（食品科学专业论文）葡甘聚糖微结构的分子动力学模拟.pdf

蘩要 本拢以黼甘聚耱为 式材，运用分乎模拟同仪器分柑梢巍! i 台静手段+ n 测了葡甘聚特分子 穗赫褰蔽皱橡，势捶，憩瓤努予对其嬉辑、链蘸静影确，撵讨了甍营爱瓣与睾控酸爨黪捧鬻 魏理。妻蔡蹬窕蠹容与嫡鬻盎下： 】黼甘臻糖单链嵩数螭构曲预测 剥黼h 辨r c h e m 7 ，o 、v m 2 o 分孚缱构计葬软件朵阁分子动力学和持平力学懿方法t 鞋 囊空孛蔼嚣肇蘸单筵鸯研巍挨整，翳竞了鳖鑫霞、簌 琶蘑辩戆拳鞠骞翁嚣蠛噩器噻链樾蒜蕤 译用办。营救挺盘了蓦0 m 镰韵动态摸型+ 摒捌了鞋下嫱聚 浆台度嚣旃辩链彤态和称浅雠， 对于高聚艘的魔芋葡甘雅糖来说，其锻爨现无规卷曲状惑且稳定性下降- 在整个动惑撼动 建疆中x 岱m 链艇己蘸巷舔藤糕现无糕醛鼗状悫，嚣髂蒜馋曩霸卷热翁繁铯是遥疑拣辩， 表褒丧了释鲜兹柔毪，髓游磊戮莲不是雾鹋羹莲器卷嚣寒嚣霆索，二嚣盘能密静窀律瓣燕囊 空中影响麟链构象的主磷的键合作用力牡非键合作用力* 但是z 酰基澍毓键作用自辩响衩 犬。 o 。笼辍势子黯饕嚣鬻耱溃潼搏系赣撂鳇毪嚣噻黪磷辩 朝穗玲p e 蝻蜘t 尊静乎络稳诗薄裟锦，采番孑葫力学及赶井党谮、棱磋共摄喾按催， 对无机分一铲埘葡甘聚糖体躲的影响进行分掷，很好的解释丁性能变化的嫡构原因，结古以往 斡研窕及磐港文献镬出酷、f 臻谗；k 锚在碱拣器终下出手纯喾诈攫己蘸蒸曲腿繇分子酒蕊键 终慝舞赫黧舞赢了疑蓉蕊捷。努予褥耋鞋静主要雾燕健巅鼹蘩篱赣绱0 端，与营雾蕤秘0 罅 之问；硼与洲形成的挣予内和分子问配营作用及分子蜥作用力氯键的增 ! 曩是k g m 特性黼臁 和致密 耋掇离昀主要原圈。龄子问型聪经戚艘发生在簿鬻糖辩甘露糖两嘻、帮环之问曲儿带鼹 麦；惫a 最豢蓐，衰瑰鸯纛躐褴蕊薛f 海，絮营囊耱黧键耩蜷棱蘸葛，氢键豁嚣霪霞患商莴 露耱舅0 、0 抟) 璺舞0 棼，篱莓雅辩0 3 ) 、8 瞬鬣舞0 1 ) 、0 g ) 。 3 瑚甘浆糖与卡拉腔鼎榻作用的研兜 科耀h y p e r c h e m 7 0 癸警瞎梅诗算软泞遥焉套子动兜媾方法、d s c ，躲辨巍誊羧零，氍 竞了饕嚣嚣籍每亭萎靛翁豢鼹系稳爱露露蟪赣，箍暴了建赞鼙氇魏蔫鞫嚣磷察舅子之鬻豁侉 角位点。褥出了戗下绪论：黼甘浆耱词卡按胶共混后蘧建静子间氢键馆艄嚣成了强度黼、滞 性好的热可避凝腔；其凝髓强度等单一膛棚融较，凝腔特性摄飘了程犬的娥蔷。通过赶外把 诿霹游麓黼嚣虞蔓叁溶较鼹纯学蒸冀投意搜奎幸曩上魏馥燮，篷趟键鳞宙俸震遵甏 进建 戮主激簿激震理蔽塞蕊i 母疆燕媾，蔼种熊耪盂分子蟪黼了裙霉嚣旗檗，经过爵子韵力譬 模拟表明- 向鞲一体系h ：辕，葡甘聚糖与p 静拙腔共混时稳斑性提高。分子问氯键作用力明鼎 增强，主婺躺捧翳监点挹糍觜聚塘的上甘蜷糖浆o ( 2 ) 、o ) 、0 梧) 、嚣鼗基盈置最卡拙鉴 攘骂爨鹳，骧酸藻。 最键调；黼树聚壤；分半躺：f 】攀；柳象 黼糖；氢键 凝艘强壤；粘趱 a b s t r a c t u s i n g 桃蛳嬲n 打s k n l 王l a t l o na n d 姑甜蝴t n s 扭啪e 燃捆a ”瓠磕ec h a i n 咖钟瑙瑚e 涮o n a l s 仇l c t l l r ew a sp r e d i c t e d 1 1 坤i n f l u e n c eo fi n o r g a n i cc o m p o u n do ni t ss t i , u o t t j r oa n dp r o p e r t ym s o l u t i o n 铡# 蟪m $ w a i tg 蜥c r o u n a n x i ci t t t n f a a t i o r tp r o c e s sb e t a k g m 4c a r r a g t e r m 黼嬲畦莉曹淞& t a i t s 嚣蹄酾萎糖嚣辩僦 lf r e d i c t i o no f 辩 i 蕾礴缸s t r u c t l i 弛 u s i m ec o m p u t i n gm o l e t s rs t f l l c t u r es o f t w a r e ：h y p a m h e m 7 。0 、v m 2 ，o ，m o t h o d so f m o l e c u l a r d y n a m i c s 绷m o l e c u l a rm e c h a n i c sa n d 舢m o d a o f s i n g l e 较畦mc h a i n ，p o b , m e r i z a t i o nd e g r e e 簿w e d 嚣疃播i 罐髓麟e 艟s u b s t i t a v , o ng 蹬攀o r id y n a m o so 蚺龟搿g 渤n 嬲莲t h e 醺辩a 。蛙嘶 艘毫e 哇啦曲辩8 蒋矗删蝴错。