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| 編輯推薦： |
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《魔芋葡甘聚糖及其功能材料》可供从事魔芋葡甘聚糖科学研究、开发和教学的科技人员及研究生、高年级的大学生阅读?
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| 內容簡介： |
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魔芋葡甘聚糖是从魔芋块茎中提取的一种天然多糖，具有来源广泛、生物相容性好和生物降解性好等特点?近年来，基于魔芋葡甘聚糖及其功能材料的研究受到众多研究者的青睐?《魔芋葡甘聚糖及其功能材料》从介绍魔芋葡甘聚糖的分子结构与相对分子质量入手，在分子水平上探讨其溶液性质与凝胶特性，系统分析其与其他多糖的相互作用机理，详细论述其化学与物理改性现状，最后介绍基于魔芋葡甘聚糖的功能材料的研究进展?《魔芋葡甘聚糖及其功能材料》旨在全面阐述魔芋葡甘聚糖及其衍生物的基本结构、基础理论及相关应用，反映国内外有关研究成果和发展趋向?
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| 目錄：
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目录
第一章 绪论1
第一节 魔芋的形态特征2
第二节 国内外关于魔芋使用的法规管理2
第三节 魔芋加工和使用的安全性提示3
第四节 魔芋资源及原材料4
一、植物中KGM的存在形式4
二、魔芋的栽培4
三、魔芋的作物经济学5
第五节 魔芋的加工6
一、魔芋粉加工的主要方法6
二、魔芋加工中遇到的困难与挑战7
参考文献7
第二章 魔芋葡甘聚糖的结构与相对分子质量9
第一节 概述9
第二节 甘露糖与葡萄糖的物质的量比10
一、酶降解法测定甘露糖与葡萄糖的物质的量比10
二、核磁共振法测定甘露糖和葡萄糖的物质的量比10
第三节 KGM主链上两种单糖连接位置的确定12
一、高碘酸氧化及SMITH降解法12
二、核磁共振波谱法13
第四节 KGM分子支链位置的确定14
第五节 KGM的相对分子质量14
一、KGM分子的分级15
二、凝胶渗透色谱法测定KGM的相对分子质量15
三、凝胶渗透色谱与多角度激光光散射串联法测定KGM相对分子质量16
四、黏度法测定KGM的相对分子质量21
参考文献22
第三章 魔芋葡甘聚糖的溶液性质23
第一节 特性黏度23
第二节 零切增比黏度23
第三节 链构象27
一、双螺旋构象27
二、半柔性卷曲线团构象28
三、非典型螺旋构象28
第四节 KGM分散体系的动态黏弹性32
一、不同质量分数KGM的流变性32
二、KGM的时间-温度流变行为33
参考文献36
第四章 魔芋葡甘聚糖的凝胶特性38
第一节 不同相对分子质量KGM的凝胶行为38
一、低相对分子质量KGM的凝胶行为38
二、未降解KGM的凝胶行为44
第二节 乙酰基在KGM溶液凝胶化过程中的作用46
一、碱处理后KGM的FTIR图谱变化情况46
二、KGM的质量分数对凝胶化过程的影响47
三、乙酰化度对KGM凝胶化过程的影响49
四、温度对KGM凝胶化过程的影响51
五、碱浓度对KGM凝胶化过程的影响53
第三节 NAOH溶液对KGM凝胶化的促进作用55
一、碱对KGM特性黏度的影响55
二、碱对KGM增比黏度的影响56
