叶 维 李保国 周 颖
（上海理工大学医疗器械与食品学院 上海 200093）
摘 要：魔芋中含有丰富的葡甘聚糖，葡甘聚糖被称为第七营养素，优良的膳食纤维，是新世纪健康食品的主流，目前国内外对魔芋的需求也在日益增长。本文主要针对魔芋加工中的护色工艺的原理、技术要点以及优缺点进行总结和概括，并提出展望和建议，以期为魔芋精粉加工研究、提高其产品品质提供理论依据。
关键词：魔芋精粉；多酚氧化酶；护色；干燥
中图分类号：TS255.36 TS972.24 文献标识码：A
文章编号：1674-506X(2015)01-0004-0005
魔芋(Amorphophallus Blume)又名花杆莲、鬼芋、星芋等，为天南星科植物，魔芋主要是喜阴，喜湿，怕热，不耐寒，怕浸水的作物，生长环境比较特殊，全世界适应魔芋生长的地区不多。在我国魔芋的种植主要分布在长江流域，湖北、云南、贵州、四川以及湘西、福建等海拔800m以上的山区。
魔芋中含有丰富的葡甘聚糖(KGM)，葡甘聚糖是一种高分子量的非离子型多糖，其由葡萄糖(glu)和甘露糖(man)按1∶1.78的摩尔比组成，葡萄糖和甘露糖通过1,3-1,4糖苷键连接，在其主链上约每68个糖残基就存在1个支链，以β-1,3-糖苷键连接在甘露糖的C3位上，长度约为3-4个糖残基，在一般成熟的鲜魔芋中含量约50%。此外，魔芋还含有粗蛋白(5-14%)、淀粉(10-30%)、可溶性糖(3-5%)，16种氨基酸及多种对人体健康有益的矿物质等其它成分。魔芋葡甘聚糖(KGM)是一种优良膳食纤维，被称为第七营养素，水性极强，膨胀率达到自身的100倍左右，食用后不容易被消化，使人产生饱腹感，有利于减肥和健康，同时还可以促进肠道的蠕动，有利于防治多种消化系统疾病。魔芋葡甘聚糖在肠道中可以降低小肠黏膜上细胞的Na+、K+、ATP酶活性，限制营养物质的吸收。且能吸附胆固醇和胆汁酸，对降低血压和心血管疾病有良好作用，具有预防和治疗糖尿病、高血脂、结肠癌、肥胖症、高血压和心脑血管疾病等功能，甚至发现其具有抑制肿瘤的活性的作用。在工业上，魔芋粉可作为增稠剂、胶凝剂、乳化剂、稳定剂、填充剂等，应用在医药、食品、环保等领域。
魔芋在加工过程中由于多酚氧化酶在氧气的作用下会使多酚类物质氧化而产生褐色素，从而影响魔芋粉的色泽和外观，并降低葡甘聚糖的含量。目前，在魔芋加工过程中防止褐变发生受到越来越多的研究者的关注。
1 魔芋加工中的护色处理方法
魔芋精粉是由鲜魔芋块茎，经过干燥、机械粉碎、风选等工艺得到的。魔芋在加工过程中会发生褐变，褐变主要以酶促褐变为主，引起酶促褐变的原因是魔芋中的酚类物质在酶的作用下被氧化成醌类，醌类的聚合形成了褐变物质从而导致组织变色，是多酚类物质、多酚氧化酶和氧气共同作用的结果。魔芋中含有大量的多酚氧化酶和酚类物质，在完整的魔芋球茎中，由于缺乏氧，酚类物质不会被多酚氧化酶催化氧化，但是当去皮或切片后，切面暴露在空气中，魔芋中的酚类物质便在多酚氧化酶的催化下氧化成邻醌，进而又通过聚合作用形成褐色素或黑色。魔芋在加工过程中褐变主体是酶促褐变，但因含有少量淀粉与蛋白质，在高温长时干燥过程中也会发生一定的由各种非酶原因引起的化学反应而造成的非酶褐变。
对于魔芋褐变底物，人们从魔芋球茎分离出一种含酚环含氮衍生物3,4-二羟基苯乙胺（多巴胺），其可能为主要的褐变底物。要保证魔芋精粉的色泽就必须抑制多酚氧化酶的酶促褐变，以及抑制非酶褐变的美拉德反应，避免褐变的发生。
1.1 二氧化硫护色法
