我國富硒魔芋營養(yǎng)評價研究現(xiàn)狀及展望

王立平，楊 慧，唐德劍，張阿爾斯郎，王 悅

(1農業(yè)部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所，北京 100081；2河南省農業(yè)科學院農副產品加工研究中心，鄭州 450002；3農業(yè)部富硒產品開發(fā)與質量控制重點實驗室，陜西安康 725000；4北京農學院食品科學與工程學院，北京 102206)

魔芋是一種功能性蔬菜，原產印度、斯里蘭卡、中國及非洲等地[1]，在我國已有2 000多年的栽培歷史，富含魔芋糖、神經酰胺、生物堿等功能性成分，具有消腫化瘀、降糖降脂、防癌通便等功效[2]。目前我國種植面積已達2 600hm2，主要分布在云南、貴州、四川、陜西南部和湖北西部[3]，并已發(fā)展成當?shù)氐慕洕еa業(yè)。

硒是一種人體和動物所必需的微量多功能生命營養(yǎng)素，具有防癌抗癌、抗氧化和提高免疫力等多重功效。富硒食品是硒的天然載體[4-5]，也是人體硒的直接來源，通過食品補硒可以達到補硒的理想效果。萬佐璽等[6]研究證明，魔芋能夠吸收相當數(shù)量的硒并能正常生長，具有很高的富硒能力，國際市場發(fā)展前景巨大。然而富硒魔芋目前功能開發(fā)和利用產業(yè)化水平比較低，全面了解富硒魔芋產業(yè)現(xiàn)狀、營養(yǎng)評價研究進展及發(fā)展趨勢，可以為相關企業(yè)和政府部門把握富硒魔芋行業(yè)競爭格局、制定前瞻性的戰(zhàn)略決策提供參考，同時為合理開發(fā)利用富硒魔芋提供依據(jù)和技術支撐。

1 富硒魔芋的主要價值

隨著魔芋在食品、化工、醫(yī)藥等方面用途的不斷拓寬，市場需求量不斷增加，使其成為21世紀極具發(fā)展?jié)撡|的綠色朝陽產業(yè)。

1.1 食用價值

魔芋的食用部分是膨大的地下塊莖，其營養(yǎng)豐富，富含魔芋多糖——葡甘露聚糖、蛋白質、氨基酸、礦物質、生物堿等多種化學成分，其中葡甘露聚糖是魔芋塊莖特有的主要成分，其含量約為44%～64%；粗蛋白含量為5%～10%，18種氨基酸總量為6.8%～8.0%(包括7種必需氨基酸)；此外還富含多種礦物質元素，據(jù)測定每1 000g干制產品中含有Ca 5.45g、Mg 1.53g、Fe 67.6mg等，是人體必需的多種微量元素和常量元素含量相對較多的蔬菜[7]。

魔芋被聯(lián)合國衛(wèi)生組織確定為十大保健食品之一[8]。葡甘露聚糖作為魔芋干粉的主要成分，是一種水溶性高分子多糖類物質，因穩(wěn)定的理化性質決定了其具有廣泛而獨特的功能特性，如增稠性、持水性、穩(wěn)定性、膠粘性、膨脹性、成膜性、抗菌性等，常被作為食品原料和添加劑在食品行業(yè)中廣泛應用[9-11]，可改善口感及質地等品質，提高穩(wěn)定性；利用其膠粘性、持水性等應用于面條、面包、餅干、饅頭等[12-15]，改善口感和蒸煮性；利用其凝膠性制備魔芋豆腐、魔芋粉絲、果凍、軟糖等[16-19]，賦予凝膠食品良好的透明性、彈性、咀嚼性；利用其成膜性、抗菌性應用于牛角椒、草莓等[20-21]果蔬保鮮，有效延長果蔬的貨架期。此外，魔芋含熱量不高，魔芋精粉所含熱量只有大米、小麥淀粉的45%[22]，是一種很理想的低熱、低脂、低糖食品。