f e 端涮巍畦p 程蕞蹬静睦辫；盎# 姑l 辩赫5 鼎嚣毽至噶 w e s so fk g mc h a i n i n v a c m 姆p r o p o s 稍，w o b t a i n e dt h * f o l l o w i n g ”岫： p o l y m c f i g a l i o nd s g r e ej r m t l e l l e m st h es t a b i i l t ya n ds h a p e so ft h ec h a i n ，t h ec h a i ns t a b i l i ud e e p s w l t bt h e n o 摊壮打垮o f p 翻y 孀鲥蕊e e nd 黜f o rt bh i # 静啦y 球嚣蕊晒n 硅e 嚣e ek g m k 鞠谁 瓤撼嚣嘏嘲醣载舔l 簿8 姆i 群截擎吞穗嗾瓣# 露 酝铅ri n 魏e n c m g 如瘵 c o n f o r m a t l o t t ，d u r i n g 氆ec 棚辐e o f d y n t m i 黼l n o v c m 鞠t k g mc h a i n t e & e s o n r r e g u l a r c t w ls t a l e b e f o r ea n d 柏o r8 c e 州g r o u pw a sd o f f e d ，e 城b n d i n ga n dc u t i h l gs t a t e sc h a n 斛p e r i o d i c i t ye n db g o o d b 。x 釉i i 蛳确e 翻e 曲惴姆l i c 翩e r g y i s 铂o m a i nn o n - 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m o l e c u l e sa n dt h em c r e a s eo fi n t r a t l l o l e c u l a rh y d r o g e n b a n d t 1 1 e0 0 0 9 i n a t i o nm a s l t t 0 bo f i n t r a - m o l e c o l e sm o s t 诅慨p l a t at h ap o s i t i o nb e t w e e ng l u c o s e 酣m 础t c a e ；妇n 雠缸8 d 瞄船s o t u t i m 帮s t c 越，k g ml 孥由b 辫l 硒n d 氆黜痰i s 蠹曲o 谢 蓝每囊虫嗡# 最氇e 稚蠹罐鞯b u n d 蟊g 痨。搀嚣d 帮s 躲拜瓣nb ，丧谬8b o n d f u n c t i o n p i 鹏c i m n g e s o 鼢0 ( 3 ) 。f m n a n d 0 ( 3 ) 、斜钟o f g l u c o s e i t l i 0 0 ( 4 ) 0 f m 洲t 0 $ e a n d o ( 1 ) ，o ( 2 ) o f g l u c o s e 3 r 船麟蚺a f k g m a t t d 蠲 糟辨蛐m 奴融耩翔骶蜘n 弛酝圣精辨瞧鲁掰酪l 淑踺碟郜辑$ # 孙档豫：羟挣孵醴辅浆麓麓罐悫毒如藉c 鼬蠢鸯销；溉 赫矗称纽昭 a 豁承a r 娃i x q c , 行谗m i c 删t c 谁咖o 罐a n dc a r r a g e e rc o m p o u n d 嘲 i n t e r a c t i o np r o e m sw a sr e 嫦a 瓣h e d t h e 硼c n l r er e a s o n h yp r o p e a t yc h a n 舭sa n di n t e r a c t i o n p o s i t i o na m o n gj n t 曙- 恤o t 哺u l a sw 自tf o 出瓣。w eo b m i 枞t h ef o l l o w i n gr e s t l | t s ：t h eb e a t r o 豫, s i b l * g 薅v , 拳, i o h m s 确蛰德蠕誊匿静秘瓣嗡廷趣藩蹬硅b y 轩痞稿b 口瓢瓣b y d r o 馨r , 酶礤 编漱k g m 删w i d b 獬渊茑檄喀。