1、第 33 卷第 1 期2023 年 2 月生物技术Biotechnology33(1):129Feb.,2023 收稿日期:2022-04-26 基金资助:国家自然科学基金面上项目(32072189;32071519);广西多糖材料与改性重点实验室开放基金项目(GXPSMM20-2)作者简介:陈曦(1998-),女,黑龙江省绥化人,硕士研究生,研究方向:微生物生理及代谢调控,E-mail:。通讯作者:赵丹(1980-),女,黑龙江省齐齐哈尔人,博士,教授,研究方向:乳酸菌及其益生特性,主持国家自然科学基金项目 3 项,发表SCI 论文近 20 篇,出版专著 1 部,获授权发明专利 7 项,E-
2、mail:。专题综述REVIEW ARTICLE魔芋葡甘聚糖制备低聚糖及抗氧化研究进展陈曦1,2,赵丹1,2,3(1.农业微生物技术教育部工程研究中心,黑龙江 哈尔滨 150500;2.黑龙江大学生命科学学院 微生物省高校重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080;3.广西民族大学海洋与生物技术学院 广西多糖材料与改性重点实验室,广西 南宁 530008)摘要:魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)是 -D-吡喃葡萄糖与 -D-吡喃甘露糖通过 -1,4 糖苷键连接成的多糖,被广泛应用于食品工业,具有减少、延缓细胞氧化的能力,但高粘度限制了其应用范围和效率。多种理化及生物方法
3、能将 KGM 降解为魔芋葡甘低聚糖(Konjac glucomannan oligosaccharides,KOGM),降解方法及对应参数直接影响降解效率及 KOGM 的结构和特性。KOGM 不仅粘度低,抗氧化能力也比 KGM 更优越。KGM 和 KOGM 的抗氧化能力使其在对抗糖尿病、心血管疾病、神经性疾病甚至是癌症等疾病中发挥着重要作用。该文综述了 KGM 降解制备KOGM 的方法,概述了 KGM 和 KOGM 的抗氧化研究进展,对 KGM 和 KOGM 的未来研究方向进行展望,为 KGM 和KOGM 的多领域应用奠定基础。关键词:魔芋葡甘聚糖;制备方法;魔芋葡甘低聚糖;结构表征;抗氧化中
4、图分类号:TS201.3 文献标识码:A DOI:10.16519/ki.1004-311x.2023.01.0019Preparation of oligosaccharides from konjac glucomannanand antioxidation research progressCHEN Xi1,2,ZHAO Dan1,2,3(1.Engineering Research Center of Agricultural Microbiology Technology,Ministry of Education,HeilongjiangUniversity,Harbin 1505
5、00,China;2.Key Laboratory of Microbiology,College of Heilongjiang Province,School of LifeSciences,Heilongjiang University,Harbin 150080,China;3.Guangxi Key Laboratory for Polysaccharide Materials andModifications,School of Marine Sciences and Biotechnology,Guangxi University for Nationalities,Nannin
6、g 530008,China)Abstract:Konjac glucomannan(KGM)is a polysaccharide connected by -D-pyran glucose and -D-pyran mannose bythe -1,4 glycosidic bond,which has been widely used in the food industry and has the ability to reduce and delay cellular ox-idation,but the high viscosity limits its application s
7、cope and efficiency.A variety of physical,chemical and biological methodscan degrade KGM into Konjac glucomannan oligosaccharides(KOGM),the degradation methods and corresponding parametersdirectly affect the degradation efficiency and the structure and characteristics of KOGM.KOGM is not only low vi
8、scosity,the an-tioxidant capacity is also superior to the KGM.KGM and KOGM play an important role in fighting diabetes,cardiovascular dis-eases,neurological diseases and even cancer and other diseases because of the antioxidant capacity.This paper reviewed themethods of preparing KOGM by KGM degrada