三、碱对KGM剪切模量的影响58
第四节 用固体NMR研究KGM的凝胶化过程60
一、KGM粉末和凝胶的13C CPMAS图谱和13C SPE图谱60
二、KGM粉末样品与凝胶样品的动态特征参数62
第五节 在碱中KGM形成凝胶的机理65
第六节 KGM添加硼砂形成热稳定凝胶66
一、添加硼砂后KGM凝胶性能的变化67
二、添加硼砂后KGM凝胶形成的机理67
三、KGM硼砂凝胶结构的分子模拟68
四、KGM硼砂凝胶体系存在的一些问题69
第七节 关于KGM凝胶的展望与建议69
参考文献70
第五章 魔芋葡甘聚糖与其他多糖的相互作用72
第一节 KGM与黄原胶共混体系72
一、黄原胶KGM共混凝胶研究概述72
二、电解质对KGM黄原胶共混物凝胶行为的影响73
三、用双组分串联模型分析KGM黄原胶共混体系81
四、KGM黄原胶的协同效应及分子模拟85
第二节 KGMΚ-卡拉胶共混体系90
一、Κ-卡拉胶KGM共混物的动态黏弹性及拉链模型91
二、Κ-卡拉胶KGM共混物的大变形拉伸性质93
三、Κ-卡拉胶KGM共混物的DSC行为93
四、Κ-卡拉胶KGM共混物的ESR图谱96
五、Κ-卡拉胶KGM共混物的网络结构98
第三节 KGM结冷胶共混物99
一、KGM结冷胶共混物的流变性能100
二、结冷胶KGM的DSC行为107
三、外界阳离子对结冷胶KGM共混体系的影响109
第四节 KGM淀粉共混物112
一、KGM对玉米淀粉凝胶性能和退化性能的影响112
二、KGM对淀粉香芹酚络合物的影响117
三、KGM对淀粉凝胶微结构的影响118
四、KGM对淀粉的TG的影响120
第五节 KGM与可得然胶的共混体系125
一、KGM可得然胶共混物的FTIR分析125
二、KGM可得然胶共混物的XRD分析126
三、KGM可得然胶共混物的DSC分析127
四、KGM的质量分数对KGM可得然胶共混物力学性能的影响127
第六节 KGM与ACETAN共混物129
一、ACETAN的质量分数对共混凝胶剪切模量的影响129
二、脱乙酰基对共混凝胶剪切模量的影响130
三、添加电解质对共混凝胶剪切模量的影响132
四、ACETANKGM共混凝胶的解释133
五、ACETANKGM共混凝胶的分子模拟133
第七节 KGM与壳聚糖的相互作用134
一、KGM壳聚糖共混物的FTIR图谱135
二、KGM壳聚糖共混物的DSC曲线136
三、KGM壳聚糖共混物的XRD曲线136
四、KGM壳聚糖共混物的SEM照片137
五、KGM壳聚糖共混物的热稳定性138
六、KGM壳聚糖共混物的力学性能139
七、KGM壳聚糖共混物的黏结性能140
八、KGM壳聚糖共混物的其他性能141
第八节 KGM与纤维素的相互作用142
一、KGM羧甲基纤维素共混物的SEM照片142
二、KGMCMC共混物的XRD图144
三、KGMCMC共混物的水分吸附等温线145
四、KGM与纤维素共混物的TEM及13CNMR图146
五、用离子液体作溶剂制备的KGM纤维素共混物148
第九节 KGM黄原胶海藻酸钠三元共混物151
一、KGM黄原胶海藻酸钠三元共混物的流变学行为151
二、KGM黄原胶海藻酸钠三元共混物的沉降系数分布153
三、添加CA2+对KGM黄原胶海藻酸钠共混物沉淀行为的影响154
第十节 KGMК-卡拉胶刺槐豆胶三元共混体系154
一、KGMК-卡拉胶刺槐豆胶三元共混体系的流变性能155
二、KGMК-卡拉胶刺槐豆胶三元共混体系的力学性能156
三、KGMК-卡拉胶刺槐豆胶三元共混体系的DSC157
四、酸性PH条件对KCKGMLBG的降解行为的影响158
