魔芋葡甘聚糖的結(jié)構(gòu)及保健功能研究

◎ 王 元

（安康職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 安康 725000）

魔芋是多年生草本植物，主要分布在東南亞和非洲。我國集中在秦嶺南側(cè)，海拔800～1 200 m，其他地方不適宜生長，且主要分布在重慶三峽庫區(qū)和東北偏南山區(qū)，主要產(chǎn)自重慶[1]。魔芋含有豐富的葡聚糖，是一種非常優(yōu)質(zhì)的膳食纖維。魔芋食品熱量少、脂肪少、糖分少，對預(yù)防肥胖有顯著作用[2]。本文從多個(gè)角度探討魔芋葡甘聚糖的結(jié)構(gòu)，特別是魔芋葡甘聚糖的保健功能，探討論其在不同方面的應(yīng)用前景。

1 魔芋葡甘聚糖的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)

1.1 魔芋葡甘聚糖的結(jié)構(gòu)

魔芋葡甘聚糖的發(fā)現(xiàn)源于20世紀(jì)的日本。ROIBU等人用3%硫酸水解魔芋粉，在水解液中檢測到大量甘露糖，認(rèn)為魔芋中的黏性物質(zhì)是由甘露糖組成的甘露聚糖，實(shí)際上是葡甘聚糖[3]。魔芋葡甘聚糖或魔芋膠是魔芋的主要成分，魔芋葡甘聚糖是一種非離子型水溶性高分子多糖，分子比為1∶1.6（mol/mol），與β-1，4糖苷鍵結(jié)合[4]。在每19個(gè)糖殘基中發(fā)現(xiàn)一個(gè)由酯鍵形成的乙酰基。魔芋葡甘聚糖的分子量在200 000～2 000 000，黏度在20 000 mPa·s以上，是目前為止發(fā)現(xiàn)具有最高黏度的水溶性食用膠。

魔芋葡甘聚糖吸水性強(qiáng)，被認(rèn)為是分子量最大、黏度最高的膳食纖維，不溶于丙酮、氯仿等有機(jī)溶劑。另外，魔芋葡甘聚糖還具有凝膠性、抗菌性、食用性和低熱值等特點(diǎn)[5]。低聚糖具有多種生理功能，而魔芋葡甘聚糖是一種功能性低聚糖，具有功能性低聚糖的一般特性和功能，因此引起了人們的關(guān)注[6]。普遍認(rèn)為，功能性低聚糖的基本特點(diǎn)是不易被人體消化或不被人體吸收，且能量供應(yīng)很少或沒有，其作用與水溶性纖維素相同，具有保健功能。

1.2 魔芋葡甘聚糖的分子特性

（1）水溶性。魔芋葡甘聚糖易溶于水，但不溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑。分子中含有許多親水性基團(tuán)，如羥基、羰基等。水分子被氫鍵包裹形成難以自由移動的大分子，使魔芋葡甘聚糖溶液成為非牛頓流體，形成凝膠結(jié)構(gòu)，其持水能力是自身重量的40 倍[7]。

（2）保水性。魔芋葡甘聚糖可以和80～120倍的水混合在一起，膨脹以后會成為凝膠狀物。可以利用此特性制作葡甘聚糖降解保濕劑，用于尿布、濕生活用品等，也可制備園林、林業(yè)用吸水材料[8]。

（3）增稠性。魔芋葡甘聚糖多甘露聚糖具有分子量大、水結(jié)合能力強(qiáng)、能迅速膨脹的特點(diǎn)。1%魔芋粉的黏度可達(dá)幾十至數(shù)百帕斯卡秒，可作為增黏劑。此外，與黃原膠、瓜爾膠等離子增稠劑相比，魔芋葡聚糖分子無電荷，對增稠劑影響不大，對鹽的影響也不大，增稠效果良好。

（4）凝膠性。當(dāng)魔芋葡甘聚糖溶液濃度為3%左右時(shí)，強(qiáng)攪拌具有一定的流動性。幾分鐘后，魔芋葡甘聚糖的流動性逐漸降低，形成凝膠狀物質(zhì)。魔芋葡甘聚糖與黃原膠、瓜爾豆膠、海藻酸鈉等增稠劑有協(xié)同作用。其中黃原膠與葡甘聚糖的協(xié)同作用最為明顯，以1∶10～10∶1的比例混合效果最好，與卡拉膠混合后，葡甘聚糖比例越大，凝膠韌性越強(qiáng)。相反，脆性增加[9]。攪拌和放置后形成的凝膠是熱可逆的，在堿性條件下形成的凝膠是熱不可逆的。

（5）可逆性。一般情況下，魔芋葡甘聚糖在冷卻時(shí)變成固體，在加熱時(shí)變成液體。溶膠是一種液體或膠團(tuán)，在10～15 ℃的低溫下，加熱到60 ℃時(shí)會發(fā)生變化。魔芋葡甘聚糖是一種固體，冷卻到35 ℃以上后，可變?yōu)橐后w或糊狀，非常適合食品加工、儲存和冷藏運(yùn)輸[10]。

（6）成膜性。改性魔芋葡甘聚糖具有成膜特性，在堿性條件下加熱、脫水、干燥后，在酸性、堿性、冷熱水中形成穩(wěn)定的硬膜，其附著力強(qiáng)、透明度高、黏度大。膜的機(jī)械性能隨添加劑的性質(zhì)和用量而變化，潤濕劑加入量越多，涂膜強(qiáng)度越小，涂膜越軟，相反，強(qiáng)度越高，越容易斷。疏水性潤濕劑的加入會增加薄膜的透水性，而親水性潤濕劑的加入會降低薄膜的透水性。

