魔芋葡甘聚糖的结构及保健功能研究

◎ 王 元

（安康职业技术学院，陕西 安康 725000）

魔芋是多年生草本植物，主要分布在东南亚和非洲。我国集中在秦岭南侧，海拔800～1 200 m，其他地方不适宜生长，且主要分布在重庆三峡库区和东北偏南山区，主要产自重庆[1]。魔芋含有丰富的葡聚糖，是一种非常优质的膳食纤维。魔芋食品热量少、脂肪少、糖分少，对预防肥胖有显著作用[2]。本文从多个角度探讨魔芋葡甘聚糖的结构，特别是魔芋葡甘聚糖的保健功能，探讨论其在不同方面的应用前景。

1 魔芋葡甘聚糖的结构及其性质

1.1 魔芋葡甘聚糖的结构

魔芋葡甘聚糖的发现源于20世纪的日本。ROIBU等人用3%硫酸水解魔芋粉，在水解液中检测到大量甘露糖，认为魔芋中的黏性物质是由甘露糖组成的甘露聚糖，实际上是葡甘聚糖[3]。魔芋葡甘聚糖或魔芋胶是魔芋的主要成分，魔芋葡甘聚糖是一种非离子型水溶性高分子多糖，分子比为1∶1.6（mol/mol），与β-1，4糖苷键结合[4]。在每19个糖残基中发现一个由酯键形成的乙酰基。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，是目前为止发现具有最高黏度的水溶性食用胶。

魔芋葡甘聚糖吸水性强，被认为是分子量最大、黏度最高的膳食纤维，不溶于丙酮、氯仿等有机溶剂。另外，魔芋葡甘聚糖还具有凝胶性、抗菌性、食用性和低热值等特点[5]。低聚糖具有多种生理功能，而魔芋葡甘聚糖是一种功能性低聚糖，具有功能性低聚糖的一般特性和功能，因此引起了人们的关注[6]。普遍认为，功能性低聚糖的基本特点是不易被人体消化或不被人体吸收，且能量供应很少或没有，其作用与水溶性纤维素相同，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、乙醚等有机溶剂。分子中含有许多亲水性基团，如羟基、羰基等。水分子被氢键包裹形成难以自由移动的大分子，使魔芋葡甘聚糖溶液成为非牛顿流体，形成凝胶结构，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，膨胀以后会成为凝胶状物。可以利用此特性制作葡甘聚糖降解保湿剂，用于尿布、湿生活用品等，也可制备园林、林业用吸水材料[8]。

（3）增稠性。魔芋葡甘聚糖多甘露聚糖具有分子量大、水结合能力强、能迅速膨胀的特点。1%魔芋粉的黏度可达几十至数百帕斯卡秒，可作为增黏剂。此外，与黄原胶、瓜尔胶等离子增稠剂相比，魔芋葡聚糖分子无电荷，对增稠剂影响不大，对盐的影响也不大，增稠效果良好。

（4）凝胶性。当魔芋葡甘聚糖溶液浓度为3%左右时，强搅拌具有一定的流动性。几分钟后，魔芋葡甘聚糖的流动性逐渐降低，形成凝胶状物质。魔芋葡甘聚糖与黄原胶、瓜尔豆胶、海藻酸钠等增稠剂有协同作用。其中黄原胶与葡甘聚糖的协同作用最为明显，以1∶10～10∶1的比例混合效果最好，与卡拉胶混合后，葡甘聚糖比例越大，凝胶韧性越强。相反，脆性增加[9]。搅拌和放置后形成的凝胶是热可逆的，在碱性条件下形成的凝胶是热不可逆的。

（5）可逆性。一般情况下，魔芋葡甘聚糖在冷却时变成固体，在加热时变成液体。溶胶是一种液体或胶团，在10～15 ℃的低温下，加热到60 ℃时会发生变化。魔芋葡甘聚糖是一种固体，冷却到35 ℃以上后，可变为液体或糊状，非常适合食品加工、储存和冷藏运输[10]。

（6）成膜性。改性魔芋葡甘聚糖具有成膜特性，在碱性条件下加热、脱水、干燥后，在酸性、碱性、冷热水中形成稳定的硬膜，其附着力强、透明度高、黏度大。膜的机械性能随添加剂的性质和用量而变化，润湿剂加入量越多，涂膜强度越小，涂膜越软，相反，强度越高，越容易断。疏水性润湿剂的加入会增加薄膜的透水性，而亲水性润湿剂的加入会降低薄膜的透水性。

