芋头深加工技术的研究与开发

郑艺欣 林 埔 孔祥佳 谢 勇

（福建中医药大学药学院，福建 福州 350122）

芋头深加工技术的研究与开发

郑艺欣 林 埔 孔祥佳 谢 勇

（福建中医药大学药学院，福建 福州 350122）

芋头（Colocasia esculenta）是一种热带块茎类作物，属于天南星科植物，可食部分主要是来自于该植物在地下的球茎。芋头块茎不仅营养丰富，且富含小颗粒淀粉，易消化可作为日常主食，对芋头深加工技术进行研究与开发有利于提高芋头制品的商品价值，延长其货架期，减少原料采后损失。本文综述了芋头的主要物质组成、深加工技术与产品研发现状。

芋头；深加工；产品开发

芋头（Colocasia esculenta）又称芋艿，芋仔，是一种热带块茎类作物，属于天南星科魁芋属植物，可食部分主要是来自于该植物在地下的球茎[1]。已有研究报道表明芋头中含有丰富的淀粉[2]，蛋白质[3]以及香气物质[4]，具有较高的营养价值。目前，芋头主要以鲜食为主或仅是在较低水平上进行加工利用，对芋头深加工技术进行研究与开发有利于提高芋头制品的商品价值，延长其货架期，减少原料采后损失，因此，本文综述了芋头的主要物质组成、深加工技术与产品研发现状并对芋头开发前景进行了展望。

1、芋头的物质组成

1.1 芋头的营养成分

有研究表明，芋头球茎中富含碳水化合物以及蛋白质，其中碳水化合物主要以淀粉的形式存在，约占球茎干重的70%[5]；同时，芋头淀粉的颗粒粒径较小（0.25-0.5μm），易被人体消化，因此芋头球茎可作为热带地区和亚热带地区的主食。芋头球茎中的蛋白质主要以胶质黏液的形态呈现，是芋头中的一种重要的功能性成分。现已证实，这种胶质状的黏液对血管紧张素转化酶具有良好的抑制效果，可有效减少心血管疾病的发病概率[6,7]。矿质元素是芋头球茎中的另一类重要的营养成分，Wills et al研究发现芋头球茎中的钾，镁，钙元素含量较高，且随着芋头品种的不同略有差异，其中钾元素含量为3.23-5.3g/kg（以鲜芋头计），镁元素含量为190-370mg/kg（以鲜芋头计），钙元素含量为110-450mg/kg（以鲜芋头计）。除此以外，芋头块茎中还含有丰富维生素及花青素[8]。Englberger et al对不同颜色品种的芋头维生素含量进行研究后发现，黄色芋头的胡萝卜素含量高于白色芋头，其中β-胡萝卜素的含量与卷心菜相当，是马铃薯含量的2倍[9]。Cambie et al研究发现芋头花青素主要由花葵素-3-葡萄糖苷，花青素鼠李葡糖苷、矢车菊素-3-葡萄糖苷组成，这些成分均具有抗氧化和抗发炎的特性[10]。

1.2 芋头中的抗营养因子

抗营养因子是机体在吸收和转运营养素过程中一类具有减少有效成分吸收、降低营养成分质量的物质[11]，研究芋头抗营养因子的组成有利于我们在芋头加工采用适当的深加工技术，提高芋头中营养素的生物利用率。

芋头中的抗营养因子主要包括了胰蛋白酶抑制剂以及草酸。研究表明，芋头中的胰蛋白酶抑制剂是由两个分子质量（20kda）相同的亚基组成，经纯化后的胰蛋白酶抑制剂对牛胰蛋白酶、人类胰蛋白酶以及牛胰凝乳蛋白酶都具有一定的抑制作用[12]。Kiran et al进一步研究发现，纯化后的胰蛋白酶抑制剂具有较好的酸碱耐受性，可在pH=2～12的范围内保持稳定，但经过微波加热或将芋头制备成面粉可有效降低胰蛋白酶抑制剂的活性[13]。草酸作为野芋的一种刺激性成分，可显著影响芋头矿质元素以及蛋白质在人体内的吸收，而热烫蒸煮是减少芋头草酸含量的有效途径。Oke et al采用四种不同的热烫工艺评估了野芋经热烫后的草酸含量，研究结果表明沸水热烫可减轻野芋的质构软化现象，降低草酸的保留率[14]。Lewu et al研究了热烫蒸煮对七种北美洲野芋矿质元素以及抗营养因子的影响，结果显示采用沸水热烫30～40分钟，可显著降低野中抗营养因子水平，提高磷，镁，钙，锌元素的保留率[15]。

