魔芋葡甘聚糖的保健功能及应用研究

蒋学宽1  张盛林1、2

（1中国园艺学会魔芋协会；2西南大学魔芋研究中心  重庆北碚  400716）

摘  要:本文从中国魔芋产业的兴起和发展历程出发，介绍魔芋葡甘聚糖（KGM）的结构和理化性质。深入回顾了KGM作为优质可溶性膳食纤维，对人体重要的营养保健功能，进一步阐述了KGM在食品、医药等方面的开发和应用情况。旨在综述KGM的开发和研究，明确KGM保健产品的发展趋势。

关键词：KGM，保健功能，应用

一、我国魔芋产业的发展历程

1、魔芋的简介

魔芋是唯一可大量提供葡甘露聚糖的天南星科多年生植物，我国是有文献记载最早栽培魔芋的国家。魔芋葡甘露聚糖（KGM）作为市场需求旺盛的优质膳食纤维和亲水胶体，其对人体的重要保健功效直到上世纪80 年代中期才被关注。因此，魔芋这一古老植物的潜在商业价值近年来才逐渐被人们开发。

2、我国魔芋产业发展历程

早在1979年，刘佩瑛教授在编写《中国蔬菜栽培学》时得知日本大量寻购“金河芋角”，促使她亲自去魔芋分布地四川宜宾及屏山等地考察。通过调研，刘教授了解到我国魔芋长期处于野生半野生的零星生长状态，仅供农户简单磨汁制作成魔芋豆腐食用。进而向地方政府建议尽快恢复魔芋科研和生产，开启了我国对魔芋深入研究的先河。

1982年日本受台风袭击，魔芋严重减产；大量外商深入中国西南山区魔芋产地收购魔芋，引起了当地政府、科研机构、外贸部门、农业公司和农民的重视。人们开始重新认识魔芋这种过去不起眼，但现在经济价值极高的作物，并从不同角度切入到魔芋事业中来；促使在中国沉睡了千年的魔芋，以产业化为目标的开发迅速兴起。

由于我国魔芋产业发展初期，受日本市场进口的需求的强烈影响，导致中国魔芋产业动荡不定的局势；这一现状也激励了中国魔芋人的斗志。上世纪80年代起，我国分别从魔芋生物学基础和品种创新研究出发，创新了魔芋良种繁育和防病丰产栽培技术体系，革新了中国魔芋精粉加工技术与装备，开创了现代魔芋制品开发的技术体系。于此同时1997年成了中国魔芋产业的行业组织——中国园艺学会魔芋协会，从此开辟了中国魔芋产业市场化经营的发展道路。

3、我国魔芋产业现状

经过近30 余年的发展，中国魔芋产业实现了从无到有、从小变大、从弱增强的发展历程；已发展成为年产值过百亿元的新兴特色支柱产业；为我国西南少数民族聚集的贫困山区脱贫致富和民族和谐发展做出了重要贡献。中国不仅成为了魔芋生产大国，而且跃升为魔芋产业的强国。

二、KGM的理化性质

1、KGM的分子结构

KGM是一种非离子型水溶性高分子多糖，分子式为(C6H10O5)n，分子量200000-2000000；由葡萄糖和甘露糖残基通过b（1→4）糖苷键聚合而成，在某些糖残基C-3位上存在由b（1→3）糖苷键组成的支链；每条支链有几个至几十个糖残基，主链上约每19个糖残基上有1个以酯键结合的乙酰基。基于KGM特殊的分子结构，所以具有水溶性、膨胀性、成模性、持水性、胶粘性、增稠性等特殊的理化性质。

