魔芋葡甘聚糖的结构_食品学性质及保健功能_孙远明
魔芋葡甘聚糖
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。
植物聚多糖葡甘聚糖的性质与应用
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。
魔芋葡甘露聚糖的六大保健功能
魔芋葡甘露聚糖的六大保健功能从营养角度看，魔芋是一种低热能、低蛋白、低脂肪、低糖、无胆固醇、高膳食纤维的食品，高膳食纤维才是它有效的营养成分。
魔芋精粉是魔芋球茎经物理方法加工获得的，是有效营养成分的浓缩品，其中主要的成分是葡甘露聚糖，属于可溶性植物纤维。
魔芋的营养保健作用就是发挥膳食纤维对营养不平衡的调节作用，减少和避免因营养素摄入量过高而引起的一系列心脑血管和消化道疾病。
1、预防便秘我国汉代王冲在《论衡》中说：“欲得长生，肠中常清。
”慢性功能性（习惯性）便秘很常见。
英国调查显示，总人群中10%受此症困扰，发生率随年龄而增加，由年轻人群3%至老年人20%。
中国和其他发展中国家过去发病率不高，随着饮食精细化和年龄老化，便秘患者急剧增加。
因急性疾病卧床病人多有便秘，保持大便通畅是必要的治疗措施。
预防便秘主要是饮食中增加膳食纤维的含量，食物中粗粮、蔬菜水果和魔芋精粉制品是膳食纤维的丰富来源，膳食纤维吸收水分，增加粪便体积。
华西医科大学张茂玉等研究表明，便秘者食用魔芋能增加每日粪湿重（相当于1克魔芋精粉增重11.4克）和粪便含水量，使粪便变得松软，更容易通过肠道，这意味着便秘和痔疮的减少。
2、加速排毒唐朝名医孙思邈称：“便难之人，其面多晦。
”魔芋含有丰富的膳食纤维，在肠道内膳食纤维能加强肠道蠕动，促使排便，缩短食物在肠道内的停留时间。
肉类食物从进食到排出体外大约需要12小时，魔芋从进食到排出体外大约为7小时，可是大便在肠道的停留时间缩短5小时左右，从而减少小肠对营养的吸收，同时也缩短了有害物质的胃、肠中的停留时间，加快排泄体内有害毒素，有助于美容养颜。
3、减肥魔芋是一种低热能、低蛋白质、低糖、无胆固醇、高膳食纤维的食品，食后易给人以饱感，可以帮助食量大的肥胖者控制摄食量，促进体内多余脂肪的消耗，达到自然减肥的效果。
健康消费者经常食用，能保持健美姿态。
4、稳定血糖在人体内糖的主要形式是葡萄糖及糖原。
葡萄糖是糖在血液中的运输形式，在机体糖代谢中占据主要地位；糖原是葡萄糖的多聚体，包括肝糖原、肌糖原和肾糖原等，是糖在体内的存储形式。
葡甘露聚糖
葡甘露聚糖在医药中的应用
魔芋的药用价值，在宋代《本草图经》 已有“主消渴”、“治头肿风毒”的 记载，明代大医学家李时珍著的《本 草纲目》和现代出版的《中药大词典》 亦有：魔芋块茎入药有解毒消肿、化 疼散结、行淤等功效。常用作治疗咳 嗽、疝气、乳痛、积滞、闭经、跌打 损伤、烧伤。
葡甘露聚糖在减肥中的应用
葡甘露聚糖的发展现状
近二十年来我国已经对葡甘露聚糖的理化性 质、生物功能以及化学结构进行了研究和产 品开发。在我国魔芋种植资源丰富，价格低 廉。由于葡甘露聚糖的多种优良特性以及应 用广等的特点，对于葡甘露聚糖的开发利用 仍然还是热点。 我国采用干片粉碎的方法，从鲜芋中分离提 取葡甘露聚糖。魔芋可分为葡萄糖甘露聚糖 类和淀粉类，白魔芋葡萄糖甘露聚糖含量高， 因此，近些年来，白魔芋因品质优良而被广 泛引种。 日本是目前魔芋消费最大的国家，常年缺口 1万吨精粉。欧洲人不种魔芋，但对魔芋的 减肥保健功能很感兴趣，他们已着手开展魔 芋食品的研究和开发。
其减肥机理可能是：葡甘露聚糖良好 的吸水性，使其吸水膨胀，成为具有 粘性的纤维素。粘性纤维减慢食物从 胃到小肠的通过，延缓消化和吸收营 养物质，降低了单糖的吸收，从而使 脂肪酸在体内的合成也下降。另外， 葡甘露聚糖吸水膨胀后产生饱腹感， 在一定程度上抑制了饮食的欲望。葡 甘露聚糖还具有润肠通便的作用，使 部分未被吸收的营养物质随粪便排出， 从而起到减肥的作用。
葡甘露聚糖对糖尿病的作用
