魔芋葡甘聚糖的功能及在食品领域的应用

钟 燕，索化夷*

（1.西南大学 食品科学学院，重庆 400715；2.重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆 400715）

魔芋（Amorphophallus konjac）是一种生长在较高海拔地区的山间多年生草本植物。在两千多年前就在中国开始栽种，并传入日本，一直作为一种食品使用，并成为联合国卫生组织确定的十大保健食品之一[1]。

魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）是一种天然的高分子可溶性膳食纤维，为所有膳食纤维中的优品，不含热量、有饱腹感，且能减少和延缓葡萄糖的吸收，抑制脂肪酸的合成，具有极佳的减脂瘦身作用。魔芋葡甘聚糖在减脂的同时还有助于通便、平稳血糖、降血脂和抗脂肪肝，安全无毒副作用。由于葡甘聚糖具有黏度高、吸水多、膨胀快等理化性质，使魔芋的加工工艺受到限制。KGM是一种天然高分子杂多糖，具有优良的亲水性、凝胶性、可逆性、乳化性、成膜作用和增稠作用，不仅能够用来防治糖尿病、肥胖症、心血管疾病、消化系统疾病等病症，还可以平稳血压、降血脂、降胆固醇、生态排便、通过增强免疫力来达到防癌抗癌的效果[2]。由于我国丰富的魔芋资源和KGM良好的食品特性，KGM已经成为食品领域一个不可缺少的角色。

经多年研究，魔芋目前已应用到包括食品、医学、环保等许多领域，但最早作为食品在东南亚国家使用。魔芋作为中国、日本、印度等国的一种传统食品，因其独有的魔芋葡甘聚糖和广泛有效的生理功能在国内外备受关注，现在魔芋葡甘聚糖已成为重要的食品添加剂和保健食品原料。本文对魔芋葡甘聚糖的功能以及在食品领域的应用做一综述，以期为魔芋在食品行业的进一步开发提供理论依据。

1 KGM的化学结构

我国对魔芋葡甘聚糖的结构研究相对日本晚30多年，在20世纪90年代后期才开始。虽然到目前为止已经有许多KGM的结构及其改性的成果[3-4]，但是KGM的高级结构至今仍在研究之中，尚无一致的结论。

KGM是一种水溶性杂多糖，分子式为（C6H10O5）n，分子质量在810 000～2 000 000 u之间，高分子质量使得KGM具有很强的黏性和增稠性，也使KGM成为黏度最高的水溶性食用植物胶。KGM的主链由β-D-葡萄糖和β-D-甘露糖以1/1.5或1/1.6（花魔芋）或者1/1.69（白魔芋）的物质的量比通过β-1,4吡喃糖苷键连接而成，每隔大约68个糖残基在C-3位上存在一条3～4个糖残基长度的支链，支链由β-1,3糖苷键组成，并且每隔大约19个糖残基含有一个乙酰基团[5]。天然的KGM主要呈无定形结构，由胶束以放射状的排列方式组成。

2 KGM的生理功能

KGM独特的分子结构决定了它优良的生理功能，优良的生理功能又是KGM开发应用的基础。

2.1 改善糖代谢

魔芋葡甘聚糖作为一种优良的可溶性膳食纤维，能够被糖尿病症人食入以改善人体的糖代谢。俞福恩[6]通过对2型糖尿病患者摄入魔芋食品后血糖的变化研究发现，魔芋食品能够明显降低患者血糖水平，辅助治疗糖尿病。柯有甫等[7]临床观察52例2型糖尿病患者后发现KGM可以降低血糖、血压、胆固醇，在糖尿病治疗上的应用前景广阔。

KGM在人体食入的过程中，经过唾液、胃液、小肠液、胰液等消化液，但由于人体内没有KGM的水解酶，所以不能被人体的任何一种消化液消化。而且KGM几乎不含热量，能够在体内吸水膨胀，增长在胃腔的滞留时间，增加人体的饱腹感，降低葡萄糖在体内的吸收速度，所以对于应该严格控制饮食的糖尿病人来说，KGM既可以减轻饥饿的痛苦，又可以减少糖尿病人摄入的总热量，降低血糖水平[8]。另外，KGM能够提高胰岛素的敏感性，降低人体糖耐量，从而调节食入者的胰岛素平衡，减轻胰岛的负担，使糖尿病患者进入一个良性循环，避免某些糖尿病治疗药物的低血糖副作用。KGM不被消化吸收，但可以影响消化道内激素的释放，并可以被结肠处的微生物分解，产生丙酸盐，丙酸盐可以增加人体对葡萄糖的利用。

