魔芋胶的黏度改性及其在食品中的应用研究现状*

唐晓东，张立君，夏曾润

（1.安康市农业科学研究院，陕西 安康 725000；2.安康市富硒产品研发中心，陕西 安康 725000）

魔芋（又称磨芋、鬼芋、蒟蒻等）为天南星科草本植物,地下有扁球形块茎。它是一种新兴的经济作物,已成为一种重要的农产品。主要栽培于我国西南部及长江中下游,资源十分丰富。魔芋胶（又称魔芋精粉）可从魔芋的块茎中提取得到，其主要成分魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，简称KGM）为非离子型水溶性高分子天然植物多糖。魔芋胶因其种类和生长时期不同，在魔芋块茎中的含量也不同，在新鲜的成熟魔芋中可以达到10%～30%，在粗制后的魔芋粉中可以达到50%～80%[1]。

KGM具有凝胶性、可食性等多种特点，因而被广泛应用于食品、生物、医药等领域［2］，但其存在分子量大、黏度高、溶解度小、食用后难消化以及易引起腹胀等问题，故在食品领域的应用受到了一定限制。然而，通过对其黏度进行改性处理之后，得到分子量小的魔芋低聚糖，可作为理想的食品原料或食品添加剂［3］。2013年11月26日，国家卫生和计划生育委员会发布2013年第4号公告，正式批准了来源于魔芋的魔芋低聚糖为新食品原料［4］，这将促进魔芋低聚糖作为食品新原料在食品尤其是功能食品中的广泛应用。因此，魔芋胶黏度改性是一种拓宽魔芋胶应用范围的有效方式，下面就魔芋胶的结构性质、黏度改性及其在食品中的应用作综述。

1 魔芋胶的基本结构及特性

KGM分子式为(C6H10O5)n，它是一种高分子量的非离子型多糖,由β-D-葡萄糖和β-D-甘露糖以1∶1.6或1∶1.69的摩尔比，以β-1,4吡喃糖苷键结合构成的[4]。在主链甘露糖的C3位上存在由β-1,3糖苷键连接的支链结构，每32个糖残基上约有3个支链，占主链8%左右。KGM的这种结构特点使它具有多方面的生物活性。天然的KGM除了葡萄糖和甘露糖外，每9～19个糖残基上约有一个以酯键结合的乙酰基，乙酰基约为糖基量的5%。经测定得出的KGM的一级结构如图1所示[5]。因魔芋种类、品种、加工方法及储存时间的不同，KGM的相对分子质量也会有一定的变化，一般为200 000～2 000 000[5]。

图1 KGM结构式

KGM大多为白色粉末，无异味，具很强的溶胀能力，可吸收自身重量80～100倍的水。常温下溶于稀酸、稀碱，但不溶于乙醇、氯仿等有机溶剂。魔芋胶是亲水胶体中黏度最高的一种食用胶，1%魔芋胶溶液的黏度高达50 000～60 000 mPa·s，高浓度(＞1%)魔芋胶溶液是典型假塑性流体。魔芋胶具有保水性、凝胶性、增稠性、悬浮性及乳化性等多种特性[6-7]。魔芋胶与黄原胶、瓜尔胶、刺槐豆胶等添加剂相比，受盐的影响很小，且魔芋胶不带电荷，与大多数阳离子、阴离子和非离子型食用胶类都有互溶、协同或增效性。除此，魔芋胶还具有一些保健功能，对人体消化道疾病，心血管疾病、糖尿病和部分肿瘤都有一定疗效，并可用于减肥。

2 魔芋胶黏度的改性方法

2.1 物理改性

在食品工业中，辐照被认为是一种高效、低廉的物理加工手段而受到青睐。近年来，利用射线辐照技术改性KGM的研究也不断出现，徐振林等［8］利用60Coγ-射线对KGM进行辐照处理，发现KGM的黏度随着辐照剂量的增加而显著下降，但辐照前后KGM的热性能变化不明显。刘勤生等［9］利用60Coγ-射线辐照处理KGM得出了相同的结论，同时，他们还指出经辐照处理后，魔芋胶的黏度、热可逆性提高，经8 kGy辐照的样品黏度、热可逆性最好。