研究表明葡甘露聚糖有降低血糖、改 善症状、控制病情的效果。KGM可以 增加饱腹感，减少食物的摄入，进而 降低血糖水平；KGM分子量高，吸水 后粘性大，能延缓葡糖糖的吸收，减 轻胰岛的负担，进而促使糖尿病人处 于良性循环状态。刘红等学者通过建 立小鼠四氧嘧啶糖尿动物模型，观察 KGM对小鼠血糖的影响，结果表明 KGM对四氧嘧啶糖尿小鼠血糖具有防 治作用。
魔芋粉特性
魔芋粉特性魔芋葡甘聚糖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。
魔芋葡甘聚糖与XG和淀粉有协同增稠作用；在1%的黄原胶溶液中加入0.02—0.03%的魔芋胶，粘度可增加2—3倍。
魔芋葡甘聚糖的特性及其应用
增稠性
研究表明，l％魔芋精粉溶胶的粘度达到数十帕斯卡·秒 (Pa·s)，高者达到20万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 胶等增稠剂相比，由于其属于非离子型，因此受食品体系中 盐的影响很小。 如将其用于食品，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，是一种新兴的增稠剂。
KGM研究前景
(1)开发多种类型的魔芋食品。 (2)开发一系列功能性食品。利用KGM对人体的多种营养保健 作用。 (3)开发魔芋药品。 (4)开发日化产品。以魔芋葡甘聚糖为原料，研制面膜、美肤 水、香皂、化妆品等产品。 (5)利用魔芋胶以及魔芋胶和其他胶体的协同作用，开发绿色 环保植物胶，生产保鲜剂、粘胶剂、絮凝剂、悬浮剂和稳定 剂等，用于食品、印染、造纸、医药等领域。
在食品工业中的应用
保健食品
魔芋豆腐 魔芋粉丝 蔬菜魔芋
食品涂膜保鲜
柑橘（张其昌等） 龙眼（邹少强等） 板栗（鲁周民等）
食品添加剂 在食品中的应用
增稠剂、乳化剂、 胶凝剂、悬浮剂、 保水剂
仿生牛肉 仿生海产品 魔芋鱿鱼丝
仿生食品
KGM用于保健食品 膳食纤维： KGM作为一种水溶性多糖，富含β -1,3-糖苷键， 是一种优质的膳食纤维，具有低热量、低脂肪和 高纤维的特性。其生理功能主要体现在： 防治糖尿病 防治肥胖 抗癌作用 降血脂，防治心血管疾病 “胃肠清道夫”
成膜性
KGM分子与水分子之间可以通过氢键、分子偶极、诱导 偶极、瞬间偶极等作用力聚集成庞大而难以自由运动的巨型 分子。Suto等（1996）报道了当魔芋葡甘聚糖的质量分数达 7％以上时，通过偏光显微镜及圆二色谱可观测到液晶现象， 而此时其流体行为仍为假塑性流体，通过广角衍射显示其挤 压纤维保持相当程度的方向性，意味着可作为纤维或膜的材 料。 改性后具有很好的成膜性，在碱性条件下(pH＞10)热脱 水后可形成有粘着力的、透明的和致密度高的硬膜，这种膜 在冷、热水及酸溶液中都很稳定。可应用于果蔬涂抹保鲜技 术中。
魔芋葡甘聚糖的结构_食品学性质及保健功能_孙远明
魔芋葡甘聚糖的结构、食品学性质及保健功能*孙远明 吴 青 谌国莲 黄晓钰(华南农业大学食品科学系,广州,510642)摘 要 综述了国内外关于魔芋葡甘聚糖的化学结构、食品学性质、保健功能及在食品与医药中的应用。
关键词 魔芋 葡甘聚糖 化学结构 性质 保健功能 魔芋(ko njac,elephant-foo t ya m)属天南星科魔芋属(Amorphophallus Blum e)植物。
国际上(特别是日本)近30年来,我国近10余年来对魔芋研究非常活跃,涉及魔芋生物学、栽培、育种、魔芋萄萄甘露聚糖(gluco-ma nna n,简称葡甘聚糖)的化学结构、理化性质、生物学功能、提取加工方法与设备、葡甘聚糖利用等诸方面。
研究发现魔芋是一种能大量合成葡甘聚糖的植物,其含量占干基的50%左右[1];魔芋葡甘聚糖具有多种独特的理化性质,在食品、医药、化工、纺织、石油钻探等工业中均有很好的应用价值。
正因为如此,1986年农业部把魔芋认定为我国重要的特种经济作物之一[1]。
本文就国内外关于魔芋葡甘聚糖的结构、食品学性质及其保健功能等作一综述。
