爱华网华东理工大学食品科学与工程系胡国华马正智 杨琴 于文建
湖北一致魔芋生物科技有限公司苟春鹏
早在1500年前魔芋在日本就作为食品食用，它富含葡甘聚糖，是一种优良的食用纤维。魔芋葡甘聚糖不能被人体消化酶分解，仅被在小肠下部和大肠内的细菌A．mannano1yticus分解成葡萄糖和甘露糖，但生成的单糖只有小部分能与水分一起被人体吸收，故魔芋素有“净胃斋食”的美名。利用魔芋不易被人体胃肠消化，食后增加肠蠕动的特性，可制作保健食疗食品，如为高血压患者、糖尿病人、肥胖者配制的魔芋蛋糕、面条、面包、凉粉等。传统的魔芋食品有板状魔芋、丝状魔芋、魔芋糕、魔芋豆腐和魔芋挂面等，这类食品在肠胃中难以消化，能刺激肠壁增加肠道的蠕动，是防治便秘、胆石症、肥胖症和糖尿病等首选天然健康食品。最近日本新研制出蔬菜魔芋，即在魔芋精粉中添加青豆、胡萝卜等切碎的蔬菜加工而成，这有利于提高魔芋的营养价值。目前，国内在其深加工开发方面也做了大量工作，新研制出不少魔芋食品，如老少皆宜的魔芋果冻、适合糖尿病人的无糖魔芋软糖和许多魔芋仿生制品(仿生牛肉、素虾仁等)。
近年来，国际食品结构正朝着纤维食品的方向调整。魔芋胶中含有的食物纤维葡甘露聚糖，还具有其它胶类相似的增稠，稳定、保水等性质，随着人们对纤维食品保健作用认识的增强，魔芋胶作为一种功能性食品胶在食品工业中将会有更为广泛的用途。魔芋精粉作为食品天然原料使用已有很长的历史，但对于今天的技术和消费要求仍是一个新的食品成分。魔芋精粉性质及应用的研究给食品企业进一步开发各类新产品打下了基础。例如制作减脂(降脂)食品、香肠类食品、降脂调味品等。传统魔芋食品虽具有独特的弹性、口感和保健功能，但它却缺乏食品应具有的粘着性、柔软感及其营养价值。因此，改善魔芋食品的品质，添加其他营养物质提高其营养价值都是值得研究的方向；另外通过各种技术对魔芋精粉进行不同程度的改性，旨在提高它的粘性，如应用魔芋精粉对果蔬、肉类等食品涂膜保鲜，并可作为降解的膜材料应用于食品包装，更具广阔前景。
1.魔芋胶的复配性能
魔芋胶和其他高分子多糖之间存在很好的协同作用，能有效的改善体系得结构和性能，下面简单介绍一下魔芋胶与卡拉胶和黄原胶间的复配性能。
1.1 卡拉胶与魔芋胶的复配性能
魔芋胶和κ-卡拉胶都是食品工业常用的胶凝剂，但前者必须在2％以上的浓度，pH＞9即强碱性条件下才能形成凝胶。除了用量大之外，应用于碱性食品常有咸味和涩味，口感欠佳，不受欢迎；后者在有钾或钙等离子存在时，具有形成凝胶所需浓度低、透明度高等优点，但其凝胶脆性大，弹性小，易出现收缩脱液现象。这些缺陷，在很大程度上影响二者作为胶凝剂在食品工业上应用。将卡拉胶与魔芋胶进行适当复合，在中性偏酸性的条件下，可以形成对热可逆的弹性凝胶，且所形成的凝胶还具有所需胶凝剂用量少、凝胶强度高、析水率低等特点。魔芋胶可全部或部分取代槐豆胶，而获得卡拉胶与槐豆胶混合体所具有的凝胶结构。
总之，魔芋胶和κ-卡拉胶有很强的协合作用，能显著增强卡拉胶的凝胶强度和弹性，减少卡拉胶的泌水性，其作用效果比槐豆胶还强，在食品工业上具有很好的应用价值。
1.2 黄原胶与魔芋胶的复配性能