2 魔芋葡甘聚糖的保健功能

2.1 預(yù)防冠心病、脂肪肝

高血清、高膽固醇及高血脂是心血管疾病，特別是冠心病的病因。魔芋葡甘聚糖能有效地降低血清膽固醇水平，預(yù)防冠心病。膽固醇在肝臟中轉(zhuǎn)化為膽汁酸，進(jìn)入新陳代謝之后，吸附在魔芋葡甘聚糖內(nèi)，減少再循環(huán)到肝臟的膽汁酸量，發(fā)揮抗脂肪肝的效果[11]。

2.2 抗衰老、補(bǔ)鈣補(bǔ)硒

魔芋葡甘聚糖南可顯著改善人體超氧化物歧化酶（SOD）活性，清除自由基，減少多種組織脂肪褐變，對膜內(nèi)不飽和脂肪酸過氧化具有特定抑制效果。魔芋球莖富含硒和鈣，人體攝入魔芋后，酸性胃液會溶解魔芋中的硒和鈣，便于胃腸吸收，具有補(bǔ)鈣和補(bǔ)硒的效果。

2.3 預(yù)防腸癌、醒酒解酒

魔芋葡甘聚糖溶解后成為膠體，可以阻止重金屬元素及有毒物質(zhì)接觸腸道，有效減少大腸和直腸有害細(xì)菌感染的可能性。在喝酒前，魔芋粉可以在內(nèi)壁形成保護(hù)膜，預(yù)防酒精被胃腸道迅速吸收，減少血液中酒精的峰值。

葡甘聚糖有抗腫瘤作用，對小鼠大腸癌有抑制作用，其具體的機(jī)制刺激腸道蠕動，促進(jìn)大便排泄，減少大便有毒物質(zhì)接觸腸壁的可能性。糞便中水分會使糞便顆粒變大，因而減少其中有毒物質(zhì)的濃度。腸道中的某些微生物可以使用它生成丁酸[12]，丁酸可抑制腫瘤細(xì)胞增殖，可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞變成正常細(xì)胞，調(diào)節(jié)腫瘤基因的表達(dá)。同時(shí)，葡甘聚糖對腸道有益微生物的生長和繁殖有促進(jìn)作用。

2.4 排毒養(yǎng)顏、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力

魔芋中豐富的植物纖維素能促進(jìn)腸胃蠕動，可以促進(jìn)身體有害毒素的排泄，預(yù)防和減少腸道疾病的發(fā)生，預(yù)防面部炎癥、黑斑、雀斑、老年斑等，使肌膚明亮美麗。魔芋葡甘聚糖覆蓋腸壁表面，病原微生物入侵后，會被細(xì)胞表面的外源性萊克素識別和附著，從而過濾清除病原微生物，排出病原微生物和毒素，增加機(jī)體免疫力。

2.5 減肥塑身、預(yù)防和治療便秘

魔芋葡甘聚糖能量低，同時(shí)魔芋葡甘聚糖能夠增加飽腹感，減少食物攝入量。魔芋特有的水凝膠纖維，有助于控制體重，達(dá)到自然減重的效果，能在一定程度上充滿腸道，促進(jìn)腸道生理聯(lián)動，降低腸道壓力，軟化大便，預(yù)防便秘。葡甘聚糖分子含有大量親水性組織，能和水分子結(jié)合，形成更大的集團(tuán)，有著更高的黏度和穩(wěn)定性。在胃腸道中，葡甘聚糖能吸收水分，膨脹幾十到幾百倍，增加大便的濕重和小腸中的水分含量。另外，它還可以結(jié)合食物殘?jiān)蛷U物，形成凝膠狀物質(zhì)，刺激腸道蠕動，具有良好的通便效果。

2.6 降血脂、治療糖尿病

魔芋葡甘聚糖能有效抑制小腸對膽固醇、膽汁酸及其他脂質(zhì)物質(zhì)的吸收，促進(jìn)脂肪的代謝，減少脂肪和膽固醇進(jìn)入血液，減少血液中中性脂肪和膽固醇的總量。溶解后魔芋葡甘聚糖的黏度很大，可提高消化道內(nèi)食糜糊的黏度，延緩胃腔內(nèi)食糜糊的停留時(shí)間，形成保護(hù)膜屏障有效抑制血糖值和尿糖值。

研究表明，葡聚糖也可以使人產(chǎn)生飽腹感。魔芋葡甘聚糖分子更大，對水分的吸收更強(qiáng)，因此膨脹后體積會增加數(shù)十或上百倍，它減緩了葡萄糖的吸收，給胰島素更多的時(shí)間來控制血糖水平。通過數(shù)據(jù)得知，魔芋葡甘聚糖可以預(yù)防糖尿病。張茂玉等的臨床研究發(fā)現(xiàn)，每天給糖尿病患者攝入一定量的葡甘聚糖，3個(gè)月后血清膽固醇和血糖水平降低，極大程度降低了糖尿病患者對胰島素及低血糖藥物的依賴，省去患者每天服用低血糖藥物的麻煩[13]。

3 結(jié)論

魔芋食品因其獨(dú)特的健康和膳食效果而風(fēng)靡全球，被稱為“魔法食品”。通過深入討論魔芋葡甘聚糖的結(jié)構(gòu)以及保健功能，有助于深入開發(fā)魔芋的國內(nèi)和國際市場。目前，日本是魔芋消費(fèi)最多的國家，由于魔芋產(chǎn)量逐年下降，存在魔芋粉缺口，需從我國和印度尼西亞進(jìn)口。我國魔芋的出口現(xiàn)在僅限于原材料，利益微薄。為獲得高收益，急需進(jìn)一步加工成出口高端食品，從這個(gè)角度來看，魔芋產(chǎn)品的市場前景非常廣闊。