参考文献159
第六章 魔芋葡甘聚糖的化学与物理改性163
第一节 接枝共聚163
一、KGM接枝聚丙烯酸163
二、KGM接枝聚丙烯酰胺172
三、KGM接枝聚甲基丙烯酰氧基乙基烷基二甲基溴化铵181
四、KGM接枝甲氧基聚乙二醇182
五、KGM接枝聚4-乙烯基吡啶187
六、KGM的二元共聚接枝物190
第二节 酯化反应194
一、KGM乙酸酯的制备194
二、KGM长链羧酸酯202
三、KGM磷酸酯205
四、KGM硝酸酯207
五、KGM黄原酸酯212
六、KGM硫酸酯212
第三节 醚化反应214
一、羧甲基KGM215
二、氰乙基KGM醚217
三、季铵烷基KGM醚220
第四节 交联反应224
一、磷酸盐交联KGM225
二、环氧氯丙烷交联KGM226
三、高价金属离子交联KGM228
四、硼化物交联KGM231
五、酶促KGM交联231
第五节 氧化反应232
一、高碘酸盐氧化233
二、过氧化氢氧化234
第六节 降解反应235
一、辐照降解法235
二、酶降解法238
第七节 其他改性242
一、等离子体改性242
二、挤出改性243
三、辐照改性245
参考文献248
第七章 魔芋葡甘聚糖及其衍生物的应用252
第一节 生物材料252
一、固定化酶载体252
二、亲和层析载体257
第二节 医药材料257
一、药物控释材料257
二、对肥胖症和糖尿病的防治274
三、血浆代用品279
四、抗艾滋病病毒和抗凝血作用282
第三节 精细化学品285
一、吸水材料285
二、絮凝剂294
三、膜材料299
四、离子交换树脂307
五、乳化剂和表面活性剂309
六、化妆品311
七、其他311
参考文献311
附录 中英文缩写对照表315
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第一章 绪论
魔芋是天南星科魔芋属草本植物，最早在中国被发现，在公元前206年的《神农本草经》中就有记载?公元550年，由僧人将其引至朝鲜，然后又传到日本?在19世纪，魔芋开始迅速在东南亚亚热带山区种植?在中国古代，魔芋又称妖芋，是一种生长在海拔250~2500m的山间多年生草本植物?在中国南方，特别是武陵山区和秦巴山区，魔芋的种植特别普遍?
魔芋葡甘聚糖konjac glucomannan，KGM是从魔芋的块茎中提取、经粗加工形成魔芋粉、再通过精制得到的魔芋精粉[1]?它能够在碱性溶液中形成一种热稳定性凝胶，其制品很早就在中国和日本等国成为一种传统食品?
在日本，由于魔芋是一种传统健康食品，从19世纪60年代开始，其产业得以快速发展，并被批准为健康食品和食品添加剂?美国食品药品监督管理局Food and Drug Administration，FDA在1997年将其列为食品添加剂，而欧盟则在1998年批准其为食品添加剂?目前，在中国，魔芋粉也已被批准为食品添加剂和食品原料?
目前，魔芋产品主要来源于中国和日本，少量来自韩国和泰国?全世界每年的粗魔芋产量在5万~7万t?一半以上的产品经纯化后出口至欧洲或美国，用作食品添加剂或者是在食品中作为植物活性成分使用?
魔芋地下块茎可加工成魔芋粉供食用，并可制成魔芋豆腐、魔芋挂面、魔芋面包、魔芋肉片、果汁魔芋丝等多种食品?魔芋食品不仅味道鲜美、口感宜人，而且有降血糖、降血压、降血脂、减肥健身、治病抗癌等功效[2]，所以近年来风靡全球，并被人们誉为“魔力食品”、“神奇食品”、“健康食品”等?KGM具有优良的凝胶性、成膜性、增稠性和保水性等特点，因而可广泛应用于食品、医药、化工、纺织、石油钻探等领域[3]?
