芋头的营养成分及加工利用研究进展
2018-01-18张东旭
韩 笑 ，张东旭 ，王 磊 ，李 琪
（1.莱阳郑李济生物科技有限公司，山东烟台 265200；2.山东雨霖食品有限公司，山东烟台 265200）
芋头（Colocasia esculenta
芋头是一种良好的食品资源，可广泛用于面包、蛋糕、油炸脆片、冰淇淋、固体饮料、酸奶等焙烤糖制食品中。国外在现代商业芋头食品开发方面研究较多，国内虽有研究报道但市场产品不多，人们对芋头加工品的接受度不高。芋头加工方面存在出口产品单一、资源利用率低、深加工水平有待进一步提高等问题。本文通过对芋头的营养成分和加工利用现状进行综述，为芋头的深加工利用及新产品的开发提供参考。
1 芋头的营养成分
1.1 芋头多糖
芋头中含有水溶性多糖，多为杂多糖，目前对芋头多糖的提取方法较少，以水提法为主[6]。杨秀芳等[7]采用水提法提取多糖，经过正交优化试验得出最佳工艺为70℃，提取8h，料液比1:8，多糖平均提取率为4.73%。戴缘缘等[8]优化了芋头浆糖化工艺，研究表明，糖化酶添加170U/g，55℃，pH 4.7条件下酶解125min为最佳工艺，所得糖化液葡萄糖当量值约达21.37%。姜绍通等[9]引入了微波辅助水浴法提取多糖，经优化后，提取率可达到5.57%。
研究表明，芋头多糖还具有多种生物活性。王瑜等[10]通过体外实验研究得出芋头多糖对·OH具有显著的清除作用，较高浓度下对O2-·具有清除作用且能抑制H2O2诱导的红细胞氧化溶血，具有抗氧化作用。刘萍等[11]通过与纤维素降脂作用比较发现，芋头多糖是通过与胆酸盐结合来减少血中胆固醇，减少脂肪在胃肠内的消化吸收，从而达到降脂效果的。Phillip B.A.等[12]研究发现芋头多糖对链脲佐菌素诱导的大鼠糖尿病具有抑制作用，可增加小肠二糖酶活性，具有降低血糖功能。汪洪普等[13]研究得出芋头中性多糖可很好地协同ConA促进小鼠脾淋巴细胞的增殖和T细胞的成熟分化，还可显著提高腹腔巨噬细胞的吞噬能力，具有很好地免疫调节作用。
1.2 淀粉
芋头中淀粉含量丰富，约占9.6%～73.7%，但由于其淀粉颗粒细小、表面被粘多糖包围等性质导致提取困难[14,15]。目前芋头淀粉提取方法主要为水提、碱提和酶辅助提取等[16]。袁军等[17,18]以NaOH为浸泡剂，改善pH，溶解粘多糖以释放淀粉颗粒，最终得到淀粉提取率分别为84.82%和70.92%。姜绍通等[19,20]利用纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶、木聚糖酶等分解芋头中的其他成分，使淀粉颗粒进一步释放出来，达到提取的目的，经过优化，提取率最高可达88.92%。
芋头中的淀粉经过物理、化学或酶法处理改性，被广泛应用于食品、造纸和纺织工业领域[21]。史美丽[22]以H2O2为氧化剂，在碱性环境中成功制备了低氧化性的氧化淀粉。王晓丹等[21]选取醋酸为酯化剂，制备出颗粒完整、光滑、多孔、呈多面体的酯化改性淀粉。周旭倩等人[23]利用α-淀粉酶对芋头淀粉改性，经改性后的淀粉颗粒更小，有孔，呈多面体分布。董迪迪等[24]用乙醇溶剂法制备羧甲基芋头淀粉，所得淀粉糊化温度降低，且具有良好的稳定性和流动性，可用作增稠剂、稳定剂和品质改良剂。许凤等[25]研究得出以40%淀粉，2.0%淀粉干重的辛烯基琥珀酸酐，40℃下可制备辛烯基琥珀酸芋头淀粉酯，其具有疏水性，可做乳状液的乳化稳定剂。
1.3 蛋白质