1 魔芋葡甘聚糖的结构魔芋葡甘聚糖是上世纪末在日本发现的。
Roibu等人用3%硫酸水解魔芋粉,在水解液中检测出大量的甘露糖,认为魔芋中的粘稠物质是由甘露糖组成的甘露聚糖(实为葡甘聚糖),并于1895年用英文发表了“甘露聚糖为人类食品的一种物料”一文。
1920年Mayeda发现魔芋粘稠物质中除甘露糖外,还含有葡萄糖[32]。
60年代以来,日本学者对魔芋葡甘聚糖结构进行了详细的研究[2,9,12,14,24～26,31,35～37,46],结果概括如下:魔芋葡甘聚糖是由分子比1∶1.5或1∶1.6(花魔芋,A.konjac)或1∶1.69(白魔芋,A.al-bus)的葡萄糖和甘露糖残基通过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,其支链多少的报道结果差异很大,Smith研究认为主链上每32个糖残基有3条支链,而Kato等人却认为主链上每80个糖残基只有1条支链(后者可能接近实际些);每条支链由几个至几十个葡萄糖和甘露糖残基构成;主链上大约每19个糖残基上有1个以酯键结合的乙酰基。
魔芋葡甘露聚糖的应用
魔芋葡甘露聚糖的开发前景摘要：魔芋的主要成分是葡甘露聚糖，属于高分子化合物，是一种天然的膳食纤维，具有独特的生理作用。
葡甘露聚糖可用于食品，医用，化工等。
关键词：葡甘露聚糖，食用，医用，化工。
Konjac Portuguese dew of chitosan development prospects Abstract: The main ingredient of Konjak is glucomannan-nan-a kind of natural food fibre and has some specially physiological functions. Portuguese dew in food, medical chitosan, chemical industry and so on.Key words: Glucomannan, edible, medical, chemical industry.1前言魔芋是一种有益的碱性食品，主要成分有葡甘露聚糖。
在魔芋的块茎中，含有魔芋葡甘露聚糖64.78%、淀粉1.46%、蛋白质2.56%,脂肪0.13%、还有还原性糖1.61%、纤维素1.43%、灰分3.76%，同时还含有多种维生素、生物碱、无机盐、草酸钙结晶、桦木酸、β- 谷甾醇、豆甾醇、羽扇醇、蜂花烷、β- 谷甾醇棕榈酸酯、葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、木糖、胡萝卜素和抗坏血酸等。
搭配食用魔芋，可以达到食品的酸碱平衡，是一种健康食品。
现今丰富多彩的魔芋食品，具有广阔的前景。
2 魔芋葡甘露聚糖在食品中的运用魔芋作为食品原料具有相当长的历史，但是在我国的制作品种还是比较少的，仅有魔芋干、魔芋粉和魔芋豆腐等产品，而且大多数是向日本出口初级加工品近年来，随着食品加工技术的提高和人们对魔芋特殊性质和功能的不断深入研究和认识，国内外以魔芋为主要原料或辅助原料加工的食品不断出现，魔芋在食品中的用途也越来越广，如作为食品添加剂、增稠剂、乳化剂、品质改良剂、悬浮剂等。
魔芋葡甘聚糖对肠道微生物调控影响机制分析
72 I FOOD INDUSTRY I解读INTERPRETATION1. 魔芋葡甘聚糖结构及理化特性魔芋葡甘聚糖是天南星科植物，是魔芋中的主要成分，是天然的植物多糖，具有较高的粘度。
魔芋葡甘聚糖缩写即为KGM ，KGM 主链D-甘露糖与D-葡萄糖通过β-1，4糖苷键链接而成，甘露糖与葡萄糖分子比约为1.5:1或1.6:1（花魔芋，A.konjac ）或1.69:1。
在某些糖残基C3位上存在由β-1，3糖苷键链接的支链，支链上有葡萄糖与甘露糖残基构成，数量不等，KGM 其化学结构可由图1.1表示。