魔芋葡甘聚糖是由D-葡萄糖和D-甘露糖按2:3或1:1.6的摩尔比由β-1,4键结合起来的。而黄原胶是由黄杆菌产生的一种阴离子多糖，分子主链由D-吡喃型葡萄糖经β-1,4键连接而成，具有类似纤维的骨架结构，每两个葡萄糖中的一个C３上连接有一个三糖侧链，侧链为两个甘露糖和一个葡萄糖醛酸组成。黄原胶与魔芋胶在溶液中有明显的协同增效作用，共混合胶粘度比同浓度单一胶的粘度有数倍增加或成胶冻状，这种现象称为黄原胶与魔芋胶分子的协效增稠性和协效凝胶性。这主要是因为黄原胶分子的双螺旋结构易和含β-1,4键的多糖分子发生嵌合作用所致。
黄原胶与魔芋胶共混所生成的凝胶是一种热可逆凝胶，即加热凝胶可变成溶胶，溶胶室温放置冷却又能恢复凝胶。黄原胶无论在什么浓度下都不凝胶，当与魔芋胶混溶，在共混胶浓度为1％时形成坚实的凝胶。还有研究表明，当黄原胶与魔芋精粉的共混比例为70:30，多糖总浓度为1％，可达到协同相互作用的最大值。这种性能既增加了增粘的效果，又降低了胶的使用量。所以魔芋胶与黄原胶两者的复配胶，可以作为增稠剂和凝胶剂，广泛应用于食品和非食品工业。
2.魔芋胶的改性
天然的魔芋精粉—般具有鱼腥味并且其分子量较大，溶解性和流变性较差，水溶液不大稳定容易降解，不易存放，使其应用受到限制。为了改善魔芋精粉的气味，增加溶解度，提高溶胶的稳定性和使溶胶所形成的膜既具保鲜作用又可防腐，必需对KGM进行改性。
2.1 魔芋胶的化学改性方法
2.1.1 醚化改性
以NaOH和氯乙酸为醚化剂，以乙醇溶液为反应介质对魔芋甘露聚糖的羧甲基化改性条件进行了研究，结果表明：NaOH浓度对改性产物的取代度、粘度及浊度的影响最大。ShinsakuKobayashi等[16]，在羧甲基化魔芋的制备与流变性的研究，利用在羧肽酶及其他醚化剂的处理下进行改性。结果表明，改性后的魔芋胶在透明度、黏度上均得到很好的改善，同时发现盐离子对改性后魔芋性质有重要的影响。
2.1.2 酯化改性
以含氧无机酸或有机酸作为酯化剂，使魔芋胶形成有机酯类化合物。常见的有磷酸盐酯化、马来酸酐酯化反应、水杨酸酯化反应、没食子酸酯化改性、苯甲酸酯化改性等等。研究了KGM与三聚磷酸钠、磷酸二氢钠和磷酸氢二钠分别在干法和固液悬浮法条件下的酯化反应。经酯化反应后，其产物的粘度都有极大提高。邱树毅等用马来酸酐对KGM进行改性，并对比了改性KGM、KGM和魔芋精粉的溶胶特性和稳定性，其中以改性的KGM的溶胶特性和稳定性最佳。利用苯甲酸对魔芋葡甘聚糖改性，实验结果表明：魔芋葡甘聚糖经苯甲酸改性后，具有与用其他方法改性制品相似的性质，其成膜性、稳定性与未改性者相比，均有明显的改善，粘度提高了2倍多，且具有相当的抑菌效果。用酸处理后，魔芋胶多糖链被打断，产生很多的短链，改性后的魔芋持水率和保水率很高，拉升强度和弹性也提高。
除上述改性外海有用水杨酸、没食子酸等物质对其进行改性，魔芋胶的性质均有所改善。
2.1.3 接枝共聚改性
由于KGM中含有功能基团-OH和-CH3CO-，借引发剂可将不饱和烯烃单体接枝到KGM聚合物的主链功能基上，形成接枝共聚物。在铈离子引发下，KGM与丙烯腈反应得到接枝共聚物，其粘度比KGM提高2～4倍，溶胶的稳定性提高近4倍，所成的膜更加均匀、细密、气泡明显减小。同时他们还利用KGM 与丙烯酸丁酯得到接枝共聚物，与KGM相比，接枝共聚物水溶胶的粘度和对热、对酸碱的稳定性都有明显的提高。