1.2 工業(yè)價值

魔芋在工業(yè)中應用也較廣泛。基于葡甘聚糖的理化性質，可通過化學物理改性拓寬其用途。利用其較好的吸水性、膨脹性應用于日化工業(yè)領域，用作護膚霜、洗發(fā)水等的添加劑，改善皮膚對化妝品的接觸，具有柔軟化的效果；還可使頭發(fā)賦有光澤[22]。魔芋粉經化學改性后，粘度超過已知的其他植物膠，是特強的粘合劑[23-24]。在農業(yè)領域，利用其成膜性、抗菌性、吸附性等制成種子包衣劑，提高種子發(fā)芽率和抗病性；制成肥料控緩釋劑，提高肥料的有效利用率，減少流失[9]；還可制成全降解農用地膜，其強度與塑料地膜接近，且保溫性能比塑料更勝一籌。

此外，魔芋中的葡甘露聚糖改性后，可生產一種新型的高分子絮凝劑，它具有極強絮凝力，可用于污水沉降和自來水凈化，從而取代目前常用的氧化鋁[24]。

1.3 醫(yī)藥價值

魔芋從古代起就被作為一種中草藥用于醫(yī)藥界，名為蛇六谷。早在《本草綱目》記載，魔芋根辛寒有毒、性冷，主治癰腫風毒、摩傅腫上[23]。此外，其他多種古今書籍如《三元延壽》、《開寶本草》等也見有記載[25]。近代科學研究表明，魔芋中硒、葡甘露聚糖具有良好的防癌抗癌、降壓降脂、防治糖尿病、補鈣和延緩細胞衰老等作用[26]，在解毒、消腫、行淤、化痰、散積等方面的醫(yī)學價值很大[27]。魔芋含有對人體有利的果膠、生物堿、17種氨基酸和微量元素和天然抗菌素[28]。

2 富硒魔芋的分布

我國是少有的既適宜種植魔芋，又具備魔芋后續(xù)加工能力，同時市場需求旺盛的國家[29]。目前我國魔芋品種約20多個，其主要分布在云南、貴州、四川、陜西、湖北、湖南、江西、安徽、廣西和臺灣等地[30]。然而，據(jù)中國農業(yè)科學院數(shù)百專家經實地考察而繪制的《中國土壤硒元素含量分布圖》可知，我國72%的地區(qū)屬于缺硒地區(qū)[31]，經考證我國富硒地區(qū)主要有寧夏吳忠、陜西安康、山東淄川、湖北恩施、湖南桃源、貴州開陽、安徽石臺、廣西巴馬等19個地區(qū)。目前富硒魔芋的種植主要集中在秦巴山區(qū)(包括陜西安康、重慶城口等)及湖北恩施等地。

2.1 陜西安康

安康地處秦巴山區(qū)，是世界上難得的土壤富硒且易于被植物吸收的富硒區(qū)域，有“中國硒谷”之稱。優(yōu)越的地理和氣候條件使安康成為全國魔芋優(yōu)勢種植區(qū)之一，尤其是海拔700～1 500m地帶更是發(fā)展魔芋的最佳適生區(qū)[32]。安康種植魔芋歷史悠久，是我國魔芋種植四大核心區(qū)域之一和最佳適生區(qū)，被中國魔芋協(xié)會認定為中國魔芋產業(yè)建設第一市。

2014年全國魔芋種植面積12.13萬hm2，陜西2.27萬hm2，位列全國第三。而安康1.42萬hm2，位列全省第一，占全國12%，富硒魔芋產量全國第一[32]。到2017年，據(jù)安康市政府辦公開農業(yè)五大主導產業(yè)督查情況通報顯示，安康全市魔芋種植面積目前已超過2.87萬hm2，其中，大田種植面積1.20萬hm2，林下種植面積1.40萬hm2，庭院種植面積2.93萬hm2 [33]。與此同時，安康魔芋精深加工也快速發(fā)展，已形成了較為完善的魔芋加工網(wǎng)絡體系，其中魔芋即食食品加工占到國內同行業(yè)的70%左右[33]。目前“富硒魔芋”已成為安康產業(yè)名片，現(xiàn)如今更是有“世界魔芋看中國，富硒魔芋數(shù)安康”之說法。可見，富硒魔芋產業(yè)已成為中高山區(qū)農民脫貧致富的支柱產業(yè)。