目前国内对芋头蛋白质的研究相对多糖和淀粉较少，主要集中在蛋白质的提取分离和氨基酸的分析方面[26]。藤崴等[27]对30种芋头品种的蛋白质含量进行了测定，最终测得含量平均值为9.30%，并得出18种氨基酸的含量与蛋白质含量呈正相关关系，且有16种达到显著水平。姜绍通等[28]对红芽芋的营养成分进行了测定，采用国标方法测得粗蛋白含量为2.18%，经酸水解后得到包括7种人体必需氨基酸在内的16种氨基酸。常银子等[29]以木瓜蛋白酶为酶试剂提取芋头蛋白，经过优化在最佳工艺55℃，加酶量3mg/g，pH 6.5条件下提取1h，得到蛋白质提取率为10.20%。此外，芋头分离蛋白中蛋白质含量90%，其含有多种人体必需氨基酸，具有重要的食用和药用价值[30]。王教飞等[31]优化得出在浸提pH为10、40℃、料液比1:6、酸沉pH=4.9条件下制备的芋头分离蛋白，其得率为（1.33±0.020）%，纯度达到（84.67±0.011）%。
2 芋头保鲜技术的研究
新鲜芋头水分、多酚含量高，适宜的贮藏温度为7～10℃，湿度为85%～90%。温度不适、湿度过低，都会引起芋头的腐烂。芋头高温下储存容易感染干腐病与黑腐病，温度低于5℃会造成冷害而失去商品价值，传统保鲜方法主要通过埋藏、窖藏、速冻、真空等控制贮藏温度和压力实现。王佳宏等[32]发现芋头褐变主要为酶促褐变，作用的关键酶为多酚氧化酶（PPO）。谭谊谈等[33]通过研究得出经过10μL/L 1-MCP 的处理，鲜切芋艿贮藏中 PAL、POD、PPO的活性显著降低，总酚合成速度降低，进而延缓了褐变速度。孙志栋等[34]对保鲜剂、保鲜袋厚度和贮藏温度对贮藏效果的影响进行了研究，结果表明，在14℃，以0.04mg/kg 1-MCP处理24h，装入厚度为40μm不封口的PE保鲜袋中贮藏为最佳工艺，该方法下，15d芋头的腐烂指数为零，褐变指数仅为0.13。陆胜民等[35]考察了抗褐变剂和充气包装对鲜切芋头的保鲜作用，经过实验得出复合抗褐变剂0.05%L-半胱氨酸+0.05%4-己基间苯二酚，初始气体5%CO2+2%O2+93%N2MAP的保鲜效果最好。林娇芬等[36]研究了壳聚糖涂膜技术对鲜切芋头的保鲜效果，经过测定，浓度为2%的壳聚糖涂膜对鲜切芋头的成膜性好，POD变化及维生素C含量下降较缓慢，具有最佳保鲜效果。徐海祥[37]将双乙酸钠运用于涂膜保鲜中，结果表明，0.2%双乙酸钠+4%大豆分离蛋白+2%甘油的可食性涂膜处理可使芋头在常温下贮存5d，真空包装处理可达20d。王梅等[38]实验得出在（10±1）℃贮藏条件下，2%海藻酸钠涂膜可使鲜切芋头保鲜期延长4d。汪敏等人[39]采用了新型辐照技术对芋头保鲜试验，最终得出0.2～0.5kGy对芋头有良好的保鲜作用。
3 芋头加工利用现状
3.1 芋头的主要加工类型
传统芋头主要用于烹调各种美味佳肴，例如云南当地将芋头和泥鳅一起煮食，不仅味道鲜美，还有驱寒、防癌功效。芋头在印度常被加入到咖喱等食品中[40]。通过对目前芋头深加工产品的研究，发现其主要创新产品包括以下几类。
3.1.1固体或半固体产品
近年来在芋头深加工领域主要为固体产品，研发了包括速冻、干制、油炸焙烤、糖渍发酵等多种产品，种类多样，营养价值高，有利于提高芋头的利用率。熊建华等[41]采用芋头做主料，红薯淀粉为辅料做成皮质改善芋头泥滑、黏、水分大难以成型等问题，再填充馅心制成口感清新、细腻、滑、爽口的速冻芋丸。刘品华等[42]将经过海藻酸钠预处理的芋头加工成断条率接近于零的芋头粉丝。李刚凤等[43]以感官评价为指标，优化了芋头馒头的加工工艺，最终得出以芋泥30%、酵母0.8%、水37%，发酵90min所制得的馒头口感好，营养价值高。李共国等[44]以芋头、黑米浆和玉米淀粉为原料，加工成适度膨化的芋头酥片。魏秋羽等[45]对微波干燥芋头脆片的加工工艺进行了优化，新工艺制得的芋头脆片含油率低、耗能少，具有加工可行性。徐海祥等[46]用0.4%亚硫酸氢钠溶液和0.3%氯化钙溶液对芋头护色和硬化处理50min，50%蔗糖溶液浸渍12h，0.3%柠檬酸调节pH至4.2，70℃干燥180min制成与传统甘薯果脯感官相近的芋头脯。胡尚勤等[47]将芋头煮后与辅料混合加工成芋头酱，对其营养成分分析结果表明，芋头酱中含有蛋白质4.87%，并含有17种氨基酸（包括人体所需的8种必需氨基酸），是一种营养丰富、味道鲜美的调味品。3.1.2液体产品