KGM为一种多糖，具有很多合成材料不可比拟的优点，如高水溶性、良好生物相容性、可降解性等，而且它来源广、产量高，又可在广泛范围内用多种方法改性，这些都促进了KGM相关研究的快速发展及广泛应用?基于KGM功能材料的研究已成为国内外众多研究者的一个热点研究领域?众所周知，对于我们已经很熟悉的多糖如纤维素、淀粉等，其相关研究已经有大量报道?但是，基于KGM功能材料的研究却起步较晚，因而开展这方面的研究具有较高的理论与现实意义?
第一节 魔芋的形态特征
魔芋是一种多年生草本植物?株高为40~70cm，地下有球茎，叶柄粗壮，圆柱形，淡绿色，有暗紫色斑，掌状复叶，开紫红色花，有异臭味植物形貌见图1-1?魔芋地下块茎呈扁圆形图1-2，宛如大个儿荸荠，直径可达25cm以上?营养十分丰富，含淀粉35%、蛋白质3%，以及多种维生素和钾、磷、硒等矿物质元素，还含有人类所需要的魔芋多糖，即KGM含量高达45% 以上，并具有低热量、低脂肪和高纤维素的特点?
KGM是从魔芋的块茎中提取、经粗加工形成魔芋粉、再通过精制得到的魔芋精粉，俗称魔芋粉?
第二节 国内外关于魔芋使用的法规管理[4]
KGM能够在碱性溶液中形成一种热稳定性凝胶?民间将魔芋块茎与草木灰水溶液一起碾磨，然后加热煮透即得一种浅灰色凝胶，俗称魔芋豆腐?其风味独特，深受食客喜爱，很早就已成为我国和日本的一种传统食品?1957年，经过乙醇精制的魔芋粉在美国被允许用作食品添加剂，并通过了美国食品药品监督管理局食品添加剂的安全性认证Generally Recognized as Safe，GRAS?1998年，欧盟批准了魔芋水凝胶和KGM作为食品添加剂?欧盟规定，在终端食品中，魔芋作为单独组分或者混合物的组分，其用量不能超过1%?但是，比利时是一个例外，该国允许魔芋作为植物原料用于减肥目的，而且不受用量的限制?另外，该国还允许魔芋适量添加在蜂蜜、酸奶、矿泉水以及婴幼儿食品中?
目前，联合国粮食及农业组织世界贸易组织Food and Agriculture Organization World Trade Organization，FAOWTO的食品添加剂通用标准General Standard for Food Additives，GSFA、欧洲食品安全局European Food Safety Authority，EFSA、美国FDA、阿根廷国家动物及食品检疫局Servicio Nacional de Salud Animal，SENASA以及加拿大和瑞士等国的相关部门，先后允许KGM作为食品添加剂使用?但是，不同国家或地区对其用量的限定有所不同，其中的差别在于最大允许添加量?例如，欧盟允许最大添加量为1。5%~3。0%2003年规定，美国则为8%1996年；而在中国、日本及其他东方国家，由于一直有食用魔芋的传统，因此实际上都把魔芋作为一种食品，对其用量几乎没有限制；澳大利亚则把魔芋粉作为一种蔬菜，2007年，澳大利亚新西兰食品标准Food Standards Australia New Zealand，FSANZ允许将其作为主要成分制作成魔芋面条?总的说来，目前，在日本和中国，魔芋粉已被允许作为食品添加剂和食品原料，其他国家或地区如美国、欧盟等都相继立法，批准其为健康食品或者食品添加剂?
第三节 魔芋加工和使用的安全性提示
魔芋粉的制备一般是先将魔芋块茎晒干，然后粉碎，再用相关溶剂如乙醇抽提，进而干燥提纯而得?因此，在魔芋粉加工厂里，会有大量的粉尘存在，作业者由于长期暴露在细小粉尘中，容易出现职业性过敏，严重者甚至会导致尘肺病?因此，在加工处理魔芋干粉或浆料时，作业者必须采取相应的预防措施，如戴加厚口罩及穿防护服等?
