魔芋飛粉的研究進(jìn)展

游智能，朱于鵬，汪超*

（1.工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北武漢430068；2.湖北省食品發(fā)酵工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430068）

魔芋飛粉的研究進(jìn)展

游智能1，2，朱于鵬1，2，汪超1，2*

（1.工業(yè)發(fā)酵湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北武漢430068；2.湖北省食品發(fā)酵工程技術(shù)研究中心，湖北武漢430068）

魔芋飛粉（簡稱飛粉）是魔芋主要加工產(chǎn)品魔芋精粉（簡稱精粉）的下腳料，占精粉質(zhì)量的30%～40%。魔芋飛粉因其獨(dú)特的化學(xué)組成，具有多種功能，因此是一種值得進(jìn)一步開發(fā)利用的物質(zhì)。介紹了魔芋飛粉的化學(xué)成分及研究進(jìn)展，并對其在環(huán)保、醫(yī)藥、保健品及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，以期為魔芋的研究開發(fā)和綜合利用提供理論依據(jù)。

魔芋飛粉；成分；研究；進(jìn)展

魔芋（Amorphophalms konjac）又名磨芋、鬼芋、花桿蓮、天南星等，是被子植物門（Augiospermophyta）、單子葉植物（Monocotyledoneae）、天南星科（Araceae）、刺芋亞科（Lasioideae）、刺芋族（Lasieae）的多年生草本植物[1-3]。中國是世界最大的魔芋生產(chǎn)國，主要加工產(chǎn)品魔芋精粉（簡稱精粉）的下腳料為魔芋飛粉（簡稱飛粉），占精粉質(zhì)量的30%～40%。參考近年來有關(guān)文獻(xiàn)對魔芋飛粉的研究進(jìn)展作綜述，以期為魔芋的研究開發(fā)和綜合利用提供理論依據(jù)。

1 化學(xué)成分

據(jù)沖增哲[4]報(bào)道，魔芋飛粉含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、氨基酸、礦物元素及葡甘露聚糖等成分，其中粗蛋白質(zhì)含量為27.3%，包含16種氨基酸，7種為人體必需氨基酸；碳水化合物約為50%；纖維素含量為1.67%。

1.1 飛粉蛋白的氨基酸組成

研究表明，飛粉含蛋白質(zhì)23.8%，游離氨基酸2.25%。粗蛋白含量為27.3%，全氮素中至少有84%的成分是蛋白質(zhì)和氨基酸[4]。飛粉中氨基酸的組成見表1[5]。

表1 魔芋飛粉溶液蛋白的氨基酸組成和含量Table 1 Amino acids component and content of Konjac fly powder solution protein

1.2 碳水化合物和礦物質(zhì)

飛粉中碳水化合物含量約為50%，其中淀粉17.02%；水溶性糖8.95%，水溶性還原糖2.46%（水溶性糖分指葡萄糖和甘露糖）；纖維素1.67%；飛粉中的魔芋甘露聚糖和纖維素有降血壓等功能，具有一定的藥用價(jià)值。飛粉含有豐富的Ca（1.68%）、Mg（0.159%）、P（0.140%）、Zn、Fe、Mn等礦物質(zhì)元素[6]。

1.3 其他成分

飛粉中含有生物堿、單寧及三甲胺等抗?fàn)I養(yǎng)因子，對營養(yǎng)成分的吸收利用有影響。刺鼻的辛辣味也影響其作為飼料的適口性；飛粉中還含有神經(jīng)酰胺、黃酮等活性成分和天然抗氧化劑，對其保健品的開發(fā)有重要的意義。

2 魔芋飛粉的研究進(jìn)展

當(dāng)前對魔芋飛粉的研究主要有生物活性肽、活性物質(zhì)及保健品、淀粉及其性質(zhì)、抗?fàn)I養(yǎng)因子、處理廢水和蒸餾酒的釀制等方面。