KGM 的特殊结构和化学成分赋予其独特的性能，如优异的亲水性、胶凝性、流变性能、增稠性能和成膜性能。
KGM 易溶于水，但不溶于甲醇、乙醇、丙酮和氯仿等有机溶剂，难以自由移动的大分子使魔芋胶溶液成为粘稠的非牛顿流体。
KGM 具有优异的保水性，可吸收自身体积的80至100倍，形成KGM 溶胶。
同时，KGM 分子量大，吸湿性和容量性强，由于不带电而具有极好的附着力，是自然界粘度最高的多糖之一，具有极好的增稠效果，相较于其他多糖。
KGM 溶胶的脱水在一定条件下可以形成胶膜，通过调节亲水和疏水材料可以改变胶膜的透水性。
魔芋葡甘聚糖对肠道微生物调控影响机制分析文 王元KGM 吸水性强，可增加大便量，促进肠蠕动和粪便排泄，减少对有毒物质的吸收，起到肠道清道夫的作用。
KGM 到达大肠后，在肠道微生物的作用下发酵产生酸和各种短链脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，调节肠道菌群，具有良好的肠道益生元作用。
近年来，有报道称，KGM 的肠道益生元作用是发挥减肥降脂、免疫调节、抗氧化损伤、预防大肠癌等生物学作用的重要途径。
对各种KGM 及其衍生物的肠道益生元进行了评估，性别在预测KGM 的生物活性方面非常重要。
魔芋葡甘聚糖是一种优质膳食纤维，能促进肠胃蠕动，具有“肠道清道夫”的功效，促进体内有害毒素的排出，预防和减少疾病的发生，有效保护胃黏膜，能清除胃壁并具有良好的肠道益生菌特性，但尚未报道哪种摄入形式发挥更好的作用。
魔芋：唯一含有大量葡甘露聚糖的食物
魔芋：唯一含有大量葡甘露聚糖的食物
魔芋是目前发现的唯一能大量提供葡甘露聚糖的食物，经常食用魔芋对人体有诸多好处。
魔芋不仅含有人体所需的10多种氨基酸和多种微量元素，更具有低蛋白质、低脂肪高纤维、吸水性强、膨胀率高等特性，具有降血脂、降血糖、降血压、减肥、美容、保健、通便、防癌等多种药用功效。
魔芋的传统吃法是做成魔芋豆腐，作为家庭常规菜肴食用。
经过十多年的研究，目前已将魔芋制成魔芋精粉，制成的食品也已有几百种。
研究证明，魔芋含有的葡甘露聚糖，是一种高分子化合物，具有很强的吸水性，吸水后体积可膨胀80~100倍，食后不易被消化吸收，并能吸附胆固醇和胆汁酸，对降低血压减少心血管病发作有一定效用。
同时，魔芋还含有可溶性膳食纤维，对抑制餐后血糖升高很有效，因而魔芋精粉及其制品都是糖尿病患者的理想降糖食品，食用后可减轻胰岛负担。
尤其令人注目和感兴趣的是它所含的凝胶，这种凝胶在肠道中可以形成各种不同孔径的半透膜附着在肠道黏膜上形成一个防卫屏障，阻挡致癌物质的侵入，起到防癌的作用。
除此之外，魔芋中的酶类可促进胰腺及肠液分泌，刺激胃肠蠕动，加快附着在肠壁上的有害物质排出体外，为减少和预防疾病起到积极作用。
魔芋葡甘聚糖的结构及保健功能研究
关键词：魔芋；葡甘聚糖；结构；保健功能
Abstract：Konjac glucomannan is the main nutrient component of konjac and an important natural active component in people’s production and life. It has health care functions and can be used as a food additive. It is also widely used in industry. This article introduces the health-care functions of konjac glucomannan and provides a reference for companies to develop konjac products.
（5）可逆性。一般情况下，魔芋葡甘聚糖在冷 却时变成固体，在加热时变成液体。溶胶是一种液体 或胶团，在 10 ～ 15 ℃的低温下，加热到 60 ℃时会发 生变化。魔芋葡甘聚糖是一种固体，冷却到 35 ℃以上 后，可变为液体或糊状，非常适合食品加工、储存和 冷藏运输 。 [10]