魔芋葡甘聚糖的化学结构

2、KGM的理化性质

KGM不溶于酒精等有机溶剂，但易溶于水，溶胀后形成一种水溶性的亲水胶体。在溶解过程中，水分子的扩散迁移速度远远超过KGM大分子的扩散迁移速度，促使KGM的颗粒发生溶胀；溶胀后 KGM体积可膨胀至80-100倍。KGM颗粒溶胀过程中，表面产生一层薄膜状的高聚糖粘稠溶液，而具有成模性。KGM大分子水溶过程中可以与水分子通过H键等作用力聚集成庞大而难于自由运动的巨大分子，其持水量为本身质量的30-150倍。此外，KGM溶胀后，粘度可达20000 m Pa·s以上，是目前所发现的粘度最高的植物类水溶性食用胶体，因此具有超强的胶粘性和增稠性。

三、KGM的保健功能研究

魔芋的药用价值在我国古代医典上早有记载《本草纲目》和现代的《中药大辞典》认为，魔芋有“解毒消肿、化痰散结、化淤”等功效。当今研究表明，魔芋中起药理作用的主要成分是KGM。随着生活水平的提高对自身健康的日益关注， KGM的众多保健功能也逐渐被人们重视。

1、调节糖代谢

KGM是一种理想的可溶性膳食纤维，溶于水后形成的胶体粘度很大，增强了消化道内食糜的粘性，增加了胃腔内食糜糊的滞留时间，延缓了碳水化合物的吸收时间；可降低了餐后血糖的高峰值，使餐后血糖曲线变平，从而减少餐后血糖的波动。达到预防糖尿病并发症的作用。KGM不仅能在肠壁形成保护膜，而且能有效地抑制血糖值和尿糖值的上升，降低糖尿病人的血糖有较好的效果。

2、降血脂

KGM胶体在消化道内能与胆固醇等结合，阻碍中性脂肪和胆固醇的吸收，其降血脂效果优于其它的膳食纤维。KGM能有效抑制回肠黏膜对胆汁酸的主动运转，部分地阻断胆汁酸的肠肝循环，控制着胆固醇转变为胆酸。KGM在肠内能吸附胆酸，阻止胆酸再吸收，使其随粪便排出，从而加快了胆固醇向胆酸方向的转化，降低了肝酯，消耗了体酯。此外KGM在结肠内被微生物发酵分解，产生丙酸等短链脂肪酸，这些短链脂肪酸被人体吸收，从而产生降血脂作用。

3、减肥瘦身

我国人民随着生活水平的提高，肥胖人数有逐年增多的趋势。肥胖已成为现代文明病而日益受到人们的关注。KGM作为可溶性的膳食纤维，其热量极低，且具有吸水性强、黏度大、膨胀率高的特点，进入胃中吸收胃液后可膨胀20-80倍，产生饱腹感。在充分满足人们的饮食快感的同时不会增肥，无须刻意节食。同时KGM可减慢食物从胃到小肠的速度，延缓消化和吸收营养物质，有润肠通便功效，无须刻意节食，便能达到均衡饮食，从而实现健康减肥的效果。美国Walsh用双盲法肯定了魔芋的减肥作用；华西医科大学研究结果对这一作用进一步证实，食用魔芋粉30天,体重下降率为78.4%,下降幅度为0.5-4.7公斤。目前市面上已有的魔芋膳食纤维的减肥食品或保健食品可谓玲琅满目。

4、预防和治疗便秘

KGM束水凝胶特缚水力很强，具有多个亲水基团，可与水分子聚集成巨大分子，吸水体积膨胀80至100倍，食用后增加粪便蓬松度和含水量。KGM与水形成粘稠胶状物, 能粘结肠道食物残渣兼软化食物残渣聚集体，使粪便软化；更容易被结肠菌丛分解利用，产生短链脂肪酸，刺激肠壁从而促进肠道的蠕动，进而缩短排便时间。

5、排毒美容

KGM作为可溶性的膳食纤维，不仅能在胃肠壁形成粘膜，阻止代谢产生的有害物质进入胃肠壁；而且因KGM胶体粘度高、吸附性强，能有效地束缚因肠内细菌的代谢产物以及致癌的脱氧胆酸、石胆酸、突变异原物等有毒物质，并迅速排出体外。因此KGM能有效地起到一个肠道清道夫的作用，促使人们排出毒素一身轻松。