在魔芋干燥加工过程中，常将二氧化硫加入到热风中护色。二氧化硫可破坏酶的氧化系统，与氧反应，从而阻止酶促褐变以及各类氧化反应的发生，同时还可抑制由还原糖与氨基酸发生美拉德反应而导致的非酶褐变，魔芋干燥加工中添加二氧化硫其残留量必须控制在限定范围内，否则将会对人体健康造成危害。国标GB/T 18104-2000《魔芋精粉》规定二氧化硫含量≤2.0g/kg，对于大多数企业生产的魔芋精粉含硫量能够达到要求，有少数企业为追求色泽，超量使用二氧化硫，导致魔芋精粉中含硫量超标。因此，应建立完善魔芋粉中二氧化硫含量的快速检测手段，以保证产品的安全性。如何在魔芋加工中合理使用二氧化硫，降低其残留量是亟待解决的问题。
夏俊等采用回流法进行魔芋脱硫处理，可将魔芋含硫量降至20mg/kg，效果虽好，但该方法步骤较繁琐，有较多的限制因素，还需进一步优化。
传统的魔芋护色方法是熏硫法，与之相对应的去硫法是利用酒精清洗，成本高，酒精消耗大。使用双氧水与酒精互配溶液进行去硫清洗，能够氧化魔芋精粉中残留的大部分二氧化硫，从而有效降低魔芋精粉中二氧化硫的含量，缩短清洗时间。
1.2 水溶液护色剂护色
水溶液护色剂是将具有抗氧化性，能抑制酶活性的水溶性物质溶于水中，形成水溶液护色剂，然后将需要被护色的物质浸泡在溶液中，利用扩散原理进行护色，加热可以增加扩散速度，缩短护色时间。但是水溶液护色剂在魔芋加工护色工艺中还没有得到广泛的运用，这主要是由于魔芋中富含的葡甘聚糖具有极强的亲水性，在冷水中也可迅速吸水膨胀，并且其胶粘性强，导致在后期的干燥过程中脱水困难，加之葡甘聚糖糊化后，将不会重新变成排列有序的晶体，风选分离也将不起作用。同时有研究发现魔芋在接触冷水后，5min后才会吸水膨胀，所以在此之前可以使用水溶液护色剂和热烫抑制酶的方法。目前常用的护色剂有抗坏血酸，L-半胱氨酸等，但因为魔芋加工的特殊性，单一抗氧化剂效果不佳，常将多种抗氧化剂进行复配以降低抗氧化剂的使用量，降低成本，提高抑制效果。
1.3 高温空气灭酶护色
抑制酶活性还可采用高温空气灭酶，高温处理不仅能够灭酶防止褐变，而且还可以达到快速干燥的目的，研究表明魔芋片干燥主要分为预热期，恒速干燥期和降速干燥期三个阶段。
魔芋中的多酚氧化酶在80-90℃下便会失活，若干燥温度控制在80-90℃，则干燥速率相对慢，效率低。干燥温度超过110℃便会使魔芋中的有效成分变质，若单独使用高温空气对魔芋片干燥，会加快褐变发生的速度，与此同时温度过高还会导致糖焦化，从而产生黑色物质，随着温度的升高，非酶褐变发生的程度越大。所以直接采用高温度空气干燥灭酶工艺解决不了魔芋褐变问题。因此，须将高温空气灭酶护色工艺进行改良，严格控制温度，根据魔芋自身的特性进行干燥。分段式的干燥方式，干燥的不同时期采用不同的温度，不但能得到品质较好的魔芋精粉，而且还能降低能耗，提高效率，温度的控制也要以魔芋的品种，及魔芋自身的特性为依据。
1.4 真空冷冻干燥、微波干燥护色及热泵干燥
真空冷冻干燥可控制产品中的酶活，防止氧化褐变，经过真空冷冻干燥的魔芋能保持白色。由于魔芋的特殊性质和结构，真空冷冻干燥后魔芋葡甘聚糖因易受冻而被破坏，经过真空冷冻干燥的魔芋片容易吸潮从而影响后期的粉碎工艺，干燥后魔芋粉分离较困难，且真空冷冻干燥法所需设备初次投资大，干燥能耗高，运行成本较高，目前没有得到推广运用。为此，一些研究者在研究如何降低真空冷冻干燥的成本上做了一些研究。对此找到相适应的冻干温度，一次干燥温度，二次干燥温度及在保证质量的前提下，通过测定魔芋的共晶共熔点以及玻璃化温度作为参考以缩短干燥时间，得出最优的干燥参数，如表1。在此干燥条件下，得出的魔芋片，用色差分析得出L值131.21，色白，颜色均匀，外形保持较好，干燥效果好。