2.2 物理改性
2.2.1 共混改性
主要是利用KGM与黄原胶、卡拉胶、壳聚糖等物质共混产生协同作用，该协同作用的机理尚不太清楚。据报道，用7％(wt)KGM水溶液与2％壳聚糖(CH)乙酸水溶液共混，并在40℃干燥4h，制得透明的CH／KGM共混膜，试验结果表明该共混膜的热稳定性、干态下的拉伸强度和断裂伸长率均高于纯KGM或纯CH膜。
通过实验发现，KGM与黄原胶可以发生强烈的协同增稠作用，在l:10至l0:l比例内均有协同增效作用，且在l:l比例时协同增效作用最显著，并可广泛用于食品行业。
2.2.2 纯化改性
纯化改性是采取一定的物理方法去掉影响KGM的析水性、形成凝胶能力的非KGM成分。如利用不同浓度的酒精溶液边洗涤边进行磨细，改性后的KGM黏度提高1倍以上，溶解速度加快50%，其改性KGM膜抗张力增大近1倍。
3.魔芋胶在我国食品中的应用
由于魔芋在我国资源丰富，价格相对低廉，且对人体具有一定的保健作用，魔芋胶的多功能用途正日益为科学界重视，魔芋胶作为天然的食品添加剂在食品工业中得到越来越广泛的应用。魔芋精粉可以加工成魔芋豆腐、粉丝、粉皮、八宝粥等食品。魔芋纯化粉可加工成魔芋通心粉、面粉、饼干、面包、方便面、春卷皮等。魔芋胶可加工成魔芋方便辣酱、红烧肉酱、西红柿酱、苹果酱、沙拉酱等。魔芋胶及其复合胶是冰淇淋、果冻、软糖等食品生产中不可缺少的食品添加剂，可以生产出滑润、爽口、细腻、有弹性的魔芋系列食品。
3.1 在食品防腐保鲜中的应用
魔芋精粉是一种天然的保鲜剂，易形成膜，该膜不仅对O2、CO2、C2H2具有一定的选择渗透作用，而且具有抑制病菌和霉菌的功能。因此可广泛地应用于果蔬及肉类保鲜。在保鲜龙眼时，如果在其表面涂上魔芋精粉膜，置于常温下(29～31℃)下，贮藏10天，龙眼失重率为2.56％，好果率达82.86％，基本上抑制了果皮褐变和长霉，保持了龙眼的固有品质。与0～7℃冷藏保鲜比较，此法更经济。豆角的保鲜同样可以使用魔芋精粉，用浓度为0.3％～0.5％之间的魔芋精粉对经超声波处理20～40s后的新鲜豆角进行涂膜，可将豆角的贮存期在同等条件下延长到10d以上。
魔芋精粉不仅可以用来保鲜果蔬，在肉类的保鲜中也具有良好效果。用魔芋甘露聚糖和其它物质配制保鲜液，将其均匀地喷在鲜肉表面。分别在10℃和20℃贮藏，保质期较同等条件下对照组相应延长了6～8d。该法不仅可降低成本，而且没有冻肉解冻时所产生的液汁流失现象
3.2 魔芋精粉作为食品添加剂的应用
3.2.1 在制作面包、蛋糕中的应用
把魔芋精粉糊化成糊，添加于各种配料中，可使面包、蛋糕保水性好，强性、韧性增强，体积增大，食用时不发干，不掉渣，口感松软，货架期得到延长，使面包、蛋糕的品质显著提高。
制作时将魔芋精粉按面粉重量的0.1％加水糊化后，与其它配料混合，然后按常规方法进行操作。魔芋糊的制作：将1份魔芋精粉兑60倍热水(水温50～60℃)，搅拌均匀，在室温下放置(室温20～25℃最好)4～6小时，放置中每隔半小时搅拌1次，成为糊精后便可逐渐添加。
3.2.2 在制作面条中的应用
