魔芋中多糖提取分离纯化及应用研究进展

李 浪，张泽俊，彭 潇，张 蒲

(昭通学院 化学化工学院，云南 昭通 657000)

魔芋的主要成分是葡苷露聚糖(Konjac Glucomannan，简称KGM)，其含量通常能达到44%～64%。它是由D-葡萄糖和D-甘露糖按1∶2的比例，通过β-1,4糖甘键结合而成的复合天然高分子多糖[1]，具有独特的水溶性、持水性、成膜性、凝胶性、增稠性等特性，能够改善肠道生态、抗癌、抗HIV、抗HBV、抗病毒、抗衰老、减肥、减缓细胞衰老、改善新城代谢等多种功能，所以国内外对魔芋中KGM研究很多。随着时间的推移，KGM提取分离纯化的方法和应用方面已取得很大的进展，KGM在食品保健、化工、环保、医疗及日化方面的前景。作为世界上最大的魔芋生产国，欧美市场的魔芋主要靠我国出口，但目前为止我国的魔芋高附加产品很少，应用技术方面有待加强。由于我国提纯技术落后造成魔芋主要成分没有得到充分有效利用，所以本文主要收集国内外有关KGM资料信息，对比了相关的研究结果，并论述了KGM的提取分离纯化方法及应用问题，希望对今后的魔芋中KGM提取分离纯化及应用研究方面提供理论依据，为以后魔芋产业的发展提供重要依据。

1 魔芋中KGM的提取分离纯化

1.1 魔芋中KGM提取

魔芋中KGM是极性很大的天然高分子化合物，能够形成难于自由移动的巨形分子团。张迎庆等[2]利用纤维素酶制备魔芋中KGM，最佳条件为：10g魔芋精粉，500U纤维素酶在40℃，pH值为5.0时反应2h，所得的低聚糖的分子量主要分布在数均相对分子量5100处，重均相对分子量7160处。虽然纤维素酶法所获得的KGM的水溶性很好，但其胶凝性很差，且提纯技术比较复杂，不适合大规模生产。

莫湘涛等[3]采用酶法和糖化菌处理法成功地从魔芋精粉中提取出KGM，获得了纯度高达90%的KGM，且不含淀粉杂质。有关实验证明，水浴水浸提取法提取时间比较长，提取率较低，制约了KGM的大规模生产和普遍应用目前很少使用这种方法。乙醇沉淀法主要是利用KGM能溶于水而不溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚等有机溶剂的特性。因为成本低、易操作、可行性高、提取率能达到90%及以上，而成为目前实验室和工厂大规模生产常用的提取方法。

1.2 魔芋中KGM纯化

魔芋块茎经过漂洗、干燥和制粉等过程制得魔芋粗产品，主要物质成分是KGM除此之外还含有很多杂质，如淀粉、蛋白质、生物碱等。这些杂质的存在会影响KGM的品质，导致KGM的功能难以完全发挥，所以需要采用方法进行纯化。

1.2.1 生物酶纯化法

生物酶纯化法是针对魔芋中多种杂质采取功能不同的生物酶进行除杂，从而得到高纯度的KGM。莫湘涛等人通过称取魔芋粉加水调匀，在适当条件下加入少量淀粉酶调节pH值进行液化灭菌，再冷却并调pH，然后加入少量糖化酶继续振荡处理，高温灭菌后冷却，加水过滤得到液体，最后用沉淀法即可得到KGM。此方法的缺点是：降解性的选择不够理想，生物酶纯化法获得的产品缺乏选择性，不能定向选择产品，得到的KGM粘度有所下降步骤比较反锁复杂。

1.2.2 酸纯化法

阎华[11]等人进行三种魔芋精粉提纯方法的比较，发现磷酸纯化法不管从产品的产率、溶胶性能、操作难易等方面都优于传统提纯方法。且研究表明：采用磷酸水解进行纯化得到的成品KGM的提取率高达95%及以上，无其它杂质的引入，能够很大程度上节约成本[3]。此方法简便易行，适于生产生活中推广应用。缺点是：工艺十分复杂，而且通过酸的作用降低了KGM的分子量、粘性、成膜性能等。

