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魔芋葡甘聚糖的功能和在食品业上的应用

刘佩瑛 张盛林

      魔芋是天南星科多年生草本植物,广泛分布在西南山区,是中国的传统食品及医药资源,在现代食品加工业中具有巨大的开发潜力。
一、魔芋葡甘聚糖的功能
     
魔芋主要经济成分是葡甘聚糖,其化学结构是由分子比1:1.61.7的葡萄糖和甘露糖残基通过β-14 糖苷键聚合而成的高分子杂多糖。葡甘聚糖属于可溶性半纤维素为人体第七营养素纤维素中的优品。一般果蔬中的不溶性纤维,摄入人体后仍以原型排除,而华西医大研究魔芋葡甘聚糖能被肠内细菌酵解产生氢、二氧化碳、甲烷、水及短键脂肪酸等,经离子交换作用与肠内胆酸结合,胆固醇用于合成胆酸的量增加,从而使血液内胆固醇降低;且减少其胆道排泄时积聚形成胆石和减少胆酵代谢产物可能致癌物质的形成及排出以预防结肠癌。魔芋还能降低甘油三脂水平,且血脂达正常水平后不再持续下降,起到调节脂质代谢,从而减低动脉粥样硬化和冠心病的发病率;葡甘聚糖作为膳食纤维,不被吸收,不含热量,有饱腹感,且能减少和延缓葡萄糖的吸收,是糖尿病的良好辅助药物,且可预防肥胖和缓慢减肥。葡甘聚糖为可溶性纤维,能吸收水、保水,并通过酵解增加粪便体积和松软度,利于通便,防止便秘。葡甘聚糖又是一种植物胶,但与其它天然胶如黄原胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶等相比,其粘度更高,在PH值降低到3.8以下,仍保持稳定而不沉淀,且与其它胶如黄原胶、卡拉胶等复配后有极佳的协同效果,可使黄原胶的粘度大大增高。当魔芋精粉(葡甘聚糖粗制品)与黄原胶之比为3:2时,使黄原胶出现可逆性凝胶,并达最大凝胶强度,而单纯的黄原胶不能凝胶。由于魔芋葡甘聚糖具有水溶、持水增稠、稳定、悬浮、胶凝、粘接、成膜等多种独特的理化性质而使它具有广泛的应用和开发价值。
     
在食品、饮料工业上利用葡甘聚糖的上述几种特性可作为胶凝剂、增稠剂、粘结保水剂、稳定剂、成膜剂等。
二、魔芋凝胶食品

     
魔芋凝胶食品有二大类,一类是热不可逆凝胶类,其典型代表是魔芋豆腐(糕、丝)及衍生的雪魔芋、魔芋粉丝、魔芋片、魔芋翻花及仿生食品如素虾仁、素腰花、素肚片、素蹄筋、素鸭肠、素鱿鱼、素海参、海蜇皮、贡丸等。这类不可逆凝胶食品是在高温(100)、强碱(PH12)使葡甘聚糖支链上的乙酰基脱离,分子间便联结成立体网状结构,网眼间保持着不能自由流动的水分,使该物系成具弹性的半固体状,充分体现了葡甘聚糖的赋形性 及持水保水性,这种凝胶不能再恢复到流体状态。另一类是热可逆性凝胶食品如果冻、布丁、果酱、无脂肪软糖等在魔芋胶或魔芋复配胶达一定浓度后在常温下成胶冻状,若加温可恢复流体状态。
     
热不可逆凝胶食品的主原料是魔芋精粉。精粉的质量和用量是影响凝胶食品的首要因
素,要求凝胶食品的品质是不软不硬、富有弹性、口感良好、缩水少。要达此要求应1份魔芋精粉加3035份的水。不同地区消费者的爱好不一样,如日本的东北地区喜爱35倍以上的软魔芋,而关西地区却喜爱30倍的较硬魔芋。我国四川、重庆、云南、贵州、湖北等地农民自制的魔芋是加水50倍左右的软魔芋。精粉的质量影响加水的倍数。若精粉的粘度为10000mPa.S,可加水30倍,粘度为15000mPa.S,可加水32倍,粘度达20000mPa.S,可加水35倍。
     
