魔芋葡甘露聚糖的結(jié)構(gòu)及改性研究進(jìn)展

摘 要 介紹魔芋葡甘露聚糖的結(jié)構(gòu)研究及改性研究的現(xiàn)狀，指出魔芋葡甘露聚糖研究中的存在的問(wèn)題，最后展望了其發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞 魔芋葡甘露聚糖；化學(xué)結(jié)構(gòu)；改性；研究進(jìn)展

中圖分類(lèi)號(hào)：S632.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號(hào)：1673-890X（2014）16-041-03

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魔芋葡甘露聚糖（Konjac Glucomannan，簡(jiǎn)稱KGM）是魔芋塊莖中所富含的復(fù)合多糖，魔芋成熟后其KGM可達(dá)到10%～30%。魔芋葡甘露聚糖具有多種優(yōu)良的特性，如凝膠性、可食用性、成膜性等，故在食品、醫(yī)藥、化工等各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛的用途[1]。但魔芋葡甘露聚糖具有溶解度低、流動(dòng)性差等特性，其應(yīng)用受到一定的限制[2-4]。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)KGM改性進(jìn)行了深入地研究[5-7]。KGM 結(jié)構(gòu)具有可以化學(xué)修飾的官能團(tuán)，并且能與其他組分共混，可生物降解。

1魔芋葡甘露聚糖的結(jié)構(gòu)研究

KGM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為其改性提供了可能性。KGM是由D-葡萄糖和D-甘露糖通過(guò)β-1，4-吡喃糖苷鍵結(jié)合的雜多糖[8]，研究認(rèn)為在主鏈甘露糖的C3位上存在著通過(guò)β-1，3鍵結(jié)合的支鏈結(jié)構(gòu)，每32個(gè)糖殘基上有3個(gè)左右支鏈，支鏈只有幾個(gè)殘基的長(zhǎng)度[9]。不同來(lái)源的KGM，其甘露糖和葡萄糖比值不同，常見(jiàn)的KGM其比值為1.5～1.7。目前，有關(guān)KGM詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析仍在進(jìn)行中，主要是利用計(jì)算機(jī)程序模擬其構(gòu)象進(jìn)行研究。

2魔芋葡甘露聚糖的改性研究

KGM的改性主要就是通過(guò)引入新基團(tuán)或者改變?cè)谢鶊F(tuán)，從而達(dá)到其性質(zhì)變化的目的。近年來(lái)，相關(guān)研究工作者對(duì)KGM的改性做了大量的研究，歸納起來(lái)，其改性方法主要有以下幾種。

2.1共混改性

共混改性可以改變KGM分子內(nèi)的氫鍵，形成分子間的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而呈現(xiàn)一些獨(dú)特的性質(zhì)。Ali S.A.等將葡甘露聚糖與海藻酸鈉、黃原膠共混后，其沉降速度與未共混相比發(fā)生了改變[10]。有研究人員將魔芋葡甘露聚糖與蛋白質(zhì)、殼聚糖、淀粉等物質(zhì)進(jìn)行共混，可明顯改善膜的透明度、吸水性、透水性等[11]。此外，魔芋葡甘露聚糖還可以與合成高分子材料共混，獲得功能性材料。

2.2化學(xué)改性

由KGM的結(jié)構(gòu)可以看出，KGM的分子鏈中含有乙酰基團(tuán)和大量的羥基，可對(duì)其進(jìn)行脫乙酰基或酯化、接枝等化學(xué)改性處理使其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改善KGM的溶解度、水溶膠的黏度、透水性、透明度及穩(wěn)定性等性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

2.2.1脫乙酰反應(yīng)

KGM主鏈上具有大量的乙酰基，可在微堿性條件下脫掉乙酰基團(tuán)。研究表明KGM脫乙酰基后，其力學(xué)性能、耐折度、耐水性等都顯著提高，綜合性能明顯增強(qiáng)[12-13]；林曉艷等研究顯示在pH=10的條件下時(shí)，1 g/100 mL的葡甘露聚糖所成膜的抗張強(qiáng)度與和耐折度與未改性膜相比均有所提高[14]。

2.2.2 羧甲基反應(yīng)

將KGM上的羥基進(jìn)行先堿化后醚化就叫做羧甲基化改性。研究表明在堿性條件下，KGM與一氯乙酸進(jìn)行反應(yīng)，所得羧甲基魔芋葡甘露聚糖溶脹速率快，黏度明顯增加[15]。

2.2.3 交聯(lián)反應(yīng)