1.2.3 Pb(Ac)2法

利用Pb(Ac)2法能对蛋白质进行沉淀可以除去魔芋KGM中的蛋白质。在沉淀过程中引入有毒的Pb2+对环境有污染，同时限制了魔芋在食用性方面的应用。水解过程中多次用到酸，会造成KGM的部分水解，使得KGM中含有魔芋低聚糖，并且有一部分直接降解为单糖，导致KGM提取率比较低。该工艺过程十分复杂，生产成本比较高，不易于实验室和工业上大规模生产[4]。

1.2.4 二甲基亚砜法

通过二甲基亚砜可以溶解淀粉而不能溶解KGM的特性除去魔芋中的淀粉[14]。但是很可能会在进行纯化的操作过程中引进硫离子，对操作要求特别高，从而该法的应用范围。

2 魔芋中KGM的应用

2.1 医疗方面的应用

在医疗技术方面，KGM分子结构中含有大量羟基、羰基等亲水性基团，能够促进肠道有益微生物区的形成。食用后不在胃中分解消化，反在肠道中被分解消化，从而促进肠道的消化活性。除此之外可以被人体和动物体有益肠道的细菌吸收，促进肠系酶类分泌，不但能提高其活性，清除肠道上的废物，而且有效降低对有害物质的吸收，从而促进了消化功能。因此在治疗便秘等疾病方面有很好的效果，所以被称为“胃肠清道夫”。

陈黎[5]等人对小鼠进行了饲喂试验，发现魔芋低聚糖有降血脂和降尿素氮的作用。王忠霞[6]等人对大鼠进行了饲喂试验，发现魔芋具有降血脂的作用。证明可以用于防治高脂血症可明显降低正常及糖尿病大鼠的血清中甘油三脂、血清总胆固醇、低密度脂蛋白、升高高密度脂蛋白，故对糖尿病和并发症的预防和治疗具有积极作用。

2.2 食品方面的应用

2.2.1 KGM作为食品的添加剂

KGM在食品添加剂领域中得到了广泛的应用。如在饼干、啤酒和饮料中作为稳定剂，在固体饮料、食品中作为增稠剂、凝胶剂等，显著的改善食品的稳定性、胶凝性和乳化性，使食品的韧性和弹性有所增加，所以经常作为改良剂运用在食品加工中，让其后也不易断节和粘连，增加口感。

2.2.2 KGM在食品保鲜中的应用

KGM溶液具有良好的成膜特性，将魔芋中KGM溶于水形成液溶胶，通过喷洒的方法使液溶胶在水果和蔬菜表面形成一层无色透明的保护膜，从而起到保鲜作用。戴文婧等[8]通过将魔芋中KGM涂膜涂抹在牛角椒表面来研究牛角椒的保质期情况，研究发现，KGM涂膜能有效减缓牛角椒果实的质量损失，抑制叶绿素的分解，基本能维持果实外观绿色和亮度，延缓采摘后牛角椒果实的衰老，对保持牛角椒果实较好的货架品质和商品性有积极作用。孙海燕[9]通过将魔芋中KGM复合涂膜对樱桃保鲜效果研究，通过KGM涂膜试验研究分析可知，以魔芋中KGM为主要成分的涂膜液，对樱桃具有一定延长保质期的作用，可显著降低果实的失重率、腐烂指数、呼吸强度，延缓果实Vc、总酸含量的下降，起到明显的保鲜效果。因为在水果和蔬菜表面形成了一层均匀、透明且透气性较好的薄膜，能有效地减缓O2的进入和CO2释放，减少了水分的蒸发，从而导致水果和蔬菜的光合作用和呼吸作用强度减弱；减少了营养物质的消耗，抑制水果和蔬菜的失水。同时在水果和蔬菜表面增加保护膜，抑制了致病菌的侵入，防止其腐败变质，很大程度上减少了损失、提高食品质量和延长食品储藏期和货架期，在一定时间内能最大程度保持水果和蔬菜的形态和味道。因此被广泛应用于水果和蔬菜保鲜中。

2.2.3 保健食品

周永安[22]等将先进的冻干技术引入到食品保健中，使得魔芋产品得以开发利用。魔芋粉经过先进的冻干技术开发处理得到的保健食品能抗衰老、防癌症、抗癌症、食用方便、无副作用，是纯天然的绿色保健药用的理想食品。