凝胶食品通过赋形设备制成块状、丝状,丸子状、空心粉状等,块状可变形为条状、丁状、片状、三角状,丝可变形成为丝结、丝球、线卷等。仿生食品如素虾仁、素腰花等等都是通过赋形设备制成的。但要注意做魔芋丝对精粉质量要求特别高,一般要选"白魔芋"品种,加水的倍数也要少一点。
     
过去用鲜魔芋球茎直接生产的魔芋食品,都因褐变而呈褐色,日本还加海藻粉使呈黑褐色,而用现代加工手段所作的魔芋精粉是白色的,所以产品也呈白色,但为了增加餐桌上的色彩,也可加成淡红、淡绿、淡黄等颜色。
   
魔芋凝胶食品可添加海藻粉、植物蛋白、芝麻、辣椒粉等,但它们的主要工艺仍是相同的。都是经过魔芋精粉加水搅拌糊化,静置1-2小时让精粉充分溶胀后,在精炼机内将凝固剂氧化钙(用量为精粉量的3%,先加水溶解)与魔芋糊充分快速混匀,立即通过赋形设备定形为块、丝、仿生状等。这个程序也可在家庭厨房内简易完成,随时制作这种保健食品。

     
热可逆性凝胶食品如果冻、布丁、果粒冻、朱古力冻、果酱等加入魔芋葡甘聚糖使其凝胶并起到稳定剂的作用。产品弹性适中,脆而爽口,少脱水,不龟裂。制作方法是用优质魔芋微粉,用量约为果汁等的0.5-0.6%,与砂糖拌和均匀后,在水温不高于40%的搅拌条件下徐徐加入化糖锅内,当温度升至80,进行配料。升温至沸腾后,降温过滤。
三、魔芋葡甘聚糖作为食品饮料添加剂
     
中国及日本自古栽培和食用魔芋。中国卫生部于1998216卫监发[1998]9号文件正式将魔芋列入作为普通食品管理的食品新资源名单。在欧美国家除植物园作为标本外,既不栽培,也不食用。直到20世纪90年代才接纳魔芋葡甘取糖的粗制品魔芋精粉作为添加剂,并由官方公布。美国是在1997年由美国食品与药品管理局(FDA)批准作为食品添加剂,刊登于美国食品添加剂规范(FCC)第4版,所订理化指标比我国的标准宽松很多。欧盟是在1998114官方正式公报,编号L295127E-425,批准/注册用于食品中。由于魔芋葡甘聚糖具有许多优良特性,作为食品、饮料添加剂的用途极广泛。
(一)在肉制品如火腿肠、午餐肉、鸡丸、鱼丸中添加,起到粘结、爽口和增加体积的作用。
(二)在乳制品如果奶、发酵酸奶、勾兑酸奶、炼乳、摇摇奶、AD钙奶、直酸凝乳型酸奶等产品中起到稳定剂作用。特别是直酸凝乳型酸奶的制成,彻底冲破蛋白饮料不能直接酸化的禁区,且进入工业化生产,还延长保质期,在室温下瓶装能保存3个月,易拉罐装12个月不凝聚,不澄清、不分层。添加量约0.30-0.35%。酸度控制在≤0.35%则口感最佳。使用方法是将魔芋胶粉末和10倍重量的砂糖混匀,在水温不高于40的搅拌条件下徐徐加入化糖锅内,升温至80时,待其全溶后即可加入奶粉、糖、品质改良剂和调味剂。升温至沸腾,降温,过滤,高压均质。
(三)在豆制品如特种豆腐、豆花、豆奶、果味豆奶、果蔬汁豆奶等中起到稳定剂的优良作用并延长保存期,易拉罐装12个月内不油析、不凝聚、不漂浮、不沉淀。用量约为0.15-0.25%。工艺最佳PH6.8-7.0,其口感最佳,豆香味更突出。使用方法与(二)法同,都须注意蛋白质在受热过程中必须有魔芋胶稳定剂参与。包装时必须充分抽气,严防褐变。
(四)在饮料如杏仁奶、椰奶、花生奶、核桃奶、粒粒橙、果汁、果茶、各种固体饮料及八宝粥等中起到增稠持水和稳定剂作用,延长保持期。用量为0.15-0.4%PH6.5时风味最佳。使用方法如前法。法意杏仁不能用盐水处理过的,花生仁的焙烤温度约170-190,时间约1分钟,达熟而不焦、脆而不黄,红衣易去为要求。
(五)在冷食如冰淇淋、雪糕、冰棍、冰霜、冰片、两吃冰、咬嚼冰等中起到优良稳定剂作用,防止产生冰晶。
(六)在糖果如各种软糖、牛皮糖、水晶糖等中起到凝胶和增进口感的作用。
(七)薄膜制品如可食性包装材料,纸质食品、拉拉宽食品、拉拉长食品等是利用魔芋葡甘聚糖的成膜性而制成。
(八)在面条、卦面、方便面、粉皮、粉条、沙河粉、米粉、粉皮、面片、馒头、包子、饺子、面包、蛋糕、蛋奶酥、曲奇饼及其它糕点中起到粘结、保水、增加筋力、保持品质的优良作用。面条、粉条等添加魔芋后口感细滑,不断节,回锅不泥,面包、馒头等货架时间延长。中国的小麦一般不是适作面包的专用小麦品种,因此更必须加入魔芋粉。添加魔芋精粉的量为面粉或米粉的0.5%左右。若为魔芋微粉(120目)可直接加于面粉或米粉,混匀后直接和水,若为魔芋精粉(60-120目)应先用水糊化2小时后才和面粉。魔芋粉用量过少,效果减弱,但若用量过大,因葡甘聚糖吸水可达100倍,会使面包、面条等膨大过度,虽有饱腹感,但不经久,这对糖尿病人减少能量摄入量是非常好的辅助治疗食品。
     