翻；m x i n g 磷i m p r o v e s 掰 p r e p a yo b v a i l s i y 丑yl rw n f o u n dt b 舭o h e m i e z lg r o t ) pd o e sn a t 曲蝴炉i ne s s e , o o ab u t h y d r o g e n - b d mf u n c t i o ni r e a s e s ；b yd s ca n a l y s i so n l yo t l op e 酿o c c u r 墨，t w ok i n d sp o l y m * r s a r ec o m p a t i b l e ；m o l e c u l a rd y n a m i c ss i m u l m i o ns h o w e dh y d r o g e n - b o n d e df u n c t i o ni n c r e a s e s a n dt h ep o s i t i o n sf o r m ，t h ep o i n to fh y d r o g e nb o n da r eo ( 2 ) 、o ( 4 ) 、0 ( 6 ) o fm a n n o s e ，a c e t y l g r o u po fk g m ，v i t r i o lg r o u pa n d0 ( 6 ) o f c a r r a g e e ns u g a rg r o u p k e y w o r d s ：g i u c o m a n n a n ：m o i e c u a rd y n a m i o s ：c o n f o r m a t i o n ：p o t e n t i a ie n e r g y h y d r o g e nb o n d ：g e is t r e n g t h ：v ls c o s i t y i i i 独创性声明 本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是本人在指导教师的指导下独立完 成的研究成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中己作 了答谢的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本 研究做出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被查有侵犯 他人知识产权的行为，由本人承担应有的责任。 学位( 毕业) 敝作者亲笔签名：神哆敬日期妒矿- 论文使用授权的说明 27 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学 校有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密，在 年后解密可适用本授权书。口 不保密，本论文属于不保密。 口 学位c 毕业，论文作者亲笔签名：羽啼畎雠渺小2 7 指导教师亲笔签名： 一 日期 6 ，奎日 泉z 福建农林大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 本课题的研究背景、意义及主要工作 1 1 1 研究背景 2 1 世纪初，随着人类基因组测序工作的完成，生命科学进入了功能基因组学和蛋白质组 学的新时代，科学家发现，蛋白质有些功能与糖链的缀合密切相关。糖是除核酸和蛋白质之 外的另一重要的生命物质，其结构与功能不明确，很难对蛋白质的许多功能做出科学的解释， 因此了解糖、研究糖成了生命科学研究的又一个前沿和热点”3 。各国学者竞相从各种生物材 料中寻找和提取具有生理活性的多糖物质，从而使糖类的研究有了空前的发展。 而目前糖类研究侧重其组成及活性等方面，研究水平相当于六七十年代蛋白质的研究水 平，结构研究的手段基本上沿用了蛋白质的研究手段，但是在研究上的困难远远高于蛋白质， 其主要原因有：由于多糖本身结构的复杂性，如糖单元构象及糖苷键的多样性、分子量大、 结构不均一等特点。而且多糖三维结构的研究都是通过间接手段进行的，x 射线方法和n m r 方法是能够在原子水平上揭示其三维结构常用的两种技术。虽然x 射线方法能给出高分辨率 的图像，但需要的是晶体，n m r 方法能研究溶液中多糖结构的一些信息，但是只能提供高浓 度的分子溶液，且只能研究小分子量的多糖，并需要采用一定的手段使之富含1 3 c 原子。这 是一项十分艰巨的任务。 8 0 年代后期迅速发展起来的分子模拟技术，已成功的运用于应用到蛋白质结构预测、 药物设计、材料科学等领域，它可以弥补上述研究手段的不足，能够直观的给出分子的动 态微观结构，对有关现实原型的各种观察实验事实做出科学解释，并能研究分子与周围环 境体系的作用过程，国内外有芙糖类分子模拟仅涉及到单糖、寡糖、和均一多糖的应用，然 而目前分子模拟技术在杂多糖上的应用尚未见报道。 我国资源植物中多糖古量丰富，而我国西部贫困地区的主要经济作物魔芋是其中的一 种。葡甘聚糖( k o n j a cg l u c o m a n a n 简称k g m ) 是在魔芋植物中存在的一种水溶性极好的、 高分子量的非离子型杂多糖，具有特有的生物活性，广泛的应用到食品、药物、化妆品、材 料等领域，具有很大的经济效益和社会效益。