魔芋精粉的用途

背景及概述^[1]

魔芋为天南星科魔芋属的多年生草本植物，球茎含有丰富的葡甘露聚糖(简称KGM)，它是魔芋的贮备性多糖，也是一种多糖类半纤维。其结构主要是甘露糖和葡萄糖以 β-1 .4-吡喃糖甘键连接的巨高 分子杂多糖(分子量可达 108 以上道尔顿)。据报道，KGM 在食品和医药上有重要用途。用 KGM 产品精粉制作食品和食品添加剂，改善食品风味，有明显的呈味作用外，其营养价值不提供热能，而具有减肥、调节胆固醇代谢的功能，对动脉硬化、胆结石、便秘、糖尿病、肥胖症等有显著疗效，被称为健康食品。在医药上 KGM 能降低血液和肝脏中过量的胆固醇及高血糖，亦有抑制大肠癌变的作用，而我国医学也 早有魔芋治疗肿痛、解毒、痰嗽等的记载。近年来我国对魔芋的研究开发使魔芋精粉具有更广泛的用 途，包括在环保、建筑、医药等工业上。我国魔芋植物资源十分丰富，品系多，分布广，产量大。由于魔芋葡甘聚糖独特的结构，从而使魔芋精粉在食品、医药、环保及其他领域中有良好的应用前景。因此在已有研究、了解其结构的基础上，通过进一步地改性、共混、复配等，扩展其研究内容，拓宽其应用领域。首先了解魔芋葡甘聚糖单个大分子的形态、相互间的作用力和反应过程中的构相变化，探讨魔芋葡甘聚糖的本质及其作用机理，有利于对魔芋葡甘聚糖的结构及其与性能相关的研究。其次，将魔芋葡甘聚糖和合成高分子共混，以获得功能性环保材料，这也是新的研究动向。因此魔芋葡甘聚糖共混膜可成为环保的生物材料在各个领域中得到应用，有望成为材料界的“新宠儿”。

理化性质^[2]

魔芋精粉中主要成分为魔芋葡甘聚糖。在沿其葡甘聚糖的主链上，每隔9～19个糖单位上有一个乙酰基。它有助于魔芋葡甘聚糖的溶解度，其平均相对分子质量在20～200万之间，因此魔芋精粉(魔芋葡甘聚糖)具有如下特性。

1）粘结增稠性 魔芋葡甘聚糖分子量大，水合能力强和不带电荷等特性，使它具有优良的粘结性。1 %的魔芋葡甘聚糖的粘度达到 16 000 mPa · s，高者可达 20 000 mPa·s以上，几乎比所有的天然多糖的粘度高，且与其它多糖的协同作用优良，如在 1 %的黄原胶中加入 0 .02 %～ 0 .03 %的魔芋葡甘聚糖并加热，可使粘度增加 2 ～ 3 倍。由于粘度很高，在体系中分散后，能使体系稠化，起到增稠剂的作用，从而达到了稳定、均匀的结果。

2）成膜性 由于魔芋具有在 10 ℃以下呈液态，而在常温下呈固态的热可逆性特性，在低温时涂上一层魔芋溶胶，在常温下便可生成一层薄膜，此膜具有保 水性好，热传导差的特点。这样可以防止食品脱水，隔绝其与外界污染源，从而有效地延长货架期和存储期，并且兼有可食性。

3）凝胶性 魔芋葡甘聚糖具有独特的胶凝性能，即在一定的条件下(如加一定量胶凝剂调 pH 值等)魔芋溶胶 液便会失去流动性，变为弹性固体或半固体状 态。这主要是因为大量的葡甘聚糖分子互相联 系形成立体网状结构，网间充满不能自由流动的水，使构成网架的高分子仍具有一定的柔软性，从而呈现弹性半固体状态；同时葡甘聚糖还可以与其它食品胶(卡拉胶、黄原胶等)复配成胶，从而增加食品的韧性与口感。

4）水溶性 魔芋葡甘聚糖易溶于水，吸水力可达 80 ～ 120 倍，这是目前所发现的其他食用胶类无法相比的。并且在水中能形成粘稠状的流动性胶体，水溶液为假塑性液体，即具有剪切变衡的性质(随剪切力的增加而粘度变小)。

5）稳定性 魔芋葡甘聚糖溶胶与其它增稠剂不同，属非离子型胶，受中性盐影响小。常温下，即便 pH 值降到 3 .3 以下仍能保持稳定。

用途^[1-2]

