魔芋低聚糖生理作用及应用的研究进展

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　　摘 要：魔芋低聚糖是由魔芋葡甘聚糖通过化学法、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、促进益生菌生长和调节肠道菌群作用，以及免疫增强、抗病毒、预防结肠癌、润肠通便及便秘等生理作用。与魔芋葡甘聚糖相比，魔芋低聚糖的吸水膨胀性、黏稠性大大降低，溶解性、保水性提高，在食品中有着广泛的应用前景。
　　关键词：魔芋葡甘聚糖;魔芋低聚糖;生理作用;应用
　　中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.11.108
　　魔芋（Amorphophallus konjac）为天南星科磨芋属多年生草本植物的块茎。魔芋干物质的主要成分是魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM），又称魔芋多糖，是一种优质的膳食纤维，因其具有增稠、凝胶、保湿和成膜等多种性能，在食品、医药和生物等领域有着广泛的应用。将KGM降解为魔芋低聚糖（konjac oligo-glucomannan，KOGM），产生了新的特性，如溶解性显著提高、黏性下降，以及具有调节肠道菌群、降血脂和抗氧化能力等生理作用，扩展了KGM的应用。
　　1 魔芋低聚糖及其制备
　　1.1 魔芋低聚糖的结构
　　魔芋低聚糖是由KGM经降解而得到的一系列KOGM的混合物，因降解条件的不同得到的产物有所不同，有单糖、二糖、三糖、四糖等。随着降解后分子变小，KOGM相较KGM的黏度大大下降，溶解性提高，还原糖含量增加，并具有一定的甜味。在降解成分结构研究中，陈秀敏等推测KOGM的四糖结构有三种：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-甘露聚糖酶制备KGM降解产物，进行结构分析认为是由甘露糖（Man）、葡萄糖（Glc）和半乳糖（Gal）以211的摩尔比组成，并通过光谱分析认为四糖是以Glc-（1→4） Man （1→4） Man为线性骨架，以Man （3→1） Gal为支链的结构。其中半乳糖残基的出现有待进一步研究。
　　1.2 魔芋低聚糖的制备
　　KGM降解方法有酶解法、酸解法、超声波法、辐照降解法等。
　　酶解法是通过特异性酶的作用，将KGM的β-1，4糖苷键切断来达到降解的目的。可以降解KGM的酶有β-甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶等。酶解法由于环境友好、反应条件温和、降解程度可控、不良副产物少等优点，有很大发展潜力。
　　糖苷键可以在酸存在的情况下而被破坏降解，罗清楠等采用盐酸降解KGM制备KOGM。但该法使用了大量的乙醇、盐酸、NaOH等试剂，工艺复杂，副产物多，且对环境有很大影响。
　　一般来说，可以使糖苷键断裂的因素，都可以用于制备KOGM。如辐照降解法、机械法、超声波法、臭氧法等。也可以将两种方法结合使用，如超声波辅助酶法、酸酶法等。这些不同方法制备KOGM，需要对降解程度、是否有副产物、产物结构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备魔芋葡甘低聚糖工艺制备KOGM，对其进行抗氧化性能研究，产物对·OH的半抑制率（ IC50）为0.4331mg/mL，对O-2·的 IC50为15.7mg/mL;其还原能力为同浓度下抗坏血酸（VC）的73.82%，具有良好的抗氧化能力，与其浓度存在正相关关系。Wang 等则比较了KGM 与聚合度为10、5的KOGM 经双歧杆菌和嗜酸乳杆菌分解产物的抗氧化能力，结果表明用分别含有KGM 以及聚合度为10 和5的KOGM 的培养基培养双歧杆菌和嗜酸乳杆菌，其分解产物均有抗氧化能力，而且KOGM分解产物的抗氧化能力高于KGM 分解产物的抗氧化能力。
　　KOGM通过清除活性氧，提高肝脏和血浆中超氧化物歧化酶（ SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性，阻碍氧化反应和减少肝脏中脂质过氧化终产物丙二醛（ MDA） 的生成量，发挥其抗氧化作用，保护机体免受各种氧化应激和损伤。SOD是生物体内重要的抗氧化酶，能消除氧自由基对细胞的伤害; GSH-Px是机体内一种重要的过氧化物分解酶，可起到保护细胞膜结构和功能的作用，二者均具有很强的抗氧化作用。
　　2.2 魔芋低聚糖的降血脂和降血糖作用
