魔芋低聚糖生理作用及應(yīng)用的研究進(jìn)展

穆曉燕　鄭艷　朱新鵬

摘 要：魔芋低聚糖是由魔芋葡甘聚糖通過化學(xué)法、物理法、酶法等方法降解而得，具有更好地抗氧化性、降血脂和降血糖作用、促進(jìn)益生菌生長和調(diào)節(jié)腸道菌群作用，以及免疫增強(qiáng)、抗病毒、預(yù)防結(jié)腸癌、潤腸通便及便秘等生理作用。與魔芋葡甘聚糖相比，魔芋低聚糖的吸水膨脹性、黏稠性大大降低，溶解性、保水性提高，在食品中有著廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：魔芋葡甘聚糖;魔芋低聚糖;生理作用;應(yīng)用

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.11.108

魔芋（Amorphophallus konjac）為天南星科磨芋屬多年生草本植物的塊莖。魔芋干物質(zhì)的主要成分是魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM），又稱魔芋多糖，是一種優(yōu)質(zhì)的膳食纖維，因其具有增稠、凝膠、保濕和成膜等多種性能，在食品、醫(yī)藥和生物等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。將KGM降解為魔芋低聚糖（konjac oligo-glucomannan，KOGM），產(chǎn)生了新的特性，如溶解性顯著提高、黏性下降，以及具有調(diào)節(jié)腸道菌群、降血脂和抗氧化能力等生理作用，擴(kuò)展了KGM的應(yīng)用。

1 魔芋低聚糖及其制備

1.1 魔芋低聚糖的結(jié)構(gòu)

魔芋低聚糖是由KGM經(jīng)降解而得到的一系列KOGM的混合物，因降解條件的不同得到的產(chǎn)物有所不同，有單糖、二糖、三糖、四糖等。隨著降解后分子變小，KOGM相較KGM的黏度大大下降，溶解性提高，還原糖含量增加，并具有一定的甜味。在降解成分結(jié)構(gòu)研究中，陳秀敏等推測KOGM的四糖結(jié)構(gòu)有三種：β-D-Man（1→4）β-D-Man（1→4）β-D-Glc（1→4）α-D-Man，β-D-Man（1→4）β-D-Glc（1→4）β-D-Man（1→4）α-D-Man或β-D-Glc（1→4）β-D-Man（1→4）β-D-Man（1→4）α-D-Man。但Qiaoying Song等采用β-甘露聚糖酶制備KGM降解產(chǎn)物，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析認(rèn)為是由甘露糖（Man）、葡萄糖（Glc）和半乳糖（Gal）以211的摩爾比組成，并通過光譜分析認(rèn)為四糖是以Glc-（1→4） Man （1→4） Man為線性骨架，以Man （3→1） Gal為支鏈的結(jié)構(gòu)。其中半乳糖殘基的出現(xiàn)有待進(jìn)一步研究。

1.2 魔芋低聚糖的制備

KGM降解方法有酶解法、酸解法、超聲波法、輻照降解法等。

酶解法是通過特異性酶的作用，將KGM的β-1，4糖苷鍵切斷來達(dá)到降解的目的?？梢越到釱GM的酶有β-甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、纖維素酶等。酶解法由于環(huán)境友好、反應(yīng)條件溫和、降解程度可控、不良副產(chǎn)物少等優(yōu)點，有很大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

糖苷鍵可以在酸存在的情況下而被破壞降解，羅清楠等采用鹽酸降解KGM制備KOGM。但該法使用了大量的乙醇、鹽酸、NaOH等試劑，工藝復(fù)雜，副產(chǎn)物多，且對環(huán)境有很大影響。

一般來說，可以使糖苷鍵斷裂的因素，都可以用于制備KOGM。如輻照降解法、機(jī)械法、超聲波法、臭氧法等。也可以將兩種方法結(jié)合使用，如超聲波輔助酶法、酸酶法等。這些不同方法制備KOGM，需要對降解程度、是否有副產(chǎn)物、產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和功能特性等做深入研究。

