魔芋葡甘聚糖的研究利用

史麗英

(北京聯合大學，北京 100023)

隨著科技的發展和世界人口的增長以及人們生活水平的提高，人們越來越認識到一些新資源如魔芋的食用及藥用等價值［1］。魔芋球莖中具有生物活性和生理功能的是魔芋葡甘聚糖(KGM)和生物堿［2］，目前人們研究利用的主要為葡甘聚糖。

1 魔芋葡甘聚糖(KGM)

魔芋干物質的主要成分為葡甘聚糖。KGM為白色粉末。魔芋加工后的精粉一般含葡甘聚糖65%以上，提高技術含量可使精粉中葡甘聚糖含量達到80%左右。華中農業大學、武漢大學魔芋研究課題組的研究人員，利用生化技術，得到含量達95%以上的高純度KGM［4］。

魔芋葡甘聚糖是一種天然高分子化合物，具有高吸水性、高膨脹性，溶于冷水后，會形成一種粘稠的溶膠，可起增稠、乳化和懸浮的作用;若使其pH值小于12.2，則可形成可逆性的凝膠;使pH值大于l2.2并進行加熱，則形成一種彈性凝膠，這種特性在其它多糖中是罕見的［3］。

2 KGM的應用

利用魔芋提取的葡甘聚糖及其加工產品的研究與開發已引起農業、食品、醫藥等行業研究機構和企業的重視。

2.1 KGM在食品工業的應用

KGM是一種水溶性膳食纖維。它的膠凝性、粘結性、成膜性、可溶性、增稠性和保水性等特點，使其成為一種天然食品原料、添加劑和保鮮劑。

2.1.1 KGM在食品防腐保鮮中的應用

KGM不僅可以用來保鮮果蔬［8］，在肉類的保鮮中也具有良好效果。殷涌光等用KGM和其它物質配制成保鮮液噴在鮮肉表面，保質期較同等條件下對照組相應延長了6～8d。該法不僅可降低成本，而且沒有凍肉解凍時所產生的液汁流失現象［7、8、9］。余清、龐杰將一定比例的辣椒紅色素與 KGM 混合，利用KGM的成膜特性，提高了色素的穩定性，進而提高食品和飲料產品的質量，節省了生產成本，提高了產品的檔次［10］。

2.1.2 KGM在食品添加劑中的應用

KGM具有乳化、增稠和穩定的性能，有著極高的粘度，是所有天然膠中最高者，且與黃原膠、卡拉膠等有協同增效作用。將以上幾種食用膠與單甘酯、磷酸鹽等混合可復配成冰淇淋乳化穩定劑，提高冰淇淋、雪糕的抗融能力，改善了冰淇淋、雪糕的口感［6］。丁金龍、孫遠明等以魔芋膠(微細化的魔芋精粉)與大豆分離蛋白為試材，發現魔芋膠與大豆分離蛋白復配具有明顯的協同增稠作用;魔芋膠對低濃度大豆分離蛋白的乳化性能具有顯著的改善作用［11］。

在小麥面粉中加入魔芋膠溶液，可提高小麥面粉的表觀面筋值。由于膠粘性，加有魔芋膠的通心粉、空心面、龍須面、拉面、餛飩皮等，用開水煮后不渾湯。同時，也由于魔芋膠的持水性，使上述小麥面粉制品口感柔軟，增加了制品的彈性和韌性［6］。

除此以外，作為增稠劑、穩定劑，它可用于面包制品、蛋糕、飲料和配制型酸奶等食品生產中［7］。

2.2 KGM在醫藥行業的應用

高純度KGM在醫藥上可作為藥品的新資源，還可作為藥物的載體、填充劑、外科敷料、粘合劑、緩釋劑等。

2.2.1 KGM在減肥、降血糖、抗癌、降血脂方面的應用

1.3 統計學處理 采用SPSS20.0軟件包進行分析。計量資料用表示，組間比較采用t檢驗，采用Pearson相關系數等分析數，以P<0.05為差異有統計學意義。

KGM本身是一種低熱能、高膳食纖維的天然食品，在進食后KGM吸水膨脹后使人產生飽腹感，每次進食量不會過多。且KGM在胃中不被消化，進入腸道后被消化并能促進腸系酶類的分泌與活化［3］，增加腸道的功能，并能抑制小腸對水分的吸收及腸壁水分被吸收進腸道，起到通便作用。KGM通過與谷類食物的聯合作用，能增加谷類碳水化合物在腸道中的不吸收程度，從而降低機體對谷類碳水化合物的吸收利用［12］，從而達到減肥效果［3］。

