魔芋葡甘聚糖及其衍生物的研究进展

摘 要：魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan，KGM）是魔芋中富含的天然高分子多糖，其在食品、生物和医疗保健等诸多领域有着良好的应用与发展前景。现有研究成果表明，KGM具有多种良好的生物活性，也是一种优质的膳食纤维。为了更充分地利用KGM，目前已有多种改性KGM被制备以改变其结构与功能。本文综述了KGM及其衍生物的研究现状，为KGM相关领域的研究和基础应用提供一定参考。

关键词：魔芋葡甘聚糖；衍生物；研究进展

Research Progress of Konjac Glucomannan and Its Derivatives

SHI Yi， MA Xiaoru， CUI Jiajia， ZHANG Ji， ZHI Kangkang*

（School of Life Sciences/Institute of New Rural Development， Northwest Normal University，"Lanzhou 730070， China）

Abstract： Konjac glucomannan （KGM） is a natural polymer polysaccharide rich in konjac， which has good application and development prospects in many fields such as food， medicine and biology. It has been shown that KGM has a variety of biological activities is also a good dietary fiber. In order to utilize KGM more fully， a variety of modified KGMs have been prepared to change its structure and function. In this paper， the current research status of KGM and its derivatives is reviewed in order to provide a reference for the related research and application of KGM.

Keywords： konjac glucomannan; derivative; research progress

魔芋（Amorphophallus）是天南星科魔芋属多年生草本药食两用植物，主要食用部位是其地下球状块茎。魔芋中富含大量的魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan，KGM），其含量在50%以上。KGM是一种中性半纤维素复合杂多糖，也是一种天然水溶性膳食纤维，其具有降血脂、防治便秘等功效，同时具有较高的营养与保健价值，已被广泛应用于食品、医药等领域。KGM的改性（如物理、化学、生物改性）能改变其原有性质，进而赋予其更加多样的功能与活性，有效拓展了其在医药、化工和食品领域的应用[1]。

1 KGM化学组成

KGM是一种天然植物多糖，其主要由β-1，4糖苷键和β-1，3糖苷键连接的D-葡萄糖和D-甘露糖（1.0∶1.6）组成，结构见图1。KGM的分子式为（C6H10O5）n，n一般为160～315，相对分子质量受多种因素影响，大约32个糖残基上连接3个支链，支链通常较短，仅含有几个糖残基，主链中约每19个糖残基上连接1个乙酰基团[2]。

2 魔芋葡甘聚糖研究进展

2.1 食品保健方面

KGM具有多种生理保健功能，以其作为主要原料开发的魔芋凝胶食品、魔芋仿生食品、其他类型食品广泛地发挥了魔芋的保健功能。

2.1.1 魔芋凝胶类食品

魔芋凝胶类食品是以魔芋或魔芋粉为原料加工的一类凝胶类食品，主要包括魔芋豆腐、魔芋醋果冻、魔芋粉丝、魔芋软糖和魔芋果冻等。①魔芋豆腐是由魔芋精粉与水按照1∶40的比例，添加不同的配料制成的风味各异、外形美观的魔芋凝胶类食品。目前对魔芋豆腐相关产品的研发较多，如核桃魔芋豆腐[3]、果蔬魔芋豆腐[4]、魔芋红茶豆腐[5]等。②魔芋醋果冻是在魔芋果冻生产过程中加入米醋，制成的一道新型食品[6]。魔芋醋果冻外形漂亮、颜色自然、口味独特、清爽可口，不但具有魔芋的特殊品质，还具备食醋的保健功效，具有一定的保健作用。③魔芋粉丝主要是利用魔芋胶黏度大的特性，与淀粉按照一定比例复配后所制作的粉丝，解决了只使用淀粉制作粉丝存在的易断碎、浑汤的问题[7]。相比之下，魔芋粉丝的口感、风味、咀嚼性较好且富有营养。④魔芋软糖利用魔芋葡甘聚糖的凝胶性代替了传统使用的凝胶剂，相比于以淀粉和白砂糖为原料，通过添加魔芋精粉制成的魔芋软糖，有效避免了食用者因葡萄糖摄入过多而导致的血糖升高问题[8]。⑤魔芋果冻以葡甘聚糖为原料进行制作，其不仅具有普通果冻的口感柔美、热量低、脂肪低和蛋白质含量低等优点，还具备调节肠道菌群等功能[9]。

