性、成膜性、抗菌性等，常被作为食品原料和添加剂在食品行业中广泛应用[9-11]，可改善口感及质地等品质，提高稳定性；利用其胶粘性、持水性等应用于面条、面包、饼干、馒头等[12-15]，改善口感和蒸煮性；利用其凝胶性制备魔芋豆腐、魔芋粉丝、果冻、软糖等[16-19]，赋予凝胶食品良好的透明性、弹性、咀嚼性；利用其成膜性、抗菌性应用于牛角椒、草莓等[20-21]果蔬保鲜，有效延长果蔬的货架期。此外，魔芋含热量不高，魔芋精粉所含热量只有大米、小麦淀粉的45%[22]，是一种很理想的低热、低脂、低糖食品。

1.2 工业价值

魔芋在工业中应用也较广泛。基于葡甘聚糖的理化性质，可通过化学物理改性拓宽其用途。利用其较好的吸水性、膨胀性应用于日化工业领域，用作护肤霜、洗发水等的添加剂，改善皮肤对化妆品的接触，具有柔软化的效果；还可使头发赋有光泽[22]。魔芋粉经化学改性后，粘度超过已知的其他植物胶，是特强的粘合剂[23-24]。在农业领域，利用其成膜性、抗菌性、吸附性等制成种子包衣剂，提高种子发芽率和抗病性；制成肥料控缓释剂，提高肥料的有效利用率，减少流失[9]；还可制成全降解农用地膜，其强度与塑料地膜接近，且保温性能比塑料更胜一筹。

此外，魔芋中的葡甘露聚糖改性后，可生产一种新型的高分子絮凝剂，它具有极强絮凝力，可用于污水沉降和自来水净化，从而取代目前常用的氧化铝[24]。

1.3 医药价值

魔芋从古代起就被作为一种中草药用于医药界，名为蛇六谷。早在《本草纲目》记载，魔芋根辛寒有毒、性冷，主治痈肿风毒、摩傅肿上[23]。此外，其他多种古今书籍如《三元延寿》、《开宝本草》等也见有记载[25]。近代科学研究表明，魔芋中硒、葡甘露聚糖具有良好的防癌抗癌、降压降脂、防治糖尿病、补钙和延缓细胞衰老等作用[26]，在解毒、消肿、行淤、化痰、散积等方面的医学价值很大[27]。魔芋含有对人体有利的果胶、生物碱、17种氨基酸和微量元素和天然抗菌素[28]。

2 富硒魔芋的分布

我国是少有的既适宜种植魔芋，又具备魔芋后续加工能力，同时市场需求旺盛的国家[29]。目前我国魔芋品种约20多个，其主要分布在云南、贵州、四川、陕西、湖北、湖南、江西、安徽、广西和台湾等地[30]。然而，据中国农业科学院数百专家经实地考察而绘制的《中国土壤硒元素含量分布图》可知，我国72%的地区属于缺硒地区[31]，经考证我国富硒地区主要有宁夏吴忠、陕西安康、山东淄川、湖北恩施、湖南桃源、贵州开阳、安徽石台、广西巴马等19个地区。目前富硒魔芋的种植主要集中在秦巴山区(包括陕西安康、重庆城口等)及湖北恩施等地。

2.1 陕西安康

安康地处秦巴山区，是世界上难得的土壤富硒且易于被植物吸收的富硒区域，有“中国硒谷”之称。优越的地理和气候条件使安康成为全国魔芋优势种植区之一，尤其是海拔700～1 500m地带更是发展魔芋的最佳适生区[32]。安康种植魔芋历史悠久，是我国魔芋种植四大核心区域之一和最佳适生区，被中国魔芋协会认定为中国魔芋产业建设第一市。

2014年全国魔芋种植面积12.13万hm2，陕西2.27万hm2，位列全国第三。而安康1.42万hm2，位列全省第一，占全国12%，富硒魔芋产量全国第一[32]。到2017年，据安康市政府办公开农业五大主导产业督查情况通报显示，安康全市魔芋种植面积目前已超过2.87万hm2，其中，大田种植面积1.20万hm2，林下种植面积1.40万hm2，庭院种植面积2.93万hm2 [33]。与此同时，安康魔芋精深加工也快速发展，已形成了较为完善的魔芋加工网络体系，其中魔芋即食食品加工占到国内同行业的70%左右[33]。目前“富硒魔芋”已成为安康产业名片，现如今更是有“世界魔芋看中国，富硒魔芋数安康”之说法。可见，富硒魔芋产业已成为中高山区农民脱贫致富的支柱产业。

2.2 湖北恩施[34]