9、tion,and the progress of antioxidant research on KGM and KOGM was summa-rized.At the same time,the future research direction of KGM and KOGM was discussed,which laid the foundation for the multi-field application of KGM and KOGM.Keywords:konjac glucomannan;preparation methods;konjac glucan oligosacc
10、harides;structural characterization;antioxidation 魔芋(Amorphophallus konjac)又名蒟蒻、天南星、蛇头草等,是天南星目(Arales)、天南星科(Arace-ae)、魔芋属(Amorphophallus)多年生草本植物。魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)是魔芋的主要活性成分,作为重要膳食纤维,广泛应用于食品工业1。然而,高粘度限制了天然 KGM 的应用2。魔芋葡甘低聚糖(Konjac glucomannan oligosaccha-rides,KOGM)是天然 KGM 的降解产物,粘度低,有生 物
11、技 术2023 年利于 食 品 加 工,但 是 制 备 过 程 有 一 定 难 度3。KOGM 是由 2 10 个单糖单位组成的功能性低聚糖4,具有促进益生菌生长、吸附致病菌、降低血脂、清除自由基等良好的功能特性2-3。体内体外试验已证实 KGM、KOGM 的抗氧化作用,其在对抗糖尿病、心血管疾病、神经性疾病甚至是癌症等疾病中发挥着重要作用,同时发现,低分子量的 KOGM 比高分子量的 KGM 抗氧化能力更强5。本文综述了KGM 降解制备 KOGM 的方法,概述了 KGM 和 KOGM的抗氧化研究进展,对 KGM 和 KOGM 的未来研究方向进行展望,为 KGM 和 KOGM 的多领域应用奠定
12、基础。1 魔芋葡甘低聚糖概述1.1 分类魔芋是一种原产于亚洲的植物,KGM 是从魔芋块茎中提取的一种多糖,被食品和药物管理局(Foodand Drug Administration,FDA)列为一般公认为安全的(Generally regarded as safe,GRAS)食品添加剂。Denise Felix da Silva 等6证明 KGM 可以作为脂肪替代物用于提高低脂加工干酪的流变性和质地,也具有一定的解毒功效,但从魔芋中提取葡甘露聚糖的工艺大多昂贵且复杂。KGM 有去乙酰化魔芋葡甘低聚糖(Deacetylated konjac glucomannan,DKGM)和 KOGM 两种衍
13、生物,其在结构和生理上与 KGM并不相同,被广泛应用于食品工业7。1.2 结构和性质KGM 为中性非离子型线形多糖,是由 -D-吡喃葡萄糖与 -D-吡喃甘露糖通过 -1,4 糖苷键按 1 1.6 或 1 1.69 摩尔比连接成的直链大分子8,在主链的 -D-吡喃甘露糖 C3 位上存在由-1,3 糖苷键结合的支链9,每 32 个糖残基上有3 个左右支链。KGM 独特的分子结构,使其具有亲水性、保水性、增稠性、凝胶性、成膜性和生物可降解性等特性10-11。不同 KOGM 的聚合度、多分散性指数、分子量、粒径分布、单糖组成、表观粘度、热重分析、水解率及分子形态等结构表征均有所不同,进而决定了 KOG
14、M 不同的性质和应用领域12-14。Jian Wenjie 等15通过高效液相色谱分析 KGM 降解产物中分子量小于 1 000 Da 的低聚糖,得到 5 种不同的峰,表明 KGM 的降解产物含有 5 种低聚糖。1.3 功能和应用KGM 常被用作稳定剂、凝胶剂和补充剂添加到食品中,可以调节脂质代谢11。KGM 因具有流变性和高粘性,有助于治疗糖尿病、高血脂和高血压,并能预防动脉硬化16。KGM 具有抗肿瘤活性,且能作为靶向载体用于抗癌药物的递送1。MarzukeA B 等发现喂食 KGM 的小鼠在特应性皮炎模型中可以预防皮肤炎症,说明 KGM 具有抗炎、抗肿瘤活性。同时,基于 KGM 的共轭生
15、物材料抗氧化活性高、无毒且具有生物相容性,是一种很好的创伤敷料17。KOGM 作为 KGM 的衍生物,具有与 KGM 相同的性质和功能,同时本身也是一种益生元,被广泛应用于保健食品领域18。KGM 和 KOGM 也被用作封装膜、固定化细胞、食品应用中的涂层和包装等其他应用程序19。除上述应用外,KGM 和 KOGM 还被用于制药领域,如假体植入物、生物粘附剂以及识别信号转导通路中的甘露糖受体等20。1.4 特点和机制KGM 粘度高、流变性好,添加在食品中可以有效改善食品的风味和口感。通过调节小肠吸收营养物质的能力和增加胰岛素敏感性可以改善胰岛素抵抗21,还能安全地靶向与膳食相关的代谢,通过降低
16、营养吸收率来增加胰岛素敏感性2,有助于缓解便秘,降低血脂、血压和餐后血糖,预防动脉硬化等22。KGM 可以增强肿瘤细胞的抗氧化活性并诱导肿瘤细胞自噬从而达到抗肿瘤效果,还可以在伤口表面提供抗菌活性、抗氧化活性且很容易从伤口表面除去,因此基于 KGM 的共轭生物材料也被用作创伤敷料。KOGM 作为益生元,可以选择性地刺激有益肠道菌群的产生,同时也能结合益生菌构成合生元,因此在食品工业领域有着良好的应用前景。1.5 抗氧化研究进展抗氧化是抗氧化自由基的简称。癌症、衰老及糖尿病、心血管疾病、神经性疾病等其它疾病都与过量自由基的产生有关。KGM 具有较强的 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl,DPPH)、羟基自由基及超氧阴离子清除能力,并且抗氧化能力随 KGM 浓度的增加而增强23。Andrew Monic24发现,KOGM 比 KGM 具有更高的抗氧化活性,原因在于 KGM 暴露在环境中的半缩醛羟基数量,在很大程度上会影响其抗氧化活性,分子量越低,在等质量浓度下暴露的半缩醛羟基越少,KGM和 KOGM 在对抗细胞氧化方面发挥着重要作用