1.3 芋头中的辛辣物质

芋头中的辛辣味物质是制约芋头制品加工销售的重要因素。Bradbury et al研究发现这些辛辣味物质可与皮肤表面特定的化学物质相结合引起部分易感人群的过敏反应[16]。Paull et al对这种辛辣物质的结构进行了解析和鉴定，结果显示一个分子量约为26kDa的半胱氨酸蛋白酶可能是这种辛辣物质的主要成分，进一步采用扫描电镜观察发现，辛辣物质主要呈现针状结构[17]。Apkan et al在前人的研究基础上对芋头中辛辣物质的组成进行了深入研究，研究显示芋头中的辛辣物质是一种由半胱氨酸蛋白酶与草酸钙结晶形成的混合物，主要分布在芋头块茎的上层表皮之中，这些混合物可与皮肤上的部分特异性蛋白相结合，从而引起组织的发炎和瘙痒[18]。Sakai对芋头中辛辣物质的耐受性进行了研究，结果表明，辛辣物质对酸碱有较好的耐受性，但不耐高温加热，标准的热烫工艺可以有效降低芋头中辛辣物质的含量；同时，在加工过程中尽可能的除去芋头表皮也是减少辛辣物质残留量的有效途径之一[19]。

2、芋头的深加工技术

芋头营养丰富，深受国内外食用者的喜爱，是我国享有盛誉的出口蔬菜之一，随着其经济价值的不断提高，在全国的种植面积也在成倍增长，我国芋头资源丰富，但主要用于鲜食，采后损失较为严重，开展芋头精深加工对提高芋头系列产品的附加价值意义重大。目前国内外对芋头的深加工技术主要集中在以下几方面。

2.1 微波真空干燥技术

微波真空干燥是将微波加热与低真空环境相结合的一种新型干燥技术。相比于传统热风干燥或真空干燥，该技术的优势在于干燥时间短，能耗低，在无氧条件下进行低温干燥，有利于减少物料氧化，提高营养物质的保留率[20]。因此，微波真空干燥后的芋头片拥有较好的微观结构、色泽以及口感。目前，国内关于芋头片微波真空干燥技术的研究主要集中在外观品质。匙宝成等从微波质量比、功率芋头片厚度以及芋头片形状三个发面研究了芋头片微波干燥的失水特性，结果表明，切片厚度对芋头片失水速率影响最为显著，厚度愈小，失水速率越快[21]。魏秋羽等对不同芋头品种的真空微波干燥品质变化进行了比较，研究结果表明，经微波真空干燥后，龙香芋和乌骨芋的硬度适中，酥脆性较好，内部呈现明显的多孔状结构；感官评定结果进一步显示，龙香芋的色泽、形态、口感、风味较高，可接受程度明显高于其他芋头品种[22]。

2.2 挤压膨化技术

挤压膨化技术是指将预处理后的物料在机械力作用下迫使其通过专门设计的孔口，以形成特定组织形态产品的一种加工技术[23]。由于挤压膨化是高温短时过程，原料营养成分损失少。同时，食品组分在高温高压环境下易发生融溶以及重组，因此挤压膨化后的食品具有特殊的组织结构以及良好的风味口感，近年来，挤压膨化技术广泛应用于芋头这种高淀粉，高蛋白原料的生产加工。李共国等研究了挤压加工因子对芋头酥片膨化率的影响，研究显示在芋头物料中加入黑米可明显改善酥片产品的色泽，提高其感官品质；芋头酥片的最适工艺为m(芋头)∶m(黑米)配比为1∶0.25、挤出酥片坯厚度1.2mm、挤压温度为230℃[24]。陈子意以槟榄芋为研究对象，采用双螺杆挤压膨化技术对槟榔芋全粉进行处理，制备得到膨化槟榔芋速溶粉，研究显示，膨化后槟榔芋淀粉糊黏稠性明显下降，凝沉稳定性明显提高[25]。Cruz et al以大米和芋头淀粉为原料研究了单螺杆挤压温度对挤压微球理化特性的影响，结果表明，混合物料微球比较单一原料有着较好的膨胀度和体积密度，随着螺杆挤压温度的升高（125～170℃），混合物料微球的水溶性下降，进一步研究发现这可能与过高的挤压温度不利于微球孔状结构的形成有关[26]。Miranda et al以碱玉米-芋头全粉混合物为原料制备了螺杆挤压膨化食品，结果显示，芋头全粉比例的增加可显著提高膨化食品的膨胀度和溶解度，而提高螺杆挤压温度则有利于膨化食品的持油率，进一步分析显示，当芋头全粉与碱玉米粉的比例为85.4∶14.6，螺杆挤压温度为174.14℃时，膨化食品具有最高的感官品质及可接受度[27]。