1. 食品工业上的应用 KGM 具有亲水性、增稠性、稳定性、乳化性、悬浮性，凝胶性和成膜性等多种特性，可制作各种食品 添加剂，广泛应用于食品工业。用于冰淇淋的稳定剂，使口感平滑细腻；作为饼干、蛋糕等的烘烤食品添加剂，使产品外观光滑，质地疏松；可增加线面的强度，增加面条韧性；作为啤酒泡沫稳定剂，倒杯后气泡细小均匀，挂杯时间长；作为果汁和酒类的澄清剂；作为食品保鲜剂，可抑制嗜氧性微生物的繁殖，延长蛋、肉、鱼，水果和蔬菜保鲜期。利用它的膨润作用及较好的增稠剂和悬浮剂可以改善一些冷饮制品的品质和工艺特性。如在带果肉的饮料中，加入少量魔芋精粉溶液，可改善其悬浮效果，提高汁液及浆体的粘度，调节味觉、食觉及改善外观质量。利用魔芋葡甘聚糖的成膜性，可制作微胶囊。用微胶囊技术生产出来的产品能保护被包埋的微粒子物料，避免其与其他组分发生不良反应，同时使其与外界不良环境因素隔绝，在保持了物料原有色、香、味的同时，减少了劣变损失或延长保质时间，提高了产品质量，使一些不易贮存或加工的物料变稳定，且使流动性好的固体扩展了使用范围，简化了生产工艺。

2. 医药上应用

1）在医药方面的应用 从营养角度看，魔芋是一种低热能、低蛋白质、低维生素、高膳食纤维的食品，高膳食纤维是它的有效营养成分。魔芋精粉是有效营养成分的浓缩品，其中主要的有效成分葡甘露聚糖属可溶性半纤维素。魔芋的营养保健作用就是发挥膳食纤维对营养不平衡的调节作用，如防治便秘、降血脂、降血糖、减肥健美等。魔芋的保健功能作用主要有以下几点： (1)健美减肥作用。魔芋干粉的主要成分是葡甘聚糖，其热量低，脂肪低的膳食纤维热量约为米、麦 淀粉的 45 %，且吸水后体积膨胀 80 ～ 100 倍左右，食极少量即有饱胀感，它不能被人体的酶消化，不提供养分，同时还能减缓胆固醇、糖分物质的吸收，有润肠通便功效，故有极好的减肥健美功效。美国 Walsh 用双盲法肯定了魔芋的减肥作用，华西医科大学研究结果对这一作用进一步证实，食用魔芋精 30 天，体重下降率为 78 .4 %，下降幅度为 0 .5 ～ 4 .7kg，个体差异较大。研究表明魔芋减肥可能机理是：① KGM 吸水性很强，吸水后体积膨胀，成为具有粘性纤维素。粘性纤维可减慢食物从胃到小肠的通过，延缓消化和吸收营养物质，由于降低了单糖的吸收，使脂肪酸在体内的合成下降，从而达到减肥的效果。②KGM 吸水膨胀后产生一种饱腹感，在一定程度上起到控制饮食作用。③KGM 润肠通便，使部分未被吸收的营养物质随粪便排出，起到通便减肥的作用。(2)预防和治疗便秘。慢性功能性(习惯性)便秘较为常见，英国调查显示，总人群中 10 %受上症困扰，发生率随年龄而增加，由年轻人群的 3 %至老年人的 20 %。预防便秘主要是饮食中增加膳食纤维的含量，食物中粗粮、蔬菜、水果和魔芋精粉制品是膳食纤维的丰富来源，膳食纤维吸收水分，增加粪便体积，改善肠道双岐杆菌数，肠内体积酵解，膳食纤维产生低级脂肪酸，刺激肠蠕动，这些都有利于排便。 (3)调节脂质代谢。大量流行病学调查及实验研究证实，血浆胆固醇水平与动脉硬化和冠心 病密切相关。美国调查显示，超过半数中老年人群血胆固醇增加，构成冠心病高危因素。国内外均已报 道，魔芋葡甘聚糖有显著的降血脂效果，既可降低血胆固醇水平，也可降低甘油酯水平，且已证实，当血 脂达正常水平时可起到调节脂质代谢、预防高脂血症的作用，其机理可能是：①魔芋在消化道内能与胆 固醇等结合，阻碍中性脂肪和胆固醇的吸；②魔芋能抑制肠粘膜对胆汁酸的主动运转，吸附胆酸，使胆汁酸的肠肝循环被部分阻断，从而降低了肝酯，增加类固醇的排出量，最终消耗了体脂；③魔芋在小肠内被微生物发酵分解，产生丙酸等短链脂肪酸，这些短链脂肪酸被人体吸收，从而产生降血脂作 用。(4)改善糖代谢。控制饮食是糖尿病治疗的重要措施，膳食纤维不被消化吸收，不含热量，又有饱腹感，且能减少和延缓葡萄糖的吸收，是糖尿病良好的辅助药物。研究表明，可溶性纤维有显著改善糖代谢作用，而不溶性纤维则无明显作用。

