魔芋低聚糖生理作用及應用的研究進展

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　　摘 要：魔芋低聚糖是由魔芋葡甘聚糖通過化學法、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、促進益生菌生長和調節腸道菌群作用，以及免疫增強、抗病毒、預防結腸癌、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用前景。
　　關鍵詞：魔芋葡甘聚糖;魔芋低聚糖;生理作用;應用
　　中圖分類號：TB 文獻標識碼：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，是一種優質的膳食纖維，因其具有增稠、凝膠、保濕和成膜等多種性能，在食品、醫藥和生物等領域有著廣泛的應用。將KGM降解為魔芋低聚糖（konjac oligo-glucomannan，KOGM），產生了新的特性，如溶解性顯著提高、黏性下降，以及具有調節腸道菌群、降血脂和抗氧化能力等生理作用，擴展了KGM的應用。
　　1 魔芋低聚糖及其制備
　　1.1 魔芋低聚糖的結構
　　魔芋低聚糖是由KGM經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。在降解成分結構研究中，陳秀敏等推測KOGM的四糖結構有三種：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降解產物，進行結構分析認為是由甘露糖（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為支鏈的結構。其中半乳糖殘基的出現有待進一步研究。
　　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。酶解法由于環境友好、反應條件溫和、降解程度可控、不良副產物少等優點，有很大發展潛力。
　　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，工藝復雜，副產物多，且對環境有很大影響。
　　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、機械法、超聲波法、臭氧法等。也可以將兩種方法結合使用，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、是否有副產物、產物結構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，對其進行抗氧化性能研究，產物對·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關系。Wang 等則比較了KGM 與聚合度為10、5的KOGM 經雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌分解產物的抗氧化能力，結果表明用分別含有KGM 以及聚合度為10 和5的KOGM 的培養基培養雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌，其分解產物均有抗氧化能力，而且KOGM分解產物的抗氧化能力高于KGM 分解產物的抗氧化能力。
　　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，阻礙氧化反應和減少肝臟中脂質過氧化終產物丙二醛（ MDA） 的生成量，發揮其抗氧化作用，保護機體免受各種氧化應激和損傷。SOD是生物體內重要的抗氧化酶，能消除氧自由基對細胞的傷害; GSH-Px是機體內一種重要的過氧化物分解酶，可起到保護細胞膜結構和功能的作用，二者均具有很強的抗氧化作用。
　　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、血脂及氧化應激水平的調節作用。結果表明：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，可以抑制小鼠體內丙二醛（MDA）的生成，推測可能與其具有有效提高機體抗氧化能力有關;低聚糖干預顯著上調CPT 的mRNA 表達，表明脂肪分解代謝加快，顯著上調LDL-R 的mRNA 表達可以降低血漿低密度脂蛋白膽固醇水平。張婭等進一步研究KOGM對高脂血癥大鼠血脂水平調節作用，對其降血脂作用進行初步的藥效評價。結果表明KOGM具有一定的降低血脂及修復受損肝功能的作用，主要表現為：降低血液中TG、CHOL、HDL-C、LDL-C 等，升高LPA 的作用;病理組織學結果顯示：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胞。
　　楊艷燕等研究認為，KOGM還具有降低血糖及改善血液成分的作用。其機理可能是KOGM不被機體消化吸收，能刺激胰島素釋放，抑制糖的異生，減少糖的吸收。
　　2.3 魔芋低聚糖促進益生菌生長及調節腸道菌群的作用
　　熊德鑫等在1998年報道KOGM具有很強的選擇性促進雙歧桿菌生長的作用。此后，國內外學者進行了很多研究，進一步證明KOGM具有促進雙歧桿菌、乳酸菌等益生菌生長的作用。 　　KOGM能夠被腸道益生菌分解，促進其增殖，減少有害菌在腸上皮細胞的定植，從而對人體健康能產生多種積極的作用。王文娟等研究了KOGM對小鼠腸道菌群的調節作用。結果表明，與對照組比較，KOGM高劑量組（2.00 g/kg體質量）小鼠糞便中雙歧桿菌和乳桿菌數量顯著增加，腸桿菌和產氣桿菌數量無顯著性變化;結腸內容物中乙酸、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節作用。馮莉等研究表明KOGM 對小鼠潰瘍性結腸炎有一定的保護作用。劉瑞雪等進一步研究了KOGM對潰瘍性結腸炎大鼠腸道菌群結構的影響。結果表明低、高劑量KOGM組均明顯緩解潰瘍性結腸炎大鼠臨床癥狀，改善菌群失調狀況，顯著提高雙歧桿菌、乳桿菌的數量，降低大腸桿菌、腸球菌的數量，并能顯著提高短鏈脂肪酸（SCFA）的產量，說明KOGM可通過調節腸道菌群的結構與功能對潰瘍性結腸炎起干預與治療作用。
　　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、降低糖尿病大鼠血糖水平、抗病毒、預防腫瘤、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用
　　3.1 魔芋低聚糖用作食品配料
　　KGM經降解而成的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合制備KOGM，KOGM得率49.98%，然后配制復合飲料，具有營養、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能夠促進益生菌生長及調節腸道菌群的作用，可將其用于雙歧桿菌、乳酸菌等益生菌的發酵生產。李勇超等在酸奶發酵過程中添加魔芋低聚糖，發現對酸奶中雙歧桿菌、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，感官品質也較好;在酸奶發酵過程中添加KOGM還可使益生菌活菌數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物的保水性、蒸汽透過性、熱性能和拉伸性。發現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，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理化性質發生了一定的改變，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，大大擴展了KGM的應用范圍，作為優良的食品配料其應用前景非常廣闊。今后需要在以下方面加強研究：一是酶法降解停留在實驗室階段，在工業應用中固定化酶技術的應用需要進一步研究，以降低生產成本;二是KGM降解程度的控制以及產物成分組成研究還不深入;三是在現有生理功能研究基礎上，進一步探討其作用機制，以及不同成分作用效果的區別;四是針對KOGM的特性和生理作用，還需加大開發利用力度。
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