魔芋胶特性和用途的探讨.docx

粮食加工新技术中日食品新技术研讨会论文集Rice Noodle：The Stuff Requirements，Evaluation Systems and ProcessingCheng Minghua+Li Li协Tatsumi Eizo+(CollegeofFood Science andEngineering，ChinaAgricultureUniversitylJapanInternationalResearchCenterforAgriculturalSciencesMinistryofAgriculture，Fofcstry andFisheries 2)魔芋胶特性和用途的探讨苏茗金进明(海南多环保健品有限公司北方代表处)摘要本文主要叙述了魔芋胶的主要特性和主要作用，并对魔芋胶在不同条件下的凝胶性做了一定的研究分析关键词魔芋肢凝胶增稠剂稳定剂协同作用保健作用牯度 U，月U吾魔芋，学名Atnorphattus konjac KKoch，属单子叶植物纲天南星目天南星科魔芋族魔 芋属，多年生草本植物。魔芋的块茎是可供利用的主要部分，生鲜的块茎含有大量的水分， 一般含水量为85左右，干物质仅约占15。干物质的主要成分为魔芋葡甘聚糖和淀粉，此 外还有少量的蛋白质、脂肪、灰分和色氨酸等各种成分。魔芋葡甘聚糖约占干物质的60 左右，它是一种重要的食品原料，它具有许多优良特性和广泛的用途；可广泛地用于面包、 糖果、饮料、罐头、果品、肉食品、水产品等行业，能加工成许多具有保健和疗效作用的 食品及各种风味食品、佳肴，可作食品生产用的增稠剂、凝固剂、防腐剂、稳定剂等。 1魔芋胶的主要性质魔芋胶(葡甘聚糖KGM下同)的主要成分是由俨葡萄糖和俨甘露糖按2：3或1：6的摩 尔比例，通过鼻一1，4糖苷键键合而成的非离子型复合多糖(Konjae glucomannan)。另有少 量的通过芦一1，3糖苷键键合而成的支链。沿葡甘聚糖的主链上，每隔919个糖单位上有 一个乙酰基，它有助于葡甘聚糖的溶解度。其平均相对分子质量在20200万之间。由于 魔芋胶具有以上独特的结构，因此形成了它以下的特性。11高膨胀性魔芋胶吸水膨润后，其体积可增至近100倍，这是目前所发现的其他食用胶类无法相 比的。魔芋胶特性和用途的探讨苏茗等12流变性(假塑性) 魔芋胶湿润后易溶解于水，当颗粒度100目以上时，溶解后3040min后即可达到粘度的峰值。魔芋胶在水中能形成粘稠状的流动性胶体，其水溶液为假塑性流体，即有随剪切速度的增加而粘度变小的性质。故测定魔芋胶溶液粘度时，使用同一转子，如果改变转 速，则所测定的粘度值也会发生变化，转速越高，粘度越低。因此测定魔芋胶粘度时，除 一定要执行其他条件外，还要执行规定的转子号、转速等。由以上可知，魔芋胶水溶液是 一种典型的剪切变稀的假塑性流体。13增稠性好魔芋胶分子质量大、水台能力强和不带电荷的非离子特性决定了它具有良好的增稠性。 1浓度魔芋胶水溶液的粘度可高达15000Pas左右，最高可达20000 PaS。是目前所发 现的已投入工业化生产和规模化应用中粘度最高的植物天然性食用胶类。14凝胶性141与黄原胶可形成熟可逆性凝胶。这主要是指魔芋胶与黄原胶的协同作用。黄原 胶是一种微生物(黄杆菌)多糖。它是由两分子俨葡萄糖和两分子肛甘露糖与一分子 伊葡萄糖醛酸组成的五糖重复单位，是一种生物高分子多糖。在很低浓度时，也有较 高的粘度。但不管浓度增加多高，也不会形成具有弹性的凝胶体。魔芋胶和黄原胶在 一起则能形成凝胶，这主要是协同作用。在胶体总浓度为1的情况下，随着黄原胶的 加入，其表观粘度和凝胶强度值都逐渐增加，当魔芋胶：黄原胶达到3：2时，可达到最 高值。