相对于魔芋种植业和应用的发展，对其基础研 究显得薄弱，对其高级结构和溶液行为的研究也鲜见报道。并且在应用过程中发现其凝胶性 能不稳定，外界条件对其影响很大。而结构是性能变化的原因。以往的研究大多从k g m 的性能、 凝胶和近程结构因素考虑，并未从微观结构探讨其构效关系，也没有阐明分子间弱相互作用， 尤其是氢键与性能的关系，仍未触及问题的本质，影响了k g m 分子科学的进一步发展。 本文尝试运用分子模拟同仪器分析相结合的方法对魔芋葡甘聚糖的微观结构进行了研 究，预测了其高级结构、分析了无机分子对其结构和性能的影响及其与其它生物多糖相互作 福建农林大学硕士学位论文 用的机理，这对于葡甘聚糖的结构研究具有理论意义，同时对其应用提供理论依据，并且可 以为其它杂多糖的结构研究提供借鉴作用。 1 1 2 研究意义 基于以上讨论。本课题的目的在于：研究葡甘聚糖的高级结构，分子间相互作用的微观 作用机理，探讨宏观性能变化的结构原因。尝试杂多糖结构研究的新手段。 因此本课题的研究在理论上可为魔芋资源的基础研究提供更多的参考，特别是为葡甘聚 糖作为活性成分的保健食品、药物设计和材料设计的研究提供结构基础和方法初探，同时可 以为其它多糖的理论研究提供借鉴作用，并且期望能够在食品科学研究领域中发展- - f 新兴 学科一食品信息学，而在实践中会带动魔芋产业的发展，提高魔芋葡甘聚糖的附加值，帮助 山区人民脱贫致富，具有现实的经济效益和社会效益。 本课题为国家自然基金面上项目“魔芋葡甘聚糖分子聚集体的氢键网络信息研究” ( 3 0 3 7 1 0 0 9 ) 的子课题。 1 1 3 主要工作 本研究根据有关魔芋葡甘聚糖的基础研究，在已有的研究的一级结构研究基础之上，主 要就以下三个方面进行了研究： 一、预测了魔芋葡甘聚糖单链的高级结构，主要是运用分子模拟的方法研究了葡甘聚糖 自身的因素对结构的影响，如聚合度、取代基等，同时也分析了维持魔芋葡甘聚糖高级结构 的作用力。 二、分析了不同的无机分子对其结构的影响，进一步探讨了宏观性能变化的结构原因， 运用的方法是光谱分析同分子模拟相结合的方法。 三、研究了葡甘聚糖同其它多糖分子共混作用的微观作用机理。 1 2 魔芋葡甘聚糖概述 魔芋( a m o r p b o p h a l l u sk o n j a cc k o c h ) 是一类天南星科魔芋属( a m o r p h o p h a l l u sb l u m e ) 多年生草本植物的总称。1 。它原产于印度及斯里兰卡，一般生长在年均气温1 6 c ，海拔8 0 0 2 5 0 0 m 的亚热带山地或丘陵地区，主要分布在印度半岛及东亚各国。南起赤道线雨林气候的 印度尼西亚，北至北纬3 6 。的我国宁夏、陕西和甘肃南部季风区，西到非洲，东达日本三 岛。全世界魔芋品种有1 3 0 种以上，亚洲为魔芋属的多样化中心”1 。据资料报道，澳大利亚 有2 个特有种，非洲包括马达加斯加有2 7 种，日本有2 种，中国记载的有2 6 种。其中台湾 的大魔芋、魔芋、琉毛魔芋；云南的西盟魔芋、勐海魔芋、攸落魔芋等1 4 种为中国特有种 。1 。花魔芋和自魔芋是我国广为栽培的两个种，同时也是葡甘聚糖含量较高的两个种。在国 际市场上，目前中日两国是魔芋的生产大国，虽然我国在原料规模上远超日本，然而在魔芋 精粉的价格和总产值方面却与日本相差甚远。 2 福建农林大学硕士学位论文 葡甘聚糖( k g m ) 是魔芋块茎中的主要成分，其含量通常为4 4 一6 4 ( 自魔芋、花魔芋品 种其含量可达5 0 6 5 ) ；它是一种主要由葡萄糖和甘露糖组成的中性杂多糖，侧链上含有乙 酰基，分子量分布在1 0 0 0 0 0 0 至2 0 0 0 0 0 0 之间的高分子化合物，共聚方式为无规共聚和接枝 共聚相结合。魔芋葡甘聚糖这种独特的化学组成和高分子量的特性，决定了它具有优良的生 物活性和流变学性能。如亲水性、胶凝性、抗菌性、增稠性、粘缗陡、可逆性、悬浮性、成 膜性等多种特性，可作为增稠剂、胶凝剂、乳化剂、稳定剂、絮凝剂等，不仅在环保、医药、 食品中的广泛应用，而且在化工、纺织、石油钻探等工业中也有着广泛的应用前景。下面将 其应用及结构研究的国内外状况予以概述。 1 2 1 国内外魔芋葡甘聚糖应用的研究进展 葡甘聚糖的结构决定了其功能特性，由于其特殊的流变学性能和生物活性目前已广泛的 应用到食品、医药、材料、化妆品等领域。下面就其在各个领域方面的应用分别予以综述。 1 2 1 1 魔芋葡甘聚糖在食品工业上的应用 葡甘聚糖作为传统健康食品在我国和日本有着悠久的历史，而且它还作为一种优质的膳 食纤维逐渐在营养学领域受到重视。由于它具有调节人体的生理代谢等多种保健功能，近年 来在食品领域的应用研究日益引人注目。