（6）成膜性。改性魔芋葡甘聚糖具有成膜特性， 在碱性条件下加热、脱水、干燥后，在酸性、碱性、 冷热水中形成稳定的硬膜，其附着力强、透明度高、 黏度大。膜的机械性能随添加剂的性质和用量而变化， 润湿剂加入量越多，涂膜强度越小，涂膜越软，相反，
浅谈魔芋葡甘聚糖的功能及研究进展
浅谈魔芋葡甘聚糖的功能及研究进展作者：李雪晨周玉娇苏雅瑜何志龙黄国钞来源：《农家科技下旬刊》2015年第08期摘要：魔芋葡甘聚糖，也叫KGM，是一种天然的高分子量的可溶性膳食纤维，在膳食纤维中是优良品，不仅不提供热能、有饱腹感，而且还能减少和阻止葡萄糖的吸收以及脂肪酸的合成，具有很好的瘦身减肥功能。
关键词：魔芋；KGM多年生草本植物的魔芋，含有大量的葡甘聚糖。
葡甘聚糖不仅是魔芋的贮备性多糖，也是一种可食半纤维的多糖类。
魔芋葡甘聚糖是由葡萄糖和甘露糖按11：6的比例以β一1，4糖苷键结合而形成的一种非离子型多糖，能够清肠道，可以改善耐糖能力，还可以预防肥胖、改善胆固醇代谢等。
一、KGM的理化性质魔芋葡甘聚糖不仅有很好的水溶性和保水性，胶凝性、增稠性、粘结性，还有极好的可逆性、悬浮性、成膜性以及赋味性等多种特性，在医学，食品，生物学等各个领域中被广泛应用。
二、 KGM的功能性质1.调节肠道的功能魔芋葡甘聚糖能够预防和治疗便秘，且保水能力很好，食用后能增加粪便容积，促进肠道蠕动和排便，有“肠道清道夫”之称。
张茂玉等学者观察了便秘者食用魔芋食品前后肠道茵群的变化，发现食用魔芋食品后，其肠道内以双歧菌为指示菌的厌氧菌占优势，而双岐杆菌是无任何毒性的菌群，具有明显的免疫赋活作用。
所以，魔芋葡甘聚糖对防治便秘和肠癌等有良好的作用。
2. 防治肥胖的功能魔芋葡甘聚糖是一种热量很低的减肥食品，吸水膨胀性很强，可以增加饱腹感，在某些程度上可以控制饮食；魔芋葡甘聚糖还能通便润肠，让某些没有被吸收的营养物质跟随着粪便一起排出，达到通便减肥的目的。
孙格选等学者将魔芋精粉添加进高脂肪高营养的饲料.饲喂出生24天的SD大鼠，发现魔芋葡甘聚糖能减少脂肪的堆积，起到减肥作用。
3.防治糖尿病的功能魔芋葡甘聚糖作为一种优质的食物纤维，在人体内不能被消化，热量超低，可以使血糖水平降低，因此在糖尿病的治疗中被广泛应用。
魔芋葡甘聚糖分子量大、粘性强，能阻止葡萄糖的吸收，使胰岛的负担减轻，从而使糖尿病人处在良性循环状态中。
魔芋葡甘聚糖的药理作用——抗肿瘤作用
魔芋葡甘聚糖的药理作用——抗肿瘤作用
有文献报道以魔芋配蛇舌草、徐长卿解毒散结抗癌肿，配参、芪、仙灵脾调节免疫功能治疗红斑狼疮，配板蓝根、金银花、山豆根治疗腮腺癌、乳腺癌、淋巴癌及脑肿瘤等，配海藻、蒲黄根、玄参、苍耳草、贯众治疗甲状腺癌，均取得了较好疗效。
其机理可能是KGM溶于水后可形成凝胶，进入人体肠道后形成孔径大小不等的半透膜附于肠壁，能阻碍包括致癌物质在内的有害物质的侵袭，从而起到解毒的作用，防治如甲状腺癌等。
KGM润肠通便，减少便秘患者因肠道分解代谢的有毒物质重吸收，对预防肠道肿瘤有一定意义。
魔芋葡甘聚糖
魔芋葡甘聚糖•魔芋葡甘聚糖•中文名•魔芋葡甘聚糖•又称•KGM•实质•高分子可溶性膳食纤维•特点•不含热量、有饱腹感魔芋葡甘聚糖，又称KGM，是一种天然的高分子可溶性膳食纤维，为所有膳食纤维中的优品，不含热量、有饱腹感，且能减少和延缓葡萄糖的吸收，抑制脂肪酸的合成，具有极佳的减脂瘦身作用。
魔芋葡甘聚糖在减脂的同时还有助于生态通便、平稳血糖、降血脂和抗脂肪肝，安全无毒副作用。
由于葡甘聚糖具有粘度高、吸水多、膨胀快等理化性质，使魔芋的加工工艺受到限制，现有魔芋食品中魔芋葡甘聚糖的纯度普遍偏低，人们摄入葡甘聚糖甚少。
KGM是最优质的可溶膳食纤维编辑可溶性膳食纤维与不可溶性膳食纤维的区别在于，它可参加人体血液和体液循环，并在循环过程中净化血液和身体各部器官。
可溶性膳食纤维分子量越大，功能键越多，在防治慢性疾病中的功能就越强。