同时，试验表明这种胶体在任意pH值情况下都可以形成凝胶，当pH值达5时， 其凝胶强度最大。而且其胶体加热到一定的温度能溶解，溶解后的溶液冷却后仍能形 成凝胶。 1，42与卡拉胶可形成热可逆性凝胶。这主要是指魔芋胶与卡拉胶的协同作用。卡拉 胶是一种由红藻类(Rhondophyceae)所属角叉菜科(Chondrus)的麒麟菜等植物，经 稀碱液加热萃取或热水萃取，用醇类沉淀，经滚筒干燥或冷冻而得的水溶性多糖。它 是由半乳糖、脱水半乳糖及硫酸酯所组成的多糖类化合物，为阴离子型分子电解质。 与30倍的水煮沸lOmin后的溶液，冷却后即成脆性胶体。魔芋胶的加入，能使胶体的 性质发生很大的变化，由原来纯卡拉胶的脆性胶体逐渐柔性胶体，直至变化为具有很 高韧性的胶体；这也是一种胶体的协同作用。在胶体总浓度为1的情况下，随着卡拉 胶的加入，其凝胶强度值都逐渐增加，当达到2：8时，可达到最高值(参见表1)。在 任意pH值情况下都可以形成凝胶，但实验数据表明当pH达5时，其凝胶强度最大(参 见表2)。其胶体加热到一定的温度能溶解，溶解后的溶液冷却后仍能形成凝胶(参见 表3)。143与碱性物质形成热稳定性凝胶。15凝胶性魔芋胶水溶液不能形成凝胶的原因是：魔芋胶长链上的乙酰基阻止了魔芋胶长链的相 互靠近所造成的，只有在一定条件下使魔芋胶长链上的乙酰基脱离后，才可形成具有良 好弹性的热稳定性凝胶。经研究发现魔芋胶凝胶发生的过程是：其分子中的乙酰基在碱 性和加热条件下而脱离长链，使魔芋分子之间形成各种新的化学键构成立体的网状结构297粮食加工新技术中日食品新技术研讨会论文集表3复配胶强度再加热前后强度比较3APFC,垤复配胶强度加热后强度g7：314 629，l6：453 458 25：5135812614：6116414553：7164929l-O2：8232 8295 9聚合体，网络中心的复杂立体键束缚并吸收了大量不能自由流动的水分子，这就形成了 所谓的热稳定很强的凝胶体。实验证明：魔芋胶形成凝胶的最低浓度是05，若需要有价 值强度，其浓度则需20以上，pH至少应控制在911以上。凝胶强度与体系中的蛆 规律不强，但碱或碱性盐类品种的影响却有明显的不同，如碱性剂使用的是磷酸钾 (K。POt)pH81就能形成较强的凝胶。若碱性剂使用的是氢氧化钠(NaOH)，即使pHl25 其凝胶强度也不及前者的i2。不过使用磷酸钾(K。Po。)时，脱乙酰基的反应温度就得高 一些。若使用碱性碳酸盐作碱性剂，再加入适量的氧化钙(CaO)，如占魔芋胶干料的05o。6，其凝胶强度则不同程度的高于单体的碱性碳酸盐类。16魔芋胶与大豆分离蛋白(SPI)的相互作用性 魔芋胶是一种酸性多糖。大豆分离蛋白(SPI)是一种两性聚电解质。因而可以找到蛋白质和酸性多糖的大分子带有相反电荷pH范围。在这个范围内蛋白质的大阳离子和酸性 多糖的大阴离子产生静电相互作用，结果形成可溶性络合物或不可溶性络合物，可溶 性络台物就是最终具有弹性的魔芋胶大豆分离蛋白热稳定凝胶体。据实验结果表明相反电荷范围pH在9左右时，混合多糖蛋白质即形成可溶性络 合物。此络合物在进行热处理过程中由于蛋白质变性，使原来紧密有序的结构，变 成了松散无序的结构，因此多糖与大豆分离蛋白(SPI)通过盐键和疏水键相互作298魔芋胶特性和用途的探讨苏茗等用形成了热稳定性凝胶。研究表明魔芋胶与大豆分离蛋白(SPI)相互作用形成 的络合物是种新型的胶凝剂。在食品工业中具有重要的应用价值。17成膜性魔芋胶溶液脱水后，可以形成有粘着力的硬膜。该膜在冷、热水中及酸液中稳定，甚至 煮几小时也稳定。添加保湿剂甘油可以改变膜的机械性能。随着甘油用量的增加，膜的机械 强度降低，透明性增加。