210806396_魔芋葡甘露低聚糖制备研究进展

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Science&Technology Vision科技视界DOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2022.29.27
魔芋葡甘露低聚糖制备研究进展
孙思力杨伟东*胡肖肖秋治昊
(宝鸡文理学院,陕西宝鸡721013)
【摘要】魔芋葡甘露低聚糖作为一种新型功能性低聚糖,低热量、低血糖、抗蛀齿、促进肠道益生菌生长、抗氧化性和良好口感等优点而备受关注。

本文综述了酶水解、酸水解、超声波降解和辐照降解魔芋低聚糖的方法,以及膜分离、分析法和发酵法等魔芋低聚糖分离纯化方法,为功能性低聚糖产品的开发及研制提供参考。

【关键词】魔芋;葡甘露低聚糖;制备方法;研究进展
0引言
近年来，由于环境、空气和水质等的污染，以及不合理的饮食结构和生活习惯，导致全球高血糖、高血压、高血脂、肥胖病等富贵病不断增加，各种功能性食品日益受关注。

功能低聚糖由于其难以被机体消化吸收，但可以被机体肠道中的微生物利用，不仅具有低热量、低血糖、抗蛀齿、促进肠道益生菌生长、抗氧化性和良好口感等优点成为功能食品配料行业热点。

低聚糖可分为功能低聚糖和普通低聚糖。

能被机体内消化酶分解吸收的称为一般性低聚糖，不能被机体内酶所利用的称为功能性低聚糖，它被广泛应用于预防和改善高血糖等非传染性慢性疾病，具有较为广阔应用发展前景[1]。

魔芋是我国绿色、朝阳和扶贫产业，是重要经济作物，有着广泛的种植面积，是制备功能性低聚糖的原料之一。

而魔芋低聚糖具有增强免疫力、降血脂、降血糖和抗衰老等多种功效而备受关注，本文从魔芋低聚糖的制备和纯化工艺两方面研究进展作以综述，以期为工业化生产魔芋低聚糖提供参考。

1魔芋低聚糖的制备方法
魔芋低聚糖制备方法可分为天然产物提取和降解两种方法。

天然产物提取法主要采用水提去和乙醇沉淀的方法将魔芋低聚糖从溶液中提取出，但由于天然产物中低聚糖的含量较少，提取成本高，有机溶剂残留等问题，未得到广泛的应用。

魔芋低聚糖制备方法主要是降解方法，它是利用酶水解、酸水解、超声波和辐照降解含有魔芋聚糖的原料制备低聚糖。

1.1酶水解法
酶法制备具有无副作用，条件温和可控，对环境污染小等优点，已成为使用最多、最广泛的方法。

使用的酶主要为甘露聚糖酶和纤维素酶，不同来源的酶由于具有不同的反应条件制备工艺条件也不尽相同。

张迎庆[2]等人研究将500U纤维素酶加入到40℃、pH值为5.0的10g魔芋精粉溶液中，反应2h，得到魔芋低聚糖，表明纤
※基金项目:2020年陕西省大学生创新创业训练计划项目(S202010721034)。

作者简介:孙思力,本科,研究方向为功能性生物材料的制备。

*通信作者:杨伟东,硕士,高级实验师,研究方向为生物新材料的研究与制备。

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维素酶能对魔芋聚糖起到降解作用；康立新等[3]利用枯草芽孢杆菌产生甘露聚糖酶，通过原料种类的选择，得到魔芋与槐豆胶为碱性甘露聚糖酶的最适底物，同时通过对魔芋、槐豆胶、瓜尔豆胶及田菁胶酶解24h后，得到的主要产物分别为2～9糖、5～10糖、2～10糖和2～10糖。

1.2酸水解法
酸水解法是利用了在酸性条件下，多糖的糖苷键会发生一定程度的水解，形成分子量大小不同的短链分子。

罗清楠[4]等利用盐酸水解魔芋聚糖制备低聚糖，通过研究得到最佳工艺：6mol/L HCl溶液与95%乙醇体积配比为3.8∶96.2、反应时间50min、反应温度82℃，特性黏度为55.613cm3/g；李涛[5]等研究确定了氧化-酸解法制备魔芋低聚糖的最佳条件为：恒温摇床180rpm/min，反应时间为3h，氧化剂（H2O2）3.5%，用盐酸调节pH为1.0，反应温度为35℃，低聚糖得率为86.7%，通过控制酸解时间，可以得到不同分子质量的魔芋低聚糖。

1.3超声波降解法
超声波降解法的原理是在超声波的作用下气泡会发生振动、生长或突然破灭，破灭时会产生高温高压区，同时产生激波，形成超声波空化效应，空化效应能明显地破坏魔芋聚糖的内部结构，是有效降解魔芋聚糖的手段。

陈峰[6]等利用超声波降解法制备低聚糖，通过对超声波功率、魔芋胶浓度和超声波时间等的单因素试验探索和响应面分析试验优化确定最佳工艺：在300W功率的超声波和魔芋精粉浓度为4g/L，时间10.35min，得到魔芋低聚糖分散度为1.59，降解效果较好。

