魔芋飞粉的研究进展

游智能，朱于鹏，汪超*

（1.工业发酵湖北省协同创新中心，湖北武汉430068；2.湖北省食品发酵工程技术研究中心，湖北武汉430068）

魔芋飞粉的研究进展

游智能1，2，朱于鹏1，2，汪超1，2*

（1.工业发酵湖北省协同创新中心，湖北武汉430068；2.湖北省食品发酵工程技术研究中心，湖北武汉430068）

魔芋飞粉（简称飞粉）是魔芋主要加工产品魔芋精粉（简称精粉）的下脚料，占精粉质量的30%～40%。魔芋飞粉因其独特的化学组成，具有多种功能，因此是一种值得进一步开发利用的物质。介绍了魔芋飞粉的化学成分及研究进展，并对其在环保、医药、保健品及农业等领域的应用进行了综述，以期为魔芋的研究开发和综合利用提供理论依据。

魔芋飞粉；成分；研究；进展

魔芋（Amorphophalms konjac）又名磨芋、鬼芋、花杆莲、天南星等，是被子植物门（Augiospermophyta）、单子叶植物（Monocotyledoneae）、天南星科（Araceae）、刺芋亚科（Lasioideae）、刺芋族（Lasieae）的多年生草本植物[1-3]。中国是世界最大的魔芋生产国，主要加工产品魔芋精粉（简称精粉）的下脚料为魔芋飞粉（简称飞粉），占精粉质量的30%～40%。参考近年来有关文献对魔芋飞粉的研究进展作综述，以期为魔芋的研究开发和综合利用提供理论依据。

1 化学成分

据冲增哲[4]报道，魔芋飞粉含有丰富的蛋白质、碳水化合物、氨基酸、矿物元素及葡甘露聚糖等成分，其中粗蛋白质含量为27.3%，包含16种氨基酸，7种为人体必需氨基酸；碳水化合物约为50%；纤维素含量为1.67%。

1.1 飞粉蛋白的氨基酸组成

研究表明，飞粉含蛋白质23.8%，游离氨基酸2.25%。粗蛋白含量为27.3%，全氮素中至少有84%的成分是蛋白质和氨基酸[4]。飞粉中氨基酸的组成见表1[5]。

表1 魔芋飞粉溶液蛋白的氨基酸组成和含量Table 1 Amino acids component and content of Konjac fly powder solution protein

1.2 碳水化合物和矿物质

飞粉中碳水化合物含量约为50%，其中淀粉17.02%；水溶性糖8.95%，水溶性还原糖2.46%（水溶性糖分指葡萄糖和甘露糖）；纤维素1.67%；飞粉中的魔芋甘露聚糖和纤维素有降血压等功能，具有一定的药用价值。飞粉含有丰富的Ca（1.68%）、Mg（0.159%）、P（0.140%）、Zn、Fe、Mn等矿物质元素[6]。

1.3 其他成分

飞粉中含有生物碱、单宁及三甲胺等抗营养因子，对营养成分的吸收利用有影响。刺鼻的辛辣味也影响其作为饲料的适口性；飞粉中还含有神经酰胺、黄酮等活性成分和天然抗氧化剂，对其保健品的开发有重要的意义。

2 魔芋飞粉的研究进展

当前对魔芋飞粉的研究主要有生物活性肽、活性物质及保健品、淀粉及其性质、抗营养因子、处理废水和蒸馏酒的酿制等方面。

2.1 飞粉生物活性肽的研究

生物活性肽是能调节生物机体的生命活动或具有某些生理活性作用的一类肽，从其结构上可分为简单的二肽和较大分子的多肽。活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能，易消化吸收，有促进免疫、抗菌、降血压、降血脂等功效，安全无副作用。自NEWAY H等[7]首次提出肽可以完整被吸收的观点，活性肽就逐渐成为极具发展前景的功能因子和最热门的研究课题之一[7]。黄皓等[8]对魔芋飞粉发酵乳中的可溶性肽进行了初步的分离、纯化及理化特性的研究，发现用乙醇沉淀能得到分子质量较小的肽段，通过十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰铵凝胶电泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE），测定可溶性肽的分子质量分布在10ku以内。说明其可以作为生物活性肽加以利用，将魔芋飞粉变废为宝，大大提高经济和社会效益。

目前利用魔芋飞粉制备的生物活性肽主要有支链氨基酸寡肽、高F值（fischer ratio）寡肽、血管紧张素转换酶（angiotensin converting enzyme，ACE）抑制肽和甘露聚糖肽等。