2.2 化学改性

酸改性是一种传统的降解方法[10]，早期应用较多，但由于酸解反应条件剧烈，对设备腐蚀严重，反应的稳定性和重复性较差，对环境污染严重等缺点，目前已逐渐被淘汰。

2.3 生物改性

酶法改性是一种目前运用最广的生物改性方法。目前已用于生产的酶主要是β-甘露聚糖酶、纤维素酶和β-葡聚糖酶。β-甘露聚糖酶是一种能水解多种甘露聚糖的半纤维素酶［11］，它的来源非常广泛，可以由微生物代谢产生，也可以从一些低等动物的肠道分泌液中分离得到；此外，从魔芋块茎中也可以提取出β-甘露聚糖酶。纤维素酶是一种复合酶，主要由3种酶构成，包括外切葡聚糖酶、内切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。β-葡聚糖酶也可由微生物代谢产生，能有效降解β-葡聚糖分子中的β-1，3和β-1，4糖苷键，使之降解为小分子。在这三种酶中，β-甘露聚糖酶和β-葡聚糖酶比纤维素酶的专一性更强、效率更高、运用更广，陶兴无等［12］已经证实了这点。由于酶活力受到反应条件的影响十分显著，因此，要得到不同黏度的魔芋低聚糖可以通过酶解的条件得到很好地控制。

3 改性魔芋胶在食品中的应用

3.1 改性魔芋胶在食品品质改善方面的应用

通过不同的改性方法处理KGM得到分子量较小的魔芋低聚糖以降低胶体的黏稠度，从而使食品制作时便于搅拌［12］。魔芋低聚糖可作为黏度较小的增稠剂和稳定剂溶液添加于固体饮料、酸奶以及冰激凌中。吴月蛟等［13］已将KGM魔芋低聚糖复配制得了稳定性较好的魔芋悬浮饮料。另外，魔芋低聚糖可用于制作弹性与韧性俱佳的魔芋面条、魔芋粉丝以及魔芋豆腐等食品；魔芋低聚糖还可作为辅料制作透明性和咀嚼性更好的魔芋果冻以及魔芋软糖等食品。

3.2 改性魔芋胶在食品保鲜中的应用

改性魔芋胶可制做食品保鲜涂膜。涂膜保鲜法是国内外广泛采用的果蔬保鲜技术，该方法成本低，易于操作，具有保鲜防腐的功效，可延长食物的货架期。可食性薄膜通过涂刷、喷洒的方式覆盖在果蔬表面[14]，它既可以减少果蔬在贮藏期间水分的损失，又可以对果蔬起到自发气调作用，减弱食品的呼吸强度，抑制营养物质的消耗，同时还能隔离外界污染、抑制病菌的侵入与繁殖，并且起到一定的机械保护作用。

3.3 改性魔芋胶在低脂食品中的应用

腊肠是一种猪肉制品，因其具有独特的腌肉风味而备受青睐。近年来，随着人们消费观念的改变，腊肠的食用量也逐渐下降，主要是因其脂肪含量较高，不利于人体健康，高血脂症等一些特殊人群是不建议食用的。新食品原料魔芋低聚糖的开发，有助于食品行业的进一步发展。研究表明魔芋低聚糖可作为脂肪替代品部分取代猪油添加到腊肠中生产低脂腊肠，同时又不影响其口感和风味，从而达到控制食品中脂肪含量的目的［15］。另外魔芋低聚糖还可作为食品原料加工生产不同风味的魔芋仿生制品如仿生牛肉、素虾仁等，满足多种消费需求。

4 展望

魔芋胶黏度改性后得到的魔芋低聚糖，具有水溶性和不消化性，而且还有一定的甜度、黏度等糖类的属性，可作为优良的食品配料广泛应用于各种食品。我国魔芋资源十分丰富，但在魔芋精深加工方面做的还远远不够，运用现代高新技术，进一步深入研究改性魔芋胶功能特性、应用形式和机理等等，尤其是加强功能及其机理的研究，促使其在食品、保健品等行业更为广泛的应用。我国每年通过各种渠道出口日本、欧、美、韩国以及中国台湾地区的魔芋产品超过10 000 t。特别是近年来，市场对健康食品的需求与日俱增，以魔芋为原料的食品及食品添加剂逐步取代了传统的卡拉胶、琼脂和昂贵的海藻提取物等。在魔芋资源的综合利用上开展广泛的研究，将魔芋中的生物碱、蛋白质、淀粉等副产品都加以利用，不断提高魔芋的附加值，魔芋产业将会有更广阔的开发前景。