2.1.2 魔芋仿生食品

魔芋仿生食品是指以魔芋为原料，利用人工和现代机械设备生产的，从外观、风味及口感上效仿天然食品的一种新型食品。常见的魔芋仿生食品有魔芋仿生素毛肚、魔芋仿生肉制品和魔芋仿生果肉制品，可满足消费者多种消费需求。①魔芋仿生素毛肚是市面上最常见的一种魔芋仿生食品，其口感、外观、质地和风味与天然毛肚相似，同时兼具天然动物毛肚所不具有的减肥、开胃、通便和排毒等功能，因此受到了广大消费者的喜爱[10]。②魔芋低聚糖常被用作替代肉制品中的脂肪，张新富等[11]在进行魔芋仿生牛肉的研制时，以魔芋胶和分离蛋白为主要原料，筛选出了仿生牛肉的最佳配方，并进一步优化产品的工艺流程，有效提升了魔芋仿生牛肉的质感。相比于普通肉制品，魔芋仿生牛肉脂肪含量低，因此更适合亚健康人群食用。③仿生猕猴桃果肉是以魔芋为原料制成的一类仿生食品，张郁松[12]以魔芋胶∶淀粉∶水=1∶1∶60的比例制作出了仿生猕猴桃果肉，产品色泽均匀、酸甜适宜。袁萍等[13]以魔芋膳食纤维为主要原料研制出魔芋仿生椰果罐头，产品质地均匀、表面光洁、口感较好。

2.1.3 魔芋其他类型产品

魔芋是药食同源植物，其主要成分魔芋葡甘聚糖在魔芋中含量很高，具有一定的保健作用。目前以魔芋为主要成分开发的其他类产品包括魔芋精粉胶囊、代餐粉、魔芋湿米等。袁德培等[14]以含硒魔芋精粉、决明子、山楂等为主要原料生产了复方胶囊，通过临床研究发现其能治疗高脂血症，可取得显著成效。范东翠等[15]研究的魔芋代餐粉具有饱腹感强、低热量、高纤维等优点，食用时可以有效地控制食量，也可以控制能量的摄入，从而达到营养健康又减轻体重的目的，符合消费者的消费理念，是目前市场上受欢迎的代餐食品之一。蒋文静等[16]开发出的魔芋湿米配方米饭具有低脂、低热量特点，可以满足糖尿病患者、“三高”患者等人群对饮食低脂、低糖、低热量的要求。魔芋湿米可以配合大米作主食，提升配方米饭的食用口感，提高不同肠道菌群物种丰富度和均匀度，发挥肠道益生活性。

2.2 医疗方面

KGM不仅能够调节肠道菌群紊乱、降低血脂，还对糖尿病、心血管等慢性疾病具有一定的预防效果。毛钰蘅等[17]通过雄性小鼠的饲喂实验证明，不同分子量魔芋葡甘聚糖对过度训练引起的肠道菌群结构及功能失调具有调节保护作用，并且对运动表现具有促进作用。康永波[18]研究发现，魔芋葡甘聚糖对治疗肥胖有良好的效果，表现在减少体重、脂肪量和血脂，改善炎症反应、代谢和肠道屏障功能，调节人体肠道微生物结构，证明魔芋葡甘聚糖可以实现降脂功能。陈海红[19]通过建立Ⅱ型糖尿病大鼠模型，对糖尿病大鼠灌喂魔芋葡甘聚糖，证明魔芋葡甘聚糖能改善糖尿病大鼠的多饮、多食、体重减轻等高血糖症状，能够提升糖尿病大鼠模型的葡萄糖耐受能力。

3 魔芋葡甘聚糖的改性研究进展

3.1 物理改性

物理改性是指利用物理作用改变KGM的结构和性质，但不改变天然结构和属性，主要利用辐照、超声、微波、粉碎降解、静高压、脉冲或直流电场等物理处理，产出率低且成本高[20]。辐射法常用γ射线进行辐照，使KGM降解后黏度下降，稳定性得以改善。采用超声对KGM进行处理，使其降解后分子量下降、黏度降低，可应用于乳制品和饮料加工[21]。