名称水溶型膳食纤维分子量功能键麦芽糊精低分子膳食纤维2000道尔顿极少菊粉低分子膳食纤维6000道尔顿少Konifiber 天然高分子膳食纤维100~200万道尔顿很多功能减脂瘦身美国Keithley 做了一项研究，通过对减肥者食用KGM来研究KGM的作用机制( 7组临床试验，每组39个肥胖者) 。
研究发现，无论是在正常饮食或者高热量饮食中，KGM 起到一定减轻体重的作用。
他们推测KGM 减肥的作用机制为，通过摄入KGM 食品增加了胃肠内容物的黏度，从而延长胃排空时间增加人的饱腹感，同时减少小肠食物吸收率，降低餐后葡萄糖和胰岛素的波动。
华西医科大学研究结果对这一作用进一步证实，食用魔芋精粉30天，体重下降率为78.4%，下降幅度为0.5--4.7公斤，个体差异较大。
生态通便KGM吸收水分，增加粪便体积，改善肠道菌群；肠内细菌酵解KGM，产生短链脂肪酸，刺激肠蠕动，这些都有利于排便。
华西医科大学张茂玉等研究表明，便秘者食用KGM能增加每日粪湿重（相当于1克魔芋精粉增重11.4克）和粪便含水量；能缩短食物在肠道运转的时间和平均一次排便时间；能增加双歧杆菌数。
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魔芋葡甘聚糖的结构、食品学性质及保健功能*孙远明 吴 青 谌国莲 黄晓钰(华南农业大学食品科学系,广州,510642)摘 要 综述了国内外关于魔芋葡甘聚糖的化学结构、食品学性质、保健功能及在食品与医药中的应用。
关键词 魔芋 葡甘聚糖 化学结构 性质 保健功能 魔芋(ko njac,elephant-foo t ya m)属天南星科魔芋属(Amorphophallus Blum e)植物。
国际上(特别是日本)近30年来,我国近10余年来对魔芋研究非常活跃,涉及魔芋生物学、栽培、育种、魔芋萄萄甘露聚糖(gluco-ma nna n,简称葡甘聚糖)的化学结构、理化性质、生物学功能、提取加工方法与设备、葡甘聚糖利用等诸方面。
研究发现魔芋是一种能大量合成葡甘聚糖的植物,其含量占干基的50%左右[1];魔芋葡甘聚糖具有多种独特的理化性质,在食品、医药、化工、纺织、石油钻探等工业中均有很好的应用价值。
正因为如此,1986年农业部把魔芋认定为我国重要的特种经济作物之一[1]。
本文就国内外关于魔芋葡甘聚糖的结构、食品学性质及其保健功能等作一综述。
1 魔芋葡甘聚糖的结构魔芋葡甘聚糖是上世纪末在日本发现的。
Roibu等人用3%硫酸水解魔芋粉,在水解液中检测出大量的甘露糖,认为魔芋中的粘稠物质是由甘露糖组成的甘露聚糖(实为葡甘聚糖),并于1895年用英文发表了“甘露聚糖为人类食品的一种物料”一文。
1920年Mayeda发现魔芋粘稠物质中除甘露糖外,还含有葡萄糖[32]。
60年代以来,日本学者对魔芋葡甘聚糖结构进行了详细的研究[2,9,12,14,24～26,31,35～37,46],结果概括如下:魔芋葡甘聚糖是由分子比1∶1.5或1∶1.6(花魔芋,A.konjac)或1∶1.69(白魔芋,A.al-bus)的葡萄糖和甘露糖残基通过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,其支链多少的报道结果差异很大,Smith研究认为主链上每32个糖残基有3条支链,而Kato等人却认为主链上每80个糖残基只有1条支链(后者可能接近实际些);每条支链由几个至几十个葡萄糖和甘露糖残基构成;主链上大约每19个糖残基上有1个以酯键结合的乙酰基。
魔芋葡甘聚糖分子量因魔芋种类、品种、加工方法及原料的贮藏时间不同而变化,一般为200000～2000000。
我国白魔芋葡甘聚糖的分子量大于花魔芋。
2 魔芋葡甘聚糖食品学性质2.1 流变性魔芋葡甘聚糖易溶于水,不溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚等有机溶剂。
其水溶液为假塑性液体,即有剪切变稀的性质[2,9,28]。
e=kD ne为剪切应力,k稠度系数,n为流动指数,D为剪切速率。