2.2 湖北恩施[34]

恩施州擁有沉積型的獨立硒礦床——恩施市漁塘壩硒礦床，有“世界硒都”的美譽，其硒資源集獨特性、多樣性、豐富性于一身，形成了天然富硒環(huán)境與富硒生物圈。湖北富硒產業(yè)是較早實施富硒資源開發(fā)的省份之一。1997年，恩施將魔芋產業(yè)作為帶動農民脫貧致富的四大支柱產業(yè)之一。到2003年，恩施州8個縣市常年種植魔芋近2.00萬hm2，面積和產量分別占全省的60%、全國的25%，惠及10萬農戶；魔芋產品銷往日本、韓國、新加坡及法國、德國、巴西等國。然而2003年魔芋產業(yè)的危機及2008年的極端冰雪災害，讓剛剛重燃復蘇希望的恩施魔芋產業(yè)再遭重創(chuàng)。2014年在恩施州政府的支持下，恩施州農科院魔芋研究所選育出我國第一個雜交魔芋新品種—鄂魔芋1號，突破了病害嚴重和繁殖力低下兩大世界難題，填補國內雜交育種空白，使恩施魔芋科技全國領跑。到2015年底，全州有一定規(guī)模的加工企業(yè)13家，魔芋生產線10余條，年加工產品8萬t，魔芋精粉及魔芋膠生產能力占全省的50%以上，葡甘聚糖系列產品列入中國健康營養(yǎng)協(xié)會推薦目錄。截至2016年6月，恩施州魔芋種植面積已恢復到1.83萬hm2，預計到2020年將建成3.33萬hm2魔芋生產基地，綜合產值達50億元。

2.3 重慶城口

城口縣位于秦巴山區(qū)富硒帶，土壤及巖石中硒含量豐富，常年氣候溫和，雨量充沛，四季分明，陽光充足，非常具備魔芋生長土質和氣候環(huán)境。2013年9月，經專家評審，中國食品工業(yè)協(xié)會花卉食品專業(yè)委員會正式同意譽名城口縣為“中國天然富硒農產品之鄉(xiāng)”。在已有農產品品牌的基礎上，發(fā)展富硒魔芋產業(yè)，打造出生態(tài)富硒魔芋品牌，提高農業(yè)綜合效益和農民收人[35]。

城口縣25個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有適合種植魔芋的區(qū)域，且有魔芋零星種植。但由于境內地勢條件較差，耕地少，連作障礙突出，病蟲害發(fā)生嚴重，種植技術落后，造成產量不高。自從2006年以來，城口縣魔芋種植面積維持在0.20萬余hm2，常年產量在2萬t左右[36]。與同為秦巴山區(qū)富硒帶的陜西安康相比，城口縣魔芋產業(yè)差距較大，有極大提升空間。

3 營養(yǎng)評價研究進展

富硒魔芋兼具硒與魔芋的雙重功效。硒是體內主要抗氧化酶——谷胱甘肽過氧化物酶的必需成分。魔芋在防治便秘、降血糖、降血脂、減肥、預防心腦血管疾病、糖尿病等方面發(fā)揮著重要調節(jié)作用[37]。目前關于富硒魔芋營養(yǎng)功能評價主要集中在以下幾方面。

3.1 降血脂

陳龍全等[38]從富硒魔芋中提取富硒魔芋多糖并喂養(yǎng)大鼠，結果表明富硒魔芋各個劑量組，特別是高劑量治療組能明顯降低高脂血癥大鼠血清中TC、TG、LDL-C的含量，提高HDL-C水平，降低大鼠全血粘度和血漿粘度。黃瓊等[39]采用富硒魔芋-大蒜多糖膠囊治療高脂血癥36例臨床觀察表明，有效降低異常升高的TC、TG、LDL-C，同時升高HDL-C含量，從而有效清除膽固醇。目前關于富硒魔芋降血脂的作用機理，人們進行了許多研究探討。魔芋硒多糖屬有機硒化合物，可以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，能有效抑制腸粘膜對膽汁酸的主動轉運；可以吸附膽酸，使膽汁酸的腸肝循環(huán)被部分阻斷，從而降低了肝脂，增加類固醇的排出量，最終消耗了體脂；它能在結腸內被微生物發(fā)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[40]。