2.3 真空低温油炸技术

真空低温油炸技术是指在真空状态下经低温油炸(95℃)后, 迅速脱水干燥, 从而有效地减少高温对食品营养成分破坏的一种油炸技术，该技术广泛适用于果蔬脆片的生产加工[28]。相比于传统油炸技术，真空低温油炸技术能在极短的时间内迅速脱水干燥，获取的芋头脆片含水量以及含油率低，保存了芋头中原有的维生素和矿质元素，使其产品具有低盐，低脂，低热的特点。同时，在真空油炸过程中，水蒸气压力较小，大大减缓了油脂的氧化过程。石小琼等研究了子芋真空油炸的最佳工艺，结果显示，当真空度为0.0825Mpa, 油炸温度为110℃, 油炸时间15min ,原料厚度 0.8cm时，子芋脆片的质感明显优于常规油炸产品，进一步测定其营养组分后发现，真空油炸子芋脆片的VE保留率是常规油炸产品的3倍[29]。Novianto et al研究了真空油炸时间和温度对芋头理化性质的影响，结果表明油炸的温度和时间会显著影响脆片产品的硬度和色泽，采用112℃油炸30min芋头脆片的成本较低且能保持最好的外观色泽[30]。

3、芋头产品的开发

3.1 芋头改性淀粉

芋头中富含淀粉，可作为改性淀粉生产的良好原料。然而，目前，对于改性淀粉的研究主要集中在玉米，马铃薯，木薯淀粉，研究芋头改性淀粉有利于拓宽改性的淀粉的研究范围，提高芋头的经济价值。王晓丹对醋酸酯化芋艿改性淀粉的性质进行了研究，结果表明，醋酸酯化的芋艿淀粉的透明度提高41.28%、溶解度增大12.36%，膨胀率提高2.94%，该淀粉可作为食品添加剂添加到饮料、糖果、果冻中，改善食品的光泽度，使产品澄清透明，有增强食欲的作用[31]。周旭倩通过α-淀粉酶对芋艿淀粉进行改性研究，结果显示，改性后的芋艿淀粉呈现多孔球型，淀粉的溶解度和透明度明显提升，膨胀度有着明显的下降，酶法改性的芋艿淀粉有着较快的消化速率[32]。Deka et al采用微波和湿热处理对芋头淀粉进行双重改性，结果显示，25%的芋头淀粉经微波和湿热双重改性处理可明显增加淀粉的最终黏度以及淀粉的冻融稳定性[33]。Hazarika et al研究了羟丙基化协同交联处理对芋头淀粉理化特性的影响，结果显示，羟丙基化有利于淀粉膨胀度和溶解度的提高，而交联处理则呈现相反的效果，进一步研究发现提高交联程度显著增加淀粉凝胶的强度，因此该淀粉在果冻等高凝胶强度食品中极具潜力[34]。Pramodrao et al采用离子胶分别对芋头，甘薯，马铃薯淀粉进行修饰，并对其理化特性进行了比较，结果显示，羧甲基纤维钠和海藻酸钠作为离子胶对马铃薯和芋头淀粉的修饰最为明显，经修饰后的芋头淀粉色泽微黄且具有很好的持水性和持油率[35]。

3.2 芋头面条

面条是亚洲国家最重要的主食。据估计，在大多数亚洲国家，大约30%-40%的小麦面粉被消费用于面食产品。Rosarlo et al研发了一款小麦粉和芋头淀粉混合的面食产品，提高芋头淀粉比例可显著提高面团的峰值黏度和最终黏度，增加熟面条的固形物含量。另外，研究还发现芋头淀粉的添加量会影响面条的色泽，调配50%的芋头淀粉，25%大米粉以及25%木豆粉制成的面条其成色、味道品质良好，消费者对其接受度高[36]。