魔芋葡甘聚糖水溶液(胶)的表观粘度随剪切速率的增加而降低。
k值和n值是评价魔芋葡甘聚糖的质量的2个重要指标,k值越大,n值越小,其质量越优。
许时婴和钱第一作者:博士,教授。
广东省自然科学基金资助收稿时间:1998-09-08和[3]研究得到白魔芋和花魔芋精粉的k值分别为5895～7385和1858～3311,n值为0.33～0.36和0.59～0.66,表明白魔芋精粉优于花魔芋精粉。
据实验,魔芋葡甘聚糖的粘度随着温度的上升逐渐下降,冷却后又上升。
但是,其粘度不能回升到加热前的水平。
魔芋葡甘聚糖不耐80℃以上的高温。
如魔芋葡甘聚糖溶胶在121℃下保温0.5h,粘度约下降50%。
Kohyam a等[29]观察了p H对魔芋葡甘聚糖粘度等指标的影响。
结果表明,在pH3以下和在p H11.5以上粘度迅速上升,在p H 3～9之间粘度较稳定。
2.2 增稠性魔芋葡甘聚糖分子量大、水合能力强和不带电荷等特性决定了它优良的增稠性质。
1%的魔芋精粉的粘度达到数十帕斯卡秒(Pa·s),高的达到200Pa·s,与黄原胶、瓜尔胶、刺槐豆胶等增稠剂相比,它属于非离子型,受体系中盐的影响很小[39]。
魔芋葡甘聚糖与黄原胶、淀粉等增稠剂有协同增稠作用。
若在1%黄原胶溶液中加入0.02%～0.03%的魔芋精粉,粘度可增加2～3倍[39]。
在增稠剂总量为5%时,4.5%变性玉米淀粉+0.5%魔芋精粉糊化后的粘度比5%变性玉米淀粉的粘度高出 4.6～8.6倍[40]。
2.3 胶凝性在食品工业中,许多食品需依赖于亲水胶体物的胶凝性质,形成一定的形状和一定的质构,并保证所期望的融化温度和(或)增强风味的释放。
明胶、卡拉胶、果胶和海藻酸钠就是这类典型的亲水胶体物。
魔芋葡甘聚糖具有独特的胶凝性能,在一定条件下可以形成热可逆(热不稳定)凝胶和热不可逆(热稳定)凝胶。
2.3.1 热可逆凝胶魔芋葡甘聚糖能与黄原胶[3,33,39～41,45]、卡拉胶[21,30,34,38～40,44]等存在强烈的协同作用而形成热可逆凝胶。
单独魔芋葡甘聚糖(非碱性条件)或黄原胶均不能形成凝胶。
但两者混合后,几乎可在任意pH下形成凝胶。
在总浓度保持1%的情况下,随着黄原胶的加入,表观粘度逐渐增加,当魔芋精粉与黄原胶的配比为3∶2时,达到最大值,然后又下降。
当两者加热溶解冷却后,则形成凝胶。
其凝胶强度在两者比例为3∶2时为最大。
当p H5左右时,其凝胶强度达最大。
随着两者混合浓度的增高,其凝胶强度相应增大。
两者混合形成的凝胶为热可逆凝胶,在室温至40℃呈固态,而在50℃以上呈半固态或液态,冷却至室温后又呈固态。
关于其凝胶机理可能是,魔芋葡甘聚糖分子上平滑、没有支链的部分与黄原胶分子的双螺旋结构以次级键形式相互结合形成三维网状结构。
卡拉胶为硫酸化的线性半乳聚糖,主要有3种类型。
魔芋葡甘聚糖与其中的κ-卡拉胶存在协同作用。
两者在一起加热再冷却后,可以形成脆性、弹性不同的凝胶。
随着两者比例的变化,其质构与融点性质随之改变。
魔芋葡甘聚糖所占比例越大,凝胶的韧性越强,反之,凝胶的脆性越强。
当两者为4∶6时,其凝胶强度达最大。
钾离子对其凝胶形成有一定的影响,在一定总胶浓度下,随体系中钾离子的提高,其凝胶强度增大,但过量钾离子形成的凝胶质地硬而脆,析水率也增大。
通常情况下,以0.03%～0.1%为宜。
2.3.2 热稳定凝胶[15～18,22,23,39]我国传统的魔芋豆腐,即魔芋凝胶,已有2000多年的历史。
但对其胶凝过程与机理的研究是近几十年的事。
研究发现,魔芋葡甘聚糖分子链上的乙酰基团阻止葡甘聚糖长链相互靠近而形成凝胶,但弱碱(碳酸氢钾加到2%的魔芋葡甘聚糖溶液中)条件下加热,则形成凝胶。
该凝胶形成受体系中p H和温度的影响。
通常p H要达到9～10以上,在加热的条件下,才能形成凝胶。
该凝胶对热稳定,即使在100℃下,重复加热,其凝胶强度变化不大。
另据实验,该凝胶即使加热到200℃以上,也仍然保持稳定。
