魔芋葡甘露聚糖的化学结构与流变性质
魔芋葡甘聚糖
魔芋葡甘聚糖一、魔芋葡甘聚糖的化学结构魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan, KGM）或简称“葡甘聚糖”，为天然高分子多糖，分子量为200, 000-2,000, 000。
魔芋葡甘聚糖是由β-D-甘露糖与β-D-葡萄糖以β-1，4键结合起来的链状分子，分子中的葡萄糖与甘露糖的比例为1：1.5-1.6，在甘露糖的C-3位上连有以β-1-3键连接的支链，分子每19个糖残基（C-6位）上连接有一个乙酰基。
由于其水溶液具有很高的粘稠度而在食品工业中广泛应用作增稠剂、稳定剂和乳化剂等。
魔芋葡甘聚糖水解后，可获得葡萄糖、甘露糖和少量的乙酸。
在魔芋葡甘聚糖的大分子链中，乙酰基/糖残基数为1/19，如以38个糖残基组成重复单元，葡萄糖（G）/甘露糖（M）为15/23，即1：1.5-1.6，主链中葡萄糖残基以及甘露糖残基均以β-1-4甙键相连接，支链以β-1-4甙键与主链相连接。
魔芋葡甘聚糖的大分子结构如下：图中，G为Glucose(葡萄糖)，M为Mannose(甘露糖)，A c为乙酰基，置换糖残基伯醇羟基的氢而成酯，n聚合度，一般在160-315之间，分子量在200 000-2 000 000之间。
二、物理性质⑴水溶性魔芋胶是一种水溶性胶体，由于在溶解过程中，水分子的扩散迁移速度远远超过葡甘聚糖大分子的扩散迁移速度，结果，魔芋胶的颗粒发生溶胀或肿胀，使颗粒表面产生薄薄一层高聚糖的粘稠溶液，逼使魔芋胶的颗粒互相粘联而结块，妨碍魔芋胶的进一步溶解。
为此，应使用蔗糖、葡萄糖、盐或淀粉之类的分散剂在魔芋胶溶解之前与魔芋胶混合，以防止结块。
一般用于肉制品的魔芋胶可用盐或淀粉稀释分散，用于甜食品的魔芋胶可用蔗糖或葡萄糖稀释分散，如果没有稀释分散剂，魔芋胶必需在高速搅拌的条件下溶解，魔芋胶溶解后的溶液即便浓度只有1%，也是粘稠浓厚的。
⑵混溶性魔芋胶可以和蔗糖、葡萄糖、糖浆、奶粉混溶；魔芋胶可以和多数食品乳化剂、食用香精、食用色素、食用防腐剂等食品添加剂混溶；魔芋胶可以和果胶、黄原胶、阿拉伯胶、半合成胶、天然胶等食品增稠剂混溶；魔芋胶可以和各种淀粉、天然食品的超微细粉混溶。
植物聚多糖葡甘聚糖的性质与应用
植物聚多糖魔芋葡甘聚糖的性质与应用1摘要：本文全面介绍了魔芋的主要成分——葡甘聚糖（Konjac Glucomannan 简称KGM ）的结构、提纯方法、物理化学性质和其在医药卫生领域的保健功能及药用价值；综述了近年国内外的研究开发现状和其在食品、化工、纺织、医药、石油钻探等领域的应用，从而展示了KGM 这一丰富的可再生资源的学术研究价值以及在医药、化工、纺织等领域中的广阔的应用前景。
关键词： 魔芋；葡甘聚糖；聚多糖1.葡甘聚糖的来源和化学结构魔芋的主要成份是葡萄糖甘露聚糖，简称葡甘聚糖，在干魔芋块茎中含量高达55～80％[1, 2]。
它是由D-葡萄糖(G)和D –甘露糖(M)按1:1.6或1:1.69的摩尔比通过β-1，4-吡喃糖苷键结合而成的复合多糖。
在其主链上甘露糖的C3位置上往往存在着通过β-1，3糖苷键结合的支链结构，除葡萄糖和甘露糖残基外，还有少量乙酰基存在 [3, 4]。
KGM 的结构如图1所示。
图1 KGM 的大分子结构Figure 1 The Macromolecular Structure of KGM由于KGM 的性质受其提取工艺和纯度的影响较大，因此KGM 的分离和提纯方法的研究一直备受关注，文献中多有报道[5-7]。
其中常用的是乙醇沉淀法、铜盐法和真空冷冻干燥法。
铜盐法以及早期的乙醇沉淀法在提纯KGM 的过程中由于进行了高温处理，使KGM 失去水溶性而只能溶解在20%NaOH 溶液中。
真空冷冻干燥法由于保持了物质的结构与形态，未受到高温的影响而保持了良好的水溶性。
目前，真空冷冻干燥法是一种比较好的采用较多的方法。