2.2 调节脂质代谢

魔芋葡甘聚糖含有的热量极低，被人体食入后吸水膨胀，加之分子质量高，形成黏性极高的物质，减缓食物在体内的消化吸收速度，从而使体内脂肪酸的合成下降来达到控制体质量的效果。高品操等[9]的研究表明，KGM能显著降低肥胖大鼠血清脂联素水平，改善肥胖症状；杨芳[10]通过对大鼠的血清肝脏酶学及肝脏组织学分析，结果表明KGM能有效预防酒精脂肪肝的生成。KGM在吸水膨胀之后也会增加人体的饱腹感，从而减少其他食物的摄入量，间接地达到减肥的作用。KGM不仅能够通过吸附胆酸来加快胆固醇向胆酸的转化，还可以直接与胆固醇结合，提高它们在粪便中的排出量，阻碍胆固醇和脂肪的吸收。KGM在结肠发酵会生成丙酸等短链脂肪酸，这些短链脂肪酸也可以帮助降血脂[11]。

国内外许多学者报道了KGM对高血脂人群明显的降血脂作用，以及对高血压、动脉硬化和其他心血管疾病的防治作用。KGM不仅可以降低血胆固醇水平，还可以降低甘油三酯水平。TAKIGAMI S等[12]在1997年就报道了KGM的降血脂效果比其他膳食纤维更好，而且在人体血脂处于正常水平时KGM不会使其持续下降，可以起到很好的调节脂质代谢、预防肥胖及肥胖并发症的效果。

2.3 调节肠道功能

KGM调节肠道的功能主要体现在防治便秘、防治结肠癌和促进肠道益生菌生长上。黄蕊[13]研究表明，人们食用KGM后能减少小肠的水分吸收量、增加排便频率和每日平均粪便含水量。KMG进入人体后，吸水膨胀，但不被消化，直接进入肠道，增加粪便体积和粪便湿重。KGM作为一种优质膳食纤维，对许多胃肠道疾病如结肠癌[14]都具有防治作用，并且还可以通过胃肠道的调节来提高机体免疫力、防治其他疾病。

人体内没有KGM酶，所以人体不能吸收利用KGM，但KGM可以促进肠道酶类分泌，增强酶活，消除肠道内长期黏附的废物，防治便秘，担任“胃肠清道夫”的角色[15]。KGM可以在结肠被微生物利用，并生成短链脂肪酸，刺激肠道蠕动，促进双歧杆菌等有益厌氧微生物繁殖，抑制肠道致病菌生长。

2.4 增强免疫力和抑制肿瘤

魔芋葡甘聚糖增强机体免疫功能主要体现在：KGM作为一种多糖可以直接活化T淋巴细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞等免疫细胞，从而增强机体的免疫力[16]；KGM促进双歧杆菌等肠厌氧菌的繁殖，这些益生菌有明显的增强免疫功能的作用[17]。KGM既可以通过增强免疫力来达到抑制肿瘤的目的，也可以通过吸水增加黏性来吸附肠道内致癌物和前致癌物，并将它们更快地带出体外。王志江等[18]研究表明，白魔芋葡甘聚糖片段的抑制肿瘤活性比花魔芋葡甘聚糖片段的强。KGM是一种优质的食物纤维素，可以让机体产生杀灭癌细胞的物质，帮助抗癌；而且魔芋精粉含有硒，硒是一种常见的抗癌微量元素。因此，KGM既可以帮助肿瘤细胞向正常细胞转化，还对恶性肿瘤引起的甲状腺癌、食道癌、肺癌、乳腺癌、结肠癌等癌症有一定的防治作用[19]。

2.5 延缓衰老

杨芳等[20]发现食入KGM后能显著降低脂质过氧化物（lipid peroxide，LPO）含量，刘红等[21]研究表明，KGM可以提升超氧化歧化酶（superoxide dismutase，SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH）活性；因此说明KGM具有较强的抗脂质过氧化损伤和抗自由基损伤的作用。有报道称长期服用少量KGM可以对神经胶质细胞、大中动脉内膜皮细胞和心肌细胞的老化起到延缓作用，这可能是通过降低胆固醇浓度、减少脂褐素（细胞老化的主要标志）来实现的。

2.6 其他

对膳食纤维是否会抑制矿物质和微量元素的吸收现在还没有明确的研究成果，有些研究表明膳食纤维会损害维生素A、维生素E、维生素B12的吸收，而另一些研究表明膳食纤维对微量元素的吸收没有显著影响[22]。目前比较认同的观点是：膳食纤维可能会对某些元素的短期吸收有一定影响，但长期来看，膳食纤维（包括KGM）并不会使机体对微量元素的吸收发生显著变化。另外，吕影[23]研究发现KGM还能保护辐射雄性小鼠的脏器质量、睾丸生化标志酶、抗氧化系统和造血功能，具有一定的抗辐射作用。