3.2 降血糖

研究表明，魔芋精粉可有效降低糖尿病患者的血糖水平[41]。舒琴[42]觀察了魔芋精粉在四氧嘧啶糖尿病模型大鼠中的降血糖作用及其機制，結果顯示，干預組大鼠血清胰島素水平較模型組升高(P<0.05)，血清NO表達低于模型組(P<0.05)，iNOS表達低于模型組(P<0.05)，大鼠胰島形態(tài)、結構明顯恢復。這些說明魔芋精粉具有減輕糖尿病引發(fā)的脂質過氧化反應，進而減少體內脂質過氧化物的含量，發(fā)揮抗氧化作用。胡敏等[43]觀察魔芋降糖膏對糖尿病人的降糖效果，結果表明，魔芋降糖糕能有效地降低糖尿病人的空腹血糖和餐后血糖，較好地改善血清總膽固醇和甘油三酯，是糖尿病人理想的食療保健食品。

3.3 抗氧化

醫(yī)學研究發(fā)現(xiàn)，許多疾病的發(fā)病過程都與活性氧自由基有關，如化學、輻射和吸煙等致癌過程、克山病心肌氧化損傷等衰老、炎癥發(fā)生等。硒作為若干抗氧化酶的必需成分，通過消除脂質過氧化物、阻斷活性氧自由基進而起到防病作用[37]。王平等[44]研究表明，過食肥甘厚味大鼠模型血清GSH-PX 活力明顯降低，經中西藥物治療后各組均有上升，但復方魔芋精粉組、魔芋組明顯優(yōu)于西藥組，說明中藥確有抑制自由基引起的脂質過氧化、維持細胞的正常生物學特性，其抗氧化作用較強。

3.4 減肥作用

研究表明，魔芋中含有的葡甘聚糖具有減肥作用。柯有甫[45]等對88例超重及肥胖患者在不改變原有治療的基礎上給予KGM口服，12W后結果表明，KGM降低體重指數(shù)、總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白等，達到減肥效果。袁秉祥等[46]結果表明，KGM(0.17～1.5g/kg)可降低營養(yǎng)性肥胖大鼠的體重，減少脂肪堆積、脂肪細胞的數(shù)量和大小，可使肥胖大鼠的甘油三酯、高密度脂蛋白、血糖有所降低。葡甘露聚糖溶脹能力和吸水性很強，成為粘性纖維素后可減慢食物從胃至小腸的通過，延緩消化和吸收營養(yǎng)物質，進而降低了單糖的吸收及體內脂肪酸的合成，起到減肥的作用；吸水膨脹后產生一種飽腹感，對控制飲食起到一定作用；此外葡甘露聚糖還潤腸通便，使部分未被吸收的營養(yǎng)物質隨糞便排出，達到通便效果而減肥[47]。

3.5 抗腫瘤與增強免疫

王志江等[48]研究表明，白魔芋和花魔芋的葡甘聚糖片段濃度的增加，宮頸癌細胞株的存活率逐漸降低，艾氏腹水瘤小鼠的移植性實體瘤和臟器指數(shù)均有不同程度的增強，同時白魔芋葡甘聚糖片段的抑制腫瘤活性比花魔芋葡甘聚糖片段的強。吳佳琪等[49]均提示了魔芋葡甘聚糖抗腫瘤活性與免疫調節(jié)能力相關，進而提出魔芋抗腫瘤作用主要是葡甘聚糖通過增強機體免疫功能來抑制腫瘤細胞生長。除了魔芋葡甘聚糖，富硒魔芋中硒也可提高機體免疫力，具有防癌抗癌之功效，可抑制和延緩腫瘤的發(fā)生。此外，富硒魔芋中含有豐富的膳食纖維，可保護脆弱的消化道和預防結腸癌。