近年来，生物催化剂酶亦被用于KGM 的提纯[8, 9]。
这种方法利用淀粉酶和蛋白酶将魔芋精粉中所含的淀粉和蛋白质分解除去，然后再用乙醇将KGM 从反应体系中提取出来，从而得到高纯度的、水溶性良好的葡甘聚糖。
相对于一般的化学方法，利用酶提纯的方法得到的葡甘聚糖的纯度要高的多。
魔芋葡甘聚糖的结构、性质及其在食品中的应用
ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｋｏｎｊａｃｇｌｕｃｏｍａｎｎａｎｉｎｆｏｏｄｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｋｏｎｊａｃｇｌｕｃｏｍａｎｎａｎ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
魔芋（犃犿狅狉狆犺狅狆犺犪犾犾狌狊犽狅狀犼犪犮 Ｋ．Ｋｏｃｈ）为天南星科 （Ａｒａｃｅａｅ）魔 芋 属 （犃犿狅狉狆犺狅狆犺犪犾犾狌狊犫犾狌犿犲）多 年 生 草 本 植 物［１］，魔芋作为一种药食同源的作物，在中国和日本已有 上千年的种植历史，并且在亚洲广泛种植，魔芋的块茎经 晾晒、烘干后 制 得 的 魔 芋 粉 在 碱 性 条 件 下 加 热 诱 导 形 成 的凝 胶 是 一 种 口 感 独 特 的 传 统 食 物，深 受 大 众 的 喜 爱［２，３］。魔芋葡甘聚糖（ｋｏｎｊａｃｇｌｕｃｏｍａｎｎａｎ，ＫＧＭ）是 一 种 从 魔 芋 的 块 茎 中 提 取 的 天 然 大 分 子 杂 多 糖 ，具 有 良 好 的 持 水 性 、增 稠 性 、流 变 性 、乳 化 性 、凝 胶 性 和 成 膜 性 ［４］，ＫＧＭ 诸 多 优 良 的 理 化 性 质 使 得 ＫＧＭ
ａｎｄＮｕｔｒｉｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｋｏｎｊａｃ ｇｌｕｃｏｍａｎｎａｎｉｓａ ｋｉｎｄ ｏｆｎａｔｕｒａｌ ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅ ｈｅｔｅｒｏｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅ ｗｈｉｃｈｉｓ ｆｏｒｍｅｄｂｙｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＤｇｌｕｃｏｓｅａｎｄＤｍａｎｎｏｓｅｔｈｒｏｕｇｈβ１，４ｇｌｕｃｏｓｉｄｉｃｂｏｎｄ，ｉｔｈａｓｕｎｉｑｕｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｋｏｎｊａｃｇｌｕｃｏｍａｎｎａｎａｓａｓｏｌｕｂｌｅｄｉｅｔａｒｙｆｉｂｅｒｈａｓ
魔芋葡甘聚糖理化性质及化学改性现状_李娜
述 食品工业科技
能脱掉乙酰基团， 脱 9:; 在温和的碱性条件下， 乙酰基后的葡甘聚糖有利于分子间羟基的氢键 相 互 交联及成膜性能的改变。 林 晓 艳 *!!, 等 对 9:; 去 乙 酰 基 改 性 的 条 件 及 改 性产 物 的 成 膜 特 性 进 行 了 研 究 ： 魔 芋 精 粉 浓 度 !" ， （<=） 制膜效果较好， 耐折度及 8% ( 调节 >= 为 !) 时， 抗张强度均有很大程度提高。 当 环 境 的 >= 超 过 !( 时， 去乙酰基的溶胶中会出现絮状物， 即发生了溶胶 向凝胶的转变。
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魔芋粉特性
魔芋粉特性魔芋葡甘聚糖魔芋的有效成分为葡甘聚糖（Konjac Glucomannan 简称为KGM）。
葡甘聚糖是一种非离子型水溶性高分子多糖。
它是由D－葡萄糖和D－甘露糖按1:1.6的分子比例，以β-(1-4)糖苷键聚合而成。