Jing Li[7]等将浓度为1%的魔芋聚糖溶液暴露在高强度的超声波环境中，魔芋聚糖分子量迅速下降。

1.4辐照降解法
辐照降解法是利用某些放射性同位素，如Co60在核衰变过程中释放具有高能量、长射程和强穿透力的γ-射线，对于魔芋低聚糖而言，γ-射线的高能量可以使魔芋聚糖的分子链断裂而被降解。

徐振林[8]等研究了探讨不同剂量的60Co的γ-射线辐照对魔芋聚糖的降解作用，研究发现随着辐照剂量的增加，魔芋聚糖的粘度和分子量随之下降；Weiping Jin[9]等同时采用Co60的γ-射线辐照经乙醇前处理魔芋聚糖溶液，魔芋聚糖分子量从1.4×106下降到6×105。

辐照降解优势是不会引入其他杂质，并且对环境不会造成污染，但是辐照法对反应条件和装置都要求较高，且降解程度不易控制。

1.5联合方法
除过以上几种方法之外，在制备魔芋低聚糖时，往往使用多种方法联合的方式使用，能够起到协同作用。

陶兴无[10]研究建立先酸解后酶解的两步降解制备魔芋低聚糖的方法，最佳制备工艺：先采用0.01mol/L盐酸酸解时间1h，然后加入0.75%的β-葡聚糖酶降解1h，得到的水解液粘度为3.12mPa.s，水解率为20.65%，产品收得率为59.54%，先酸解后酶解的两步降解方法，可减少酶的消耗并避免魔芋聚糖的过度水解，以保持魔芋低聚糖的保健功能；许牡丹[11]等采用酸酶结合的方法制备葡甘露低聚糖，试验表明酸酶结合法可以防止过度酸解对糖的破坏，又可以对原料进行预处理，增大酶解时的底物浓度，提高酶解效率。

2魔芋葡甘露低聚糖的分离纯化研究进展
魔芋聚糖经降解得到的是低聚糖的粗品，含有许多杂质，使其生理功能不能充分的发挥。

因此需要对制备的魔芋低聚糖进行分离纯化，得到的低聚糖将更适合食品的应用及功能食品的研发。

2.1膜分离法
膜分离法指的是利用高分子半透膜，通过膜两侧的浓度差或压力差为推动力，按照分离物质的大小和形状性质和超滤膜的选择透过性，使溶液的组分透过膜或被膜截留下来，以获得或去除溶液中某些组分，实现各种物质的分离与纯化。

董振香[12]等研究不同分子量魔芋聚糖的制备工艺，通过控制水解条件得到的低聚糖样品，经过不同截留分子量的超滤膜分离得到不同分子量的魔芋低聚糖产品，实现了低聚糖和杂质的分离。

蒋丽华[13]等对超滤技术纯化大豆糖蜜中的低聚糖进行了研究，结果表明使用超滤方法可以除去大部分蛋白分子，低聚糖的透过率较高。

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Science&Technology Vision科技视界2.2层析法
层析法是利用各组分在分离时迁移速率的不同而达到分离纯化的目的。

王绍云[14]等研究了活性炭与硅胶柱层析法对魔芋低聚糖的分离效果，发现活性炭柱层析法只能得到二糖，分离效果差，硅胶柱层析法可以得到二至五糖的四种寡糖组分，分离效果好；杨伟东[15]研究利用阳离子交换树脂分离纯化魔芋低聚糖，研究表明在洗脱流速为2mL/min，分离纯化温度为60℃，上样量为10mL，装柱高度为600mm条件下，能较好去除单糖和多糖，低聚糖含量可提高到62.1%，分离效果好。

2.3发酵法
发酵法是利用功能性低聚糖难以被微生物发酵利用的特性，选择合适微生物将其中的单糖和蔗糖等非功能性双糖发酵利用而分离纯化。

张琳[16]对比了酵母菌和超滤对魔芋低聚糖降解液中单糖的祛除效果，证明酵母菌对单糖的祛除和总糖回收效果更好；王文侠[17]等研究了微生物发酵法纯化功能性大豆低聚糖的工艺，通过对影响酵母菌发酵的单因素试验和正交试验优化，证明在最佳工艺条件，蔗糖和葡萄糖已全部被消耗，祛除效果好。

3总结与展望
我国魔芋资源丰富、价格低廉，研究采用生物转化的方法制备高附加值的功能性魔芋低聚糖，可以提高农产品价值，具有重要的经济、社会和环境效益。

另外由于魔芋低聚糖具有低热量、低血糖、抗蛀齿、促进肠道益生菌生长、抗氧化性、口感良好等优点，使其具有极其广泛的应用前景，本文对魔芋低聚糖制备方法进行了综述。

由于酶法制备具有无副作用，降解条件温和可控，对环境污染小等优点，成为最常使用的方法，从经济效益层面来说，通过多种方式结合，能够取得更好的效果。

在其分离纯化方面目前采用较多的是超滤法，但是超滤法总糖回收率低等问题，使其纯化效率需要进一步提升。

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