3.6 其他作用

楊芳[50]利用魔芋硒多糖干預大鼠酒精肝模型，探究魔芋硒多糖對大鼠酒精性脂肪肝的預防作用。血清肝臟酶學及肝臟組織學分析表明，魔芋硒多糖對酒精性脂肪肝有一定的預防作用。富硒魔芋還對甲狀腺激素有一定的調節(jié)作用，主要是通過3個脫碘酶發(fā)揮作用，對全身代謝及相關疾病產生影響，如碘缺乏病、克山病等[37]。梁山泉等[51]研究表明，魔芋葡甘聚糖對高尿酸血癥大鼠有改善效果。此外，魔芋中含鈣較高，適用于缺鈣人群。硒魔芋中的硒元素和膳食纖維對于現(xiàn)代都市人的生活健康具有很好的調節(jié)作用[47]。

4 研究展望

隨著人們的保健意識越來越強，富硒魔芋發(fā)展前景十分廣闊。然而我國對富硒魔芋的研究較晚，仍存在一些問題亟待解決，以期推動富硒魔芋產業(yè)的健康發(fā)展。

4.1 富硒魔芋中功能活性成分與硒協(xié)同影響機制研究

魔芋中多糖主要為葡萄甘露聚糖，含量高達40%～60%。現(xiàn)代醫(yī)學研究認為，魔芋的藥理作用主要表現(xiàn)在魔芋葡甘聚糖奇特的生理效應。同時，硒是人體必需的14種微量元素之一，嚴重缺硒會導致人類出現(xiàn)40余種病癥。目前關于富硒魔芋的功能及作用機制研究正不斷深入，但仍存在問題。目前關于葡甘聚糖、硒的功能及機制研究很多，除了研究葡甘聚糖外，還應綜合考慮其他活性成分、硒等，它們是否具相同的生理功能，構效關系如何，對生理功能是否具有協(xié)同調控之功效，以及協(xié)同調控的機制如何等，仍需要進一步系統(tǒng)的研究。

4.2 加大富硒魔芋醫(yī)藥價值的開發(fā)

我國對魔芋的研究起步較晚，與日本、歐美等發(fā)達國家以化學形式、投入大量資金挖掘魔芋藥用價值相比，我國魔芋仍然以食品原料為主，經濟價值相差甚遠。比如鮮魔芋，國內市場價格只有4元/kg左右，而日本以及一些歐美國家價格卻可達到20元/kg。魔芋作為為數(shù)不多、可大量提供葡甘聚糖的經濟作物，卻被歸在“蔬菜”類別下，其解毒、消腫、行淤、化痰、散積等醫(yī)藥價值被大大忽略，尤其是富硒魔芋。因此，加大富硒魔芋醫(yī)藥價值的開發(fā)，針對不同人群研發(fā)保健產品，如降血糖、降血脂、減肥產品等，是富硒魔芋產業(yè)健康發(fā)展的必經之路。

4.3 加強魔芋富硒技術研究

我國魔芋種植分布較廣，多集中在山區(qū)地帶。然而我國72%的地區(qū)屬于缺硒地區(qū)。聯(lián)合國規(guī)定人體日常膳食硒供應量應達到400mg/d，而我國人群食物尚達不到40mg/d的補硒水平，實在令人堪憂。隨著“全民補硒”工程的啟動，富硒魔芋將有著更大的市場機遇和發(fā)展前景，然而目前我國富硒魔芋的供應遠遠達不到國際市場的需求。研究表明，魔芋具有較強的富硒能力，因此我國魔芋富硒技術的研究有待加強，使缺硒地區(qū)的魔芋也能達到人體營養(yǎng)健康的需求，讓魔芋充分吸收對人體適宜的硒含量，實現(xiàn)硒對人體健康的有益作用與魔芋的保健作用完美結合。◇

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