在某些糖残基C-3位上存在由β-(1-3)糖苷键组成的支链，主链上每3280个糖残基处有一个支链，每条支链有几个至几十个糖残基，大约每19个糖残基上有一个以酯键结合的乙酰基。
魔芋葡甘聚糖的分子量为200000-2000000。
工业生产的商品粘度可达20000mpa·S（毫帕斯卡秒），是目前所发现植物类水溶性食用胶中粘度最高的一种。
魔芋葡甘聚糖确切的分子结构，至今尚无统一的完善定论。
由以下魔芋葡甘聚糖的独特组份和分子结构就可以看出，它的理化性质：流变性、增稠性、增效性、胶凝性、粘结性、吸水性、成膜性、衍生性的实质内函，这是魔芋葡甘聚糖在食品和食品添加剂工业中应用的硬件。
葡甘聚糖的流变性葡甘聚糖容易分散于水，不溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、丙酮、乙醚等有机溶剂，其水溶胶为非牛顿型流体，即有剪切变稀的性质，魔芋葡甘聚糖水溶胶的表观粘度随剪切速率的增加而降低，因此稠度系数值和流动指数值是评价魔芋葡甘聚糖质量的两个重要指标，稠度系数值越大，流动指数值越小，其质量越好。
魔芋葡甘聚糖的稳定性魔芋葡甘聚糖的粘度随温度的上升而下降，但温度下降时，粘度可以又上升，但无论怎么上升也上升不到原来粘度的水平。
魔芋葡甘聚糖不能长时间耐80℃以上高温，如魔芋葡甘聚糖在121℃温度下经30分钟粘度将下降50%。
PH值对魔芋葡甘聚糖的粘度有下降的影响，但当PH 3—9之间还是比较稳定的。
魔芋葡甘聚糖纯度越高，其溶胶稳定性越强。
魔芋葡甘聚糖的增稠性魔芋葡甘聚糖是一种十分优良的增稠剂，这是由魔芋葡甘聚糖分子质量大，水合能力强，不带电荷等特性所决定的，它属于非离子型，受盐的影响很小。
魔芋葡甘聚糖与XG和淀粉有协同增稠作用；在1%的黄原胶溶液中加入0.02—0.03%的魔芋胶，粘度可增加2—3倍。
魔芋葡甘聚糖的特性及其应用
增稠性
研究表明，l％魔芋精粉溶胶的粘度达到数十帕斯卡·秒 (Pa·s)，高者达到20万MPa·S以上，是目前所发现植物类水 溶性食用胶中粘度最高的一种。与黄原胶、瓜尔胶、刺槐豆 胶等增稠剂相比，由于其属于非离子型，因此受食品体系中 盐的影响很小。 如将其用于食品，能改善食品的物理性质、增加食品的 粘稠性、赋予食品以柔滑适口感、且具有稳定乳化状态和悬 浊状态作用，是一种新兴的增稠剂。
KGM研究前景
(1)开发多种类型的魔芋食品。 (2)开发一系列功能性食品。利用KGM对人体的多种营养保健 作用。 (3)开发魔芋药品。 (4)开发日化产品。以魔芋葡甘聚糖为原料，研制面膜、美肤 水、香皂、化妆品等产品。 (5)利用魔芋胶以及魔芋胶和其他胶体的协同作用，开发绿色 环保植物胶，生产保鲜剂、粘胶剂、絮凝剂、悬浮剂和稳定 剂等，用于食品、印染、造纸、医药等领域。
在食品工业中的应用
保健食品
魔芋豆腐 魔芋粉丝 蔬菜魔芋
食品涂膜保鲜
柑橘（张其昌等） 龙眼（邹少强等） 板栗（鲁周民等）
食品添加剂 在食品中的应用
增稠剂、乳化剂、 胶凝剂、悬浮剂、 保水剂
仿生牛肉 仿生海产品 魔芋鱿鱼丝
仿生食品
KGM用于保健食品 膳食纤维： KGM作为一种水溶性多糖，富含β -1,3-糖苷键， 是一种优质的膳食纤维，具有低热量、低脂肪和 高纤维的特性。其生理功能主要体现在： 防治糖尿病 防治肥胖 抗癌作用 降血脂，防治心血管疾病 “胃肠清道夫”
成膜性
KGM分子与水分子之间可以通过氢键、分子偶极、诱导 偶极、瞬间偶极等作用力聚集成庞大而难以自由运动的巨型 分子。Suto等（1996）报道了当魔芋葡甘聚糖的质量分数达 7％以上时，通过偏光显微镜及圆二色谱可观测到液晶现象， 而此时其流体行为仍为假塑性流体，通过广角衍射显示其挤 压纤维保持相当程度的方向性，意味着可作为纤维或膜的材 料。 改性后具有很好的成膜性，在碱性条件下(pH＞10)热脱 水后可形成有粘着力的、透明的和致密度高的硬膜，这种膜 在冷、热水及酸溶液中都很稳定。可应用于果蔬涂抹保鲜技 术中。
