葡甘露聚糖的作用和应用

概述^【1】

葡甘露聚糖是由葡萄糖和甘露糖通过β-1，4糖苷键聚合而成的一种天然植物中性多糖，还是一种优良的水溶性膳食纤维，属于食用半纤维素并具有独特的理化性质。葡甘露聚糖主要来源于魔芋的块茎中，因此又称为魔芋葡甘露聚糖（简称 KGM），他具有良好的可塑性，吸水性，成膜性，增稠性，保水性等多种理化、生物性质。葡甘露聚糖具有非常高的药用价值以及食用价值，且毒副作用小，对人体有多种保健作用，如可预防便秘、降血糖、降血脂、减肥以及抗癌等。

结构^【1】

魔芋葡甘露聚糖20世纪末在日本被发现，是由分子比为1∶1.5～1.6（花魔芋）或1∶1.69（白魔芋）的葡萄糖和甘露糖残基通过β-1，4糖苷键聚合而成的，每32个糖残基就有3个左右的支链，支链有几个残基的长度，且大约每19个糖残基就有1个以酯键结合的乙酰基，其单体分子上有多个-OH，均有较强的反应活性。

理化性质^【1】

葡甘露聚糖为乳白色或淡棕黄色粉末，基本无臭无味，可分散于偏酸性的热水或冷水中，加热或机械搅拌可提高其溶解度，在其溶液中加入一定量的碱，可形成对热稳定的溶胶，其水溶液稠度很高。

甘露聚糖是一种天然的高分子水溶性多糖，其分子上有多个-OH，为亲水性化合物，易溶于水，但不溶于甲醇、乙醚等有机溶剂，且其溶胀性好，吸水力可以达到自身质量的100倍左右。魔芋葡甘露聚糖具有独特的凝胶性能，在非碱性的条件下可与卡拉胶、黄原胶、淀粉等复配产生强烈的协同作用，使溶液黏度增大。

药理作用^【2】

1.KGM对糖代谢的作用

魔芋食品是糖尿病人的一种较为理想的食品,有降低血糖、改善症状、控制病情的效果。用复方魔芋冲剂治疗Ⅱ型糖尿病患者发现空腹血糖下降率为53%,餐后2 h血糖下降率为51%,糖化血红蛋白下降率为59.9%。

2.KGM对脂代谢的影响

KGM影响脂代谢,具有明显的降血脂作用。魔芋除具有降低大鼠血清胆固醇等作用外,还具有使脂肪肝逆转的作用。魔芋精粉除具有较好的降血脂和明显的抗脂肪肝作用外,对Ca、Fe、Zn、Cu的吸收利用未见不良影响。

3.KGM的减肥作用

KGM是一种低热量的减肥食品,具有明显的减肥作用。

4.KGM对抗癌及免疫功能的影响

魔芋精粉对对甲基硝基亚硝基胍(MNNG)诱发小鼠肺癌可产生不同程度的抑制和预防作用。使诱发的癌及癌前病变的动物数目大量减少,在肿瘤类型构成比上恶性肿瘤减少。魔芋精粉具有明显促进小鼠免疫功能的作用,对胸腺指数和脾指数具有增高作用,对巨噬细胞(M )合成和释放白细胞介素-1(IL-1)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)有明显促进作用。此外,小鼠对血清中TNF-α水平也有一定的促进作用。因此KGM可望作为一种治疗肿瘤的免疫调节辅助性制品。另外,还发现KGM对自发性肝癌、β-半乳糖胺诱发的肝损伤鼠、结肠癌有抑制作用。

5.KGM对肠道功能的影响

魔芋食品能增加平均每日粪湿重和粪便含水量,能缩短肠道转运时间和平均一次排便时间。

6.KGM对细胞老化的影响

长期食用魔芋精粉可延长脑神经胶质细胞、心肌细胞和大、中动脉内膜内皮细胞等老化进程,预防动脉粥样硬化,改善心脑和血管功能。

7.KGM对微量元素吸收的影响

KGM对大鼠Ca、Fe、Zn、Cu四种元素的粪排出量及血清、股骨含量无影响。人体试验也未见对Zn、Fe、Ca吸收的影响。食KGM大鼠的血清钙磷含量,股骨重和骨钙磷含量及骨形态计量参数均无显著变化,对钙磷代谢及股骨钙含量未见不良影响。

制备方法^【4】

生物法提取魔芋中葡甘露聚糖：

1.酶处理法

取魔芋粉1 g,加水调成匀浆(21°波美浓度),然后加少量2 000μα-淀粉酶,在pH5.7～ 6.2范围内,60℃液化45～ 60 min;在110℃灭菌5 min,冷却后再调pH至4.8～ 5.0.加少量40 000μ糖化酶,在30℃左右振荡糖化48 h.再在110℃灭菌5 min,冷却后加水100 ml过滤得滤液.然后用下面两种方法处理滤液.