魔芋是山区作物,一般的生产环境良好,其空气、土壤和水质都基本没有污染,加工设备都是魔芋界按食品要求制造的专用设备,其产品都能达到绿色食品的要求,魔芋本身又具有医疗保健作用,因此魔芋产业被誉为21世纪的朝阳产业,在云南、贵州等省逐渐在代替烟叶产业。中国魔芋协会1997年成立以来,团结魔芋界同仁提高产品质量和拓宽用途来进一步开拓国内外市场,谋求产业的快速健康发展。目前魔芋行业内有些企业的魔芋精粉和纯化魔芋精粉和微粉以及复配的各种专用添加剂,已达到国际高品质要求,可满足各行业使用要求。因此魔芋界希望能同食品、饮料、粮食加工业以及卫生、医疗等行业加强联合,也特别希望加强同烘焙及西餐业的企业联合,共同来开发利用我国这一优势资源。

 

魔芋的医疗保健作用

张茂玉

一、魔芋是传统的药物和食品

早在两千多年前,《神农本草经》中就首次将蒻头(魔芋)列为药物,后梁、宋、明、清各代古籍医著中都记载了魔芋的药物和保健作用。《本草纲目》和历代本草记载中记述:魔芋性寒、味辛、块茎入药,有解毒、消肿、化痰、散结、行淤的等功能。常用作治疗咳嗽、疝气、乳痛、瘰疬、烧伤等。久煎内服兼有健胃、猪消化的作用。捣碎,以灰汁煮成饼,五味调食,主消渴。日本作药用也有不少记载,但均在我国之后,如《宜禁本草》有蒟蒻、辛、寒、有毒。捣碎,以灰汁煮成饼,五味调和而食,主消渴。生则戟人喉出血。主治痛肿风毒,抹敷肿处,可治肠风。其中蒟蒻即魔芋。《倭汉三才图绘》描述魔芋能清除腹中泥沙,对男子最有益,但不知其原理。还可治痨疾,但其他病人不可多食

魔芋是我国传统的植物性食品,早在中国六朝时代诗集《文选》中的《蜀都赋》就有记载,日本诗人源顺氏著作《和名类聚抄》(931-937)中引用,蒟蒻,文选蜀都赋注云。蒟蒻,其根白,以灰汁煮即成冻,以苦洒淹食,蜀人珍之中国的魔芋传入日本,最初是作为一药用和零食点心,主要在僧侣之间使用,是一种珍贵礼品。直至镰仓之后,开始普及成为常用食品。