3 KGM在食品领域的应用

3.1 应用于保健食品

膳食纤维应用于保健食品已成为被公认有效的方式，虽然已经开发了近百种膳食纤维，但研究表明，水不溶性膳食纤维的保健功效不及水溶性膳食纤维，且对于膳食纤维的分子结构来说，β-1,3糖苷支链越多越好[24]。魔芋葡甘聚糖是一种高品质的水溶性膳食纤维，含有丰富的β-1,3糖苷键形成的支链，在其主要消费国日本被称为“净胃斋食”。

KGM因具有优良的生理功能，越来越多的应用在保健食品中，以应对现代人快节奏的生活造成许多方面营养的不均衡或者预防和辅助治疗相关疾病。最常见的是应用在针对糖尿病患者和需要减肥的人群的食品中，如无糖魔芋软糖[25]、魔芋粉条[26]、魔芋豆腐[27]等，既满足控制饮食人群的口腹之欲，又保证它们摄入的热量不超出预期。KGM还被加工成魔芋酒、魔芋饮料、复配维生素胶囊[28]等各类保健食品，以满足降血压、降血脂、增强免疫力、抗肿瘤等保健功能的需要。除此之外，魔芋葡甘聚糖通过物理、化学或者生物改性能够制作出“素肉”，以仿生牛肉、仿生鱿鱼、仿生海产品为代表的魔芋仿生食品成为一类新型的健康食品。

3.2 作为食品添加剂应用

2014年6月刚刚闭幕的全国人大常委会第九次会议中，提出了修改在2009年颁布的《食品安全法》，食品安全一直是关系着国计民生的大事。《食品安全法》中很重要的一部分内容便是加强食品添加剂的监管，食品添加剂作为食品工业不可缺少的部分，其安全性和有效性显得尤为重要。魔芋葡甘聚糖作为一种功能齐全、全天然的食品添加剂应用在食品工业的方方面面。

研究发现，KGM具有许多明显的优良特性，这些优良特性赋予了KGM成为多种添加剂的潜力。常见的是KGM作为增稠剂和稳定剂加入面包、蛋糕、饮料等食品中，提高产品质量、降低生产成本。KGM分子质量高，具有高黏性的特点，可以作为啤酒的泡沫稳定剂使得啤酒的泡沫细小均匀，品质更高；还可以作为饮料的澄清剂，增强饮料的感官品质；作为果冻的凝胶剂，获得高品质天然果冻；作为干贝下脚料的黏合剂。陈魏勇[29]研究表明魔芋胶（即KGM）可以与卡拉胶、黄原胶混合加入冰淇淋中，成为冰淇淋的乳化稳定剂，达到协同增效的作用；赵谋明等[30]研究发现，在猪肉脯中添加0.24%的魔芋胶和0.16%的瓜尔豆胶可以显著地改善猪肉脯的质构。另外，我国小麦大多不是专门用作制造面包的品种，加入适量的KGM会适当延长面包的保藏期。

3.3 应用于食品保鲜

魔芋葡甘聚糖还是一种新型的保鲜剂和天然的防腐剂，通常对果蔬、肉制品进行浸泡保鲜，同时有具备抑制有害微生物生长的作用。Al-GHAZZEWI F H等[31]研究证明，KGM可以有效地促进乳酸菌的增长，抑制致病菌的繁殖，达到食物保鲜的功效。利用KGM的吸水性和成膜性，通过加水加热使KGM形成溶液，将这种溶液涂于水果表面，待溶液水分蒸发，KGM就会形成天然无害的一层保鲜膜。戴文婧等[32]研究表明魔芋胶能提高牛角椒的保藏时间、减少牛角椒的腐烂变质；另外许多研究都已经证实魔芋胶对于鲜切琯溪蜜柚[33]、鲜切山药[34]、番茄、苹果、草莓、板栗、荔枝、猕猴桃等果蔬都有显著效果。KGM涂膜保鲜可以使果蔬的自身呼吸消耗减弱、减少因破损造成的腐烂，并且不会对果蔬造成污染，从涂膜开始全过程保藏，相对包装袋保鲜、低温贮藏等方式有一定的优势。

4 展望

魔芋葡甘聚糖具有独特的理化性质，是一种优质水溶性膳食纤维，在我国有悠久的栽培历史，在食品领域具有良好的应用前景。目前，魔芋葡甘聚糖在深度加工上主要用于添加到其他食品中制成保健食品、与其他食用胶复配用作食品包装等方面。

1971年，日本就成立了“魔芋研究会”，对KGM的功能和应用进行长时间的研究；1994年美欧相继在法律中正式批准KGM为食品添加剂，并承认它属于健康食品。魔芋作为我国的特产资源，使我国成为魔芋精粉（魔芋葡甘聚糖）的最大出口国，但我国对KGM的研究工作开展得较晚，目前更多的是制成魔芋精粉出口，而在魔芋葡甘聚糖的深入研究和魔芋产品的开发上缺乏成效。国内外对魔芋精粉的需求日益增长，应进一步着手魔芋葡甘聚糖的深度开发，提高魔芋产品的附加价值，提高社会和经济效益。

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