通过改变添加剂的品种和用量，可以改变膜的柔软性和透气性。 18衍生性魔芋胶主体长链结构上和支链上，存在着许多羟基和可置换的活泼基，因此用化学能 量可使其进行各种甲基化、羧甲基化、酯化、醚化等多种衍生物反应和水解，降解络合等 剪切反应。这些反应有的可以提高原有粘度和稳定性；有的可以提高原有的溶解度；有 的可以提高悬浮性或成膜性。因此魔芋胶衍生性能给其使用前途又开辟了一个新的市场， 这在目前其他食用胶的结构上是很少有的。2魔芋胶及其衍生物的主要用途21在食品及饮料工业方面的用途 主要利用魔芋胶的增稠性、稳定性、凝胶性、乳化性、粘结性和成膜性。现代医学和营养学确认这种高膳食纤维可与传统的六大营养素并列称为第七营养素。 22在医药保健工业方面的用途主要利用魔芋胶的特殊功能预防和治疗以下疾病：(治疗机理请参阅后面)。 221调节脂肪代谢功能：预防和治疗高血脂、高胆固醇和冠心病等心血管病。222改善糖代谢功能，降低血糖含量，预防和治疗糖尿病。223增强胃容积充盈作用，减少产热营养素的吸收，预防和治疗肥胖病以达到自然减肥。224稀释胃肠道致癌物质，加快排出机体速度，改变菌相结构；预防和治疗结肠癌和乳 腺癌及肿瘤等疾病。 22。5胃肠内细菌酵解膳食纤维产生低脂肪酸刺激肠道蠕动，加快大便自然排出，防治便 秘。226发挥多糖特异功能，提高机体免疫力。23在日用化学工业方面的用途 主要利用魔芋胶的吸水性、增稠性、稳定性、粘结性和成膜功能。24在钻探工业方面的应用 几年前中南矿冶学院研制出的无固相冲洗液就是利用魔芋胶加入氢氧化钠(NaOH)和硼砂(Na。Bt0，Hz0)使之胶联而成的。该液具有失水量低、粘度可调、抗盐、抗钙性能 强以及理化性能稳定等特点。经5000m深层下钻进行试验表明，该液能顺利通过不同程度 的复杂地质层，且机械钻速、钻头寿命均有提高。经国家冶金部鉴定：认为把魔芋胶无固 相冲洗液用于地质岩心钻探的钻孔洗液取得了很好的护壁作用。是一种创新，具有国内先 进水平，可用于岩心钻进，特别是金刚石钻进等多种复杂地层钻探的理想冲洗液和压裂剂， 可替代进口胍胶。目前国内外用魔芋胶研制的石油和天然气钻探已陆续用于实践。20世纪 80年代后期美国政府已批准科研人员将魔芋胶制剂用于石油和天然气钻探。粮食加工新技术中日食品新技术研讨会论文集25在纺织印染工业方面的用途主要是和用魔芋胶的衍生物魔芋胶磷酸酯。经试验证明魔芋胶磷酸酯的成糊 率，流变性、抱水性均优于目前的印花糊料海藻酸钠(SA)。由其代替海 藻酸钠(SA)连续进行两批活性染料直接印花结果如下：印制效果良好、印花轮廓 清晰、得色均匀、给色量高、无痕、无渗化、无脱色、无堵网等疵病，糊料洗脱性好。无 疑魔芋胶磷酸酯代替海藻酸钠(sA)有可观的经济效益和社会效益。 26在造纸工业方面的用途主要利用魔芋胶的粘结性研制高强度的纸张。利用增自性研制高级打印纸。利用吸水性 研制各种具有强吸水性能的专用纸。27在建筑工业方面的用途 主要利用魔芋胶衍生物的粘着性、固着性、增色性和稳定性，可生产出耐久性好，抗腐蚀和多种色彩的新型高级涂科。日本用魔芋胶制剂制作成的胶合板粘胶剂，与常用的小麦淀粉粘胶剂、树脂粘胶剂、无机粉末粘胶剂、氯化铵粘胶剂作比较，发现魔芋胶衍生物制 剂制成粘胶剂其整糊粘度、假粘着性以及II类耐水强度(Pa)均优于常用的粘胶剂。 28在强力堵封行业方面的应用利用魔芋胶的吸水性和膨胀系数大等特性，在航运、架桥、化工生产等各项特殊泄漏中， 魔芋粉制剂可迅速将泄漏部位填封。3魔芋胶(KfM)在食品工业方面的应用31在凝冻食品方面的用途 魔芋胶(KGM)和卡胶胶(CAR)结构相似，极性接近，在溶解过程中容易融合。凡能使卡拉胶(CAR)凝冻的盐类，都能使魔芋胶(KGM)与其产生出奇特的凝冻增效作用，这是 其他胶类(包括以往常用的XG)都无法相比的。