3.2 化学改性

化学改性是指通过添加化学物质产生反应改变KGM的物质形态和性质。KGM分子中暴露的大量羟基和乙酰基，可以通过酯化、醚化、氧化、交联、接枝聚合等进行化学改性，改性后的KGM或KGM混合物的理化性质能够有所改善。KGM具有很强的凝胶性，经化学改性后，可制成一种新型絮凝剂，能够增强KGM的吸水性。在水中新型絮凝剂的微粒能够相互作用，从而聚集产生絮状沉淀，并相互结合，形成具有极强吸附力的吸附网，而且成本低，无二次污染[22]。严文莉[23]通过试验发现，对KGM进行化学改性，适当降低KGM的亲水性能够提高鱼糜制品的凝胶强度、持水力和感官评价。

KGM经过化学改性可以制成可降解材料，若再与聚氯乙烯和聚苯乙烯结合，可以制得复合双降解材料。王运等[24]制备的魔芋/聚乙烯醇塑料薄膜具有良好的安全性和机械性能，薄膜完全符合塑料制品国家标准；薄膜原料的混合体系具有良好的相容性，产品透明度高，而且原料价格适宜，属于环境友好型绿色材料，来源广泛；薄膜制备工艺流程简单，能够降低生产成本，生产过程无污染，产品无任何毒性，且能够实现生物降解；产品可用于农用地膜、可降解手提袋、食品包装等多种用途，其应用前景十分广泛。

3.3 生物改性

KGM的生物改性是指利用甘露糖酶或其他酶酶解KGM，酶解后空间构象发生改变，分子量减小，部分转化为魔芋低聚糖或寡糖，故又被称为酶法改性。目前研究者对KGM酶解工艺以及魔芋低聚糖的作用机理研究较少，可作为KGM今后的一种研究方向。

4 魔芋葡甘低聚糖的研究进展

对KGM进行酸水解、酶水解、超声波破碎、辐照等处理，可制备得到魔芋低聚糖。魔芋低聚糖溶解性和保水性大大提高，生物活性功能如抗氧化、降血脂、降血糖等能力增强，具有促进益生菌生长的作用。魔芋低聚糖可以增强机体抗氧化应激能力、降血糖血脂、调节免疫系统、改善肠道优势菌群。张娅等[25]通过实验证明魔芋低聚糖有降低血脂和降低尿素氮的作用。陈晶晶等[26]研究发现，魔芋低聚糖可有效抑制酒精摄入导致的肠道炎症，修复肠道屏障，降低过度的神经炎症反应，进而改善脑神经元损伤，证明魔芋低聚糖具有预防酒精性神经损伤的潜力。唐晓东等[27]利用魔芋葡甘低聚糖易溶解的特性研制了一款魔芋瘦身饮料，研究表明小分子、黏度低的葡甘低聚糖能够促进双歧杆菌的增殖，具有降血压和降血脂等生理功能，是一种新发现的功能性食品原料。张晨等[28]以魔芋低聚糖为主要原料，以感官评价作为基础参考指标，通过优化工艺参数制作出一款低热量、低糖和健康美味的杂粮饼干，满足了消费者对健康食品的需求。

5 结语

KGM作为一种天然高分子多糖，具有很好的生物活性功能，适合作为保健食品原料。KGM因其独特的颗粒特性、亲水性、凝胶性、成膜性和增稠性，在食品领域有很多应用。天然KGM的性质使其不能完全满足不同食品加工的需要，如其具有亲水性但溶解度低、能够形成高黏性胶体但限制了流动性、储存时间较长黏度下降等。对此，可以通过物理、化学、生物或者多种方法复合对KGM进行改性或者降解，从而改变其理化性质，发掘其新功能，开拓其应用范围，使其适应不同食品加工的需要。近年来，对魔芋葡甘低聚糖的研究非常活跃，有效解决了天然魔芋葡甘聚糖溶解性差、黏度高等缺陷，进一步扩大了魔芋葡甘聚糖的应用范围。魔芋葡甘低聚糖独特的理化性质和生理功能，使其成为生物与医药、食品行业和其他领域理想的添加剂或原料。因此，KGM改性方法的扩展及改性机理、改性后性能的研究是今后研究的重点。通过与现代先进科学技术相结合，充分利用魔芋葡甘聚糖的卓越性能，深化魔芋葡甘聚糖的基础研究，可提升魔芋和魔芋产品的附加价值。

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