2.1.1 飞粉蛋白活性肽促进酿酒酵母的生长

酿酒酵母是酿酒业主要的发酵菌株[9]，是人们研究应用最早最多的微生物之一，也是当今生物技术发展及其产品研究、开发的热点。酿酒酵母的生物量和活力与产酒率有密切关系，并影响酒酿的品质。然而，将活性肽应用到促进酿酒酵母的生长的研究还未见报道。

邱佩等[10]以制得的飞粉蛋白酶解物为研究对象，利用静态激光光散射测定其分子质量后，考察其对酿酒酵母菌落大小、出芽率、菌体数量及代谢产物影响。结果表明，添加多肽分子质量为6 218u的蛋白酶解物对酿酒酵母生长有明显的促进作用，培养液中还原糖转化率得以提高，乙醇含量明显增大，为酿酒原料利用率的提高、缩短酿酒发酵周期、提升酒酿品质提供实验依据。

2.1.2 支链氨基酸寡肽

支链氨基酸（branched chain amino acid，BCAA）包括亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val），这3种氨基酸属于必需氨基酸，对人体的生理功能起着重要作用。研究者在20世纪70年代对支链氨基酸的药理作用有了认识，研发出氨基酸混合口服液和输液用于临床治疗。在20世纪80年代对2～6个氨基酸残基组成的寡肽进行了研究。结果表明，寡肽在胃肠道中的消化吸收比游离氨基酸和蛋白质好，在胃内滞留时间比蛋白质短，消化功能受损时，对胃下垂与腹部胀满有缓解作用[11]。

Val和Leu可以用来制备支链氨基酸寡肽。赵珊珊等[12]采用开菲尔发酵法制得飞粉蛋白可溶性肽，再分两步酶解可溶性肽得到的支链氨基酸寡肽可用于肝性脑病病人的治疗和中等手术创伤、脓毒病人的恢复等，应用前景广阔。

2.1.3 高F值寡肽

高F值寡肽是由3～9个氨基酸残基组成的寡肽（小肽）。高F值是支链氨基酸（BCAA）与芳香族氨基酸（aromatic amino acid，AAA）的物质的量比值大于20。高F值寡肽比BCAA更易于消化吸收，而且可直接由口摄入。高F值寡肽广泛应用于烧伤、外科手术、脓毒血症等高代谢疾病病人的术后恢复及因缺乏酶系统而不能分解吸收蛋白质的患者的治疗。另外，高F值寡肽还具有抗疲劳、降胆固醇、降血糖、抗过敏、解酒等功效[13]。高F值寡肽因独特的氨基酸组成和生理功能而受到食品、医药、保健界的高度重视。

由表1可知，飞粉溶液中氨基酸的含量依次为Glu>Asp> Arg>Ser>Val>Pro>Phe>Gly>Leu等，组成特点为高支低芳，因此，魔芋飞粉是用于制备高F值寡肽的优良资源[5，14]。可以对其进行高F值寡肽的研究开发。

赵珊珊等[15]以魔芋飞粉为原料，采用浸提法、凝胶层析法制备高F值寡肽。通过对蛋白质水解度的测定，确定了碱性蛋白酶和链霉蛋白酶的最佳酶解条件：碱性蛋白酶加酶量0.1%，底物质量浓度3.75%，pH9.0，水解温度45℃，时间5h；链霉蛋白酶加酶量0.03%，pH8.0，水解温度50℃，时间7h。为魔芋飞粉高F值寡肽的制备提供了实验依据和工艺参考。

2.1.4 血管紧张素转化酶抑制肽

人体血管紧张素转化酶活性的增强会使血管平滑肌收缩、心肌收缩加强，从而导致高血压，ACE抑制肽可通过与ACE 2个活性功能区竞争性结合来抑制ACE活性，最终抑制血管紧张素I转化为血管紧张素Ⅱ，使血压降低[16-17]，所以也称降血压肽。降压肽的降血压效果持久专一、条件温和、安全无副作用、对正常血压没有影响。

王莉等[18]用碱性蛋白酶酶解飞粉蛋白制备ACE抑制肽，用葡聚糖凝胶G-15与G-25串联柱分离得到2个高ACE抑制活性多肽组分，分子质量分别为1 500u和1 000u，为魔芋飞粉ACE抑制肽的产业化开发、利用提供理论依据。

2.1.5 甘露聚糖肽

甘露聚糖肽由不同链长的甘露聚糖肽分子构成[19]，不含单糖等小分子糖类和游离氨基酸，是具有一定均一性的混合物。临床实验证明，甘露聚糖肽在细胞水平和个体水平上均有抑制肿瘤生长和促进免疫系统循环的作用，可作为一种新型的免疫促进剂。魔芋飞粉含蛋白质23.8%，水溶性糖分（甘露糖和葡萄糖）8.95%，是含高蛋白、低甘露聚糖的十分难得的资源，可以用来制备甘露聚糖肽。