恩施州拥有沉积型的独立硒矿床——恩施市渔塘坝硒矿床，有“世界硒都”的美誉，其硒资源集独特性、多样性、丰富性于一身，形成了天然富硒环境与富硒生物圈。湖北富硒产业是较早实施富硒资源开发的省份之一。1997年，恩施将魔芋产业作为带动农民脱贫致富的四大支柱产业之一。到2003年，恩施州8个县市常年种植魔芋近2.00万hm2，面积和产量分别占全省的60%、全国的25%，惠及10万农户；魔芋产品销往日本、韩国、新加坡及法国、德国、巴西等国。然而2003年魔芋产业的危机及2008年的极端冰雪灾害，让刚刚重燃复苏希望的恩施魔芋产业再遭重创。2014年在恩施州政府的支持下，恩施州农科院魔芋研究所选育出我国第一个杂交魔芋新品种—鄂魔芋1号，突破了病害严重和繁殖力低下两大世界难题，填补国内杂交育种空白，使恩施魔芋科技全国领跑。到2015年底，全州有一定规模的加工企业13家，魔芋生产线10余条，年加工产品8万t，魔芋精粉及魔芋胶生产能力占全省的50%以上，葡甘聚糖系列产品列入中国健康营养协会推荐目录。截至2016年6月，恩施州魔芋种植面积已恢复到1.83万hm2，预计到2020年将建成3.33万hm2魔芋生产基地，综合产值达50亿元。

2.3 重庆城口

城口县位于秦巴山区富硒带，土壤及岩石中硒含量丰富，常年气候温和，雨量充沛，四季分明，阳光充足，非常具备魔芋生长土质和气候环境。2013年9月，经专家评审，中国食品工业协会花卉食品专业委员会正式同意誉名城口县为“中国天然富硒农产品之乡”。在已有农产品品牌的基础上，发展富硒魔芋产业，打造出生态富硒魔芋品牌，提高农业综合效益和农民收人[35]。

城口县25个乡镇均有适合种植魔芋的区域，且有魔芋零星种植。但由于境内地势条件较差，耕地少，连作障碍突出，病虫害发生严重，种植技术落后，造成产量不高。自从2006年以来，城口县魔芋种植面积维持在0.20万余hm2，常年产量在2万t左右[36]。与同为秦巴山区富硒带的陕西安康相比，城口县魔芋产业差距较大，有极大提升空间。

3 营养评价研究进展

富硒魔芋兼具硒与魔芋的双重功效。硒是体内主要抗氧化酶——谷胱甘肽过氧化物酶的必需成分。魔芋在防治便秘、降血糖、降血脂、减肥、预防心脑血管疾病、糖尿病等方面发挥着重要调节作用[37]。目前关于富硒魔芋营养功能评价主要集中在以下几方面。

3.1 降血脂

陈龙全等[38]从富硒魔芋中提取富硒魔芋多糖并喂养大鼠，结果表明富硒魔芋各个剂量组，特别是高剂量治疗组能明显降低高脂血症大鼠血清中TC、TG、LDL-C的含量，提高HDL-C水平，降低大鼠全血粘度和血浆粘度。黄琼等[39]采用富硒魔芋-大蒜多糖胶囊治疗高脂血症36例临床观察表明，有效降低异常升高的TC、TG、LDL-C，同时升高HDL-C含量，从而有效清除胆固醇。目前关于富硒魔芋降血脂的作用机理，人们进行了许多研究探讨。魔芋硒多糖属有机硒化合物，可以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，能有效抑制肠粘膜对胆汁酸的主动转运；可以吸附胆酸，使胆汁酸的肠肝循环被部分阻断，从而降低了肝脂，增加类固醇的排出量，最终消耗了体脂；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[40]。

3.2 降血糖

研究表明，魔芋精粉可有效降低糖尿病患者的血糖水平[41]。舒琴[42]观察了魔芋精粉在四氧嘧啶糖尿病模型大鼠中的降血糖作用及其机制，结果显示，干预组大鼠血清胰岛素水平较模型组升高(P<0.05)，血清NO表达低于模型组(P<0.05)，iNOS表达低于模型组(P<0.05)，大鼠胰岛形态、结构明显恢复。这些说明魔芋精粉具有减轻糖尿病引发的脂质过氧化反应，进而减少体内脂质过氧化物的含量，发挥抗氧化作用。胡敏等[43]观察魔芋降糖膏对糖尿病人的降糖效果，结果表明，魔芋降糖糕能有效地降低糖尿病人的空腹血糖和餐后血糖，较好地改善血清总胆固醇和甘油三酯，是糖尿病人理想的食疗保健食品。

3.3 抗氧化

医学研究发现，许多疾病的发病过程都与活性氧自由基有关，如化学、辐射和吸烟等致癌过程、克山病心肌氧化损伤等衰老、炎症发生等。硒作为若干抗氧化酶的必需成分，通过消除脂质过氧化物、阻断活性氧自由基进而起到防病作用[37]。王平等[44]研究表明，过食肥甘厚味大鼠模型血清GSH-PX 活力明显降低，经中西药物治疗后各组均有上升，但复方魔芋精粉组、魔芋组明显优于西药组，说明中药确有抑制自由基引起的脂质过氧化、维持细胞的正常生物学特性，其抗氧化作用较强。