3.3 芋泥

在亚洲地区，芋泥是用熟化的芋头粉搭配各种甜味佐料烹制而成。芋泥由于其独特的口感和香味不仅可作为焙烤食品的填充馅，同时也可作为高级甜点，深受消费者喜爱。然而，芋泥作为高淀粉高湿食品，易发生老化和微生物侵染，因此，芋泥通常需要低温贮存，并具有较短的货架期。Lai et al研究发现，在芋泥中添加10g/kg的硬脂酰乳酸钠和单甘酯可减缓芋泥贮存过程中的硬度变化，这可能与芋泥中淀粉-乳化剂复合的形成有关[37]。Njintang 研究发现在干燥之前采用预蒸煮处理可显著影响芋泥的吸水性以及糊化能力，长时间的预蒸煮（＞45min）和较高的干燥温度（＞60℃）可引起芋泥消化能力的下降。为比较不同品种来源的芋泥质构差异[38]。Njintang et al 研究了不同品种芋头粉的功能特性与芋泥可接受程度间的关系，结果显示高吸水能力的芋头粉具有较高的牛顿流体依从性以及可接受度，而来自Ibo Ekona 以及Ibo Ngdere 品种的芋头粉在生产芋泥时易发生褐变而不宜被消费者所接受[39]。

3.4 芋头醋

近年来，许多研究学者报道了通过液态发酵生产芋头醋的研究。戴缘缘对芋头醋的发酵工艺，主要成分以及抗氧化活性进行了研究，结果显示，采用复合酶（纤维素酶和果胶酶）以及中性蛋白酶有利于提高醋酸发酵液中的还原糖含量；芋头醋中的多糖、游离氨基态氮以及多酚含量均明显高于市售米醋样品，其中，芋头醋中人体必需氨基酸占总氨基酸比例高达38.93%。进一步研究其抗氧化显示，芋头醋具有较好的羟自由基清除能力，但超氧阴离子自由基的清除能力较差[40]。李西腾等以芋头为原料，研究了芋头醋酒精发酵以及醋酸发酵过程的最优工艺，结果显示，最佳酒精发酵条件：初始糖度18%，发酵温度28℃，酵母菌接种量1.5%，发酵时间4天；最适醋酸发酵条件：醋酸接种量10%，酒精度7%，发酵温度32℃[41]。

3.5 其他产品

有研究表明，芋头中的γ-葵内酯以及γ-壬内酯十分丰富，因此芋头粉可作为食品辅料用于饼干和冰淇淋的生产加工中。Waheed et al研究发现在饼干中加入适量的芋头粉可明显改变饼干的香味组成，赋予饼干类似坚果般的香气，同时研究还发现芋头粉的加入有利于改善油脂在饼干中的分布，减低油腻感，延长产品的货架期[42]。Lu et al 对14种商业芋头冰淇淋的理化性质以及感官特性进行了评估，研究表明芋头冰淇淋的冰晶大小远小于普通牛奶冰淇淋，芋头细粉的添加有利于降低冰淇淋的冰晶融化率，改善冰淇淋的硬度以及香气风味[43]。

4、展望

芋头作为我国传统食材，在人群中的接受度很高，芋头产品的开发有着巨大的市场潜力。近年来，国内外学者对芋头深加工进行了研究与探索，开发了一系列芋头产品；鉴于芋头的营养丰富，在深加工中仍有较大的研究空间，本文提出了进一步研究的思路: （1）我国芋头品种数量繁多，各品种间芋头粉的性质差异十分显著，应根据不同的品种找到最合适的加工方法；（2）目前，我国芋头深加工产品的附加价值仍然较低，开展芋头中蛋白质，多糖以及风味香气成分的分离提取，并进一步进行精深加工成功能性食品，仍是提高提高芋头经济价值的关键。

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Processing and Utilization of taro（Colocasia esculenta）：a review

Zheng Yi-xin Lin Pu Kong Xiang-jia Xie Yong
(School of Pharmacy, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou, Fujian 350122, China)

Taro (Colocasia esculenta) is a member of the Arum Family (Aracea) and is a tropical tuber crop largely produced for its underground corms and is mainly consumed in tropical areas of the world. Taro is rich in gums (mucilage) and small sizes of starch granules makes it a highly digestible which is used for the preparation of various foods. Processing and utilization of taro is favourable to extend the shelf life and reduce postharvest losses. The present paper deals with reviewing the nutritional, processing and utilization of Taro into the various food products.

taro; processing; utilization

福建省科技厅高校产学研合作项目 （编号：2016Y4006）