除固体产品外，目前已有学者通过高温酶解等方法克服芋头糖化、水解过程中的困难，制成芋头饮料和各类发酵产品。曹晟等[40-48]经过水解淀粉、均质等过程分别研究了芋头清汁、浊汁饮料的制作工艺。荆琳等[49]优化芋头浆糖化和发酵工艺，经过7～8d酿造出酒精度为10.8%（V/V）的浓香芋头酒。张贝贝等[50]选用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌（1:1）进行乳酸发酵，制得口感独特、稳定性较好的香芋酸奶和果冻。陈华东等人[51,52]通过对发酵温度、发酵时间、酵母菌接种量、醋酸菌接种量等条件的优化加工成芋头发酵醋，戴缘缘等[53]还向芋头发酵醋中加入了枸杞、金银花等中药材的提取液，制成功能性的保健芋头醋饮料。
3.2 加工副产品的利用
3.2.1芋头皮渣的利用
芋头皮渣中含有的成分会对人皮肤造成刺激，导致皮肤瘙痒，所以在加工过程中常被作为下脚料废弃处理，但其所含有的生物碱是一种有效的生物活性物质。程红娜[54]以盐酸小檗碱为标准物质，采用乙醇提取芋头皮渣中的生物碱，经过优化，最佳提取工艺为乙醇浓度70%，料液比1:15，提取时间2.5h，温度60℃，在该条件下采用酸性染料比色法测定生物碱的提取率为0.212%。施帅等[55]研究了微波辅助浸提的最佳工艺，最终得出，同样以盐酸小檗碱为标准物质，以微波功率350W，作用时间2h，料液比1:15（g/mL），提取温度60℃，所得的生物碱提取率平均为0.685%。
3.2.2芋头叶柄的利用
早在清朝时期的《札朴》中就记载芋头叶柄可作为蔬菜食用，但由于入口有强烈的麻涩味道使其在加工过程中被舍弃，造成资源的浪费和环境的污染[56]。胡望资[57]研究了芋头泡菜的加工工艺，通过对不同方法加工过程中挥发酸、挥发酯、单宁、总黄酮、生物碱等成分变化的研究，最终得出热烫低盐工艺，采用热烫处理的3倍辣椒盐水处理，发酵40d后最适食用。此外，芋头叶柄还被制作成佐餐小菜被食用[58]。
4 芋头加工的发展方向
芋头在我国大多用于蒸食或煮食，这一定程度上限制了芋头产业链的延伸和附加值的提高。以脱水或煮熟的芋头为原料可制作芋头酥片、芋头粥、风味芋头丸速冻产品以及芋头乳酸菌发酵酸奶等产品。将芋头膨化为芋头糊，用开水或温水调制即可食用，产品有明显芋头清香和保健功能，尤其适合对谷物或奶过敏的人食用。将芋头与谷物混合加工成的面食制品，易消化且营养价值更高。发展芋头深加工，由传统加工生鲜速冻产品向多种形态、不同风味和满足差异化消费者需求等多元化加工发展，这是芋头加工产业今后发展的重要方向。
5 小结
我国芋头栽培历史悠久，种植资源丰富、范围广，是具有很大发展潜力的粮菜。目前研究中，已经研制出芋头的发酵、焙烤、糖制、腌制等多种产品，并且对其皮渣和叶柄废弃物的利用也进行了一定程度的挖掘。但现阶段芋头研究依然以生鲜速冻为主，产品加工制备方法单一、效率较低，对于生物活性和功能性物质利用较少，限制了芋头产品结构的优化和系列产品的出口。因此，有必要进一步深入系统研究，创新发展芋头加工和综合利用方法，为我国芋头产业的发展赋予新的活力。
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