在婴幼儿食品中，纯魔芋粉常被用作增稠剂，然后做成果冻类食品?但是，这些魔芋粉颗粒遇水就会溶胀，很快会形成块状，从而容易导致婴幼儿窒息?因此，儿童食用时一定要特别注意，最好是用匙子先将其碾碎，然后在嘴里小心咀嚼至足够细再吞食?对于魔芋基食品来说，由于没有经过充分咀嚼的凝胶硬块有可能导致食管梗死，因此，在美国已经禁止生产和出售迷你杯状果冻mini-cup jelly以及具有同样形状、大小、熔化特性及弹性结构的糖果FDA，2001年?最后，这项禁令甚至执行到具有潜在危险的包裹类似大小的，因为FDA认为这些商品有可能会损坏顾客的咀嚼系统或者对不懂事的儿童带来意外伤害[4]?
当然，考虑到其大小与形状，魔芋只是在果冻糖果中有相关的限制，而没有被限制在所有糖果中的应用?为了强化后者，2004年，欧盟EFSA禁止魔芋作为胶凝剂用于迷你杯状果冻中?但是，迷你杯状果冻在包括中国在内的亚洲仍然普遍存在?
此外，由于魔芋粉中会含有少量生物碱，部分人食用后会出现过敏反应或者不适症状，因此，在食用前必须对自身过敏性予以考虑?
第四节 魔芋资源及原材料
一、植物中KGM的存在形式
KGM存在于魔芋属草本植物中，可以从其各种枝干的半纤维素中，单子叶植物的储藏器官如叶、块茎、球茎、根或种子等中获得?现在一般从其块茎中获得?KGM主要分布在原生质体内特殊大尺寸的巨细胞中?草酸则以针状晶体形式包埋在多糖中，从而阻止块茎被吞食?在加工中，通过碾磨再过筛的方法可以去掉这些细胞的蛋白质膜和针状的草酸晶体?
二、魔芋的栽培
魔芋宜在海拔250~2500m的山区、丘陵地区及浅丘地区种植?魔芋喜阴、耐阴，根系较浅，当遮阴适度时，魔芋发病少，所以魔芋适合在有树林或森林植被较好的山坡地块种植?魔芋不与粮食争地，不占耕地，可与粮食及经济作物等间套种植，也可林下种植?综合魔芋对环境条件的要求，武陵山区海拔800m左右的地区是全球魔芋种植的最适宜生态区?其实，魔芋资源在全球的分布并不广泛，主要分布在东南亚和非洲部分地区，其中以中国最多?从本质上看，其种植所需的化学投入较低?但是，事实上，农民仍然会使用适量的杀虫剂和杀菌剂?另外，大多数情况下，必须使用适量的地面消毒剂?魔芋粉可以从不少于10种魔芋属草本植物中提取，而魔芋属Amorphophallus则大约有150种?有几种魔芋的葡甘聚糖含量甚至可超过干重的50%，因此其亩 产量可达到100~300kg?魔芋在大规模的种植过程中，难免面临一些难题，如难以预料的病虫害、种子的需求持续增长和产品需求的不确定性等?另外，魔芋在种植过程中，魔芋种子上有任何损伤，都会导致病原体从其伤口处向内部扩散，从而使整个种子腐烂?由于产品来自成千上万个小农户家，因此，产品品质的均匀性值得注意?
在中国，魔芋栽培利用的历史虽悠久，由于其宝贵价值未被人们认识，对魔芋种质资源的研究、驯化、选种、育种等均未引起人们的重视?至今，很多地区种植的还是未经改良的原始种，其已不能满足现有生产的需求?魔芋一直采用无性繁殖，所以容易造成种性退化，表现为品质和产量下降，作物的抗病害及气象灾害能力减弱?栽培群体参差不齐、性状差异大，遗传基础高度混杂，这成为魔芋稳产高产的主要障碍，因此，对魔芋资源的挖掘和品种改良势在必行?针对魔芋品种抗病性和品质性状等方面的问题，必须积极开展分子遗传学和分子生物学方面的研究，从而培育出更多的具有优良特性的魔芋新品种?
