魔芋葡甘聚糖的结构_食品学性质及保健功能_孙远明

魔芋葡甘聚糖的结构、食品学性质及保健功能*

孙远明　吴　青　谌国莲　黄晓钰

(华南农业大学食品科学系,广州,510642)

摘　要　综述了国内外关于魔芋葡甘聚糖的化学结构、食品学性质、保健功能及在食品与医药中的应用。

关键词　魔芋　葡甘聚糖　化学结构　性质　保健功能

魔芋(ko njac,elephant-foo t ya m)属天南星科魔芋属(Amorphophallus Blum e)植物。国际上(特别是日本)近30年来,我国近10余年来对魔芋研究非常活跃,涉及魔芋生物学、栽培、育种、魔芋萄萄甘露聚糖(gluco-ma nna n,简称葡甘聚糖)的化学结构、理化性质、生物学功能、提取加工方法与设备、葡甘聚糖利用等诸方面。研究发现魔芋是一种能大量合成葡甘聚糖的植物,其含量占干基的50%左右[1];魔芋葡甘聚糖具有多种独特的理化性质,在食品、医药、化工、纺织、石油钻探等工业中均有很好的应用价值。正因为如此,1986年农业部把魔芋认定为我国重要的特种经济作物之一[1]。本文就国内外关于魔芋葡甘聚糖的结构、食品学性质及其保健功能等作一综述。

1　魔芋葡甘聚糖的结构

魔芋葡甘聚糖是上世纪末在日本发现的。Roibu等人用3%硫酸水解魔芋粉,在水解液中检测出大量的甘露糖,认为魔芋中的粘稠物质是由甘露糖组成的甘露聚糖(实为葡甘聚糖),并于1895年用英文发表了“甘露聚糖为人类食品的一种物料”一文。1920年Mayeda发现魔芋粘稠物质中除甘露糖外,还含有葡萄糖[32]。60年代以来,日本学者对魔芋葡甘聚糖结构进行了详细的研究[2,9,12,14,24～26,31,35～37,46],结果概括如下:魔芋葡甘聚糖是由分子比1∶1.5或1∶1.6(花魔芋,A.konjac)或1∶1.69(白魔芋,A.al-bus)的葡萄糖和甘露糖残基通过β-1,4糖苷键聚合而成,在某些糖残基C-3位上存在由β-1,3糖苷键组成的支链,其支链多少的报道结果差异很大,Smith研究认为主链上每32个糖残基有3条支链,而Kato等人却认为主链上每80个糖残基只有1条支链(后者可能接近实际些);每条支链由几个至几十个葡萄糖和甘露糖残基构成;主链上大约每19个糖残基上有1个以酯键结合的乙酰基。魔芋葡甘聚糖分子量因魔芋种类、品种、加工方法及原料的贮藏时间不同而变化,一般为200000～2000000。我国白魔芋葡甘聚糖的分子量大于花魔芋。

2　魔芋葡甘聚糖食品学性质

2.1　流变性

魔芋葡甘聚糖易溶于水,不溶于甲醇、乙醇、丙酮、乙醚等有机溶剂。其水溶液为假塑性液体,即有剪切变稀的性质[2,9,28]。

e=kD n

e为剪切应力,k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(胶)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的质量的2个重要指标,k值越大,n值越小,其质量越优。许时婴和钱

第一作者:博士,教授。

广东省自然科学基金资助收稿时间:1998-09-08

和[3]研究得到白魔芋和花魔芋精粉的k值分别为5895～7385和1858～3311,n值为0.33～0.36和0.59～0.66,表明白魔芋精粉优于花魔芋精粉。

据实验,魔芋葡甘聚糖的粘度随着温度的上升逐渐下降,冷却后又上升。但是,其粘度不能回升到加热前的水平。魔芋葡甘聚糖不耐80℃以上的高温。如魔芋葡甘聚糖溶胶在121℃下保温0.5h,粘度约下降50%。