KGM對預防和治療糖尿病有療效。由于KGM能減少及減緩糖在腸內的吸收，食用后可減輕胰島負擔，改善糖耐量，降低血糖［13］。

KGM可降低血清膽固醇，其降血脂效果優于其它的膳食纖維。KGM能在消化道內與膽固醇等結合，阻礙中性脂肪和膽固醇的吸收，從而降低了肝脂，增加類固醇的排出量;它能在結腸內被微生物發酵分解，產生丙酸等短鏈脂肪酸，這些短鏈脂肪酸被人體吸收，從而產生降血脂作用。另外，長期食用魔芋可延緩腦神經膠質細胞、心肌細胞和靜脈內膜內細胞的老化過程，預防動脈粥樣硬化，改善心、腦和血管的功能［3，13］。

研究發現KGM能起到明顯抑制移植性腫瘤生長的作用，且新鮮魔芋莖塊煎劑和魔芋灰粉(提取精粉后的渣粉)［14］也具有與KGM相同的作用。人們對KGM對腫瘤的抑制作用及對免疫功能的影響研究的更活躍。KGM對MNNG誘發肺癌可產生不同程度的抑制和預防作用［15］。在對KGM的抗癌臨床研究中發現，KGM制品對甲狀腺癌、子宮頸癌、鼻咽癌、肺癌、食道癌等均有一定的療效。

KGM的抗癌機理可能是KGM作為一種食物纖維能刺激機體產生一種殺滅癌細胞的物質，增強淋巴細胞的轉化率［14］;它還可改變腸道菌群的生態環境，促使以雙岐桿菌為代表的厭氧菌占優勢，而該類活菌具有明顯增強免疫的作用，其死菌亦有明顯地抗腫瘤活性［3，15］。

2.2.2 KGM在作控制釋放材料等方面的應用

在醫藥行業，KGM可用作藥物控制釋放研究，有研究者用KGM包埋“狄布卡因”(Dibucaine)及用KGM釋放“顱通定”(Rotundine)，都達到了不同程度的控制效果。KGM同半乳甘露糖共混制備的凝膠材料可用于藥物控制釋放，也可對KGM處理后制作栓劑基質和緩釋藥片，或作為親水性的藥物緩釋體系。KGM凝膠還可用作片劑藥物包衣。由KGM制成的人工晶體可用于制作隱形眼鏡和醫療光學制品和醫用光學設施［16，17］。

2.3 KGM在其它行業的應用

KGM及其改性物質在印染、建筑、涂料、紡織和造紙、環保、農業等產業領域得到廣泛地重視，成為研究的熱點之一。

在紡織工業方面，可做毛、麻、棉紗的漿料和絲綢加工的漿糊料、柔軟劑。有人對丙烯酰胺與KGM接枝共聚進行研究，得到的共聚物是很好的涂料印花增稠劑［18］。把KGM與聚乙烯共混研制出聚烯烴樹脂復合雙降解材料。用改性的KGM制成的活性染料印花清晰、著色均勻、著色量高、無痕、無脫色、無堵網等疵病，糊料洗脫性能好［17］。

在石油工業方面，KGM可用于鉆井泥漿改性。由于KGM膨脹力大，粘著力強，可做高級粘著劑。近年，應用于石油鉆探，大大加固了井壁，提高了工程質量。

由于KGM具有良好的生物相容性、吸濕性、親水性和可生物降解性，KGM可制成高吸水材料，或用于研制高強度的紙張和各種具有強吸水性能的專用紙。加入甘油和防腐劑等也可制成具有很好的潤滑和保濕作用的護膚品［17］。

在建筑方面，經聚合反應而得KGM建筑膠粘劑，可配制成水性涂料以替代耐水性差的內墻涂料及各種干粉涂料，涂層硬度高，光澤好，耐水洗，不龜裂。KGM還可用作防塵劑，防止在施工中產生灰塵［17］。

在生物技術方面，改性KGM還可制成色譜填料，或通過不同的活化處理，用于多種酶的固定化［17，18］。

在農業方面，以KGM和聚乙烯醇進行共混流延成環境友好的農用地膜，此膜具有良好的機械性能，透明度高，且具有完全生物降解性［19］。

KGM可被用于化學農藥及化肥的緩釋劑。交聯的KGM包裹化肥，使化肥緩慢釋放。由改性KGM與滲透劑、分散劑等輔料組成的液狀種衣成膜劑，可制成不同作物使用的、不同用途的種衣劑，起到保水、保濕及有效成分的緩釋作用。而且通過KGM凝膠的緩釋作用可將包埋在其中的殺菌劑緩慢釋放出來防止藻類生長，提高生物利用率［17］。

在環保方面，KGM經磷酸鹽酯化后可以成為一類新型有機高分子絮凝劑。將它應用于含水溶性絲膠蛋白的煮繭廢液的處理，結果較為滿意［20］。

3 結束語

我國對KGM的高附加值產品等方面的研究還落后于日本、美國等發達國家，近年來，國內已有一些高校和研究所開展了KGM的深入研究。魔芋全降解農用地膜、魔芋可溶可食性薄膜、魔芋類肝素藥用原粉、高純度KGM等多項研究成果已進行工業化生產。隨生物技術在魔芋葡甘聚糖研究開發中的廣泛應用，其精深加工產品將進一步得到產業化發展和利用。

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