2 魔芋低聚糖的生理作用

2.1 魔芋低聚糖的抗氧化作用

秦清娟等采用半干法酶解制備魔芋葡甘低聚糖工藝制備KOGM，對其進(jìn)行抗氧化性能研究，產(chǎn)物對·OH的半抑制率（ IC50）為0.4331mg/mL，對O-2·的 IC50為15.7mg/mL;其還原能力為同濃度下抗壞血酸（VC）的73.82%，具有良好的抗氧化能力，與其濃度存在正相關(guān)關(guān)系。Wang 等則比較了KGM 與聚合度為10、5的KOGM 經(jīng)雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌分解產(chǎn)物的抗氧化能力，結(jié)果表明用分別含有KGM 以及聚合度為10 和5的KOGM 的培養(yǎng)基培養(yǎng)雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌，其分解產(chǎn)物均有抗氧化能力，而且KOGM分解產(chǎn)物的抗氧化能力高于KGM 分解產(chǎn)物的抗氧化能力。

KOGM通過清除活性氧，提高肝臟和血漿中超氧化物歧化酶（ SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）的活性，阻礙氧化反應(yīng)和減少肝臟中脂質(zhì)過氧化終產(chǎn)物丙二醛（ MDA） 的生成量，發(fā)揮其抗氧化作用，保護(hù)機(jī)體免受各種氧化應(yīng)激和損傷。SOD是生物體內(nèi)重要的抗氧化酶，能消除氧自由基對細(xì)胞的傷害; GSH-Px是機(jī)體內(nèi)一種重要的過氧化物分解酶，可起到保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的作用，二者均具有很強(qiáng)的抗氧化作用。

2.2 魔芋低聚糖的降血脂和降血糖作用

楊艷燕、陳黎等較早研究證實KOGM具有降血脂作用。其后，周中凱等研究KOGM對高脂飲食小鼠的體重、肝指數(shù)、血脂及氧化應(yīng)激水平的調(diào)節(jié)作用。結(jié)果表明：在高脂飲食中添加KOGM可顯著降低小鼠的體重、肝重，并有效改善血脂組分，可以抑制小鼠體內(nèi)丙二醛（MDA）的生成，推測可能與其具有有效提高機(jī)體抗氧化能力有關(guān);低聚糖干預(yù)顯著上調(diào)CPT 的mRNA 表達(dá)，表明脂肪分解代謝加快，顯著上調(diào)LDL-R 的mRNA 表達(dá)可以降低血漿低密度脂蛋白膽固醇水平。張婭等進(jìn)一步研究KOGM對高脂血癥大鼠血脂水平調(diào)節(jié)作用，對其降血脂作用進(jìn)行初步的藥效評價。結(jié)果表明KOGM具有一定的降低血脂及修復(fù)受損肝功能的作用，主要表現(xiàn)為：降低血液中TG、CHOL、HDL-C、LDL-C 等，升高LPA 的作用;病理組織學(xué)結(jié)果顯示：給藥組大鼠肝臟可見原脂肪樣改變一定程度的減輕，或見少量再生新肝細(xì)胞。

楊艷燕等研究認(rèn)為，KOGM還具有降低血糖及改善血液成分的作用。其機(jī)理可能是KOGM不被機(jī)體消化吸收，能刺激胰島素釋放，抑制糖的異生，減少糖的吸收。

2.3 魔芋低聚糖促進(jìn)益生菌生長及調(diào)節(jié)腸道菌群的作用

熊德鑫等在1998年報道KOGM具有很強(qiáng)的選擇性促進(jìn)雙歧桿菌生長的作用。此后，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了很多研究，進(jìn)一步證明KOGM具有促進(jìn)雙歧桿菌、乳酸菌等益生菌生長的作用。

KOGM能夠被腸道益生菌分解，促進(jìn)其增殖，減少有害菌在腸上皮細(xì)胞的定植，從而對人體健康能產(chǎn)生多種積極的作用。王文娟等研究了KOGM對小鼠腸道菌群的調(diào)節(jié)作用。結(jié)果表明，與對照組比較，KOGM高劑量組（2.00 g/kg體質(zhì)量）小鼠糞便中雙歧桿菌和乳桿菌數(shù)量顯著增加，腸桿菌和產(chǎn)氣桿菌數(shù)量無顯著性變化;結(jié)腸內(nèi)容物中乙酸、丙酸以及丁酸的含量顯著增加，說明KOGM對小鼠腸道菌群有較好調(diào)節(jié)作用。馮莉等研究表明KOGM 對小鼠潰瘍性結(jié)腸炎有一定的保護(hù)作用。劉瑞雪等進(jìn)一步研究了KOGM對潰瘍性結(jié)腸炎大鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明低、高劑量KOGM組均明顯緩解潰瘍性結(jié)腸炎大鼠臨床癥狀，改善菌群失調(diào)狀況，顯著提高雙歧桿菌、乳桿菌的數(shù)量，降低大腸桿菌、腸球菌的數(shù)量，并能顯著提高短鏈脂肪酸（SCFA）的產(chǎn)量，說明KOGM可通過調(diào)節(jié)腸道菌群的結(jié)構(gòu)與功能對潰瘍性結(jié)腸炎起干預(yù)與治療作用。

