魔芋(Amorphophallus Konjac)是天南星科魔芋属单子叶植物纲多年生草本植物，俗称花伞把、蛇包谷鬼头、花连杆等。魔芋块茎的主要成分为魔芋葡甘聚糖(Konjac Glucomannan，简称KGM)，成熟的鲜芋中KGM的含量达10％-30％，鲜魔芋的组成随生长期不同而异。我国魔芋资源丰富，种植历史已达两千年之久，主要分布在湖北、云南、四川、贵州等省，且多在山区，亩产可达数千斤。魔芋作为传统健康食品在我国和日本有悠久的历史。近年来关于KGM在食品、生物、医学、化工等领域的应用研究日益引人注目。
大魔芋
1 KGM在食品领域的应用
1.1 KGM的保健功能在食品中的应用
魔芋葡甘聚糖的口感优于不溶性膳食纤维，而且能调节人体的生理代谢功能，具有以下多种保健功能：(1)显著降低血液中胆固醇及甘油三脂水平，而且血脂达到正常水平后不再继续下降，起到调节脂质代谢、预防高血脂症的作用。(2)改善糖代谢，KGM能减少和延缓葡萄糖的吸收，降低血糖水平，是糖尿病患者的良好辅助药物。(3)预防和治疗便秘、清洁肠道、减少消化道癌症特别是结肠癌的发病率。甘露聚糖水解产生的低聚糖为功能性糖类，在胃肠中不能被消化，但可以被人体和动物体肠道中有益细菌吸收，从而改善肠道类菌群组成，促进肠系酶类分泌，提高其活性，清除其壁上沉积废物，从而增进消化系统功能。(4)减肥作用，魔芋中的可溶性膳食纤维不被消化吸收，不含热量、又有饱腹感，能减少人体对产生热量营养素的吸收。
魔芋倒苗
1.2 KGM的凝胶特性在食品中的应用
魔芋葡甘聚糖具有特殊的凝胶特性：(1)温度升高，魔芋凝胶的弹性和韧性增加，使魔芋凝胶具备可烹调性，也可以调节凝胶食品的硬度、脆度和咀嚼性。(2)魔芋凝胶的强度与凝胶形成时魔芋的浓度、胶凝剂的种类及浓度有关。(3)魔芋凝胶是在碱性介质中脱除乙酰基团后形成的，然后用水漂洗甚至用食用酸中和余碱，凝胶的口感变化不大，这表明魔芋凝胶可进一步加工成果冻或果脯。(4)魔芋凝胶速冻后冰晶粒的增大使凝胶变为海绵状泡沫气溶胶，生成的泡沫状食品不仅有特殊的口感，而且可以储存各种风味物质，使食品多样化。(5)魔芋凝胶是一种热不可逆凝胶，其韧性高于传统食用海藻酸钙凝胶。(6)魔芋凝胶的缩水收缩受到浓度、pH值以及温度等因素的影响。根据报道，利用魔芋凝胶的以上特性可以制造一系列魔芋凝胶食品，如以KGM为主料的魔芋面条、魔芋豆腐、魔芋粉丝、魔芋仿生食品和以KGM为辅料的魔芋果脯、魔芋牛奶食品、魔芋发泡食品、魔芋软糖、魔芋粒饮料基金等。KGM还广泛地用作食品添加剂，如用于冰淇淋的稳定剂，使口感平滑细腻；作为饼干、面包、蛋糕等烘烤食品添加剂，使产品外观光滑，质地酥脆；作为酒类和饮料的澄清剂；作为啤酒泡沫稳定剂，使气泡细小均匀，挂杯时间长。
魔芋研究
1.3 KGM溶胶的成膜性、稳定性在食品中的应用
魔芋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KGM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的消耗，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。用化学改性KGM衍生物溶液分别对猕猴桃、草莓、柑桔、苹果、板栗、黄瓜、辣椒等果蔬进行涂膜保鲜，试验结果表明干燥后形成的保鲜膜具有保水性，果蔬的维生素C损失率、呼吸强度下降率和烂果率均有所降低，同时果蔬的风味保持时间较长，显示出较好的保鲜效果。因而从KGM有望开发出果蔬涂膜保鲜液或保鲜膜材料。以KGM为基材，添加增塑剂和增强剂，可制备出具有较好力学性能、透光性和一定防水性的保鲜及缓释膜材料。该类材料具有可印刷性，可望开发成为新型无毒、无公害的可食性食品包装膜。
魔芋生长
2 KGM在生物领域的应用
KGM在生化领域的应用较为广泛。KGM制成高强度、稳定性好的不溶性载体后，可通过钛活化固定化葡萄糖淀粉酶，还可对微生物细胞固定化。加入硫氰化钾或尿素将凝胶化的KGM解聚，经低温透析后调制成载体溶液，然后加入转化酶，充分混合后进行真空冷冻干燥，可以得到海绵状固定化酶。KGM经不溶性处理制备成固定化载体，用表氯醇-己二胺-戊二醛活化后可固定环糊精葡基转移酶，KGM和二乙基氨基乙醇(DEAE)反应制备DEAE-KGM弱咸性阴离子交换树脂，对牛血清蛋白有较高的吸附容量，可以把羊血红血球超氧化物歧化酶制剂分离成几个组分。此外，DEAE-KGM凝胶能吸附92％-95％的人体血凝因子Ⅷ，用于工业色谱柱分离凝血因子Ⅷ及其它大分子蛋白质。KGM先经过乙酰化，再用表氯醇交联，制得具有网络状结构的大孔葡苷聚糖球粒，可用于GPC填料，分离水溶性大分子。平均尺寸为1-500μm的交联KGM珠粒可用于凝胶过滤和凝胶色谱中的填料，其分离分子量的范围可从分子量为200-108。交联KGM还可用作凝胶色谱固定相的添加剂，可用来分离蛋白质、DNA，当色谱柱中KGM的含量为0.25％时，在分离1400对碱基对范围的凝胶还具有化学稳定性、无毒性和易处理等优势，可望成为传统的色谱柱分离添加组分如聚酰胺和羟甲基纤维素的理想替代品。