因此,也把这种凝胶称为热不可逆凝胶。
碱的种类对魔芋凝胶的凝胶强度影响不完全相同。
魔芋葡甘聚糖凝胶的形成需在碱性条件下,但其凝胶强度与体系中pH相关规律性不强,如用磷酸钾处理,p H为8.1,也能形成较强的凝胶,而用氢氧化钠处理,p H 达到12.5,其凝胶强度不及磷酸钾处理的一半。
不过磷酸钾处理形成凝胶需要更高的加热温度。
前尾健治用淀粉粘焙仪通过测定粘度变化研究了魔芋葡甘聚糖胶凝过程。
首先把魔芋葡甘聚糖添加到水中,经搅拌而溶解,粘度逐渐上升;经过一段时间,溶解达到平衡状态,粘度不再变化。
这时添加胶凝剂(碱),则溶液结构杂乱,因而出现瞬间的粘度大幅度下降。
如果立即用汤匙等工具激烈搅拌溶液,则溶液重新变成均匀而又连续的组织,粘度也大致恢复到原来的值。
其后在一定时间,粘度保持不变。
此时,溶液的外表状态与添加胶凝剂前比较,几乎未出现差异。
当过了这段时间,就可以观察到溶液的透明度逐渐降低及胶凝作用的发生,粘度随之上升,随转子继续转动,凝胶结构被破坏,又使粘度下降。
通过此实验,前尾氏指出,魔芋葡甘聚糖的胶凝过程分为2个时期:诱导期和凝胶形成期。
即凝胶形成并不是一加碱后就开始的,而是经过一段时间才开始。
这段时间称为诱导期。
诱导期一过,进入胶凝形成期。
其凝胶机理现已清楚:在碱性加热条件下,魔芋葡甘聚糖链上由乙酸与糖残基上羟基形成的酯键发生水解,即脱去乙酰基,这样,葡甘聚糖变为裸状,分子间则形成氢键而产生部分结构结晶作用,以这种结晶为结节点形成了网状结构体,即凝胶。
2.4. 成膜性[40]当魔芋葡甘聚糖溶胶脱水后在一定条件下可以形成有粘着力的膜。
该膜在冷热水及酸碱中均稳定,甚至煮几小时也不溶。
添加保湿剂(如甘油)可以改变膜的机械性能,随着甘油添加量的增大,膜的强度则降低,透性增加。
膜的基本制法为,将1%魔芋精粉溶胶倾倒在光滑的表面上,经空气干燥,就可得到柔软的膜。
还可以用魔芋溶胶制成透明或不透明的膜。
通过增加保湿剂的用量,可降低膜强度值(使膜破裂所施加的力),提高柔软性。
膜的透水性受添加亲水或疏水物质的影响,随添加亲水性物质而增加,随添加疏水性物质而下降。
3 魔芋葡甘聚糖的保健作用经国内外研究证实,魔芋葡甘聚糖是一种优良的水溶性膳食纤维,对营养不平衡有重要的调节作用,如防治便秘、降血脂、降血糖、减肥、抗癌等。
3.1 预防和治疗便秘慢性功能性便秘很常见,发达国家尤为如此,如英国总人群中10%受此症困扰,发生率随年龄的增长而增加,由年轻人群3%至老年人群20%。
我国随饮食精化和年龄老化,便秘患者急剧增加。
现已研究证实[7],魔芋葡甘聚糖及其制品对预防和治疗便秘有良好的作用。
它可吸收水分,增加粪便体积,改善肠道菌相,刺激肠蠕动,这些都有利于排便。
3.2 调节脂质代谢[8,10,19,27,42,43]大量流行病学调查及实验研究证实,血浆胆固醇水平与动脉粥样硬化和冠心病密切相关。
美国调查显示,超过半数中老年人群血胆固醇增加,构成冠心病高危因素,如胆固醇水平降低1%,冠心病危险性则降低2%。
可溶性膳食纤维通过与肠内胆酸结合,增加胆酸排泄,使体内胆酸合成增加,从而降低血胆固醇水平,还可减少其胆道排泄时积聚形成胆石和胆酸代谢产物的可能致癌作用。
不同种类的膳食纤维,降血脂各有差异。
国内外均已报道,魔芋葡甘聚糖有显著的降血脂效果,既可降低血胆固醇水平,也可降低甘油三酯水平,且已证实,当血脂达正常水平时不持续下降,起到调节脂质代谢,预防高脂血症的作用。
其可能机理是,除增加胆酸排泄外,还有减少脂肪和能量摄入、减少脂肪和胆固醇吸收等原因。
3.3 防治糖尿病[13]控制饮食是糖尿病治疗的重要措施。
魔芋葡甘聚糖不被人体内消化酶所消化,不含热量,又有饱腹感,且能减少和延缓葡萄糖的吸收,从而降低血糖水平。
3.4 减肥作用[4,5,20]美国用双盲法肯定了魔芋葡甘聚糖的减肥作用,国内研究结果对这一作用进一步证实。
魔芋葡甘聚糖膨胀系数大,在胃内有充盈作用,增加饱腹感,同时可以减少产热营养素的吸收,从而达到预防肥胖和轻松减肥的目的。