2.1 飛粉生物活性肽的研究

生物活性肽是能調(diào)節(jié)生物機(jī)體的生命活動或具有某些生理活性作用的一類肽，從其結(jié)構(gòu)上可分為簡單的二肽和較大分子的多肽?；钚噪木哂卸喾N人體代謝和生理調(diào)節(jié)功能，易消化吸收，有促進(jìn)免疫、抗菌、降血壓、降血脂等功效，安全無副作用。自NEWAY H等[7]首次提出肽可以完整被吸收的觀點(diǎn)，活性肽就逐漸成為極具發(fā)展前景的功能因子和最熱門的研究課題之一[7]。黃皓等[8]對魔芋飛粉發(fā)酵乳中的可溶性肽進(jìn)行了初步的分離、純化及理化特性的研究，發(fā)現(xiàn)用乙醇沉淀能得到分子質(zhì)量較小的肽段，通過十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰銨凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE），測定可溶性肽的分子質(zhì)量分布在10ku以內(nèi)。說明其可以作為生物活性肽加以利用，將魔芋飛粉變廢為寶，大大提高經(jīng)濟(jì)和社會效益。

目前利用魔芋飛粉制備的生物活性肽主要有支鏈氨基酸寡肽、高F值（fischer ratio）寡肽、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（angiotensin converting enzyme，ACE）抑制肽和甘露聚糖肽等。

2.1.1 飛粉蛋白活性肽促進(jìn)釀酒酵母的生長

釀酒酵母是釀酒業(yè)主要的發(fā)酵菌株[9]，是人們研究應(yīng)用最早最多的微生物之一，也是當(dāng)今生物技術(shù)發(fā)展及其產(chǎn)品研究、開發(fā)的熱點(diǎn)。釀酒酵母的生物量和活力與產(chǎn)酒率有密切關(guān)系，并影響酒釀的品質(zhì)。然而，將活性肽應(yīng)用到促進(jìn)釀酒酵母的生長的研究還未見報(bào)道。

邱佩等[10]以制得的飛粉蛋白酶解物為研究對象，利用靜態(tài)激光光散射測定其分子質(zhì)量后，考察其對釀酒酵母菌落大小、出芽率、菌體數(shù)量及代謝產(chǎn)物影響。結(jié)果表明，添加多肽分子質(zhì)量為6 218u的蛋白酶解物對釀酒酵母生長有明顯的促進(jìn)作用，培養(yǎng)液中還原糖轉(zhuǎn)化率得以提高，乙醇含量明顯增大，為釀酒原料利用率的提高、縮短釀酒發(fā)酵周期、提升酒釀品質(zhì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2.1.2 支鏈氨基酸寡肽

支鏈氨基酸（branched chain amino acid，BCAA）包括亮氨酸（Leu）、異亮氨酸（Ile）、纈氨酸（Val），這3種氨基酸屬于必需氨基酸，對人體的生理功能起著重要作用。研究者在20世紀(jì)70年代對支鏈氨基酸的藥理作用有了認(rèn)識，研發(fā)出氨基酸混合口服液和輸液用于臨床治療。在20世紀(jì)80年代對2～6個(gè)氨基酸殘基組成的寡肽進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，寡肽在胃腸道中的消化吸收比游離氨基酸和蛋白質(zhì)好，在胃內(nèi)滯留時(shí)間比蛋白質(zhì)短，消化功能受損時(shí)，對胃下垂與腹部脹滿有緩解作用[11]。

Val和Leu可以用來制備支鏈氨基酸寡肽。趙珊珊等[12]采用開菲爾發(fā)酵法制得飛粉蛋白可溶性肽，再分兩步酶解可溶性肽得到的支鏈氨基酸寡肽可用于肝性腦病病人的治療和中等手術(shù)創(chuàng)傷、膿毒病人的恢復(fù)等，應(yīng)用前景廣闊。

2.1.3 高F值寡肽

高F值寡肽是由3～9個(gè)氨基酸殘基組成的寡肽（小肽）。高F值是支鏈氨基酸（BCAA）與芳香族氨基酸（aromatic amino acid，AAA）的物質(zhì)的量比值大于20。高F值寡肽比BCAA更易于消化吸收，而且可直接由口攝入。高F值寡肽廣泛應(yīng)用于燒傷、外科手術(shù)、膿毒血癥等高代謝疾病病人的術(shù)后恢復(fù)及因缺乏酶系統(tǒng)而不能分解吸收蛋白質(zhì)的患者的治療。另外，高F值寡肽還具有抗疲勞、降膽固醇、降血糖、抗過敏、解酒等功效[13]。高F值寡肽因獨(dú)特的氨基酸組成和生理功能而受到食品、醫(yī)藥、保健界的高度重視。