3 KGM在医学领域的应用
KGM具有良好的生物相容性、吸湿性、亲水性和可生物降解性，在医学领域得到重要应用。在水等液体介质存在下，经冷冻干燥把KGM制成干态凝胶，然后用辐照或其它方法灭菌后，可用作伤口包裹材料，它有明显提高伤口愈合速度的作用。由KGM、NaC1、CaC12、硼砂等制成的眼科治疗液能有效地治疗泪腺分泌物减少症，防止眼睛干涩。由KGM、三价硼酸盐和水等制备的人造生物相容性胶状玻璃的水份含量和透光率分别达96％和94.3％，尤其适用于接触眼镜和医用光学设施。由KGM、海藻酸钠和其它润滑剂、增塑剂等制备的膜材料，以及由KGM和半乳甘露聚糖共混制备的凝胶材料可用于药物控制释放领域。与其它的片剂药物包衣相比，魔芋凝胶表现出更好的增加硬度和提高药物与包衣分离性能的效果，有趣的是，魔芋来源丰富且价廉，而且由魔芋凝胶包裹的和由其它包衣包裹的乙酰氨基酚片剂在体外的溶解行为并没有多大区别。
4 KGM在化工领域的应用
KGM在化工领域的应用较为普遍。马来酸酐酯化KGM可用作磷化液的添加剂、成膜剂。KGM与丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酰胺、丙烯酸的接枝共聚反应进行了详细研究。用辛酸、月桂酸、棕榈酸等长链脂肪酸将KGM酯化，并将酯化产物用作乳化剂。结果表明，长链脂及酸KGM酯是一种用量少(约需0.01％-0.04％)，且具有一定的抗盐和抗酸性能的高效的非离子型大分子乳化剂。将KGM磷酸酯用作废水的新型有机高分子絮凝剂。用Na2HPO4和NaH2PO4或三聚磷酸钠干法处理KGM，所得磷酸酯化KGM具有一定的抗菌能力。KGM可用作粘结剂，制防水布。KGM是一种良好的化妆品基质，具有良好的吸水性和膨润性，可改善皮肤对化妆品的接触，现已有魔芋美容及洗涤用品问世。
与未改性的魔芋精粉膜相比，用马来酸酐、三聚磷酸钠改性后制得的KGM膜具有较好的抗张强度、透明度和热封性。羟丙基化衍生物具有优良的流变性能、抗温性能和抗盐性能，用它作为油田钻井无固相完井液完全满足现场作业要求，有望得到推广。在异丙醇中用硬脂酸和三氯化磷的混合物改性KGM后，其流体行为由假塑性转变为牛顿流体，改性KGM能够与苯丙乳液产生协同效应，共混体系在较宽范围的温度、酸碱度范围内很稳定，可以作为涂料增稠剂和流平剂。将硝酸铈引发丙烯酰胺接技的KGM共聚物可用作印染工业增稠剂和上浆剂，涂料印花应用试验结果表明，该产品水溶性好，成糊率高，包装流动性和稳定性好，综合性能超过涂料印花用增稠剂同类进口产品。以魔芋精粉为原料，经酶解、羟丙基化和硫酸酯化修饰，已制备出水溶性良好的KGM硫酸酯化衍生物，该产物中有机硫含量为20％，由凝胶色谱测得其相对分子量为3000- 4000，红外光谱和核磁共振分析结果表明它具有类肝素的结构，有望开发成新型低分子类肝素药物。
国外也有关于KGM在环保化工领域应用的报道。用KGM和次氯酸钙在硼酸钾水溶液中形成包埋杀菌剂的凝胶，再将其切成小块放在多孔容器中并置于城市污水管道中，能够防止藻类的生长。将KGM水溶液和适量碱(氢氧化钙、碳酸钠)及表面活性剂(月桂酸酯、聚乙二醇)混合，然后喷洒在拆修的建筑物和道路表面，可防止施工中产生灰尘。
5 KGM应用前景展望
魔芋是我国的特产资源，作为魔芋中重要成份的葡甘聚糖(KGM)是一种天然高分子多糖，作为可再生资源，它的应用一方面可节省大量石油资源，另一方面可以缓解大量非降解合成高分子材料弃弃物造成的环境污染，KGM及其改性材料废弃后可以在自然环境中实现生物量的循环，是环境友好材料。自从1994年美国和欧洲相继立法批准KGM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。
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，忽视了中国本身这个潜在的市场。我国对KGM的研究工作已开展二十多年，主要研究内容集中在KGM的结构，物理性质及一般化学改性、基础和应用研究需进一步加强。因此，加强KGM的开发与应用研究对充分利用我国特产资源，实现农产品科技增值，提高和社会效益具有重要意义。