微波干燥与传统干燥方式不同，其热传导方向与水分扩散方向一致，具有干燥速率大、节能、生产效率高、易实现自动化控制等优点，因而在干燥领域受到重视。有研究表明鲜魔芋经过常规处理去皮、切片后，用频率915-2450MHz微波将魔芋切片灭酶3-5min，然后烘干，再转入魔芋精粉机内进行粉碎，最后风选分离，得到魔芋精粉，经该方法得到的魔芋精粉不含有硫残物，卫生指标高，味道独特鲜美，且加工方法简单易操作。但是由于魔芋冬季收获，多产于交通不便山区，集中处理量大，使用微波干燥装备，造价高，且年加工时间又短，尤其对魔芋片这类物料，采用微波不当会产生热处理不均匀、局部焦化等现象，因此微波在魔芋干燥领域的使用受到了一定的限制。
热泵可以从低温热源吸取热量，使低品位热能转化为高品位热能，可以从自然环境或余热资源吸热从而获得比输入能更多的输出热能的一种新型节约型干燥方式。利用热泵来干燥是近年来研究的一个热点。Hii等用热泵干燥对可可豆进行了干燥研究。发现在干燥过程中水分的传质是由球茎内部到表皮，当温度较低时，有利于减少物料内热敏性多酚类物质的损耗，物料的硬度会随水分含量的下降而逐渐增加。Chua等使用分段式热泵干燥番石榴。经过优化参数对比设计的分段变温干燥比连续式等温干燥减少20%抗坏血酸的损耗。然而热泵在魔芋的干燥中目前还没有得到运用，热泵干燥的低能高效在魔芋干燥领域必定会有较大的发展空间。
1.5 热水漂烫及酸碱溶液处理护色
在抑制果蔬酶促褐变中，采用热水漂烫及酸碱溶液处理是常用方法之一。研究发现白魔芋与花魔芋中酶活性的最适温度都是30℃，白魔芋和花魔芋在70℃左右时，酶活性丧失率分别为83.3%，75.8%，当温度达到l00℃时酶活全部丧失。白魔芋和花魔芋的最适pH都是5.5，白魔芋在pH为3时，酶活丧失57.2%，在pH小于2.2时酶活丧失l00%，花魔芋在pH为3时酶活丧失86.5%，pH在9以上时酶活全部丧失。因此，通过调节温度及pH均可抑制多酚氧化酶活性，从而达到抑制褐变效果。但由于魔芋中的主要成分葡甘聚糖亲水基较多，且颗粒呈无定型结构，极易吸水膨胀糊化，并产生很强的胶粘性，在后续干燥加工过程中，由于表面胶体的存在，会被干燥成膜从而阻止内部水分向外扩散，延长干燥时间，导致酶促褐变发生影响产品质量。为了解决上述问题，可利用魔芋吸水延迟特性，即在水中5min内不会吸水膨胀，在5min中内完成护色处理，可避免后期干燥脱水困难问题。如何保证在5min中内完成灭酶，需要对温度和酸碱溶液浓度以及护色工艺进行优化研究。
1.6 天然褐变抑制剂护色
天然褐变抑制剂是二氧化硫替代品未来理想的选择，天然褐变抑制剂如柠檬酸、草酸、抗坏血酸、硫醇类等，在食品加工中已得到广泛使用。硫醇类化合物如L-半胱氨酸、谷胱甘肽等也是非常有效的褐变抑制剂，抑制效果高于抗坏血酸。通常多元混合抑制剂抗褐变效果比单一种类好。采用互配处理优势互补，选择最优配比，可减少单一用量，增强抑制效果，如表3，但由于各种抑制剂的天然特性不同，最适条件各异，因此在多元互配中也会出现拮抗作用，影响抑制效果，所以在互配处理中需要各种因素兼顾。
如草酸、柠檬酸等褐变抑制剂，虽对褐变具有一定效果，但这些褐变抑制剂单一使用剂量比较大、或自身具有毒性等问题，使常规使用受到限制。而且，这些物质在酶促褐变反应开始后才起作用或加入量不足，就不能很有效地控制酶促褐变发生，尤其是抗坏血酸，一旦大部分被氧化成脱氢抗坏血酸后，醌类就会聚积、聚合，这将会最终导致褐变发生。此外，用褐变抑制剂溶液浸泡魔芋片，同样存在魔芋片吸水溶胀而难以制粉问题，进而增加制粉成本。目前在魔芋护色工艺中天然褐变抑制剂还没有得到广泛的使用，其原因是单一的天然褐变抑制剂效果不埋想。所以将褐变抑制剂进行多元互配处理，优势互补已经成为了未来发展的一个大趋势。