2）在治疗方面的应用 (1)人工水晶体。魔芋葡甘聚糖能和四价硼离子形成络合物，产生具有一定强度且透明性很好的凝胶，将魔芋葡甘聚糖与四价硼酸盐反应，制成人工水晶体，有良好的透光性、弹性、强度和生物相容性，可用于制作隐形眼镜和医疗光学制品。(2)护眼液。在护眼液中加入 0 .05 %～ 1 %的魔芋葡甘聚糖，利用葡甘聚糖的保水性，能够防止眼睛和隐形眼镜的干燥。(3)促进伤口愈合。将魔芋葡甘聚糖水溶胶干燥后形成凝胶，对其消毒后即可作为医用材料。这种干的凝胶吸收体液后会转变为水溶胶，能够促进伤口的愈合，并有止血和缓释药物等功能。

3. 农业上的应用

1）吸附和分离大分子 DEAE-KGM 树脂对牛清蛋白有较高的吸附容量，可以把羊血红白球超 氧化物歧化酶制剂分离剂分离成几个组分。DEAE-KGM 凝胶能吸附 92 %～ 95 %的人体血凝因子 Ⅷ，用于工业色谱分离血凝因子 Ⅷ及其他大分子蛋白质。

2）色谱填充材料 KGM 经酯化、成型、皂化和交联后，即可得到色谱填料，能用于离子交换色谱。可用于 GPC 填充材料，使水溶性大分子体积排除分离。平均大小为 1 ～ 500μm 的交联 KGM 微粒，用于凝胶过滤和凝胶色谱技术中的填充材料，排阻限分子量为 200 ～ 106。交联 KGM 用作色谱固定相，分离蛋白质；KGM 用于凝胶色谱中，可分离 DNA。

4）环保工业上的应用 现在环保产业日益发展，以魔芋葡甘聚糖为主要原料生产的可降解膜、涂料、絮凝剂及其他材料等 对解决当前包装行业、农产品保鲜、建筑业、废水处理等存在的环保问题有重要意义，是一种不可多得的新型环保材料。

废水处理剂：魔芋葡甘聚糖可产生一种新型的分子絮凝剂，具有极强的絮凝力，利用絮凝胶的缓释作用，将其包埋在其中的杀菌剂缓慢释放出来。利用改性的魔芋葡甘聚糖，可制得类似“章鱼” 结构的非离子、阴离子、阳离子型絮凝剂可代替有副作用的铝与铁系列絮凝剂，用于废水处理和净化，不仅克服了金属的二次污染，而且能够防止废水管道藻类的生长。

防尘剂：在建筑物和道路的拆修过程中会产生大量灰尘，污染环境。研究表明：将 0 .1 %～ 0 .5 %的KGM，0 .1 %～ 1 %的碱和 0 .2 %～ 1 %表面活性剂混合后，喷洒在将要拆修的建筑物和道路表面，就可防止在施工中产生灰尘。

5. 其他行业上的应用

1）在生化技术方面 把KGM 制备成强度高、稳定性好的不溶性载体，可通过钛活化固定葡萄糖淀粉酶，还可对微生物细胞进行固定。

2）环糊精葡基转移酶的固定化 KGM 经不溶性处理制备成固定化载体，用表氯醇-已二胺-戊二醛活化(共价键合法)固定化环糊精葡基转移酶、KGM 和二己基氨基乙醇(DEAE)反应制备 DEAE-KGM 弱碱性阴离子，交换树脂，可吸附固定化环糊精葡基转移酶。

制备^[3]

一种魔芋精粉的加工方法，步骤如下：

（1）以鲜魔芋为原料，经清洗、去皮、切片备用；

（2）上一步骤制得的魔芋片送入预升温至80℃的电烘箱烘烤，电烘箱温度控制在80‑90℃连续烘烤20‑24小时，期间每隔3‑4小时进行一次熏硫；

（3）烘烤后的物料放入粉碎机中初粉碎，再通过风选分离；

（4）风选分离后，对留在机体内的魔芋精粉颗粒进行低温超微研磨得到魔芋精粉；通过40‑140目的目筛分离得到魔芋精粉。

主要参考资料

[1] 魔芋精粉的应用及研究进展

[2] 魔芋精粉的性质及其在粮食与饲料上的应用

[3] CN201310021095.0 一种魔芋精粉的加工方法