主要应用于三个方面 1 2 1 1 1 魔芋凝胶食品 魔芋凝胶食品有二大类，一类是热不可逆凝胶类，其典型代表是魔芋豆腐( 糕、丝) 、 衍生的雪魔芋、魔芋粉丝、魔芋片、魔芋翻花，还有仿生食品如素虾仁、素腰花、素肚片、 素蹄筋、素鸭肠、素鱿鱼、素海参、海蜇皮、贡丸等。另一类是热可逆性凝胶食品如果冻、 布丁、果酱、无脂肪软糖等，它们在魔芋胶或魔芋复配达一定浓度后在常温下成胶冻状，若 加温可恢复流体状态。 1 2 1 1 2 魔芋葡甘聚糖作为食品添加剂 中国及日本自古栽培和食用魔芋。中国卫生部于1 9 9 8 年正式将魔芋列入作为普通食品 管理的食品新资源名单。在欧美国家除植物园作为标本外，既不栽培，也不食用。直到2 0 世纪9 0 年代才接纳魔芋葡甘聚糖的粗制品魔芋精粉作为添加剂，并由官方公布。美国是在 1 9 9 7 年由美国食品与药品管理局( f d a ) 批准作为食品添加剂，刊登于美国食品添加剂规范 ( f c c ) 第4 版，所订理化指标比我国的标准宽松很多。欧盟也在1 9 9 8 年批准注册魔芋葡 甘聚糖用于食品中。由于魔芋葡甘聚糖具有许多优良特性作为食品、饮料添加剂的用途极 广泛“1 。 主要应用如下：( 1 ) 在肉制品如火腿肠、午餐肉、鸡丸、鱼丸中添加，起到粘结、爽口 和增加体积的作用。( 2 ) 在乳制品如果奶、发酵酸奶、勾兑酸奶、炼乳、摇摇奶、a d 钙奶 等产品中起到稳定剂作用。( 3 ) 在豆制品如特种豆腐、豆花、豆奶、果味豆奶、果蔬汁豆奶 3 福建农林大学硕士学位论文 等中起到稳定剂的优良作用并延长保存期。( 4 ) 在饮料如杏仁奶、椰奶、花生奶、核桃奶、 粒粒橙、果汁、果茶、各种固体饮料及八宝粥等中起到增稠、持水和稳定剂作用，延长保持 期。用量为0 1 5 0 4 ，p h 值6 5 时风味最佳。( 5 ) 在冷食如冰淇淋、雪糕、冰棍、冰霜、 冰片、两吃冰、咬嚼冰等中起到优良稳定剂作用，防止产生冰晶。( 6 ) 在糖果如各种软糖、 牛皮糖、水晶糖等中起到凝胶和增进口感的作用。( 7 ) 薄膜制品如可食性包装材料、纸质食 品、拉拉宽食品、拉拉长食品等是利用魔芋葡甘聚糖的成膜性而制成的。( 8 ) 在面条、挂面、 方便面、粉皮、粉条、沙河粉、米粉、粉皮、面片、馒头、包子、饺子、面包、蛋糕、蛋奶 酥、曲奇饼干等糕点中起到粘结、保水、增加筋力、保持品质的优良作用。面条、粉条等添 加魔芋后口感细滑，不断节。回锅不烂，面包、馒头等货架时间延长。 1 2 1 - 1 3k g m 溶胶作为果蔬制品的保鲜剂 葡甘聚糖的水溶液呈溶胶性，并具有成膜性质，随着果蔬保鲜剂研制的兴起，魔芋葡甘 聚糖因其溶液粘度大。稳定性高，抗菌性强。结膜细致，光滑的性质而被作为保鲜剂的活性 成分。新鲜食品经过k g m 保鲜剂的处理，表面形成一层薄膜封闭鲜品表面气孔，形成具有严 密渗透性的密闭环境，可抑制水分挥发和营养物质消耗，限制氧气通过鲜品表面速度，减弱 鲜品呼吸强度，同时还可抑制病菌及霉菌的侵入和蔓延，起到防腐保鲜作用，从而延长鲜品 保存期。该类材料具有可印刷性，可开发成为新型无毒、无公害的可食性食品包装膜。 1 2 1 _ 1 4 存在的问题 自从1 9 9 4 年美国和欧洲相继立法批准葡甘聚糖为健康食品及食品添加剂以来，国际市 场的魔芋需求量增大。日本于1 9 7 1 年就已成立了“魔芋研究会”，对魔芋及其精粉进行研究， 并取得许多成果，日本在魔芋产品的加工艺及加工设备方面处于国际领先，不仅充分开发了 本国的资源，还从国外进口原料，其中的9 4 4 原料从中国进口。目前我国魔芋市场的现状 是重视魔芋精粉出口带来的经济效益而轻视魔芋产品的深度开发。而且葡甘聚糖作为一种凝 胶制品配料发现存在一定的问题，不耐低温、易失水、赋味难等问题，这就限制了其销售市 场，且葡甘聚糖保鲜膜的研究仍处于试验阶段。有待进一步开发。 1 2 1 2 魔芋葡甘聚糖的药用研究 我国药用魔芋具有悠久的历史，宋代( 开宝本草) 就记载了魔芋的植物学特征及其药用功 能近代我国各地方中药志及中草药书籍均把魔芋收入，可见魔芋确实是我国民间传统利用 的中草药。葡甘聚糖是其主要的活性成分，具有很多生理活性，广泛应用于保健、预防、医 疗等方面，是一种不可多得的功能性医药用品，对人体健康有很大的好处。下面就其研究进 展予以综述。 1 2 1 2 1 对脂质代谢的影响 魔芋葡甘聚糖可降低血清胆固醇，其降血脂效果优于其它的膳食纤维。它在消化道内不 4 、 福建农林大学硕士学位论文 仅与胆固醇等结合阻碍中性脂肪和胆固醇的吸收，有效抑制回肠粘膜对胆脂酸的主动运转， 还吸附胆酸，使胆脂肪酸的肠肝循环被部分阻断，从而降低了肝脂，增加类固醇的排出量， 最终消耗体脂。它还能在结肠内被微生物分解，产生丙酸等短链脂肪酸。这些短链脂肪酸被 人体吸收，从而产生降血脂作用”。大量流行病学调查及实验研究证实，血浆胆固醇水平与 动脉粥样硬化、冠心病和心血管病有密切的关系。因此魔芋葡甘聚糖有利于防治和缓解动脉 粥样硬化、冠心病和心血管病“。 