魔芋葡甘聚糖理化性質及應用前景

張穎

摘 要：葡甘聚糖是一種優良的膳食纖維，具有不被吸收，自身不含熱量，容易有飽腹感，能減少和延緩葡萄糖的吸收等優點。隨著現代化水平的提高，人們對綠色無公害產品越來越青睞，魔芋葡甘聚糖的需求量越來越大，應用范圍越來越廣。魔芋葡甘聚糖其特殊的單糖組成和分子結構決定其具有特殊的理化性質。本文主要闡述了葡甘聚糖水溶性和保水性、增稠性、凝膠性、成膜性、衍生性等理化性質，以及葡甘聚糖在食品、工業、醫藥制品等方面的開發研究，并對其發展前景進行展望。

關鍵詞：葡甘聚糖；理化性質；食品

Physicochemical Properties and Application Prospects of Konjac Glucomannan

ZHANG Ying

（Wuhan Product Quality Supervision and Inspection Institute， Wuhan 430040， China）

Abstract： Glucomannan is an excellent dietary fiber that is not absorbed， has no calories， is prone to feeling full， and can reduce or delay the absorption of glucose. With the improvement of modernization level， people are more and more interested in green pollution-free products， and the demand of konjac glucomannan is more and more large， and the application range is more and more wide. Konjac glucomannan has special physical and chemical properties due to its special monosaccharide composition and molecular structure. This paper mainly describes the water solubility and water retention， thickening， gelation， film forming， derivatives and other physical and chemical properties of glucomannan， as well as the development and research of glucomannan in food， industry， medical products and other aspects， and prospects for its development.

Keywords： glucomannan; physical and chemical properties; food

魔芋，是一種多年生草本植物。魔芋的塊莖大部分呈扁球狀，由于魔芋生長年限和品種不同，塊莖有大有小，一般在3～5年內可以收獲。魔芋植株高40～70 cm，喜陰，葉柄粗，花紫色，有特殊氣味，不能生吃。我國魔芋廣泛分布在東南山地、云貴高原、四川盆周山地等濕潤季風氣候區域。我國魔芋品種有26種，我國的特有品種有14種，花魔芋和白魔芋是我國目前栽培最多、分布最廣的品種，具有很高的研究價值[1]。魔芋的主要成分有水分、葡甘聚糖、淀粉、纖維素與半纖維素、蛋白質、氨基酸、生物堿以及20多種無機成分[2]。其中，葡甘聚糖在魔芋中的含量很高，高達50%～60%。

魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan，KGM）是一種非離子型水溶性高分子多糖，分子式為（C6H10O5）n，由d-甘露糖和d-葡萄糖通過β-（1，4）糖苷鍵連接，以摩爾比為1.6∶1或1.4∶1與乙酰基組成[3]。乙酰基是葡甘聚糖分子結構的特殊存在，它不僅影響葡甘聚糖的親水性，還影響葡甘聚糖的膠凝性質。在堿性條件下，去除乙酰基，可促進葡甘聚糖形成不可逆凝膠[4]。測定葡甘聚糖含量的主要方法有苯酚比色法、氣相色譜斐林滴定法和3，5-二硝基水楊酸比色法等[5]。其中，3，5-二硝基水楊酸比色法相對簡單、成本低，是葡甘聚糖含量測定的理想方法。葡甘聚糖被廣泛應用于食品行業[6]，以及化妝品、化學合成等

領域[7]。

總的來說，我國魔芋資源豐富，魔芋中的葡甘聚糖極具開發利用價值，深入研究葡甘聚糖的理化性質對實際應用具有指導意義。為全面了解葡甘聚糖，本文對魔芋葡甘聚糖的理化性質以及應用前景進行綜述。

1 理化性質

1.1 水溶性和保水性

魔芋葡甘聚糖分子中含有大量的羰基、羥基等親水基團，可以通過分子偶極、氫鍵、誘導偶極、瞬時偶極等作用力與大量的水分結合，形成巨大分子并且難以自由移動。魔芋葡甘聚糖溶液為非牛頓流體溶膠，保水量是其自身重量的幾十倍甚至上百倍。但是，在將葡甘聚糖溶于水的過程中，由于水分子的擴散遷移速率遠大于葡甘聚糖分子的擴散遷移速率[8]，葡甘聚糖顆粒膨脹，顆粒容易相互黏結成塊狀。如果不加熱，在一定時間內水溶性較差[9]。

1.2 增稠性

魔芋葡甘聚糖由于分子量大，與水的結合能力強，在水溶液中具有很高的粘度。1%的魔芋精粉粘度可以達到每秒幾十到幾百帕斯卡，具有良好的增稠效果。研究表明，在相同濃度下葡甘聚糖溶膠的粘度遠高于阿拉伯膠、卡拉膠、黃原膠等增稠劑[10]。葡甘聚糖沒有電荷，是一種非離子多糖，在食物體系中受鹽的影響較小。此外，葡甘聚糖與其他增稠劑混合時，表現出良好的協同增稠效果[11]。因此，在食品中應用葡甘聚糖可以減少增稠劑的使用量，節約生產成本。