利用魔芋粉的胶凝性和保水性，制作魔芋面制食品，将魔芋粉按一定比例填加于面条中，可增加面条韧性、弹性、不断条。
将一定比例的魔芋精粉加水糊化，加入面粉中揉成面坯，用常规方法制作出来的面条，颜色洁白，久煮不烂，不浑汤，口感滑腻，绵软。煮熟的面条在水中放1天仍可保持原状。添加魔芋精粉的面条贮藏时间比其它面条长，运输中耐压，成本低，易普及，制作方法简单而易行，只需将魔芋精粉按0.25%的比例加水糊化(加水量以面条制作加水量为准)，按配比拌入面粉中，揉面坯，然后按常规面条制作方法进行即可。
3.3.3 在制作粉条中的应用
粉条消费量大，所用原料有豆粉、玉米粉、红薯粉、米粉等，其中米粉粉条加工最为常见，用这些原料制作的粉条除豆粉类品质较好外，用其它原料制作的粉条都不同程度地存在色黑、易浑汤、断条、不耐煮、搅动易碎的缺点。为了改变粉条成员品质的缺点，添加魔芋精粉是很有效的措施。把一定比例的魔芋精粉糊化后加入不同的制粉原料中，按常规制作工艺生产出的粉条，色白，耐煮，不浑汤，不易断条，食用口感细腻、柔韧。干粉条耐贮藏，耐储运，质量比不添加魔芋精粉的粉条大有提高。
在各类淀粉原料中添加魔芋精粉的比例(干重比)如下：豆粉0.1～0.5％，玉米粉0.5～0.1％，马铃薯粉0.5～1％，红薯粉0.5～1％，米粉0.1～0.5％。
3.3.4 在制作冰淇淋中的应用
冰淇淋中添加一定比例的魔芋精粉，可使制品组织细腻滑润，形态稳定，具有一定的稠度和硬度，防止砂糖结晶析出，避免冰晶的生成。魔芋精粉在冰淇淋中的添加量为原料总量的0.3％，需经糊化后再加入到配料液中，然后搅拌均匀。
魔芋精粉有着极高的粘度，是所有天然胶中最高者，且与黄原胶、卡拉胶等有协同增效作用。将以上几种食用胶与单甘酯、磷酸盐等混合可复配成冰淇淋乳化稳定剂，用于冰棋淋生产，则可简化操作步骤，缩短老化时间，降低生产成本
3.3.5 在制作西式火腿中的应用
还可利用魔芋的胶凝性作为改良剂。在面粉及淀粉作填充物的制品中。加入魔芋可改变这类食品的口感，并提高其得率，如制作火腿香肠。西式火腿要求肉块间结合紧密、无孔洞、裂缝、组织切片性能好，实际生产中还要求有良好的保水性，常规方法中一般添加大豆蛋白、变性淀粉来达到上述目的，经试验，只需添加肉重2％的魔芋精粉，既可达到良好的效果，又比添加大豆蛋白、变性淀粉成本要低。
3.3.6 在制作豆腐中的应用
添加魔芋精粉的豆腐，比普通豆腐韧性强，保水性好，不易破碎，口感细腻，外表白嫩，烹调时吸水性强。魔芋精粉制成的魔芋豆腐可炒、煮、拌、卤食用。用此种豆腐制作的豆干、豆丝、人造肉等食品更接近肉食品的风味，又增添了对人体有益的食物纤维，弥补了植物蛋白的不足。
3.3.7 在制作凝胶软糖中的应用
凝胶软糖是一类性质柔软粘滑、含水量较高、具有一定弹性的糖果，含有较高的热量。添加一定比例魔芋精粉的凝胶糖果，外表透明，组织柔软，不易发砂，保存期长。
3.3.8 在仿生食品中的应用
在碱性条件下，魔芋胶形成的不可逆性凝胶，具有韧性好，可塑性强，口感爽滑等特点，在添加其他辅料的情况下，可制成各种仿生素食产品。以魔芋胶和大豆分离蛋白为主要原料进行魔芋仿生牛肉的研制，对其组织状态、韧性、弹性、质地、咀嚼性、染色效果、营养成分的配比进行研究，筛选出了产品的最佳配方。