3.4 减肥作用

研究表明，魔芋中含有的葡甘聚糖具有减肥作用。柯有甫[45]等对88例超重及肥胖患者在不改变原有治疗的基础上给予KGM口服，12W后结果表明，KGM降低体重指数、总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白等，达到减肥效果。袁秉祥等[46]结果表明，KGM(0.17～1.5g/kg)可降低营养性肥胖大鼠的体重，减少脂肪堆积、脂肪细胞的数量和大小，可使肥胖大鼠的甘油三酯、高密度脂蛋白、血糖有所降低。葡甘露聚糖溶胀能力和吸水性很强，成为粘性纤维素后可减慢食物从胃至小肠的通过，延缓消化和吸收营养物质，进而降低了单糖的吸收及体内脂肪酸的合成，起到减肥的作用；吸水膨胀后产生一种饱腹感，对控制饮食起到一定作用；此外葡甘露聚糖还润肠通便，使部分未被吸收的营养物质随粪便排出，达到通便效果而减肥[47]。

3.5 抗肿瘤与增强免疫

王志江等[48]研究表明，白魔芋和花魔芋的葡甘聚糖片段浓度的增加，宫颈癌细胞株的存活率逐渐降低，艾氏腹水瘤小鼠的移植性实体瘤和脏器指数均有不同程度的增强，同时白魔芋葡甘聚糖片段的抑制肿瘤活性比花魔芋葡甘聚糖片段的强。吴佳琪等[49]均提示了魔芋葡甘聚糖抗肿瘤活性与免疫调节能力相关，进而提出魔芋抗肿瘤作用主要是葡甘聚糖通过增强机体免疫功能来抑制肿瘤细胞生长。除了魔芋葡甘聚糖，富硒魔芋中硒也可提高机体免疫力，具有防癌抗癌之功效，可抑制和延缓肿瘤的发生。此外，富硒魔芋中含有丰富的膳食纤维，可保护脆弱的消化道和预防结肠癌。

3.6 其他作用

杨芳[50]利用魔芋硒多糖干预大鼠酒精肝模型，探究魔芋硒多糖对大鼠酒精性脂肪肝的预防作用。血清肝脏酶学及肝脏组织学分析表明，魔芋硒多糖对酒精性脂肪肝有一定的预防作用。富硒魔芋还对甲状腺激素有一定的调节作用，主要是通过3个脱碘酶发挥作用，对全身代谢及相关疾病产生影响，如碘缺乏病、克山病等[37]。梁山泉等[51]研究表明，魔芋葡甘聚糖对高尿酸血症大鼠有改善效果。此外，魔芋中含钙较高，适用于缺钙人群。硒魔芋中的硒元素和膳食纤维对于现代都市人的生活健康具有很好的调节作用[47]。

4 研究展望

随着人们的保健意识越来越强，富硒魔芋发展前景十分广阔。然而我国对富硒魔芋的研究较晚，仍存在一些问题亟待解决，以期推动富硒魔芋产业的健康发展。

4.1 富硒魔芋中功能活性成分与硒协同影响机制研究

魔芋中多糖主要为葡萄甘露聚糖，含量高达40%～60%。现代医学研究认为，魔芋的药理作用主要表现在魔芋葡甘聚糖奇特的生理效应。同时，硒是人体必需的14种微量元素之一，严重缺硒会导致人类出现40余种病症。目前关于富硒魔芋的功能及作用机制研究正不断深入，但仍存在问题。目前关于葡甘聚糖、硒的功能及机制研究很多，除了研究葡甘聚糖外，还应综合考虑其他活性成分、硒等，它们是否具相同的生理功能，构效关系如何，对生理功能是否具有协同调控之功效，以及协同调控的机制如何等，仍需要进一步系统的研究。

4.2 加大富硒魔芋医药价值的开发

我国对魔芋的研究起步较晚，与日本、欧美等发达国家以化学形式、投入大量资金挖掘魔芋药用价值相比，我国魔芋仍然以食品原料为主，经济价值相差甚远。比如鲜魔芋，国内市场价格只有4元/kg左右，而日本以及一些欧美国家价格却可达到20元/kg。魔芋作为为数不多、可大量提供葡甘聚糖的经济作物，却被归在“蔬菜”类别下，其解毒、消肿、行淤、化痰、散积等医药价值被大大忽略，尤其是富硒魔芋。因此，加大富硒魔芋医药价值的开发，针对不同人群研发保健产品，如降血糖、降血脂、减肥产品等，是富硒魔芋产业健康发展的必经之路。

4.3 加强魔芋富硒技术研究

我国魔芋种植分布较广，多集中在山区地带。然而我国72%的地区属于缺硒地区。联合国规定人体日常膳食硒供应量应达到400mg/d，而我国人群食物尚达不到40mg/d的补硒水平，实在令人堪忧。随着“全民补硒”工程的启动，富硒魔芋将有着更大的市场机遇和发展前景，然而目前我国富硒魔芋的供应远远达不到国际市场的需求。研究表明，魔芋具有较强的富硒能力，因此我国魔芋富硒技术的研究有待加强，使缺硒地区的魔芋也能达到人体营养健康的需求，让魔芋充分吸收对人体适宜的硒含量，实现硒对人体健康的有益作用与魔芋的保健作用完美结合。◇

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