由表1可知，飛粉溶液中氨基酸的含量依次為Glu>Asp> Arg>Ser>Val>Pro>Phe>Gly>Leu等，組成特點(diǎn)為高支低芳，因此，魔芋飛粉是用于制備高F值寡肽的優(yōu)良資源[5，14]。可以對其進(jìn)行高F值寡肽的研究開發(fā)。

趙珊珊等[15]以魔芋飛粉為原料，采用浸提法、凝膠層析法制備高F值寡肽。通過對蛋白質(zhì)水解度的測定，確定了堿性蛋白酶和鏈霉蛋白酶的最佳酶解條件：堿性蛋白酶加酶量0.1%，底物質(zhì)量濃度3.75%，pH9.0，水解溫度45℃，時(shí)間5h；鏈霉蛋白酶加酶量0.03%，pH8.0，水解溫度50℃，時(shí)間7h。為魔芋飛粉高F值寡肽的制備提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)和工藝參考。

2.1.4 血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制肽

人體血管緊張素轉(zhuǎn)化酶活性的增強(qiáng)會使血管平滑肌收縮、心肌收縮加強(qiáng)，從而導(dǎo)致高血壓，ACE抑制肽可通過與ACE 2個(gè)活性功能區(qū)競爭性結(jié)合來抑制ACE活性，最終抑制血管緊張素I轉(zhuǎn)化為血管緊張素Ⅱ，使血壓降低[16-17]，所以也稱降血壓肽。降壓肽的降血壓效果持久專一、條件溫和、安全無副作用、對正常血壓沒有影響。

王莉等[18]用堿性蛋白酶酶解飛粉蛋白制備ACE抑制肽，用葡聚糖凝膠G-15與G-25串聯(lián)柱分離得到2個(gè)高ACE抑制活性多肽組分，分子質(zhì)量分別為1 500u和1 000u，為魔芋飛粉ACE抑制肽的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)、利用提供理論依據(jù)。

2.1.5 甘露聚糖肽

甘露聚糖肽由不同鏈長的甘露聚糖肽分子構(gòu)成[19]，不含單糖等小分子糖類和游離氨基酸，是具有一定均一性的混合物。臨床實(shí)驗(yàn)證明，甘露聚糖肽在細(xì)胞水平和個(gè)體水平上均有抑制腫瘤生長和促進(jìn)免疫系統(tǒng)循環(huán)的作用，可作為一種新型的免疫促進(jìn)劑。魔芋飛粉含蛋白質(zhì)23.8%，水溶性糖分（甘露糖和葡萄糖）8.95%，是含高蛋白、低甘露聚糖的十分難得的資源，可以用來制備甘露聚糖肽。

宋剛等[20]采用兩菌共生方法發(fā)酵魔芋飛粉，采用鹽析沉淀法對飛粉發(fā)酵液中的甘露聚糖肽進(jìn)行了初步的提取分離。高效液相色譜和十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE）測定表明，甘露聚糖肽的糖成分是由甘露糖和葡萄糖按0.61的比值聚合而成，分子質(zhì)量范圍為10～40ku。

2.2 飛粉活性成分及保健品的研究

飛粉中含有神經(jīng)酰胺、黃酮等活性成分和天然抗氧化劑，在功能性食品、化妝品和藥品等的研制方面有很大的開發(fā)價(jià)值。

2.2.1 神經(jīng)酰胺

神經(jīng)酰胺有保濕美白、提高免疫力、防癌抗癌等作用，是近年來新興的化妝品、功能食品和藥品中的一種活性成分，具有很高的附加值[21]，目前采用的原料（如米糠、米胚芽和麩皮等）僅含有0.01%～0.02%的神經(jīng)酰胺，制造成本過高。研究表明，魔芋中神經(jīng)酰胺含量達(dá)0.15%～0.20%，是前者的10倍左右[22]，具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

魏靜等[23]對超聲波法提取飛粉中神經(jīng)酰胺進(jìn)行了初步的探索，分析了溫度、時(shí)間、料液比和提取溶劑對神經(jīng)酰胺粗提物提取率的影響，確定了神經(jīng)酰胺粗提物最佳提取工藝為溫度60℃、時(shí)間35min、料液比1∶4、提取溶劑為體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇，神經(jīng)酰胺粗提物的最高提取率可達(dá)2.89%。為神經(jīng)酰胺的開發(fā)利用提供了一種思路。