2.4 魔芋低聚糖的其他生理功能作用

由于KOGM具有良好的抗氧化性，以及所含的β-1，4糖苷鍵不能為人體分解，從而使KOGM產(chǎn)生了很多有益于人體健康的生理功能作用。除上述作用之外，有研究表明，KOGM還有免疫增強(qiáng)、降低糖尿病大鼠血糖水平、抗病毒、預(yù)防腫瘤、潤腸通便及便秘等生理功能作用。

3 魔芋低聚糖在食品中的應(yīng)用

3.1 魔芋低聚糖用作食品配料

KGM經(jīng)降解而成的KOGM，其吸水膨脹性、黏稠性大大降低，溶解性、保水性提高，因而在食品中作為配料使用的方便性大大提高，同時可以發(fā)揮其生理功能作用。吳月蛟等以β-甘露聚糖酶酶解的魔芋葡甘露低聚糖和未酶解的魔芋膠為主要原料，添加速溶紅茶粉，制備紅茶風(fēng)味的魔芋懸浮飲料。其中魔芋膠水解率為50.4%，酶降解的KOGM粘度為14.3mPa·s。朱暢等采用β-甘露聚糖酶和超聲波聯(lián)合制備KOGM，KOGM得率49.98%，然后配制復(fù)合飲料，具有營養(yǎng)、保健的功能，色澤、香味、口感俱佳。除用于飲料之外，KOGM還可用于糖果、糕點、果醬、灌腸等以及保健食品中。

3.2 魔芋低聚糖用于增殖益生菌

利用KOGM能夠促進(jìn)益生菌生長及調(diào)節(jié)腸道菌群的作用，可將其用于雙歧桿菌、乳酸菌等益生菌的發(fā)酵生產(chǎn)。李勇超等在酸奶發(fā)酵過程中添加魔芋低聚糖，發(fā)現(xiàn)對酸奶中雙歧桿菌、乳桿菌以及嗜熱鏈球菌有顯著的增殖作用，且KOGM添加量為3%時酸奶中益生菌增殖作用最好，感官品質(zhì)也較好;在酸奶發(fā)酵過程中添加KOGM還可使益生菌活菌數(shù)在貯存過程中保持較高的水平。

3.3 魔芋低聚糖用于可食性薄膜

KGM酸解后物理性能發(fā)生改變。Cheng等研究了部分酸水解KGM 制備可食性薄膜，分析不同鏈長和分子量分布產(chǎn)物的保水性、蒸汽透過性、熱性能和拉伸性。發(fā)現(xiàn)制備的薄膜具有更高的吸水性和蒸汽透過性，并且隨著酸解程度的增強(qiáng)，可食性薄膜的彈性及韌性更好。所以，KOGM可用作可食性薄膜材料。

4 展望

KOGM相較KGM理化性質(zhì)發(fā)生了一定的改變，生理活性功能有所提高，吸水膨脹性、黏稠性大大降低，溶解性、保水性提高，大大擴(kuò)展了KGM的應(yīng)用范圍，作為優(yōu)良的食品配料其應(yīng)用前景非常廣闊。今后需要在以下方面加強(qiáng)研究：一是酶法降解停留在實驗室階段，在工業(yè)應(yīng)用中固定化酶技術(shù)的應(yīng)用需要進(jìn)一步研究，以降低生產(chǎn)成本;二是KGM降解程度的控制以及產(chǎn)物成分組成研究還不深入;三是在現(xiàn)有生理功能研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討其作用機(jī)制，以及不同成分作用效果的區(qū)別;四是針對KOGM的特性和生理作用，還需加大開發(fā)利用力度。

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