第三单元   魔芋加工利用的基础知识和技术

第九讲  魔芋球茎的化学成分及其葡甘聚糖

一、魔芋球茎的化学成分

魔芋属有170种以上，种不同，其球茎的化学成分也不同，主要的不同在于所含碳水化合物中是以葡甘聚糖（Glucomannan，GM）为主，还是以淀粉为主，因淀粉在许多作物都大量成在，而葡甘聚糖只在魔芋属的一部分种中大量含有，因此前者的经济价值远高于后者。魔芋球茎以含淀粉为主称淀粉型魔芋，以含葡甘聚糖为主，称葡甘聚糖型魔芋，葡甘聚糖和淀粉的含量均居中的称中间型魔芋。魔芋球茎的成分如下：

（一）水分  魔芋鲜球茎含水分78%~88%，依品种、栽培环境、收获期早晚等而不同。日本的品种比中国的含水分较低；凡栽培地空气湿度和土壤含水量高，所栽的魔芋球茎含水量较高，反之则低；挖收过早或较早的比挖收较晚的含水量更高。凡含水分高，干物质含量就相对较低。

（二）干物质  魔芋干物质中的主要成分

1、碳水化合物  约占70%~80%以上，其中以葡甘聚糖和（或）淀粉又占绝大部分。

（1）葡甘聚糖  不同的种含量差异很大，如中国的花魔芋和白魔芋、含葡甘聚糖达50%~60%；田阳魔芋和西盟魔芋含量近50%；攸乐魔芋含葡甘聚糖33%，淀粉38%；勐海魔芋含葡甘聚糖39.8%，淀粉46.1%；疣柄魔芋不含葡甘聚糖，而淀粉含量可达35%~70%。同为花魔芋，不同地区的农家品种的葡甘聚糖含量也有差异，如重庆綦江的花魔芋含量可达59%，而福建屏南、江西景岗山的只有52%；熊绿芸分析贵州不同海拔高度所产花魔芋的葡甘聚糖含量也有差异， 纳雍县补作乡1700m海拔处所产的，含量达60.2%，而纳雍县义忠乡1300m海拔处所产的仅含50.9%。

（2）淀粉  球茎中葡甘聚糖和淀粉含量呈负相关。葡甘聚糖型的魔芋如花魔芋含淀粉12%~20%，白魔芋也含11%左右。熊绿芸分析贵州省不同地区20份花魔芋中，淀粉含量最低的为6.5%，高的达30%，平均为17.8%。

（3）纤维素与半纤维素  二者是构成细胞壁的主要成分，孙远明镜检发现在球茎中还存在有纤维素特化了的纤维细胞。花魔芋球茎干重中含纤维2%~5%。

（4）可溶性糖  不同的种及其地方品种含量有差异，如白魔芋为1.5%（干重），花魔芋为2.9%，而花魔芋的12个地方品种中，低的仅2.3%，高的达3.8%。魔芋生长期间，种球茎，新球茎，叶中可溶性糖有蔗糖、果糖、葡萄糖，而有少量甘露糖仅存在于种球茎中，可能是由葡甘聚糖酶解而来。

2、含氮化合物  包括蛋白质、氨基酸和生物碱。

（1）蛋白质和氨基酸  不同的种或不同产地的球茎所含粗蛋白相差较大。熊绿芸测定贵州不同地区20份魔芋材料低者5.25%，高者14.06%，平均8.73%；钱沁测定湖北宣恩花魔芋芋角中粗蛋白含量为5.6%；崔熙测定白魔芋芋角的含量为5.56%，花魔芋为7.61%；孙远明测定綦江花魔芋含量为9.82%。

花魔芋、白魔芋和东亚魔芋中检出17种～18种水解氨基酸，其中水解氨基酸总量，花魔芋芋角为3.75%~10.56%，精粉为1.60%~5.12%，白魔芋芋角为4.79%，东亚魔芋为4.88%。

花魔芋芋角中人体必需氨基酸总量为1.40%~2.85%、精粉为0.35%~1.50%，白魔芋芋角为1.43%。

魔芋球茎中游离氨基酸含量约为粗蛋白含量的5%左右，芋角的含量高于精粉，表明游离氨基酸也主要存在于普通薄壁细胞中。

（2）生物碱  贾成禹报道，花魔芋球茎中生物碱含量（干重）为1%~2%，白魔芋为0.5%~1.0%，并从白魔芋中初步分离出20多种组分；孙远明等测定花魔芋精粉含挥发性生物碱三甲胺，含量为0.128%，还有少量二苯胺；彭晓波、刘勤晋分析花魔芋飞粉中的生物碱为一种5—甲荃咪唑的衍生物；Tona等得到花魔芋球茎的一种生物碱为多巴胺。至今魔芋的生物碱尚未完成清楚。

3、无机成分  魔芋球茎含丰富的矿物质，包括20多种无机成分，其中多种元素对人体健康有益，但不同报道的灰分总量及元素含量差别较大。

（1）灰分  含量为2.63%~7.02%，比薯芋类的马铃薯、甘薯、山药、芋等高0.6倍至数倍；东亚魔芋含量最高，花魔芋居中，白魔芋最低；精粉中灰分含量低于魔芋角，更低于飞粉。