1 2 1 2 2 糖代谢作用 魔芋葡甘聚糖供热量低，且吸水性好，膨胀系数大，消化慢，易使人产生饱胀感，使人 体避免摄入过多的热量。同时葡甘聚糖吸水后体积膨胀。成为具有粘性纤维素，延缓吸收营 养物质，由于降低了单糖的吸收，使脂肪酸在体内的合成也下降。从而达到减肥效果。 由于魔芋葡甘聚糖的高粘度，延长了食物在胃里的停留时间，可以增强人体的耐糖性， 降低血糖值，改善糖尿病患者的耐糖性能，从而有效地预防和治疗糖尿病”。另外，长期的 食用魔芋可以延缓脑神经胶质细胞、心肌细胞和大、中静脉内、膜内、细胞膜内细胞的老化 过程，预防动脉粥样硬化，改善心、脑和血管的功能。可以减少消化道有害重金属吸收和体 内有害重金属储留的作用，防治重金属职业病”。 1 2 1 2 3 抗癌作用 魔芋的抗癌临床研究中发现，魔芋葡甘聚糖制品对甲状腺癌、鼻咽癌、肺癌、食道癌等 均有一定的疗效。据英国有关文献报道，纤维素能刺激机体产生一种杀灭癌细胞的物质，而 魔芋葡甘聚糖是一种优良的食物纤维索，且它又润肠通便，减少便秘者肠道菌的生态环境， 双岐杆菌为代表的厌氧菌丝占优势，而该活菌具有明显的免疫增强作用，其死菌有明显的抗 肿瘤活性。 l - 2 1 2 4 减肥作用 葡甘聚糖与其它可食纤维相比具最强的成胶能力，其形成胶体的体积最大，粘滞性最高， 所以是最好的天然纤维食物添加剂。其减肥机理为，葡甘累糖膨胀成胶状，使胃有饱胀感， 降低胃排空速度，降低餐后血糖，胰岛索分泌和胃肠吸收速度。 1 2 1 2 5 对细胞老化的影响 长期食用可延缓脑神经胶质细胞、心肌细胞和大中动脉内膜皮细胞的老化进程1 ，分析 可能的机理为：葡甘聚糖减少胆酸的肠肝循环，降低了胆固醇浓度，这样就防止了高脂血症 对内皮细胞的损伤，减少了构成脂褐素( 细胞老化的重要标志) 的主要成分。起到延缓老化 的作用。 1 2 1 _ 2 6 对微量元素吸收的影响 以往报道认为膳食组成可影响矿物质的吸收，存在于植物体内的植酸可影响无机离子吸 s 福建农林大学硕士学位论文 收，膳食纤维抑制钙的吸收。但也有报道在足够量蛋白质摄入情况下膳食纤维对无机元素吸 收的影响可被阻抑。张茂玉等认为膳食纤维短期影响也许存在，若作较长时间的研究，钙的 平衡由于适应可恢复正常。 候蕴华1 报道魔芋多糖对大鼠钙、铁、锌、铜四种元素的粪排出量及血清、股骨含量无 影响。龙飞等分别对人与大鼠摄入魔芋精粉后对锌、铁、钙吸收率影响进行观察，动物试验 表明除两周末5 及1 0 食用魔芋组的锌吸收率下降外，其它均无变化。人体试验也未见对锌、 铁、钙的影响。张茂玉等“2 1 观察魔芋葡甘聚糖对钙磷代谢和骨骼影响，表明血清钙磷含量、 股骨重和骨钙磷含量及骨形态计量参数均无显著变化，葡甘聚糖对钙磷代谢及骨骼未见不良 影响。 1 2 1 2 7 对肠道功能的影响 魔芋葡甘聚糖是一种优良的膳食纤维食用后在胃中不被分解消化，而在肠道中被消化 并能促进肠系酶类的分泌与活化。有效地促进肠道蠕动，有助于食物消化。每日食用不仅能 增加平均每日湿粪重和粪便含水量，能缩短肠道运转时间和平均一次排便时间，而且肠道细 菌总数基本稳定，需氧活菌数和厌氧活菌数增加，以双歧菌为指示菌的厌氧菌占优势。魔芋 葡甘聚糖由于缚水力强，吸水可膨胀其体积的8 0 一1 0 0 倍，故使用后增加粪湿重和粪便含水 量，软化大便，被结肠道菌从分解利用时，产生短链脂肪酸、石胆酸、突变物等，随纤维索 迅速排出体外，缩短了与肠粘膜的接触时间“，可防止便秘、胆石症“1 等。因此，被称为“肠 道扫把”。 1 2 1 2 8 对凝血时间和凝血活酶时间表( p t ) 的影响 对k g m 进行了凝血试验得出“。，阳性对照组凝血时间明显延长，与阴性对照组比较有非 常显著差异。低聚k g m 醛酸丙酯硫酸酯钠盐具有延长凝血时间的作用，剂量在1 8 9 k g 以上 时作用明显，与阴性对照组比较有显著和非常显著性差异，可见凝血时间和延长与剂量相关， 随剂量的增加其凝血时间随之延长。 同时也得出低聚k g m 醛酸丙酯硫酸酯钠盐与溶栓胶囊一样具有明显延长凝血酶原时间 的作用；阳性对照溶胶剂量为0 2 9 k g 时，对凝血时间、酶原时间的影响晟强，比用药前延 迟了3 0 9 秒，与阴性对照组比较有非常显著性差异；低聚k g m 醛酸_ 丙酯硫酸钠盐剂量在 0 5 9 k g 时，对凝血酶原时间的影响较强，结果提示：低聚k g m 醛酸丙酯硫酸酯钠盐能延长 凝血酶原时间，但其作用低于溶栓胶囊。 1 2 1 2 9 抗血栓形成作用 在抗血栓的研究中o ”，得出阳性对照组溶栓作用显著，与阴性对照组比较有显著性差异， 低聚k g m 醛酸丙酯硫酸醣钠盐剂量为0 5 9 k g 时对大鼠抗血栓形成作用明显，与阴性对照组 比较有显著差异；低于此剂量与高于此剂量时，有一定的抗血栓作用，但与阴性组比较无显 6 福建农林大学硕士学位论文 著差异。 i 2 1 2 1 0 医疗功效 近期研究表明，魔芋葡甘聚糖通过适当的改性，加工成厚为1 m 、2 m m 的生物膜用于烧 伤创面的治疗，结果显示魔芋葡甘聚糖组的刨面感染、早期创面微循环、需植皮面积、创面 愈台时间等均优于对照组“”。