1.3 凝膠性

葡甘聚糖溶液可以在剪切作用下變稀，降低粘度[12]，具有一定的流動性，靜止后，流動性變小，形成凝膠。葡甘聚糖在不同的條件下可以形成熱穩定（熱不可逆）凝膠和熱不穩定（熱可逆）凝膠[13]。葡甘聚糖與卡拉膠、黃原膠等具有較強的凝膠協同作用；與卡拉膠混合時，葡甘聚糖比例越大，凝膠韌性越強；相反，凝膠越脆。魔芋葡甘聚糖在上述條件下形成的是熱可逆的凝膠。但在堿性條件下加熱，凝膠則是熱不可逆的。如在NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3等存在時，在加熱的環境中，葡甘聚糖上的乙酰基團會脫落，形成穩定的凝膠狀態，即使在100 ℃循環加熱的條件下，其凝膠強度也基本不變[14-15]。

1.4 成膜性

葡甘聚糖溶膠可以在堿性環境下加熱脫水，然后經過適當處理，形成具有良好成膜性能的食用膜材料[16]。該膜在冷水、熱水和酸性溶液中穩定，可在食品工業中制作食品調味品和食品工業中的包裝材料以及用于果蔬涂膜保鮮。在醫藥方面，可經過適當改性后，作為微膠囊用于藥物的靶向輸送[17]。此外，加入保濕劑可以改變膜的機械性能。隨著保濕劑用量的增加，膜的強度減小，柔軟度增大。加入親水性物質可提高膜的通透性；加入疏水物質會降低膜的透水性。

1.5 衍生性

由于葡甘聚糖具有獨特的主體長鏈結構，其主鏈和支鏈上有許多羥基和可置換的活性基團。為了有效提高原有的穩定性和黏度，改善懸浮性或成膜性，提高其溶解度，可采用不同的化學方法進行各種酯化、醚化、甲基化等衍生物反應和水解反應。葡甘聚糖酰基化改性利用其分子鏈上的羥基在一定條件下與酰基碳鏈（碳原子數為2～12）反應生成新的酰基化產物，是一種酯化改性[18]。酰基化改性后葡甘聚糖是熱塑性的，其熱性能和力學性可以通過酰基結構來調節。

2 葡甘聚糖的應用前景

2.1 葡甘聚糖在食品加工中的應用

在食品加工方面，魔芋葡甘聚糖有凝膠增效作用[19]。研究人員在面條、饅頭等這類傳統食品中加入葡甘聚糖，既保留了傳統的風味，又使其具有保健功能。同時，果凍、布丁和可吸凍等[20]凝膠食品都可用魔芋葡甘聚糖作為基料。在保健食品方面，葡甘聚糖營養價值高，不提供熱能，被稱為保健食品。其具有調節膽固醇代謝、減肥、便秘、糖尿病等作用，對動脈硬化、膽結石、肥胖癥等有顯著療效。魔芋葡甘聚糖可制成酸奶、軟糖、冰淇淋輔料、罐頭和仿生食品[21]等。近年來，通過科學家們的研究，已經成功研制出純度在90%以上的魔芋葡甘聚糖微粉、魔芋掛面和魔芋果凍等，在市場上廣受各方好評，引起了人們的注意。

2.2 葡甘聚糖在工業中的應用

葡甘聚糖具有成膜性的理化性質，在光滑的表面上倒入1%的魔芋精粉溶膠，經過空氣干燥，即可得到柔軟的膜。在環保領域，人們主要利用其成膜性能制作保鮮膜和可降解膜，替代原有的包裝材料；利用其黏結性和生物降解性生產廢水處理劑等。魔芋葡甘聚糖可用作黏合劑，棉紗的漿料，糊料后處理的柔軟劑和絲綢透印的印染，各種護發素、化妝品、護膚品的基質，建筑涂料，建筑混凝劑，工業廢水的凈化劑，重金屬離子的快速絮凝劑，可降解塑料、陶瓷的黏合劑，制作微膠囊，造紙及作為固定化酶的載體等[22]。

2.3 葡甘聚糖在藥品中的應用

葡甘聚糖是一種低熱量的化學物質，不會被腸道中的消化酶消化，它能在進食后產生飽腹感，并能延緩甚至降低葡萄糖的吸收，使血糖水平下降，起到防治糖尿病的功效[23]。葡甘聚糖能增強動物的特異性和非特異性免疫功能，調節免疫活性，對大腸癌、肺癌等癌癥疾病有一定的預防作用[24]。服用葡甘聚糖對結腸癌和乳腺癌癥患者有一定療效。原因可能是葡甘聚糖起到了稀釋致癌物濃度、加速其排出體外的作用；同時，腸道細菌發生變化，增加腸道厭氧菌數量，起到了一定的抗腫瘤效果。

3 結語

葡甘聚糖是一種天然植物中性多糖，主要來源于魔芋的塊莖。作為一種天然多糖類膳食纖維，葡甘聚糖具有極高的食用、保健和藥用價值，伴隨居民消費升級，未來葡甘聚糖市場發展前景較好。我國是全球最大的魔芋生產國，為葡甘聚糖行業發展提供了充足的原料，伴隨相關生產工藝水平的提升，我國葡甘聚糖行業發展空間廣闊。

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