魔芋葡甘聚糖的性质及在食品中的应用

2021-08-09 16:33:51 来源：食品安全导刊

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王　元
（安康职业技术学院，陕西安康 725000）

摘　要：魔芋葡甘聚糖具有多种保健功能，可制成多种食品及相关产品。本文对魔芋葡甘聚糖的组成及其固有的物理和化学特性，以及其在食品加工中的应用进行分析，为魔芋的开发和应用提供理论基础。
关键词：魔芋；葡甘聚糖；食品加工；应用

随着科学和技术的发展、世界人口增长和人们生活水平的提高，人们越来越认识到新资源的价值，如食用魔芋和用于医药。魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan，KGM）和生物碱在魔芋球茎中具有生物学活性和生理学功能，目前葡甘聚糖主要用于研究。
1　魔芋葡甘聚糖（KGM）
魔芋为草本植物，主要分布在东南亚和非洲，在美国和欧洲没有种植记录。主要分布在中国和日本，而缅甸、越南、印度尼西亚和其他国家有少量分布[1]。我国集中在秦岭山向南海拔800～1 200 m的山区，其他地方不适合生长，以重庆的三峡库区和东北南山山区为主要山地[2]，所以魔芋是重庆的特产。魔芋中含有大量的葡聚糖，富含纤维，是业界提取纯天然和高分子量葡聚糖的主要来源。魔芋食品热量低、脂肪少、糖少，对预防肥胖和体重减轻有显著效果。
魔芋的主要成分是葡甘聚糖，呈白色粉末状态。魔芋加工的精制粉末一般含有65%以上的葡甘聚糖，增加技术含量可使精制粉末中的葡甘聚糖含量可达到80%左右。华中农业大学、武汉大学的研究人员采用生物化学技术获得了含量超过95%的高纯度KGM[3]。魔芋葡甘聚糖是一种吸水率高、膨胀性高的天然高分子化合物，溶解在冷水中可形成黏性溶胶，使其变厚，可乳化和悬浮，pH值＜12.2时可形成可逆凝胶。当pH值＞12.2并被加热时，就会形成弹性凝胶，这种凝胶在其他多糖中是罕见的[4]。
2　魔芋葡甘聚糖的性质分析
魔芋葡甘聚糖是一种天然生的草本植物，是水溶性高分子多糖，易溶解在水中，是一种高分子化合物，每19个糖残基都有一个乙酰基，由酯键结合而成。魔芋葡甘聚糖相对来说分子量较高，黏度惊人，是迄今为止发现的植物水溶性食用中黏度最高的。
魔芋葡甘聚糖很易溶于水，可吸收自身体积100倍的水。魔芋胶是水溶性胶体，溶出过程中，水分子的扩散和移动速度远远超过魔芋葡甘聚糖高分子的扩散和移动速度，引起魔芋颗粒的膨胀，导致其表面变薄[5]。薄层的高糖黏性溶液使魔芋糖颗粒紧密并凝聚在一起，防止魔芋糖进一步溶解。因此，在溶解魔芋胶之前，应将稀释的分散剂（如蔗糖、葡萄糖、盐或淀粉）与魔芋胶混合，以防止其凝集。
魔芋胶成膜性好，魔芋胶脱水后可制成透明度和密度高的硬质成膜，即使熬煮几个小时，在冷热水、酸中也很稳定。通过改变添加剂的种类和数量，可以改变薄膜的柔韧性和透气性。例如添加润湿剂甘油会使薄膜的机械特性发生变化，并且随着甘油量的增加，薄膜的机械强度降低，透明度增加。
魔芋葡甘聚糖的大分子能够通过简单的加工，易于与水分子结合，形成更加稳定的大分子，在水中呈现黏性特点，运用牛顿流体特性，对于魔芋葡甘聚糖分子形成有重大作用。其持水容量是魔芋胶自身重量的30～150倍。魔芋葡甘聚糖是一种非牛顿流体，尽管其自身非常稀，但较厚的魔芋口香糖溶液更有黏性。魔芋葡甘聚糖具有较大的分子量、强大的水化能力和非离子特性，决定了其良好的浓缩特性。
3　魔芋葡甘聚糖在食品工业中的应用
3.1　KGM在熟肉制品中的应用
天然高分子多糖KGM具有良好的乳化性、保水性和凝胶特性，常被用作肉类产品中的脂肪替代品，能有效改善肉类的质感，降低肉类产品中的脂肪含量。在香肠、火腿肠、肉丸等肉制品中添加适量的KGM，可以起到增浓、改善口感、减少脂肪、提高保水性的作用。KGM是目前肉类产品中应用最广泛的脂肪替代品。