由于魔芋葡甘聚糖具有良好的生物相溶性、吸水性、亲水性， 如在水和其它液体介质中，经冷冻干燥将它制成干态凝胶，然后用辐射或其它方法灭菌后， 用于伤口包裹材料，有明显提高伤口愈合速度。利用魔芋葡甘聚糖的保水性，加入护眼液中 能够防止眼睛和隐性镜片的干燥，用其制成的眼科治疗液能有效地防止眼睛干涩“。 此外，在医药工业中，利用魔芋葡甘聚糖的凝胶特性及在体内不易消化的特性，可制作 栓剂基质和缓释药片，还可以通过不溶性骨架制作口服缓释系统。法国专利2 5 2 3 4 4 6 ( 1 9 8 3 ) 和2 5 3 1 3 3 9 ( 1 9 8 4 ) 报道了魔芋葡甘聚糖亲水凝胶骨架片，作为亲水性的药物缓释体系与水 接触时表面形成粘稠的伪凝胶层，从而控制药物的释放。以魔芋葡甘聚糖与其它辅料制成的 消炎痛缓释片和控释片，通过人体口服给药进行药物动力学评价，结果表明有良好的效果。 1 2 i 2 1 i 存在问题 目前魔芋葡甘聚糖的药用研究仍停留在表面上，即利用其有效总体成分分析医疗保健及 对各种疾病的治疗和预防作用，对其作用机理的研究还不完善，同时对其有效成分的分离和 纯化及各种有效成分对人体作用的研究也有待进一步深入。 i 2 1 3 魔芋葡甘聚糖功能材料的研究 魔芋葡甘聚糖具有生物可降解性，在应用研究中己逐渐形成了一些以k g m 为基本成分的 功能材料。 i 2 i 3 1 生物相容材料 由于k g m 具有良好的生物相容性、吸湿性、亲水性和生物降解性，因此k g m 凝胶在医学 领域有着很好的应用前景。如在水和其它液体介质中，经冷冻干燥k g m 制成千态凝胶，然后 用辐射或其它方法杀菌后，用作伤口包裹材料，有明显的提高伤口愈合速度的作用。将k g m 同半乳甘露糖共混制备的凝胶材料可用于药物控制释放“”。此外，k g m 凝胶还可用作片剂药 物包衣“”，以增加硬度和提高药物与包衣分离性能的效果。 人工水晶体k g g 能和四价硼离子形成络合物，产生具有一定强度且透明性很好的凝胶。 将k g m 与四价硼酸盐反应，制成人工晶体“”。这种人工晶体含水分9 5 9 9 5 并具有良好 的透光性、弹性、强度和生物相容性，可用于制作隐形眼镜和医疗光学制品。接触眼镜和医 用光学设施，护眼液t s u n e o 中加入0 0 5 一1 的k g m ，利用葡甘聚糖的保水性能能够防止 眼睛和隐形镜片的干燥。 1 2 1 3 2 缓释材料 7 福建农林大学硕士学位论文 在医药工业中利用k g m 的凝胶特性及在体内不易消化的特性，可制作栓剂基质和缓释 药片。例如盐酸狄布卡因( d i b u c a i n eh y d r o c h l o r i d e ) 栓，是由1 5 的盐酸狄布卡因、4 的k g m 、0 0 3 n 的硼砂溶液于6 0 加热，制成直径为o 3 c m 、长i c m 的微型栓剂，不仅具有 与甘油明栓相似的弹性，而且有更佳的缓释效果，其药物的释放符合h i g n c h i 方程。 k g m 还可以通过不溶性骨架制作口服缓释系统；将k g m 溶液与硼砂溶液或饱和氢氧化钙 溶液混合加热，使其成为不可逆凝胶，将该凝胶浸入药液中达到平衡后干燥，待与水接触时 药物缓慢释放。以此作为茶碱缓释制剂，而且释放过程中不受p h 的影响，药物释放不仅 持续、完全，通过改变凝胶的表面积、厚度和凝胶的理化性质还能达到控制药物释放速率的 目的。2 “。 k g m 的亲水凝胶骨架片，作为亲水性的药物缓释体系，与水接触时表面形成粘稠的伪凝 胶层，从而控制药物的释放；以k g m 为其它辅料制成的消炎痛缓释片和控释片，通过人体口 服给药进行药物动力学评价，结果表明有良好的效果。 日本专利7 5 7 9 0 0 7 0 ”报道了k g m 通过与其它高分子材料混合制成的骨架片，能够更好控 制药物释放，以氯丙烯酸树脂、k g m 、氯霉素和其它辅料制成的骨架片在人工胃液中进行溶 出实验，4 小时释放4 4 ；k g m 与普鲁蓝混合，其缓释效果优于单独的普鲁蓝，药物释放速 率接近零级。k g m 还被用于化学农药及化肥的缓释“7 1 和水果蔬菜的保鲜等。 1 2 1 3 3 保水材料 k g m 也是一种良好的化妆品基质，基于它的吸水性及膨润性，可改善皮肤对化妆品的感 触，又有柔软化的效果。同时还可使头皮有光泽。应用k g m 水溶液，加入甘油、m o is t u r ec ( 一种具有润湿作用的助剂) 、枸橼酸、防腐剂等制成洗液，该洗液对皮肤具有很好的润滑 和保湿作用o ”。 魔芋精粉还可制作成高吸水材料，如日常生活中尿不湿、餐厅纸等以及与园艺、农业有 关的吸水材料，不仅制作方便，对人体无害，也无环境污染。以k g m 制作胶体炸药，该炸 药在空气中稳定且对碰撞不敏感，存放时间长，不仅可用于一般爆破，而且也能用于水下， 其应用范围较为广泛。 