二、魔芋的保健作用

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,高膳食纤维才是它有效的营养成分。魔芋精粉是魔芋球茎经物理方法加工获得的,是有效营养成分的浓缩品,其中主要的有效成分是葡甘露聚糖,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、降血糖、降血脂、减肥等。魔芋的保健作用有以下五点, , :

(一)预防和治疗便秘
    
慢性功能性(习惯性)便秘常见,英国调查显示,总人群中10%受此症困扰,发生率随年龄而增加,由年轻人群3%至老年人20%,其他发达国家相似。中国和发展中国家过去发病率不高,随饮食精化和年龄老化,便秘患者急剧增加,多数患者自服通便药或塞肛通便药,仅少数人就诊。因急性疾病(如脑血管意外,心、肺、肾功能衰竭等)卧床病人多有便秘,保持大便通畅是必要的治疗措施。
    
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,改善肠道菌相;肠内细菌酵解膳食纤维,产生低级脂肪酸,刺激肠蠕动,这些都有利于排便。对于便秘患者来说,目前临床使用的泻药包括五大类,即润滑性类、缓解性类、盐类、动力药和容积性类,前四类药物使用上需注意一些事项,而容积性类是纤维制剂,仅通过增加粪便容积,产生近似自然排便的效果,但其起效较慢,是慢性习惯性便秘理想的药物。
    
国内外研究已充分证实魔芋和多种膳食纤维对防治便秘的有效作用。
    
华西医科大学张茂玉等研究表明,便秘者食用魔芋能增加每日粪湿重(相当于1魔芋精粉增重11.4)和粪便含水量;能缩短食物在肠道运转的时间和平均一次排便时间;能增加双歧杆菌数。

(二)调节脂质代谢
    
冠心病已成为人类主要死因之一。脂质代谢紊乱无疑可加速动脉粥样硬化的进程。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粥样硬化和冠心病的发病率密切相关。美国调查显示,超过半数中老年血胆固醇增加,构成冠心病高危因素,如胆固醇水平降低1%,冠心病危险性则降低2%。可溶性膳食纤维通过与肠内胆酸结合,增加胆酸排泄,使体内胆酸合成增加,从而降低血胆固醇水平,还可减少其胆道排泄师积聚形成胆石和胆酸代谢产物的可能致癌作用。
    
血浆脂质一般测定胆固醇和甘油三酯,不同种类的膳食纤维,降血脂各有差异。60年代Wells通过小鼠血胆固醇浓度升高25%,如同时在饲料中加果胶和树胶等可溶性纤维,血胆固醇浓度只上升11%,而加粗纤维的对照组,则无降血脂效果。国内外均已报道,魔芋有显著的降血脂效果,即可降低血胆固醇水平,也可降低甘油三酯水平,且已证实,当血脂达正常水平时不持续下降,起到调节脂质代谢,预防高脂血症的作用。
    
华西医科大学营养与食品卫生学教研室研究魔芋精粉降血脂效果,结果与上述相似(见下表)。

实验前后血清脂质浓度(M±SD)

测定项目

实验组

对照组

受检人数

实验前

实验后

差值

受检人数

实验前

实验后

差值

甘油三酯(mg/dl)

66

222.3±146.6

168.1±63.8

54.2

44

253.4±133.3

234.4±134.4

19.0

胆固醇(mg/dl)

66

205.3±31.5

190.7±21.1

14.6

44

199.2±44.0

202.3±47.1

-3.1

高密度脂蛋白胆固醇(mg/dl)

66

47.2±11.0

61.7±21.7

-14.5

44

117.9±25.7

111.8±23.0

6.1

低密度脂质蛋白胆固醇(mg/dl)

66

55.8±11.0

45.1±8.1

10.7

44

10.92±38.0

112.7±29.6

-3.5

载脂蛋白A1(mg/dl)

64*

123.1±23.0

142.0±15.1

-18.9

43**

135.1±16.9

125.1±17.8

10.0

载脂蛋白B100(mg/dl)

64*

86.5±14.5

81.1±13.7

5.4

43**

95.6±11.8

85.1±16.0

10.5

    研究还表明,魔芋精粉对高脂血症患者降血脂效果显著,而对血脂水平在危险临界值者,基本维持原有水平,起到预防高血脂的作用。

魔芋食品对血清胆固醇浓度不同者的效应(M±SD)*

浓度(mg/dl)