Chen等通过在禽肉火腿中添加KGM，观察KGM对于禽肉火腿品质的影响，通过观察发现，添加KGM之后，禽肉火腿性状发生改变，品质变得更高，火腿肉质结构也发生变化。与对照组相比，使用KGM的重组肉火腿口感更佳，在二次加工后食用口感更好，网络结构更加稠密，据此得出结论，在禽肉火腿中添加KGM后，火腿硬度增强，口感更具韧性，总体口感比不添加KGM的火腿口感更好，更适宜人们食用。倪学文等通过比较添加KGM与不添加KGM的鸡肉和猪肉的食品，对比不同食品的口感，分析了食品中药凝胶的影响，得出结论，添加KGM后能够有效阻止食品中营养的流逝，降低食品在二次加工后肉质品的营养损失，尤其是冷冻制品从冻结-解冻过程中的损失，提高肉制品中膜的持水能力，降低肉制品中膜的水分活性、硬度，结果表明可以改善肉的弹性和咀嚼度。Lin等在法兰福香肠中添加了KGM作为脂肪代用品，用于香肠的颜色，质地、微结构的研究，结果表明添加了KGM能够有效保证香肠肉质的稳定性，使香肠口感更好，通过与其他肉质冷冻品相比，添加了KGM肉质感官评价更高，更易获得人们的青睐。KGM具有水溶性特点，还能够保障食品的膳食纤维结构的稳定性，可以运用于肉类制品中，能够获得较好的
收益。
3.2　KGM在淀粉制品中的应用
作为一种常见的亲水性胶体，KGM也是一种高品质膳食纤维来源。当KGM加入到淀粉中后，KGM经过一系列反应，如与淀粉的架桥和凝聚，可能会对淀粉系统的明胶化和质感属性发生改变。刘敏等研究发现，莲藕淀粉与KGM复合系具有良好的浓缩效果，使得化合物具有良好的稳定性，复合系形成的凝胶具有较低的硬度、弹性和凝聚力，提高黏附力。加入魔芋胶后，复合系统的微结构发生了很大变化，形成了更加均匀、稳定和稠密的网络结构。王亚静研究发现，在食品中添加KGM后食品口感更优，风味得到改善，接近鲜米，表明添加KGM可增加黏度，感官品质得到提升。Zhao研究表明用KGM替代5%的小麦面粉有增加面的硬度、凝聚力、抗拉强度和延伸距离的趋势；KGM的加入影响了面筋网络的发展，结构更稠密，面筋矩阵增厚，大大提高了面的品质和外观。刘宣伯通过在馒头中添加不同计量的KGM，并比较添加KGM后馒头的口感与形状的变化，结果表明，添加KGM后，馒头的层状结构被打破，整体面筋网络结构越来越不清晰，表明KGM可以改善馒头的微结构和质感特性。
3.3　KGM在食品风味中的应用
KGM凝胶和KGM也常用于包含添加到各种调味品和食品中的食品香料物质，从而控制香料物质的释放，并使储存过程更加稳定。研究表明混合薄膜可以在不同的温度下以不同的速率使用。Yang等以橙精油为模型研究KGM在香气封装中的应用，结果表明，当KGM溶液的表观粘度经纤维蛋白酶水解降低到200 MPa时，KGM能提供最高的封装效率；在有乳化剂80 ℃的情况下，水解的KGM可提供类似阿拉伯胶和钠淀粉辛烯叔丁基酯（SSOS）的封装速度。
4　结语
KGM是一种非常常见的高分子杂质多糖，广泛用于食品加工。在过去的几年中，一些基于KGM的食品添加剂和功能性食品被设计供人类食用；KGM及其衍生物作为膳食纤维和加工材料的新来源，占有重要地位；近年来，KGM及其衍生物一直是生物医学和食品领域的研究热点，但与其他多糖（如纤维素和淀粉）相比，KGM及其衍生物的研究数量要少得多，进一步的研究需要探讨KGM在食品、饮料、营养补充剂和生物医学中的潜在应用。
参考文献
[1]雷爱玲,范盛玉,王亚楠,等.大豆分离蛋白/魔芋葡甘聚糖复合脂肪模拟物的制备及结构分析[EB/OL].食品与发酵工业,(2021-03-09)[2021-03-15].https//doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.026544.
[2]谢建华,张巧芬,张桂云,等.超声对魔芋葡甘聚糖与大豆蛋白复配体系粒径与流变性的影响[J].中国粮油学报,2021,36(4):45-50.
[3]张馨如,李晓丹,郭丽萍,等.阳离子魔芋葡甘聚糖的制备与表征[J].食品工业科技,2021,42(13):59-65.
[4]王瑶,宁杰,宋庆贺,等.响应面法优化魔芋葡甘露聚糖制备工艺及其理化性质分析[J].食品研究与开发,2020,41(18):154-161.
[5]潘廷跳,石停凤,文狄,等.魔芋葡甘聚糖复合膜液对樱桃番茄的保鲜效果[J].食品工业,2020,41(6):60-63.
作者简介：王元（1990—），女，汉族，山东德州人，硕士，助教。研究方向：食品营养与检测。