3.3.9 在其他食品生产中的应用
利用魔芋的增稠性和悬浮性可部分或全部代替价高的琼脂和果胶用于果汁和饮料中可防止沉淀；还可用作果酱、果冻的增稠剂。利用魔芋溶胶的可逆性可制作多种风味食品。如将1％～4％的溶胶保持于10℃以下，添加各种果汁、蔬菜汁、咖啡、牛奶及可可粉等充分混合，待温度回升至常温或加热。即成水果布丁、蔬菜布丁、魔芋咖啡、魔芋牛奶、魔芋可可等风味食品。除此以外，魔芋胶作为增稠剂、稳定剂，在饮料和配制型酸奶等食品生产中也能得到很好的应用。
4.魔芋胶的功能性及其在保健食品中的应用
魔芋胶被食用进入人体消化道后，葡甘聚糖在小肠水解酶的作用下转化为低聚糖，低聚糖有改善肠内环境的生理作用；研究表明葡甘露聚糖这种膳食纤维可成功地用于降低胰岛素的含量，因而其制品可以用于治疗糖尿病。葡甘露聚糖可增加胃内物质的粘度，减缓胃排空的速度。同时，葡甘露聚糖在吃进的食物周围形成一道屏障，减缓食物的吸收，所以魔芋胶正在被广泛地应用于医药保健方面。魔芋胶对人体的保健功能可概括为以下几个方面：
4.1.预防血糖值上升
研究显示，采用葡甘露聚糖比瓜尔豆胶或者半乳甘露聚糖（由半乳糖和甘露聚糖构成，克分子量比为1：2）在排除饭后血液中所增加的葡萄糖和胰岛素方面更为有效。还发现，虽然仅服用少量的葡甘露聚糖，但是血糖和胰岛素的含量也会下降。对糖尿病患者而言，成年人除每天正常吃食物之外，服用3.2～7.2克的葡甘露聚糖，持续90天。20天以后，胆固醇下降11.2％，空腹血糖下降29％。之后，2.6克的葡甘露聚糖分别给5个健康的人服用，葡萄糖耐量试验表明，血糖下降7.3%，而血清胰岛素浓度下降13% 。
4.2.抑制胆固醇代谢，促进胆汁酸的代谢
20多年前的动物实验和现今大量的临床试验证明，葡甘聚糖凝对血清中胆固醇、对全身胆固醇的形成具有明显的抑制作用。这对于以魔芋为原料的新型降胆固醇食品开发和食用提供了充足的理论依据。胆汁酸在人体肝脏中由胆固醇等合成。但葡甘聚糖凝胶对胆汁酸排泄有促进作用。此外，消化过程中产生的氨基磺酸、甘氨酸等化合物也对减少胆汁酸产生积极影响。
和其他食用纤维相比，葡甘露聚糖吸收胃和小肠中的高热量物质的能力要大得多，如果将葡甘露聚糖加到某种高胆固醇的食品中，那么，血清和肝脏中的胆固醇含量明显下降。降低胆固醇的机理与直接吸收食物中的胆固醇的量使其减少相似，因为葡甘露聚糖具有阻止溶解胆固醇的能力。
采用分子量最小为9×10５（上至12×10５），旋转范围半径（采用光散射方法测试）最小为1,000埃，（上至1,400埃）的葡甘露聚糖，即采用在水溶液中呈现高粘度的那类葡甘露聚糖，才能发现降低胆固醇和血糖的典型特性。通过对葡甘露聚糖溶液粘度的测定，从而可对不同产地的葡甘露聚糖的疗效进行间接测试，发现其粘度越高，疗效越好。
4.3.胃内食物滞留时间延长
用14C标记物添加在含有5%葡甘聚糖（既魔芋精粉）的饲料喂小白鼠，发现标记物在胃内滞留时间延长，人体食用魔芋产品后有饱胀感，胃液PH值下降，并使糖的吸收速度放慢，从而减少体内胰岛素的消耗，这对糖尿病患者十分有利。
4.4.整肠作用