　　杨艳燕、陈黎等较早研究证实KOGM具有降血脂作用。其后，周中凯等研究KOGM对高脂饮食小鼠的体重、肝指数、血脂及氧化应激水平的调节作用。结果表明：在高脂饮食中添加KOGM可显著降低小鼠的體重、肝重，并有效改善血脂组分，可以抑制小鼠体内丙二醛（MDA）的生成，推测可能与其具有有效提高机体抗氧化能力有关;低聚糖干预显著上调CPT 的mRNA 表达，表明脂肪分解代谢加快，显著上调LDL-R 的mRNA 表达可以降低血浆低密度脂蛋白胆固醇水平。张娅等进一步研究KOGM对高脂血症大鼠血脂水平调节作用，对其降血脂作用进行初步的药效评价。结果表明KOGM具有一定的降低血脂及修复受损肝功能的作用，主要表现为：降低血液中TG、CHOL、HDL-C、LDL-C 等，升高LPA 的作用;病理组织学结果显示：给药组大鼠肝脏可见原脂肪样改变一定程度的减轻，或见少量再生新肝细胞。
　　杨艳燕等研究认为，KOGM还具有降低血糖及改善血液成分的作用。其机理可能是KOGM不被机体消化吸收，能刺激胰岛素释放，抑制糖的异生，减少糖的吸收。
　　2.3 魔芋低聚糖促进益生菌生长及调节肠道菌群的作用
　　熊德鑫等在1998年报道KOGM具有很强的选择性促进双歧杆菌生长的作用。此后，国内外学者进行了很多研究，进一步证明KOGM具有促进双歧杆菌、乳酸菌等益生菌生长的作用。 　　KOGM能够被肠道益生菌分解，促进其增殖，减少有害菌在肠上皮细胞的定植，从而对人体健康能产生多种积极的作用。王文娟等研究了KOGM对小鼠肠道菌群的调节作用。结果表明，与对照组比较，KOGM高剂量组（2.00 g/kg体质量）小鼠粪便中双歧杆菌和乳杆菌数量显著增加，肠杆菌和产气杆菌数量无显著性变化;结肠内容物中乙酸、丙酸以及丁酸的含量显著增加，说明KOGM对小鼠肠道菌群有较好调节作用。冯莉等研究表明KOGM 对小鼠溃疡性结肠炎有一定的保护作用。刘瑞雪等进一步研究了KOGM对溃疡性结肠炎大鼠肠道菌群结构的影响。结果表明低、高剂量KOGM组均明显缓解溃疡性结肠炎大鼠临床症状，改善菌群失调状况，显著提高双歧杆菌、乳杆菌的数量，降低大肠杆菌、肠球菌的数量，并能显著提高短链脂肪酸（SCFA）的产量，说明KOGM可通过调节肠道菌群的结构与功能对溃疡性结肠炎起干预与治疗作用。
　　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糖苷键不能为人体分解，从而使KOGM产生了很多有益于人体健康的生理功能作用。除上述作用之外，有研究表明，KOGM还有免疫增强、降低糖尿病大鼠血糖水平、抗病毒、预防肿瘤、润肠通便及便秘等生理功能作用。
　　3 魔芋低聚糖在食品中的应用
　　3.1 魔芋低聚糖用作食品配料
　　KGM经降解而成的KOGM，其吸水膨胀性、黏稠性大大降低，溶解性、保水性提高，因而在食品中作为配料使用的方便性大大提高，同时可以发挥其生理功能作用。吴月蛟等以β-甘露聚糖酶酶解的魔芋葡甘露低聚糖和未酶解的魔芋胶为主要原料，添加速溶红茶粉，制备红茶风味的魔芋悬浮饮料。其中魔芋胶水解率为50.4%，酶降解的KOGM粘度为14.3mPa·s。朱畅等采用β-甘露聚糖酶和超声波联合制备KOGM，KOGM得率49.98%，然后配制复合饮料，具有营养、保健的功能，色泽、香味、口感俱佳。除用于饮料之外，KOGM还可用于糖果、糕点、果酱、灌肠等以及保健食品中。
　　3.2 魔芋低聚糖用于增殖益生菌
　　利用KOGM能够促进益生菌生长及调节肠道菌群的作用，可将其用于双歧杆菌、乳酸菌等益生菌的发酵生产。李勇超等在酸奶发酵过程中添加魔芋低聚糖，发现对酸奶中双歧杆菌、乳杆菌以及嗜热链球菌有显著的增殖作用，且KOGM添加量为3%时酸奶中益生菌增殖作用最好，感官品质也较好;在酸奶发酵过程中添加KOGM还可使益生菌活菌数在贮存过程中保持较高的水平。
　　3.3 魔芋低聚糖用于可食性薄膜
　　KGM酸解后物理性能發生改变。Cheng等研究了部分酸水解KGM 制备可食性薄膜，分析不同链长和分子量分布产物的保水性、蒸汽透过性、热性能和拉伸性。发现制备的薄膜具有更高的吸水性和蒸汽透过性，并且随着酸解程度的增强，可食性薄膜的弹性及韧性更好。所以，KOGM可用作可食性薄膜材料。
　　4 展望
　　KOGM相较KGM理化性质发生了一定的改变，生理活性功能有所提高，吸水膨胀性、黏稠性大大降低，溶解性、保水性提高，大大扩展了KGM的应用范围，作为优良的食品配料其应用前景非常广阔。今后需要在以下方面加强研究：一是酶法降解停留在实验室阶段，在工业应用中固定化酶技术的应用需要进一步研究，以降低生产成本;二是KGM降解程度的控制以及产物成分组成研究还不深入;三是在现有生理功能研究基础上，进一步探讨其作用机制，以及不同成分作用效果的区别;四是针对KOGM的特性和生理作用，还需加大开发利用力度。
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