由于分子中存在多個(gè)活潑的羥基，KGM可與多種交聯(lián)劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。KGM交聯(lián)的形式包括有酯化交聯(lián)、酰化交聯(lián)和醚化交聯(lián)等。研究人員將一氯乙酸和KGM反應(yīng)后用環(huán)氧氯丙烷進(jìn)行交聯(lián)，能有效地吸附Cu2+、Pb2+和Cd2+[16]。用三氯氧磷對(duì)KGM進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，改性后其成膜性、耐水性、抗剪切性、抗菌性均有顯著提高[17]。

2.2.4 酯化反應(yīng)

將魔芋葡甘露聚糖在適宜條件下與磷酸鹽、沒(méi)食子酸、黃原酸、水楊酸鈉等酸、酸酐反應(yīng)，從而生成相應(yīng)的酯化產(chǎn)物。用乙酰化的沒(méi)食子酸對(duì)KGM進(jìn)行酯化改性，改性后KGM的穩(wěn)定性和黏度均增加[18]。尉芹等用苯甲酸對(duì)KGM進(jìn)行酯化改性，改性后其黏度提高了2倍以上，并且具有良好的抑菌效果， 其穩(wěn)定性、成膜性也有了較大改善[19]。

2.2.5 接枝共聚

KGM分子鏈上含有“-OH”和“-CH3CO-”基團(tuán)，可與丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺、乙酸乙烯酯等單體進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，形成接枝共聚物。將這些高分子單體接枝到KGM上，所得的材料兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)良特性。將KGM與乙酸乙烯酯進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，所得到的改性材料不溶于水，且具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、低的熔融溫度和良好的熱塑性[20]。劉慧君等對(duì)KGM與丙烯酸丁酯接枝共聚進(jìn)行了研究，結(jié)果表明接枝共聚物水溶膠的黏度和對(duì)熱、對(duì)酸堿的穩(wěn)定性都有很大的提高[21]。

2.2.6 氧化反應(yīng)

利用氧化劑對(duì)葡甘露聚糖進(jìn)行氧化反應(yīng)，選擇不同的氧化體系，可以得到不同氧化程度的KGM衍生物。氧化魔芋葡甘露聚糖（OKGM）與KGM相比，顏色潔白，糊液黏度低且透明性、穩(wěn)定性和成膜性好，其原理是KGM經(jīng)氧化后引起解聚，從而產(chǎn)生低黏度分散體，同時(shí)引進(jìn)羰基和羧基，使其糊液黏度穩(wěn)定性增加[22]。

2.3生物改性

其生物改性主要是酶法改性，利用甘露糖酶等酶改變KGM的空間結(jié)構(gòu)，使長(zhǎng)的KGM分子水解為短的KGM分子，即使KGM多糖部分地轉(zhuǎn)化為低聚糖或寡糖。目前，國(guó)內(nèi)外主要針對(duì)KGM酶解的工藝及機(jī)理進(jìn)行研究，而對(duì)降解后的低聚糖進(jìn)行改性研究較少[23-24]。相關(guān)研究認(rèn)為對(duì)降解后的低聚糖或寡糖進(jìn)行改性研究將成為KGM生物改性研究的新方向。

3問(wèn)題與展望

KGM的溶解度低、流動(dòng)性差等特性在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍，通過(guò)各種改性方法可有效克服這些問(wèn)題。有關(guān)改性魔芋葡甘露聚糖的研究已有較多的報(bào)道，但仍有一些問(wèn)題沒(méi)有研究清楚，如KGM的生物降解是如何進(jìn)行的。另外，由于各項(xiàng)研究基本還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，與實(shí)際應(yīng)用還有一定的距離，若要實(shí)際應(yīng)用還需要對(duì)KGM及其衍生物作進(jìn)一步的研究，以達(dá)到理想的效果。

今后，有關(guān)KGM的改性研究主要應(yīng)該以其結(jié)構(gòu)為理論基礎(chǔ)，探討更深層次的機(jī)理問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行改性，拓寬應(yīng)用范圍；加大KGM與其他膠的共混研究，拓寬共混膜在食品保鮮領(lǐng)域和環(huán)保材料的應(yīng)用；研究KGM與大豆分離蛋白和膠原蛋白等材料復(fù)配，拓寬其在化妝品行業(yè)的應(yīng)用；通過(guò)生物改性制備低聚糖，拓寬其在動(dòng)物飼料領(lǐng)域的應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯：敬廷桃）