6、提高机体免疫力

KGM一方面能覆盖在肠壁表面，在病原微生物侵入肠道时，能被病原微生物细胞表面的外源凝集素识别，并与其粘附，抑制病原微生物增殖并使之失去活性，将病原微生物及其毒素排出体外。另一方面可以促进免疫器官的发育，增强单核巨噬细胞功能，从而提高机体免疫力。

7、抗衰老

KGM对防止DNA受OH-的损伤有很好的保护作用, 并能降低肝脏中MDA的含量,提高肝脏和血浆中SOD和GSH-Px 的活性；而SOD 和GSH-Px一方面可以消除自由基、降低各组织中脂褐质, 对膜内多不饱和脂肪酸过氧化反应有一定的抑制作用。另一方面改善细胞表面电荷,降低血液黏滞性,从而起到抗衰老的作用。

8、癌症克星

KGM的束水凝胶特性，能促使肠道内重金属元素及食物毒性物质迅速排除，减少有害物质与肠壁的接触时间，阻止肠道对这些物质的吸收，清除胃、肠、胆囊中的滞留物；有效降低结肠、直肠中有害细菌感染的概率，促进肠道内有益微生物（如双歧杆菌）的生长，调节肠道群落。研究表明KGM能提高正常小鼠和免疫抑制状态小鼠的特异性和非特异性免疫功能，具有免疫调节活性。KGM对预防结肠癌、乳腺癌等有一定作用，魔芋精粉对小鼠肺癌有预防作用，是理想的防癌保健食品。

四、KGM的应用研究

1、KGM在食品工业的应用

KGM具有水溶性、稳定性、增稠性、成膜性、凝胶性等多种特性。由于上述几种特性，在食品工业中KGM可作为保水剂、稳定剂、增稠剂、成膜剂、凝胶剂等使用。

（1）KGM在凝胶食品中的应用

KGM作为一种优良的水溶性膳食纤维，碱性加热条件下形成凝胶食品，这类食品通常是将KGM生产为热不可逆凝胶食品，其主要原料为魔芋粉、碱性凝固剂和水。该类食品形状多样，如传统的魔芋豆腐、魔芋块、魔芋丝、魔芋条、魔芋丁等。随着现代食品加工工艺的发展，在精粉溶胀过程中添加适量的海藻粉、米粉、豆粉、乳品、蔬菜汁等其他材料，则可制成不同颜色、风味和口感的魔芋豆腐[30]。传统的魔芋豆腐制成后，经过后期的快速冷冻干燥，使其成为雪魔芋。如起源于上世纪末“金顶牌”雪魔芋在市场上就深受消费者喜爱。此外，受“素食主义”的启发，这类不可逆的魔芋凝胶食品也发展成为了各式各样的魔芋仿生食品，如素虾仁、素鱿鱼、素腰花、素肚条等产品。在制成的魔芋凝胶基础上，结合现代休闲食品的生产工艺，再用大豆蛋白、生粉、鸡蛋等原料调配后，然后加入适量调味剂、麻油、油煎红椒粉、花椒粉等，经油炸、煎烤等方法，从而得到具有风味的魔芋休闲食品。也有将魔芋豆腐直接制成罐头或将一些特色魔芋菜制作成罐头，如盐水魔芋、魔芋排骨、魔芋鸡、红烧魔芋鸭等罐头产品。