2.2.2 抗氧化劑

抗氧化劑不僅能夠防止油脂和食品氧化，延長保質(zhì)期，而且有許多防病保健功能[24]，因此，抗氧化廣泛用于食品工業(yè)，需求量逐年增加。天然的抗氧化劑由于安全、無毒且具有抗癌、抗衰老和防治心腦血管疾病的作用而越來越受到人們的重視[25]。

陳百玲等[26-27]測定了飛粉總黃酮含量并對其進(jìn)行初步的鑒定，研究了總黃酮對1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical 2，2-diphenyl-1-（2，4，6-trinitrophenyl）hydrazyl，DPPH）自由基的清除作用。結(jié)果表明，飛粉含有黃酮、異黃酮、查耳酮、雙氫黃酮等化合物，總黃酮含量3.487mg/g，最佳提取條件為體積分?jǐn)?shù)80%的乙醇作為提取劑，料液比1∶30，50℃回流2h，黃酮提取物的DPPH自由基清除率為64.78%。實(shí)驗(yàn)表明了魔芋飛粉含有豐富的黃酮類化合物，并具有較強(qiáng)的抗氧化活性，可作為天然抗氧化劑的原料。

2.2.3 發(fā)酵乳

發(fā)酵乳由乳酸發(fā)酵而成，能調(diào)節(jié)各項(xiàng)生理機(jī)能，促進(jìn)腸內(nèi)益生菌繁殖，發(fā)酵乳制品具有營養(yǎng)豐富、易消化、適口性好和便于保藏等優(yōu)點(diǎn)，主要用在功能性食品和保健品的研發(fā)。

干信等[28]利用腸道有益微生物在飛粉基質(zhì)中的生長代謝來改造魔芋飛粉，將飛粉中含有的淀粉、粗蛋白等物質(zhì)轉(zhuǎn)化為一系列以乳酸為主的有機(jī)酸，并產(chǎn)生微量乙醇，賦予飛粉發(fā)酵乳醇香味。通過正交試驗(yàn)，優(yōu)化得到五菌共生發(fā)酵的最佳工藝為在34℃條件下，黑曲霉/保加利亞乳桿菌/嗜熱鏈球菌/葡萄酒酵母/啤酒酵母以1∶1∶2∶2∶2的菌種比例，按10%（5mL）的接種量接種至pH值為6.8的飛粉基質(zhì)中，以120r/min搖床發(fā)酵48h，制得飛粉發(fā)酵乳。

2.3 飛粉淀粉及其性質(zhì)的研究

20世紀(jì)70年代以來，世界各國均受到能源危機(jī)的沖擊，利用可再生資源生產(chǎn)燃料酒精的研究炙手可熱[29-30]。傳統(tǒng)的酒精工藝大多利用甘蔗、玉米、小麥等經(jīng)濟(jì)作物或糧食作為原料，我國已頒布對糧食原料制備原料乙醇的禁令，所以利用魔芋飛粉淀粉作為發(fā)酵原料既可解決飛粉環(huán)境污染問題，又可為生產(chǎn)燃料乙醇奠定基礎(chǔ)。魔芋飛粉中淀粉含量為17.02%，可作為淀粉制備原料。

徐婷等[31]探究了α-淀粉酶水解魔芋飛粉最佳條件優(yōu)化，即酶用量4U/g淀粉、pH6.0、Ca2＋濃度0.01mol/L、底物質(zhì)量濃度8%，水解度達(dá)20%。譚博文等[32]用中性蛋白酶酶解制備飛粉淀粉，制得淀粉純度90.09%，其中直連淀粉含量18.20%，支鏈淀粉含量81.80%，淀粉糊具有較好的溶解度和透明度。淀粉顆粒為蠶豆形，顆粒粒徑為1～9μm，平均為5μm，淀粉顆粒小不易發(fā)生凝沉現(xiàn)象。

2.4 飛粉抗?fàn)I養(yǎng)因子的研究

魔芋飛粉具有較為豐富的營養(yǎng)成分，但也有生物堿、三甲胺及單寧等抗?fàn)I養(yǎng)因子，影響了營養(yǎng)成分的吸收利用[33]。因此去除飛粉中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高其利用價(jià)值，具有重要的意義。