三、魔芋的作物经济学
在日本，直到19世纪80~90年代，魔芋大概种植有15万亩，远少于中国?但是，日本的魔芋产业化做得很好，成为世界上最大的魔芋产品消耗国?在日本，通过大规模的工业化生产，能够得到具有较高品质的魔芋精制产品，如KGM含量高于95% 的药物级产品?虽然如此，仍然不能满足日益增长的西方食品或者食品原料的出口要求?为了补偿国内产量的不足，日本主要从中国进口大量的魔芋精粉?由于日本市场需求很旺盛，而且伴随着西方食品工业对中国的开放，中国已经在南方部分贫困山区种植了数百万亩魔芋作为经济作物，以推动魔芋产业的发展，从而加速农民的脱贫致富?中国是世界上第一大魔芋主产国，魔芋产量占全球产量的90%，约有240万亩?魔芋分布在云、贵、川、鄂、陕等地，主要集中在武陵山区和秦巴山区?其中，武陵山区约占中国魔芋产量的80%，约有190万亩?
随着产业的发展，日本已成为中国魔芋产品的主要出口地?中国台湾、泰国、韩国、新加坡和西方国家等对KGM精制产品的需求也十分庞大?现在，一些亚洲国家也已经建立了相关加工厂，它们主要从中国进口魔芋粗粉，进行进一步加工?总之，国内外对魔芋及其深加工产品的需求是十分旺盛的?因此，我们必须做好魔芋产业的长远规划，制定完善的种芋、商品种芋标准，加大魔芋种芋繁殖体系建设，解决种源缺乏的瓶颈，加强魔芋病虫害科技攻关，解决魔芋产地加工的关键技术问题，实现魔芋精深加工关键技术的集成与示范，不断为产业发展提供持续的科技支撑，才可以推动我国魔芋产业的不断发展壮大?
第五节 魔芋的加工
在中国，很早以前，民间就将魔芋块茎与草木灰一起碾磨，然后制成魔芋豆腐?该产品由于含有少量的葡萄糖苷，因此会有类似于竹笋的苦涩感，同时还有由胺类物质所产生的鱼腥味，部分人可能不习惯食用?1750~1850年，日本改进了加工方法，采用将魔芋块茎粉碎并烘干，然后过筛等方法，从而得到魔芋精粉，然后将其加工成魔芋食品，结果在日本大受欢迎?现在，由于魔芋不仅作为食品和食品添加剂，甚至用作药物或药物辅料等，因此，现在一般将魔芋制成不同纯度的精粉，然后用作相关产品的原料?
魔芋块茎的主要成分是高相对分子质量且为非离子的KGM，同时还含有少量淀粉、蛋白质和矿物质?市售干粉中，KGM的含量为70%~90%，蛋白质和灰分的含量一般低于10%?蛋白质含量的高低是其纯度的一个指标，因此，欧盟的规定最严格，规定其含量不得高于3%?淀粉的含量通常低于2%，灰分含量有所不同，但一般低于5%?
一、魔芋粉加工的主要方法
魔芋粉的加工目前主要有干法破碎和湿法破碎两种?
1。 干法破碎
魔芋块茎的尺寸和形状取决于生长年份和品种，一般直径为15~20cm?将三年生的魔芋块茎质量为300~1500g用水清洗并去皮，然后切割成魔芋片?魔芋片的质量会影响魔芋粉的产量和特性?通常会添加少量亚硫酸盐，因此，魔芋粉中会有少量残存的亚硫酸盐?重金属的含量则主要与加工技术有关，当然，土壤中的痕量重金属元素也可以影响其最终在魔芋粉
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