（1）斐林试剂沉淀法

在剧烈搅拌下滴加100 ml斐林试剂于滤液中,葡甘露聚糖-铜化合物呈兰色凝胶状析出.静置到不再有沉淀析出为止,减压过滤,沉淀用80%乙醇(内含3%HCl)冲洗至白色,于40～ 50℃烘干称重。结果见表1.

（2）乙醇直接析出法

在剧烈搅拌下,向滤液中加入等体积的95%乙醇,加完后继续搅拌30 min,静置到不再有沉淀析出为止.减压过滤,沉淀用80%乙醇冲洗至白色,于40～ 50℃烘干称重。结果见表1.

2.糖化菌糖化方法

取2 g魔芋粉,加入100 ml水搅拌使成胶状.于121℃下灭菌30min,冷却后接种糖化菌,在30℃振荡培养20～ 24 h,使淀粉糖化.将糖化后的混合液在110℃灭菌5 min.冷却后减压过滤.在剧烈搅拌下向滤液中加入等体积的95%乙醇.静置到不再析出沉淀后过滤.将沉淀用80%乙醇冲洗至白色,于40～ 50℃烘干称重。结果见表1.

表1为提取方法与产品收率的关系

应用^{【1】【2】【3】}

1.在食品中的应用

（1）葡甘露聚糖在食品中的应用

葡甘露聚糖作为一种性能优良的膳食纤维，具有多种生理功效，在保健食品领域越来越受到重视。葡甘露聚糖属于半纤维素多糖，能有效刺激肠壁，且食用后在胃内不易被分解消化，还能增强肠系酶类的分泌及活性，具有清理肠道、防止肥胖、调节血糖与血脂、改善胆固醇代谢及抗癌等药理活性。因此，可以利用葡甘露聚糖的这些特性将魔芋制成各种保健食品，如魔芋豆腐，魔芋糕点等，或将其加入到各种食品中，可制成调节肠胃、降血糖、血脂、减肥、抗癌等的功能性食品。

（2）葡甘露聚糖作为食品的添加剂

葡甘露聚糖是一种功能齐全的天然水溶性食用胶类，可以用作增稠剂、保水剂、乳化剂、胶凝剂、悬浮剂等，其性能远远优于卡拉胶、明胶等胶类。葡甘露聚糖还是一种非离子性水溶性多糖，能与大多数的离子性食用胶类共溶、增效，因此葡甘露聚糖在食品添加剂领域中得到了广泛的应用。如可以在豆制品、乳制品中作为稳定剂；在固体饮料中作为增稠剂、凝胶剂等。

（3）葡甘露聚糖在食品保鲜中的应用

葡甘露聚糖被广泛应用于食品保鲜。此外，他还是一种无毒、效果好的天然保鲜剂，能有效地防止果蔬及水产品的腐败、变质，抑制果蔬的褐变和失水，延长产品的储藏期和货架期。葡甘露聚糖的水溶胶在适当的条件下改性成膜，还可以作为可食性天然降解的膜材料。

（4）葡甘露聚糖制成的仿生食品

葡甘露聚糖脱乙酰基后形成的热不可逆的网状结构，可作为加工仿生食品的良好基料。

2.在工业中的应用

由于KGM具有水溶、成膜、可塑和黏结等特性,可在轻工、化工、纺织、烟草、石油、化妆品等工业中作为黏结剂、赋形剂、保水剂、稳定剂、悬浮剂、被膜剂等。

魔芋生原料和磷酸肽或碱性凝固剂混合可用于吸收海水中的钙离子。DEAE-葡甘露聚糖在碱性、酸性或加热的情况下仍然稳定,可用作分子筛从多糖中分离单糖及蛋白质脱盐,还可用于分离血液凝集因子Ⅷ。另外KGM可应用于毛细管电泳分离寡核苷酸;与氯甲代氧丙环交联可抗强压作为色谱中的固定相用于蛋白分离;用氯甲代氧丙环-1,6-亚己基二胺-戊醛活化后用于固定化环糊精葡聚糖转移酶;与苯醌等共聚后作为固定化载体,用于固定化细胞及酶。KGM还可作为亲和层析载体分离纯化超氧化物歧化酶,不引起杂蛋白的非特异性吸附。

3.其他

KGM可用作粘接剂,制防水布;还可用来制作高级护肤、护发用的化妆品。羧甲基魔芋葡甘露聚糖及其衍生物作为药物载体治疗癌细胞。KGM用作医用卫生材料,用于接触眼镜的材料,用于制作油包水(W/O)型乳液燃料等。

主要参考资料

[1]王蕾娜,康明丽.葡甘露聚糖在食品中的应用[J].食品工程,2012(02):10-12.

[2]陈秀敏,傅德贤,欧阳藩.魔芋葡甘露聚糖的应用研究进展[J].中国生化药物杂志,2001(06):318-320.

[3]邹新禧,谢美然.魔芋葡甘露聚糖的研究进展[J].现代化工,1995(12):15-17.

[4]莫湘涛,张梅芬,李敏艳.生物法提取魔芋中葡甘露聚糖[J].湖南师范大学自然科学学报,1998(01):86-89