魔芋精粉与其它膳食纤维在胃肠中的作用机理相似，促进肠蠕动，并可降低空腹的速度。魔芋食品进入人体消化道后，葡甘聚糖（魔芋精粉)并未减少排泄量，但却使数以百种微生物在肠内形成，短链脂肪酸降解加强，并迅速通过消化道，使肠内微生物群落发生变化，肠内双岐杆菌等有益微生物大量繁殖，酸度增加，各种致病菌、有害菌得到有效抑制，毒素产生得到控制，减少了致癌物对人体的侵袭，因此对直肠癌、肠炎等病有预防作用。魔芋食品可以稀释肠胃中的有害物质，能提高肠道控制能力，提高食物处理能力，加速消化食物通过肠道。因此，魔芋精粉是治疗便秘的极为有效的基料，具有排毒养颜的功效，可谓肠道的清道夫。
4.5.降低甘油三酯含量
经过研究，葡甘聚糖凝胶具有降低甘油三酯在血清中的含量的作用。通过其本身对胆固醇，肝汁酸，重金属以及食用色素的吸收，魔芋精粉阻止了肠壁吸收上述物质，有益于从人体内消除这些物质，从而降低血清胆固醇和血清甘油三酸脂。
4.6.不产生热量
魔芋精粉在人体中本身不会提供热量。同时魔芋精粉溶液在食物四周形成一种保护层，可防止消化酶与食物发生作用。魔芋食品在吸收类脂物时会产生膨胀，可以很快满足食欲。通过限制吸收水分以及小肠中的其他高热量物质的方式，魔芋精粉可以作为一种有效的食物补充物。
另外，在糖尿病的临床试验中，魔芋精粉也能产生很好的效果。据迁启介报道，葡甘聚糖凝胶对血压调整也有重要功能。
5.魔芋胶的发展前景
世界范围内魔芋食品业的迅猛发展，使魔芋的食用价值和经济价值得到了充分体现。魔芋作为食品的天然原料已有许多世纪，但对于今天的技术和消费需求而言，它仍是一个新的食品成分。作为魔芋中重要成份的魔葡甘聚糖(KGM)是一种天然高分子多糖，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。日本于1971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94％原料从中国进口。我国魔芋产区主要分布在云、贵、川、陕西南部和湖北西部，以四川盆地周围山区的魔芋资源最为丰富。四川魔芋产区主要分布在川东的大巴山山区，西南部金沙江河谷地带是全国最重要的白魔芋产区。白魔芋是非常珍贵的资源，品质好，KGM含量高。魔芋的开发在我国目前有很大一部分还停留在粗制品阶段。随着我国科研机构对魔芋胶的深入研究，魔芋精制品已经开始发展起来，厂家也主要分布在四川、湖北和云南等地。目前，魔芋精粉的国际市场主要是日本、欧美、韩国及东南亚各国，年需求量约为1.5万吨。国内市场主要是经济发达地区，如广东、上海、深圳、大连等地，年需求量约为1.5万吨。我国魔芋精粉生产产家虽不少，但规模较大却不多，平均每个厂仅有数百吨,但近年来，国内也出现了年产数千吨的大型魔芋胶加工企业如`湖北一致魔芋生物科技有限公司。由于KGM独特的结构，从而使魔芋精粉在食品、医药、生物及其他领域中应用范围和使用量逐年扩大，因此伴随工业应用领域上的扩展，国内市场需要也迅速增长；再加上出口量的剧增，预计2～3年内，尚有上万吨的缺口。按照国内目前产量，市场潜力较大，发展前景极为广阔。
----转自2010中国增稠剂年会论文集(有删节)
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