2.3 环保方面的应用

当前，世界各国把经济发展作为首要发展目标，很多国家还在走先发展经济后治理环境的老路。随着人们生活水平提高，认识到环境问题的严重性，从而促进环保产业的讯速发展，以魔芋中KGM为原材料进行生产的可降解膜、涂料、吸水剂及其他材料等。对解决当前农业、建筑业、净化处理废水等方面存在的环境污染问题都具有十分重要的意义。

2.3.1 农业方面的环保应用

目前研究KGM薄膜可替代由聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚乙烯为原料制作的塑料薄膜，由于KGM具有良好成膜性、增稠性、稳定性等特性，在吸水膨胀的同时会影响KGM胶液的浓度，从而影响薄膜硬度和稳定性。因此，为了解决这个问题，利用KGM化学特性，采取了化学手段，将魔芋中KGM进行改性，制成可降解材料，若再与聚苯乙烯和聚氯乙烯混合，可以制得复合双降解材料。

王运[10]等对魔芋/聚乙烯醇塑料薄膜的研究中，发现制得的塑料薄膜具有良好的性能，完全符合国家对于塑料制品的要求标准，且共混体系具有良好的相容性。原料来源广泛、物美价廉、成本低、制作工艺简单；生产过程无污染，且能完全进行生物降解，属于环境友好材料。保持优点的同时，解决了塑料薄膜不易自然分解的缺点，为解决白色污染和环境保护作出了重要贡献。

2.3.2 建筑业方面的环保应用

田志高[11]通过改性魔芋精粉内墙涂料的研制与施工，得到一种新型内墙涂料，硬度高、附着力强、涂层表面平整致密、耐酸碱、价格低廉、工艺简单，是一种经济、环保型涂料。

2.3.3 废水处理方面的环保应用

在废水处理过程中，一般使用无机絮凝剂和无机聚合物絮凝剂，但这两种絮凝剂的使用都容易造成金属铁和铝的二次污染。李凤[12]通过魔芋絮凝剂处理蛋白废水的研究，发现魔芋制品作为蛋白废水的絮凝剂微粉具有最佳絮凝效果。用魔芋微粉作为絮凝剂处理蛋白废水pH对絮凝有显著的影响，初始COD值对絮凝有明显影响，在3.5～5.0g/L范围内絮凝剂对絮凝无明显影响。在本实验条件的最佳处理条件pH=4.5、COD初始值6892mg/L和微粉用量3.5g/L时COD去除率高达75.84%。

KGM具有很强的亲水性和凝胶性，KGM经过化学改性，提高KGM的吸水性，可制成一种新型絮凝剂，絮凝剂的微粒能够在水中相互碰撞，从而以絮状沉淀聚合，并相互结合，形成吸附网，具有极强吸附能力，而且成本低，不会造成二次污染。

2.4 化工方面的应用

KGM分子中存在多种可反应的官能团，可以通过化学修饰进行改性扩展应用范围。KGM化学改性的方式有氧化、酯化、接枝共聚、交联、醚化等。

符艳[13]等人用Na5P3O10对魔芋中KGM进行化学改性，改性后的KGM比未改性前的KGM有了明显的改善，如透明度、黏度、稳定性等。并具有一定的耐酸、耐碱、耐高温能力，且有相当的抑茵效果。以KGM为主要原料，用Na5P3O10对KGM进行化学改性，制得了磷酸酯化KGM液凝胶，具有较好的可降解性。

2.5 日化用品方面的应用

魔芋中KGM是由单糖通过糖苷键结合而成。利用KGM的吸水性、增稠性、稳定性、成膜性等功能。从结构上可知含有大量羟基、羰基等亲水性基团，所以具有较强的持水能力，可与水分子形成氢键大量结合，再经过强酸如硫酸酸化处理后甚至可以与透明质酸媲美。目前市场上主要涉及魔芋面膜、吸水剂、防晒霜等各种化妆用品。

3 国内研究现状

我国作为魔芋种植大国，对魔芋中KGM的提纯和应用研究已开展三十多年。方法上多种多样各有所长，主要研究KGM结构、物理性质和简单的化学改性，提纯技术和应用研究有待进一步提高。应用上我们也是涉及各领域。由于技术原因，导致很多技术都有一定的缺陷，从而导致应用方面有限制。目前以魔芋精粉出口带来的经济效益为主，对于魔芋中KGM的开发利用重视程度不足，导致魔芋中各成分产品得不到真正的“高效利用”。