Kohyam a等[29]观察了p H对魔芋葡甘聚糖粘度等指标的影响。结果表明,在pH3以下和在p H11.5以上粘度迅速上升,在p H 3～9之间粘度较稳定。

2.2　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决定了它优良的增稠性质。1%的魔芋精粉的粘度达到数十帕斯卡秒(Pa·s),高的达到200Pa·s,与黄原胶、瓜尔胶、刺槐豆胶等增稠剂相比,它属于非离子型,受体系中盐的影响很小[39]。

魔芋葡甘聚糖与黄原胶、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,粘度可增加2～3倍[39]。在增稠剂总量为5%时,4.5%变性玉米淀粉+0.5%魔芋精粉糊化后的粘度比5%变性玉米淀粉的粘度高出 4.6～8.6倍[40]。

2.3　胶凝性

在食品工业中,许多食品需依赖于亲水胶体物的胶凝性质,形成一定的形状和一定的质构,并保证所期望的融化温度和(或)增强风味的释放。明胶、卡拉胶、果胶和海藻酸钠就是这类典型的亲水胶体物。魔芋葡甘聚糖具有独特的胶凝性能,在一定条件下可以形成热可逆(热不稳定)凝胶和热不可逆(热稳定)凝胶。

2.3.1　热可逆凝胶

魔芋葡甘聚糖能与黄原胶[3,33,39～41,45]、卡拉胶[21,30,34,38～40,44]等存在强烈的协同作用而形成热可逆凝胶。

单独魔芋葡甘聚糖(非碱性条件)或黄原胶均不能形成凝胶。但两者混合后,几乎可在任意pH下形成凝胶。在总浓度保持1%的情况下,随着黄原胶的加入,表观粘度逐渐增加,当魔芋精粉与黄原胶的配比为3∶2时,达到最大值,然后又下降。当两者加热溶解冷却后,则形成凝胶。其凝胶强度在两者比例为3∶2时为最大。当p H5左右时,其凝胶强度达最大。随着两者混合浓度的增高,其凝胶强度相应增大。两者混合形成的凝胶为热可逆凝胶,在室温至40℃呈固态,而在50℃以上呈半固态或液态,冷却至室温后又呈固态。关于其凝胶机理可能是,魔芋葡甘聚糖分子上平滑、没有支链的部分与黄原胶分子的双螺旋结构以次级键形式相互结合形成三维网状结构。

卡拉胶为硫酸化的线性半乳聚糖,主要有3种类型。魔芋葡甘聚糖与其中的κ-卡拉胶存在协同作用。两者在一起加热再冷却后,可以形成脆性、弹性不同的凝胶。随着两者比例的变化,其质构与融点性质随之改变。魔芋葡甘聚糖所占比例越大,凝胶的韧性越强,反之,凝胶的脆性越强。当两者为4∶6时,其凝胶强度达最大。钾离子对其凝胶形成有一定的影响,在一定总胶浓度下,随体系中钾离子的提高,其凝胶强度增大,但过量钾离子形成的凝胶质地硬而脆,析水率也增大。通常情况下,以0.03%～0.1%为宜。

2.3.2　热稳定凝胶[15～18,22,23,39]

我国传统的魔芋豆腐,即魔芋凝胶,已有2000多年的历史。但对其胶凝过程与机理的研究是近几十年的事。研究发现,魔芋葡甘聚糖分子链上的乙酰基团阻止葡甘聚糖长链相互靠近而形成凝胶,但弱碱(碳酸氢钾加到2%的魔芋葡甘聚糖溶液中)条件下加热,则形成凝胶。该凝胶形成受体系中p H和温度的影响。通常p H要达到9～10以上,在加热的条件下,才能形成凝胶。该凝胶对热稳定,即使在100℃下,重复加热,其凝胶强度变化不大。另据实验,该凝胶即使加热到200℃以