1.7 其他褐变抑制剂处理护色
过氧化氢俗称双氧水，由于具有强氧化性，所以常用以进行漂白与脱色处理，H2O2在魔芋上应用主要集中在对魔芋粉纯化方面。邬应龙等利用5%H202对魔芋粉进行了脱色实验，其研究结果表明，经过H2O2纯化的魔芋粉并未发生氧化变性反应。利用H2O2-柠檬酸-40%乙醇体系对魔芋微粉进行纯化漂白得到魔芋粉，其增白、除臭效果均很明显，粘度、凝胶强度及KGM含量基本上没有变化，且魔芋中多酚氧化酶活性几乎全部丧失。在魔芋加工过程中，护色除臭采用H2O2法处理操作简单、成本低廉，且其用于抑制褐变用量，在可接受的范围内，若能结合乙醇使用，效果将更加显著。但是由于H2O2具强氧化性，在抑制酶促褐变的同时，可能会导致魔芋葡甘聚糖的结构及性质发生一定程度物理化学变化，对魔芋中的其它物质也可能产生一定程度的影响。
李斌等研究发现了一种新的魔芋精粉复合品质改良剂，其主体成分为复合酶-氨水-催化剂A，发现复合改良剂可明显提高魔芋精粉的品质，魔芋精粉SO2含量明显降低，色泽明显变白，水溶胶透光率和粘度均有了一定程度地提高。该法在一定程度上优化了魔芋的加工质量，但是由于其加入了氨水，有特殊气味，因此该抑制剂还没有得到实际应用，成本较高，还有待进一步完善。
2 魔芋市场的分析
我国目前魔芋种植总面积约为43万亩，鲜魔芋的产量20万吨左右，而魔芋精粉的产量仅为1万吨左右。由此可见目前的魔芋加工工艺，还存在着加工工艺不成熟，原料利用率低，损耗大，产品质量不够高等诸多问题。为了解决这些问题，就需要改变传统
加工方式，研究开发新的魔芋深加工技术。
魔芋种芋品质不高、生产、管理粗放，技术含量低，科研投入少等是目前魔芋行业存在的现实问题。其次人们对魔芋的市场认知度不够，对海外市场的开扩远远不够，魔芋食品行业的发展产品种类少，质量不高。但作为一种健康食品，无论是国内国外，市场的空间都很大。
3 展望
我国魔芋资源丰富，种植历史悠久，但是我国魔芋的开发还停留在初级阶段，且在加工技术方面还不先进。魔芋加工工艺的改进，需要将魔芋自身特性和加工产品用途相结合，不能一味的追求“色白”，而忽视安全。传统的二氧化硫熏法护色存在一定的安全隐患，应寻找安全物质代替二氧化硫，如臭氧、二氧化氯等，研究它们对魔芋处理后对魔芋葡甘聚糖产生的影响，也是今后研究重点。目前褐变抑制剂的护色效果有限，应在加工各个环节上严格控制褐变的发生。选用护色剂需与魔芋的性质和结构相结合，在对魔芋护色的同时保证魔芋粉的安全。对于魔芋的特殊性，建议先进行抑制剂浸泡，且采用联合干燥，将两种或多种干燥方式联合使用、优势互补，分阶段进行的复合干燥技术，联合干燥可避免单一干燥方式中干燥效率低、产品品质差等缺点，具有可最大程度地保留物料原有的品质和色泽的特点，这也是未来干燥的必经之路。
目前我国魔芋产品开发主要以食品为主，如增稠剂、凝胶食品、乳化剂和食品添加原料等。魔芋葡甘聚糖同时也是一种新型的天然的防腐剂和保鲜剂，通常对肉制品、果蔬进行浸泡保鲜，同时还具备抑制有害微生物生长的作用。
魔芋是一种功能性食品，因其含有的葡甘聚糖是可溶性膳食纤维，具有特殊的性质，且随着人们对魔芋加工产品的经济和保健价值认知度的不断提高，魔芋产品将受到消费者的欢迎。魔芋保健食品的开发必将是成为魔芋今后发展方向之一。此外魔芋还广泛用于医药、军事、化工、石油等领域。
参考文献（略）
英文摘要（略）
选自：《食品与发酵科技》2015第51卷（第1期）
感谢中国魔芋协会会长张盛林，副会长明亚中对魔芋知识的支持 ！
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