人数

下降者(mg/dl)

200--230

54

8.3±18.2

>230

12

42.4±23.4

*血清不同浓度者的比较,P<0.01

魔芋食品对血清甘油三酯浓度不同者的效应(M±SD)*

浓度(mg/dl)

人数

下降值(mg/dl

130--150

23

-1.1±23.1

>150

43

83.8±133.5

*血清不同浓度者比较,P<0.01

    可溶性纤维调节脂代谢的可能机理,除增加胆酸排泄外,还有减少脂肪和能量摄入、减少脂肪和胆固醇吸收等原因。

(三)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的作用,而不溶性纤维则无明显作用。华西医科大学黄承钰等研究魔芋精粉对糖尿病患者血糖的影响,结果表明,魔芋精粉有奖血糖效果,对重者的降糖效果优于轻者,并且对降低餐后血糖和对降低空腹血糖更有效。 

食用魔芋精粉后受试者血糖的变化

生化指标

试验前

试验中

试验后

空腹血糖(mg%)

72

71

61

159.53±36.12

140.48±28.41

139.52±35.82

餐后血糖(mg%)

72

71

61

275.72±80.32

236.90±59.74

227.67±59.10

糖化血红蛋白(nmol果糖/10mgHb)

71

40

27

91.68±21.76

82.85±19.82

77.93±17.83

试验末三组对象血糖下降值(mg%)的比较

指标

轻(FBG-0<150mg%)

中(150≤FBG-0<200mg%)

重(FBG-0≥200mg%)

例数

下降值

下降率(%

例数

下降值

下降率(%

例数

下降值

下降率(%

FBG

24

4.83

3.73

28

24.07

14.51

9

51.8

22.82

FBG

24

21.42

9.71

28

68.67

21.11

9

84.6

24.15

(四)减肥作用       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,食用魔芋精粉30天,体重下降率为78.4%,下降幅度为0.5--4.7公斤,个体差异较大。膳食纤维在胃内的充盈作用,增加了饱腹感,同时可以减少产热营养素的吸收。膳食中增加一定量的魔芋或其他可溶性纤维,可达到预防肥胖和缓慢减肥的目的。目前已有加魔芋精粉或其他可溶性纤维的减肥食品或保健食品面市。

(五)其他作用       文献报道,有不少非淀粉多糖有调节机体免疫功能的作用,能增强非特异性免疫,细胞免疫、体液免疫功能中的一个或几个方面。初步研究表明,魔芋精粉能提高正常小鼠和免疫抑制状态小鼠的特异性和非特异性免疫功能,具有免疫调节活性。

    流行冰雪调查和部分实验研究表明,膳食纤维对预防结肠癌、乳腺癌等有一定作用,也有报道魔芋精粉对小鼠肺癌有预防作用。可能是可溶性纤维大量吸水稀释了肠道致癌物和前致癌物的浓度,并加速它们排出体外;影响肠道菌相变化,厌氧菌增加,厌氧菌中的双歧干菌,有抗癌作用,加速可疑致癌物胆汁酸的代谢产物的排泄。

三、魔芋在营养保健及医疗方面的应用

    魔芋的用途非常广泛,主要是食用、医用和工业上的应用,还有飞粉的综合利用。从营养保健和医疗角度看,魔芋应用于三个方面:

1.作为食品的主要原料或添加剂     随着魔芋食品科学技术的发展和对魔芋认识的提高,魔芋精粉作为食用的重要原料或添加剂,制成各种食品、饮料、果冻、果汁的系列产品越来越多。

2.作为保健食品     可开发为特定人群具有特定保健功能的保健食品。

3.制成药物 国内外已有可溶性纤维制成容积性类药治疗便秘。用可溶性纤维为药物防治高血脂症和冠心病、糖尿病、肥胖病是目前研究的热门。

魔芋降血脂、降血糖、减肥、通便等作用,与其有效成分葡甘聚糖含量有密切关系,故以上三种用途使用的魔芋精粉,都必须保证魔芋精粉的质量和葡甘聚糖的含量和质量,才能真正起到应用的效用。

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