宋刚等[20]采用两菌共生方法发酵魔芋飞粉，采用盐析沉淀法对飞粉发酵液中的甘露聚糖肽进行了初步的提取分离。高效液相色谱和十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）测定表明，甘露聚糖肽的糖成分是由甘露糖和葡萄糖按0.61的比值聚合而成，分子质量范围为10～40ku。

2.2 飞粉活性成分及保健品的研究

飞粉中含有神经酰胺、黄酮等活性成分和天然抗氧化剂，在功能性食品、化妆品和药品等的研制方面有很大的开发价值。

2.2.1 神经酰胺

神经酰胺有保湿美白、提高免疫力、防癌抗癌等作用，是近年来新兴的化妆品、功能食品和药品中的一种活性成分，具有很高的附加值[21]，目前采用的原料（如米糠、米胚芽和麸皮等）仅含有0.01%～0.02%的神经酰胺，制造成本过高。研究表明，魔芋中神经酰胺含量达0.15%～0.20%，是前者的10倍左右[22]，具有极大的发展潜力。

魏静等[23]对超声波法提取飞粉中神经酰胺进行了初步的探索，分析了温度、时间、料液比和提取溶剂对神经酰胺粗提物提取率的影响，确定了神经酰胺粗提物最佳提取工艺为温度60℃、时间35min、料液比1∶4、提取溶剂为体积分数95%的乙醇，神经酰胺粗提物的最高提取率可达2.89%。为神经酰胺的开发利用提供了一种思路。

2.2.2 抗氧化剂

抗氧化剂不仅能够防止油脂和食品氧化，延长保质期，而且有许多防病保健功能[24]，因此，抗氧化广泛用于食品工业，需求量逐年增加。天然的抗氧化剂由于安全、无毒且具有抗癌、抗衰老和防治心脑血管疾病的作用而越来越受到人们的重视[25]。

陈百玲等[26-27]测定了飞粉总黄酮含量并对其进行初步的鉴定，研究了总黄酮对1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical 2，2-diphenyl-1-（2，4，6-trinitrophenyl）hydrazyl，DPPH）自由基的清除作用。结果表明，飞粉含有黄酮、异黄酮、查耳酮、双氢黄酮等化合物，总黄酮含量3.487mg/g，最佳提取条件为体积分数80%的乙醇作为提取剂，料液比1∶30，50℃回流2h，黄酮提取物的DPPH自由基清除率为64.78%。实验表明了魔芋飞粉含有丰富的黄酮类化合物，并具有较强的抗氧化活性，可作为天然抗氧化剂的原料。

2.2.3 发酵乳

发酵乳由乳酸发酵而成，能调节各项生理机能，促进肠内益生菌繁殖，发酵乳制品具有营养丰富、易消化、适口性好和便于保藏等优点，主要用在功能性食品和保健品的研发。

干信等[28]利用肠道有益微生物在飞粉基质中的生长代谢来改造魔芋飞粉，将飞粉中含有的淀粉、粗蛋白等物质转化为一系列以乳酸为主的有机酸，并产生微量乙醇，赋予飞粉发酵乳醇香味。通过正交试验，优化得到五菌共生发酵的最佳工艺为在34℃条件下，黑曲霉/保加利亚乳杆菌/嗜热链球菌/葡萄酒酵母/啤酒酵母以1∶1∶2∶2∶2的菌种比例，按10%（5mL）的接种量接种至pH值为6.8的飞粉基质中，以120r/min摇床发酵48h，制得飞粉发酵乳。

2.3 飞粉淀粉及其性质的研究

20世纪70年代以来，世界各国均受到能源危机的冲击，利用可再生资源生产燃料酒精的研究炙手可热[29-30]。传统的酒精工艺大多利用甘蔗、玉米、小麦等经济作物或粮食作为原料，我国已颁布对粮食原料制备原料乙醇的禁令，所以利用魔芋飞粉淀粉作为发酵原料既可解决飞粉环境污染问题，又可为生产燃料乙醇奠定基础。魔芋飞粉中淀粉含量为17.02%，可作为淀粉制备原料。

徐婷等[31]探究了α-淀粉酶水解魔芋飞粉最佳条件优化，即酶用量4U/g淀粉、pH6.0、Ca2＋浓度0.01mol/L、底物质量浓度8%，水解度达20%。谭博文等[32]用中性蛋白酶酶解制备飞粉淀粉，制得淀粉纯度90.09%，其中直连淀粉含量18.20%，支链淀粉含量81.80%，淀粉糊具有较好的溶解度和透明度。淀粉颗粒为蚕豆形，颗粒粒径为1～9μm，平均为5μm，淀粉颗粒小不易发生凝沉现象。