（2）常量元素  人体必需的常量元素有钙、磷、镁、钾、钠、氯、硫等7种。魔芋的钾含量高，属高钾作物，钙含量也较高，但与草酸形成不溶性盐，人体难以吸收，营养意义不大。

（3）微量元素  魔芋球茎所含无机元素种类较多，东亚魔芋含有人体必需或可能必需的微量元素，花魔芋和白魔芋仅缺少矾，个别样品中含有超标的有害元素铅、砷、锡，可能来自土壤。湖北恩施地区一些土壤中含硒量高，所种魔芋富硒。

二、魔芋葡甘聚糖

魔芋葡甘聚糖（Konjac Gluoco-mannan，KGM）是魔芋的主要经济成分。

（一）   结构  魔芋葡甘聚糖的结构由一定摩尔比（花魔芋为1∶1.5～1.78，白魔芋为1∶1.69）的葡

萄糖和甘露残基通过β（1→3）糖苷链组成的支链，主链上每32个～80个糖残基有一个支链，每条支链有几个至几十个糖残基，主链上大约每19个糖残基上有一个以酯链结合的乙酰基（图9-1）。魔芋葡甘聚糖分子量因魔芋品种、产地、加工方法及原料的贮藏时间不同而变化，一般为20万～200万道尔顿，贾成禹研究，花魔芋为100万道尔顿，白魔芋为110万道尔顿。

图9-1  魔芋葡甘聚糖的化学结构

（二）理化性质

1、流变性  KGM易分散于水，不溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚等有机溶剂。其水溶胶为非牛顿流体，或称假塑性液体，即有剪切变稀的性质。

σ=KDⁿ  σ为剪切应力，K为稠度系数，n为流动指数，D为剪切速率。

魔芋葡甘聚糖水溶液的表观粘度随剪切速率的增加而降低。K值和n值是评价魔芋葡甘聚糖质量的两个重要指标，K值越大，n值越小，其质量越优。

2、KGM溶胶的稳定性  KGM溶胶的粘度随着温度的上升逐渐下降，冷却后又上升，但不能回升到加热前的水平。KGM溶胶不能长时间耐80℃以上的高温，如KGM溶胶置121℃下保温0.5h，粘度下降约50%。

KGM溶胶在pH值3～9之间粘度较稳定。当pH值在11.5以上或3以下时，粘度很快下降，表示溶胶中KGM分子结构及其相互作用发生了变化。

魔芋精粉纯度越高，其溶胶的稳定性越好。经过纯化处理的精粉溶胶可在室温下放置几天，粘度无明显变化，而许多干法生产的精粉，由于含较多的杂质和细菌，其溶胶在30℃下，数小时就出现粘度下降，进而发酵变臭。

3、增稠性  KGM是一种优秀的增稠剂，这是由于KGM分子量大，水合能力强和不带电荷等特性所决定的。1%魔芋精粉溶胶的粘度达数千毫帕斯卡秒（mPa·s）以上，高的达20万mPa·s，几乎比所有天然增稠剂的粘度高。与黄原胶、瓜尔胶、刺槐豆胶增稠剂相比，它属于非离子型，受食品体系中盐的影响很小。

KGM与黄原胶、淀粉等增稠剂有协同增稠作用。若在1%黄原胶溶液中加入0.02～0.03%的魔芋精粉，其粘度增加2倍～3倍，在食品中应用，可减少增稠剂的使用量，从而降低成本。

4、成膜性  KGM溶液具有良好的成膜特性，其特点是用量低，强度高，透明性好。单一的KGM膜具有水溶性，在碱性加热条件下制成的膜耐水性强，在冷、热水中及酸碱中均稳定。

5、胶凝性 

（1）热稳定凝胶  我国传统的魔芋豆腐就属于热稳定性凝胶，而且是不可逆性凝胶。其加工原理是KGM分子链上的乙酰基团若在水中或弱酸条件下能阻止KGM长链相互靠近，不能形成凝胶，而在碱性（pH值9～10以上）条件下，并加热脱去乙酰基团，分子间形成氢链，而使KGM长链互相聚合，形成热稳定凝胶，在200℃下都不能破坏其凝胶，故称不可逆凝胶。

（2）热可逆凝胶  热可逆凝胶即在形成凝胶后，在常温下保持凝胶状态，当加热时转变为液态。KGM（魔芋胶）与黄原胶、卡拉胶、古兰胶等有强烈的协同作用，在一定条件下能形成热可逆凝胶。

======第九讲   参考文献=======

1、  冲增哲等著，古明远译，魔芋科学，四川大学出版社，1990，135～144

2、  贾成禹，陈素文，等，魔芋葡甘露聚糖研究，生物化学杂志，1988，4（5）：407～413

3、  许时婴，钱和，魔芋葡甘露聚糖的化学结构与流变性质，无锡轻工学院学报，1991，10（1）：1～12

4、  沈悦玉，杨湘庆，魔芋胶的特性和魔芋凝胶食品，食品科学，1995，16（6）：14～19

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