魔芋葡甘聚糖的结构_食品学性质及保健功能_孙远明
魔芋葡甘聚糖的结构、食品学性质及保健功能*孙远明 吴 青 谌国莲 黄晓钰(华南农业大学食品科学系,广州,510642)摘 要 综述了国内外关于魔芋葡甘聚糖的化学结构、食品学性质、保健功能及在食品与医药中的应用。
关键词 魔芋 葡甘聚糖 化学结构 性质 保健功能 魔芋(ko njac,elephant-foo t ya m)属天南星科魔芋属(Amorphophallus Blum e)植物。
国际上(特别是日本)近30年来,我国近10余年来对魔芋研究非常活跃,涉及魔芋生物学、栽培、育种、魔芋萄萄甘露聚糖(gluco-ma nna n,简称葡甘聚糖)的化学结构、理化性质、生物学功能、提取加工方法与设备、葡甘聚糖利用等诸方面。
研究发现魔芋是一种能大量合成葡甘聚糖的植物,其含量占干基的50%左右[1];魔芋葡甘聚糖具有多种独特的理化性质,在食品、医药、化工、纺织、石油钻探等工业中均有很好的应用价值。
正因为如此,1986年农业部把魔芋认定为我国重要的特种经济作物之一[1]。
本文就国内外关于魔芋葡甘聚糖的结构、食品学性质及其保健功能等作一综述。
1 魔芋葡甘聚糖的结构魔芋葡甘聚糖是上世纪末在日本发现的。
Roibu等人用3%硫酸水解魔芋粉,在水解液中检测出大量的甘露糖,认为魔芋中的粘稠物质是由甘露糖组成的甘露聚糖(实为葡甘聚糖),并于1895年用英文发表了“甘露聚糖为人类食品的一种物料”一文。
1920年Mayeda发现魔芋粘稠物质中除甘露糖外,还含有葡萄糖[32]。
60年代以来,日本学者对魔芋葡甘聚糖结构进行了详细的研究[2,9,12,14,24～26,31,35～37,46],结果概括如下:魔芋葡甘聚糖是由分子比1∶1.5或1∶1.6(花魔芋,A.konjac)或1∶1.69(白魔芋,A.al-bus)的葡萄糖和甘露糖残基通过β-1,4糖苷键聚合而成,在某些糖残基C-3位上存在由β-1,3糖苷键组成的支链,其支链多少的报道结果差异很大,Smith研究认为主链上每32个糖残基有3条支链,而Kato等人却认为主链上每80个糖残基只有1条支链(后者可能接近实际些);每条支链由几个至几十个葡萄糖和甘露糖残基构成;主链上大约每19个糖残基上有1个以酯键结合的乙酰基。
魔芋葡甘聚糖的H2O2氧化改性及其流变性能研究
2002 年第 1 期
李斌等：魔芋葡甘聚糖的 H2O2 氧化改性及其流变性能研究
11
1735 cm - 1处出现了新的吸收峰，表明氧化中羧基的形 成。
3 结论
3.1 用作涂料印染糊料及食品粘结剂的魔芋葡甘聚
糖的最佳改性条件为料液 比 1 1 4、pH 7 . 5、反 应 温 度
图 3 KGM 和 OKGM 浓度和粘度的关系
900
4 . 47
35
4
2100
8 . 13
55
4
3400
9 . 35
35
5
2900
10 . 98
45
3
700
11 . 39
2002 年第 1 期
- C= O/ 8 . 50 7 . 29 10 . 93 3 . 04 6 . 38 5 . 07 2 . 73 3 . 04 2 . 43
- COOH / - C = O 0 . 14 0 . 22 0 . 34 0 . 94 1 . 02 1 . 36 3 . 42 3 . 61 4200l - l2 - l3 作者简介：李斌（l972 - ），男，博士，主要从事天然产物化学及天然产物精细化学品开发研究。
10
李斌等：魔芋葡甘聚糖的 H2O2 氧化改性及其流变性能研究
表1
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
pH 值 5.5 5.5 5.5 7.5 7.5 7.5 9.5 9.5 9.5
表2
KGM 及 OKGM 的酸碱稳定性
pH
2
3
5
7
!KGM / cP !OKGM / cP
6200 2850
8900
11200