1 2 1 3 4 环境友好材料 可用作废水处理剂。利用k g m 凝胶的缓释作用，将包埋在其中的杀菌剂缓慢释放出来， 用以处理城市废水。方法如下：取k g m1 0 9 和c a ( o c l ) 。3 8 9 混合后，溶于8 0 0 m l 水中， 加入3 i g b a 0 ，溶液l o o m l 形成凝胶。将凝胶切成l c m 3 见方的小块。置于多孔容器中，再将 此容器放在流速为l o l m i n 的城市废水管道中，能防止藻类的生长。 防尘剂在建筑物和道路的拆修过程中会产生大量灰尘。污染环境。将0 1 0 5 的k g m 0 1 1 0 的碱和0 2 1 表面活性剂混合后，喷洒在将要拆修的建筑物和道路表面，就可 8 福建农林大学硕士学位论文 防止在施工中产生灰尘。 1 2 1 3 5 分离支撑材料 k g m 经酯化、成型、皂化和交联后，可制成色谱填料1 ，这种填料的特点是能耐受高的 流速和减少水洗再生的时间。首先将k g m 加水溶胀后，以乙醇沉淀。待沉淀干燥后用甲酰胺 溶胀，在吡啶催化下，加乙酸酐酯化k g m ，使酯化度大于8 5 。然后将纯化后的k g m 酯溶于 低沸点有机溶剂中( 如氯仿) ，使之浓度为0 5 2 。并加稀释剂( 如苯) 调整k g m 的溶胀 度，以便产生微孔。随后将上述有机溶剂悬浮于保护剂聚乙烯醇( p v a ) 水溶液中，并不断 搅拌使之均匀分散成为1 5 0 啪的液滴。挥发去除有机溶剂，冷却即得到类似浮石的多孔球 状物。为恢复水溶性尚需进行皂化，并注意稀释剂浓度，以便形成多孔微球。接着表氯醇的 丙醇_ - 甲亚砜溶液进行交联。交联结束后，分别用丙酮、中性表面活性剂和水洗涤，得到 强度很高，不溶于水、酸和碱的离子交换色谱填料。 k g m 通过不同的活化处理，可用于多种酶的固定化，例如通过铁活化固定化葡萄糖沉淀 酶，对微生物细胞固定化；k g m 经不溶性处理制备成固定化载体，用表氯醇一己二胺一戊二醛 活性( 共价锤合法) ，固定环化糊精葡基转移酶。 k g m 还可用作g p c 填充材料“3 ，达到分离排除大分子的目的，平均大小为l 5 0 0 p m 的 交联k g m 颗粒，可排阻的相对分子质量为2 0 0 i 0 5 。此外，交联k g m 还可用作色谱固定相以 分离蛋白质和d n a 。并d e a e - k g m 凝胶能有效吸附，同时还能初步分离羊红血球中超氧化物 歧化酶，其吸附效率为9 2 9 5 。 1 2 1 3 6 膜材料 近期研究表明，k g m 通过适当改性，可制得不同性能的膜材料，有望在工业中得到应用。 彭世军和张升辉。”为得到治疗烧伤创面敷料，将魔芋加工成厚为l m m 、2 m m 的生物膜用 于烧伤刨面的治疗。结果显示k g m 组的创面感染、早期刨面微循环、需植皮的面积、创砸愈 合时间等均明显优于对照组。 李乐农和吴振球。“、邹少强嘲等采取不同的化学改性和成膜方法，得到了效果较好的 保鲜膜材料。可用于柑桔、龙眼等的保鲜，并可以阻止农药向果肉迁移。x i a ocb 等1 将 k g m 与海藻酸钠共混膜保鲜荔枝，也取得了良好的应用效果。 利用k g m 与其它高分子材料通过若混可以得到性能良好的复合膜材料。g a osj 等”7 1 和x i a ocb 等1 分别将k g m 和蓖麻油基聚氨酯和羧甲基纤维素钠共混，使之在特定反应条 件下得到半互穿网络结构，从而赋予共混材料很好的强度和透明性及光学特性与生物降解 性，x i a ocb 等还研究了壳聚糖与k g m 的共混作用。共混膜的稳定性、保水性明显比单 独的壳聚糖或k g m 高，机械性能大幅度改善。以聚氨酯和脱乙酰k g m 制成的抗水性具有极强 的拉伸强度及抗水性能和突出的光学透明性。将k g m 和聚乙烯吡咯烷酮共混1 ，由于新的结 9 福建农林大学硕士学位论文 晶区的形成，使得膜的热稳定性和拉伸强度、断裂伸长率均有明显提高，可制作血液相容性 材料；当k g m 添加到纤维素中，随着其添加量的增加，共混膜的结晶性有所增强，随之热特 性、保水性以及机械性能也有所提高“。 1 2 1 3 7 魔芋涂料系列 环保型建筑涂料是当今涂料业发展最为迅速的一类涂料，每年以超过1 0 的速度增长。 通过实验室反复试验和扩大实验及规模为1 0 吨的中试试验，利用化学改性与物理共混相结 合，对魔芋精粉进行处理，成功解决了其附着力差、成膜不连续、耐水、耐洗擦性差，抗霉 变能力差及胶液不稳定等关键问题。研制出6 种内墙涂料和1 种外墙涂料。分别达到内墙乳 胶漆( g b 9 7 5 6 9 5 ) 及外墙涂料( g b 9 7 5 5 9 5 ) 的国家标准。耐洗擦性可达3 5 0 0 次以上。附 着力达到完全不掉粉，具有优良的耐水、耐碱性，经气相色谱检测表明，无任何挥发性物质。 产品干涂层在高湿环境下，两星期未见霉变，5 0 。c 贮存2 个月，无分层、无霉变、无