李斌等[34]用酸洗一步法處理魔芋飛粉，去除飛粉中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，生物堿含量降低了92%，單寧含量降低了81%，三甲胺含量降低了98%。處理后的飛粉蛋白質(zhì)含量提高到30.03%，氨基酸基本無變化，營養(yǎng)價(jià)值有所提高。黃皓等[35]研究了飛粉中的生物堿的成分和結(jié)構(gòu)，初步分離出脂溶性和水溶性兩大類生物堿，質(zhì)譜分析其中主要的一類生物堿為5-甲基咪唑的衍生物，并對生物堿的開發(fā)應(yīng)用進(jìn)行了闡述。胡敏等[36]利用溶劑法和鼓風(fēng)排氣加熱法去除飛粉中的三甲胺等異味成分，用去除異味成分的飛粉研制出的魔芋干燥劑吸濕時(shí)間長，不發(fā)霉，易加工，吸水量為常用干燥劑的2～5倍。

2.5 飛粉在環(huán)保中的應(yīng)用研究[37-38]

飛粉在環(huán)保工業(yè)中采用特殊引發(fā)劑，利用飛粉成分中的活性基團(tuán)與丙烯酰胺等單體接枝共聚，可制得類似“章魚”結(jié)構(gòu)的高效非離子、陰離子、陽離子型絮凝劑，適用于污水處理等環(huán)保行業(yè)，由于飛粉中含有一定量的葡甘露聚糖，是多羥基化合物為主體的天然高分子化合物，所以像淀粉一樣，可以制成黃原酸酯，應(yīng)用于沉淀廢水中的可溶性重金屬離子。

2.6 飛粉研究新工藝

目前魔芋飛粉的水解主要采用酶水解，得到的肽可用于魔芋多肽酒的制作研究，而酸水解飛粉和飛粉蒸餾酒的釀制研究還是空白。

邱雪梅[39]采用單因素和正交試驗(yàn)的方法對鹽酸水解魔芋飛粉的鹽酸濃度、液固比、時(shí)間和溫度等條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明，最佳反應(yīng)條件為鹽酸濃度7mol/L，液固比為15∶1（mL∶g），時(shí)間為150min，溫度為70℃時(shí)，還原糖得率達(dá)40.104%。對魔芋飛粉威士忌的釀造工藝進(jìn)行了探究，確定了飛粉威士忌的最佳釀造條件為陳釀時(shí)間60d，橡木片烘烤程度為中度烘烤，橡木片添加量2%，陳釀溫度25℃。在最佳陳釀條件下釀制的魔芋飛粉威士忌感官指標(biāo)和理化指標(biāo)都符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 小結(jié)

目前魔芋飛粉利用范圍比較廣，主要用來研制飛粉肽類藥物、功能性食品、化妝品、保健品、蒸餾酒和燃料乙醇等，但是利用率并不高；對魔芋飛粉的降血壓、降血糖、抗衰老、抗血栓、抗氧化等功效以及其在環(huán)保工業(yè)中的應(yīng)用研究還不夠深入，作用機(jī)理也是空白。所以對魔芋飛粉的進(jìn)一步開發(fā)利用和機(jī)理研究是未來魔芋飛粉研究的主要方向。

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Development of konjac fly powder

YOU Zhineng1,2,ZHU Yupeng1,2,WANG Chao1,2*
(1.Hubei Collaborative Innovation Center for Industrial Fermentation,Wuhan 430068,China; 2.Food Fermentation Engineering Technology Research Center of Hubei Province,Wuhan 430068,China)

Konjac fly powder is the by-product of konjac powder,and it accounts for 30%-40%of konjac powder.Konjac fly powder has a variety of functionsbecauseofitsuniquechemicalcomposition,soitisamaterialwhichisworthyforfurtherdevelopmentandutilization.Thechemicalcomponent and research development of Konjac fly powder was introduced,and the application in environmental protection,medicine,health care products and agriculture field was summarized.This study could provide theoretical basis for research explore and comprehensive utilization of Konjac fly powder.

konjac fly powder;component;study;development

TS255.5

A

0254-5071（2014）04-0023-04

10.3969/j.issn.0254-5071.2014.04.006

2014-02-28

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃（201210500033）；國家支撐計(jì)劃（2012BAD27B00）；湖北省魔芋發(fā)酵食品校企共建中心（鄂科技通2011[102]）

游智能（1993-），男，本科生，研究方向?yàn)槭称钒l(fā)酵工程。

*通訊作者：汪超（1978-），男，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)。