除传统的不可逆魔芋凝胶食品外，根据KGM与其他食品胶的协同作用，或与琼脂、海藻酸盐进行复配的特殊性质，生产了魔芋果冻、魔芋软糖等热可逆凝胶食品。在KGM胶体功能开发之前，果冻的生产以往多采用琼脂、卡拉胶、海藻酸盐、果胶或明胶等作为凝胶成分；所制得的果冻析水量较大，生产成本高。而魔芋精粉果冻析水量明显下降，凝胶强度增强，果冻的组织形态和口感明显改善。利用KGM与卡拉胶的协同胶凝作用制备的软糖，其凝胶强度明显高于单独卡拉胶制作的软糖，且制品的弹韧性明显增强；同时胶凝剂用量显著降低，而制品的含水量可达一般凝胶软糖的2倍以上，从而大大降低软糖的生产成本。

（2）KGM作为食品添加剂的应用

KGM作为添加剂广泛应用于粮食食品、肉制品等食品产业中。KGM良好的粘接性、吸水性、保水性在面条、方便面、粉条、河粉、米粉、馒头、饺子、面包、蛋糕、曲奇饼及其他糕点等粮食食品中均有重要用途。通常在制作这些产品时称取适量的魔芋精粉混合其主要原料，加水强力搅拌与原料充分混合，再按产品的一般生产工艺操作。将KGM添加在香肠、火腿肠、灌腿、午餐肉、鱼丸等肉制品中，可起到粘结、爽口和增加体积，改善肉糜的质构，使其富有弹性的作用[38]。也可用KGM代替肉制品中的部分脂肪，可改善水相的结构特性，从而赋予低脂肉糜制品多汁、滑润的口感，达到模拟高脂肉制品的要求。

（3）KGM在其他食品中的应用 

KGM具有增稠、悬浮、乳化、稳定等性能，将其添加于饮料中，可改良品质。在蛋白饮料添适量KGM，可使产品不析油凝聚，品质更加稳定，质感厚重。KGM应用于冰淇淋、雪糕、刨冰等冷饮中，可减少脂肪用量，提高料液粘度，增强吸水率，提高膨胀率，改善制品的组织状态，阻止粗糙冰晶形成，使制品口感细腻滑润，形态稳定，提高出品率和贮藏稳定性。KGM溶胶的高粘度及切变稀化特性使其在调味酱、果酱、胡萝卜沙司、番茄沙司中也获得广泛的应用。此外，魔芋膳食纤维，魔芋低聚糖等食品也逐步成为市场热销的产品而广受欢迎。

2、KGM在医药领域的应用

KGM对人体有重要的保健功能，结合现代临川医学和药理学研究，KGM在医药领域的应用主要变现为改善糖代谢、减肥、降血脂、预防和治疗便秘、抗癌和免疫功能等医学辅助药品的开发和应用。如王旭光等研究表明，复方魔芋冲剂对糖尿病患者血糖的调节具有良好的疗效。刘荣珍等研究了魔芋胶囊对预防肥胖、减轻肥胖有明显帮助。此外，KGM也常用作现代胶囊类药品的囊壳的主要成分之一；还可用于制作隐形眼镜和医疗光学制品，在护眼液中加KGM，能够防止眼睛和隐形镜片的干燥。

3、KGM在其他领域的应用

虽然当前KGM的应用仍以食品行业为主，但随着对KGM胶体性能的深入研究，魔芋的应用领域也逐步拓展。在日化领域日益铺开的魔芋面膜、魔芋洁肤棉、魔芋消毒纸巾、魔芋香皂、魔芋化妆品等深受喜爱；其次，通过对KGM分子的一些列氧化、接枝、交联等改性研究，拓展了其在魔芋生物粘结剂、魔芋生物涂料、魔芋建筑腻子、特殊泄漏的填充剂、就结剂和防尘剂等产品领域的创新和应用[45]。于此同时新型可降解环保的魔芋农用地膜、保鲜剂、干燥剂等KGM产品在农业方面的应用也日渐拓展；在石油钻探等行业的应用也取得了一系列成果。KGM应用领域的拓展和对应产品的生产产生了较好的经济效益和社会效益，不仅推动了产业的进一步发展，更加凸显了魔芋产业发展的巨大潜力。

参考文献（略）