2.4 飞粉抗营养因子的研究

魔芋飞粉具有较为丰富的营养成分，但也有生物碱、三甲胺及单宁等抗营养因子，影响了营养成分的吸收利用[33]。因此去除飞粉中的抗营养因子，提高其利用价值，具有重要的意义。

李斌等[34]用酸洗一步法处理魔芋飞粉，去除飞粉中的抗营养因子，生物碱含量降低了92%，单宁含量降低了81%，三甲胺含量降低了98%。处理后的飞粉蛋白质含量提高到30.03%，氨基酸基本无变化，营养价值有所提高。黄皓等[35]研究了飞粉中的生物碱的成分和结构，初步分离出脂溶性和水溶性两大类生物碱，质谱分析其中主要的一类生物碱为5-甲基咪唑的衍生物，并对生物碱的开发应用进行了阐述。胡敏等[36]利用溶剂法和鼓风排气加热法去除飞粉中的三甲胺等异味成分，用去除异味成分的飞粉研制出的魔芋干燥剂吸湿时间长，不发霉，易加工，吸水量为常用干燥剂的2～5倍。

2.5 飞粉在环保中的应用研究[37-38]

飞粉在环保工业中采用特殊引发剂，利用飞粉成分中的活性基团与丙烯酰胺等单体接枝共聚，可制得类似“章鱼”结构的高效非离子、阴离子、阳离子型絮凝剂，适用于污水处理等环保行业，由于飞粉中含有一定量的葡甘露聚糖，是多羟基化合物为主体的天然高分子化合物，所以像淀粉一样，可以制成黄原酸酯，应用于沉淀废水中的可溶性重金属离子。

2.6 飞粉研究新工艺

目前魔芋飞粉的水解主要采用酶水解，得到的肽可用于魔芋多肽酒的制作研究，而酸水解飞粉和飞粉蒸馏酒的酿制研究还是空白。

邱雪梅[39]采用单因素和正交试验的方法对盐酸水解魔芋飞粉的盐酸浓度、液固比、时间和温度等条件进行优化，结果表明，最佳反应条件为盐酸浓度7mol/L，液固比为15∶1（mL∶g），时间为150min，温度为70℃时，还原糖得率达40.104%。对魔芋飞粉威士忌的酿造工艺进行了探究，确定了飞粉威士忌的最佳酿造条件为陈酿时间60d，橡木片烘烤程度为中度烘烤，橡木片添加量2%，陈酿温度25℃。在最佳陈酿条件下酿制的魔芋飞粉威士忌感官指标和理化指标都符合国家标准。

3 小结

目前魔芋飞粉利用范围比较广，主要用来研制飞粉肽类药物、功能性食品、化妆品、保健品、蒸馏酒和燃料乙醇等，但是利用率并不高；对魔芋飞粉的降血压、降血糖、抗衰老、抗血栓、抗氧化等功效以及其在环保工业中的应用研究还不够深入，作用机理也是空白。所以对魔芋飞粉的进一步开发利用和机理研究是未来魔芋飞粉研究的主要方向。

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Development of konjac fly powder

YOU Zhineng1,2,ZHU Yupeng1,2,WANG Chao1,2*
(1.Hubei Collaborative Innovation Center for Industrial Fermentation,Wuhan 430068,China; 2.Food Fermentation Engineering Technology Research Center of Hubei Province,Wuhan 430068,China)

Konjac fly powder is the by-product of konjac powder,and it accounts for 30%-40%of konjac powder.Konjac fly powder has a variety of functionsbecauseofitsuniquechemicalcomposition,soitisamaterialwhichisworthyforfurtherdevelopmentandutilization.Thechemicalcomponent and research development of Konjac fly powder was introduced,and the application in environmental protection,medicine,health care products and agriculture field was summarized.This study could provide theoretical basis for research explore and comprehensive utilization of Konjac fly powder.

konjac fly powder;component;study;development

TS255.5

A

0254-5071（2014）04-0023-04

10.3969/j.issn.0254-5071.2014.04.006

2014-02-28

国家级大学生创新创业训练计划（201210500033）；国家支撑计划（2012BAD27B00）；湖北省魔芋发酵食品校企共建中心（鄂科技通2011[102]）

游智能（1993-），男，本科生，研究方向为食品发酵工程。

*通讯作者：汪超（1978-），男，副教授，博士，研究方向为食品化学。