2 魔芋葡甘聚糖的保健功能

2.1 预防冠心病、脂肪肝

高血清、高胆固醇及高血脂是心血管疾病，特别是冠心病的病因。魔芋葡甘聚糖能有效地降低血清胆固醇水平，预防冠心病。胆固醇在肝脏中转化为胆汁酸，进入新陈代谢之后，吸附在魔芋葡甘聚糖内，减少再循环到肝脏的胆汁酸量，发挥抗脂肪肝的效果[11]。

2.2 抗衰老、补钙补硒

魔芋葡甘聚糖南可显著改善人体超氧化物歧化酶（SOD）活性，清除自由基，减少多种组织脂肪褐变，对膜内不饱和脂肪酸过氧化具有特定抑制效果。魔芋球茎富含硒和钙，人体摄入魔芋后，酸性胃液会溶解魔芋中的硒和钙，便于胃肠吸收，具有补钙和补硒的效果。

2.3 预防肠癌、醒酒解酒

魔芋葡甘聚糖溶解后成为胶体，可以阻止重金属元素及有毒物质接触肠道，有效减少大肠和直肠有害细菌感染的可能性。在喝酒前，魔芋粉可以在内壁形成保护膜，预防酒精被胃肠道迅速吸收，减少血液中酒精的峰值。

葡甘聚糖有抗肿瘤作用，对小鼠大肠癌有抑制作用，其具体的机制刺激肠道蠕动，促进大便排泄，减少大便有毒物质接触肠壁的可能性。粪便中水分会使粪便颗粒变大，因而减少其中有毒物质的浓度。肠道中的某些微生物可以使用它生成丁酸[12]，丁酸可抑制肿瘤细胞增殖，可诱导肿瘤细胞变成正常细胞，调节肿瘤基因的表达。同时，葡甘聚糖对肠道有益微生物的生长和繁殖有促进作用。

2.4 排毒养颜、调节机体免疫力

魔芋中丰富的植物纤维素能促进肠胃蠕动，可以促进身体有害毒素的排泄，预防和减少肠道疾病的发生，预防面部炎症、黑斑、雀斑、老年斑等，使肌肤明亮美丽。魔芋葡甘聚糖覆盖肠壁表面，病原微生物入侵后，会被细胞表面的外源性莱克素识别和附着，从而过滤清除病原微生物，排出病原微生物和毒素，增加机体免疫力。

2.5 减肥塑身、预防和治疗便秘

魔芋葡甘聚糖能量低，同时魔芋葡甘聚糖能够增加饱腹感，减少食物摄入量。魔芋特有的水凝胶纤维，有助于控制体重，达到自然减重的效果，能在一定程度上充满肠道，促进肠道生理联动，降低肠道压力，软化大便，预防便秘。葡甘聚糖分子含有大量亲水性组织，能和水分子结合，形成更大的集团，有着更高的黏度和稳定性。在胃肠道中，葡甘聚糖能吸收水分，膨胀几十到几百倍，增加大便的湿重和小肠中的水分含量。另外，它还可以结合食物残渣和废物，形成凝胶状物质，刺激肠道蠕动，具有良好的通便效果。

2.6 降血脂、治疗糖尿病

魔芋葡甘聚糖能有效抑制小肠对胆固醇、胆汁酸及其他脂质物质的吸收，促进脂肪的代谢，减少脂肪和胆固醇进入血液，减少血液中中性脂肪和胆固醇的总量。溶解后魔芋葡甘聚糖的黏度很大，可提高消化道内食糜糊的黏度，延缓胃腔内食糜糊的停留时间，形成保护膜屏障有效抑制血糖值和尿糖值。

研究表明，葡聚糖也可以使人产生饱腹感。魔芋葡甘聚糖分子更大，对水分的吸收更强，因此膨胀后体积会增加数十或上百倍，它减缓了葡萄糖的吸收，给胰岛素更多的时间来控制血糖水平。通过数据得知，魔芋葡甘聚糖可以预防糖尿病。张茂玉等的临床研究发现，每天给糖尿病患者摄入一定量的葡甘聚糖，3个月后血清胆固醇和血糖水平降低，极大程度降低了糖尿病患者对胰岛素及低血糖药物的依赖，省去患者每天服用低血糖药物的麻烦[13]。

3 结论

魔芋食品因其独特的健康和膳食效果而风靡全球，被称为“魔法食品”。通过深入讨论魔芋葡甘聚糖的结构以及保健功能，有助于深入开发魔芋的国内和国际市场。目前，日本是魔芋消费最多的国家，由于魔芋产量逐年下降，存在魔芋粉缺口，需从我国和印度尼西亚进口。我国魔芋的出口现在仅限于原材料，利益微薄。为获得高收益，急需进一步加工成出口高端食品，从这个角度来看，魔芋产品的市场前景非常广阔。