这样不仅改善了凝冻食品的感官指标，而 且也大大的提高了凝冻食品的内在质量。调整魔芋胶(KGM)的规格和使用量可以生产出韧 脆型、韧型、高韧型、韧脆糯型、透明和高透明的果冻、水果罐头冻、可吸冻、凉粉、冰 粉、布丁、龟苓膏、杏仁豆腐等市场上几乎所有的凝冻食品。3 2在凝胶食品方面的用途魔芋胶(KGM)在碱性盐类，特别碱性钙盐的作下，脱去分子上乙酰基能生成热不逆的食 用胶，这一特性，是目前所发现的其他食用胶类都不具备的，这在凝胶食品方面，具有极大 的应用价值，利用它这一特性，使用魔芋胶(KGM)可以生产各种魔芋胶豆腐、粉丝、粉片、 魔芋胶丁和仿生海产品、仿生水果等市场上所需的绝大部分凝胶性食品。这些凝胶性食品有 的可以直接食用，有的炒、煎、炸、炖后食用，有的可以作为其他食物的中间品。3 3在火腿肠和肉糜制品方面的用途 使用本品后，可以使产品保水性强，防止油汁析出，使产品弹性强，切片性好，韧脆适中。嫩滑爽口。34在稳定悬浮食品方面的用途 魔芋胶(KGM)分子质量大，水合能力强，具有良好的增稠性。粘度可赢达15Pas，最高可达20Pas。是目前所发现和已投入工业化生产和应用的粘度最高的植物天然性食用魔芋胶特性和用途的探讨苏茗等胶类。以它为主配制的悬浮稳定剂，使用量小，稳定性强，很少受pH和糖含量的影响，运 输振动安全，无论是饮料、果汁、果肉橘囊、银耳片，甚至是八宝粥使用本品后都会尝到 适量稠厚的真实口感，都会看到固形物稳定的悬浮于液相中。3 5在冷饮食品方面的用途 冰淇淋产品以乳固形物和乳脂肪为主体，加以白砂糖、香料、动物胶、鸡蛋等，经冻结面成。这是传统冰淇淋。其中的动物胶是起稳定剂的作用，其目的是让它防止冰晶生成， 促进冰淇淋组织细腻圆滑，增大膨化率，增强冰淇淋抗融性等。但实际效果并没有完全达 到，几十年来先后又有果胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素、淀粉、卡拉胶、黄原胶和藻酸丙 二醇酯投入使用。但效果始终满足不了市场对冰淇淋质量的要求。从魔芋胶(K咖)分子结构来分析：它是一种多糖聚合物分子质量大，水合能力强，有良好的增稠性。从魔芋胶 (KGM)的物理性能分柝它具有其他食用胶类从来不曾有过的高膨胀性(约体积的100倍)， 高粘度(15Pas，最高可达20Pas)和粘度热稳定性(在95的高温度下60min，粘度 仅降低30)，把它投入冰淇淋生产后，经一年多的实践，达到了预期的效果，口感细腻圆 滑，无冰晶感。抗融性好，赋型性强，在一15温度下贮存3个月，无发现有冰晶产生。 其生产活动是根据中华人民共和国商业行业标准SBT10013-93为准则。 36在软糖食品方面的用途软糖是一种水分含量高、柔软、有弹性和韧性的糖果。有的粘糯，有的带有脆性，有透 明的也有半透明的和不透明的。为了改变这一传统单一的局面，我们把胶粒线条长，交织 度牢固，网隙孔穴大，能吸附添充物多的较适合软糖弹性、韧性要求的具有特种疗效的魔 芋胶(KGM)作为软糖的胶体骨架，使用于软糖生产中，经过近一年的实践，生产出的软糖， 透明性好，富有弹韧性，柔软适中，利口，在常温下，长时间贮存，不返砂、不融化、不 粘纸，完全达到设计的要求。3 7在面制品方面的用途 面粉的主要成分是淀粉，淀粉通常是由直链淀粉和支链淀粉组成。直链淀粉和支链淀粉一般以2：8的比例存在于面粉当中，直链淀粉是葡萄糖以数个a-1，4键结合而成糖链，支 链是由34万个葡萄糖，其中4以。一I，6键结而成，其他以口4-1，4键结合而组成的高 分子支链。由上可知决定淀粉粘度大小的是大分子质量的支链。我们利用魔芋胶(KGM)的 高粘度特性来提高面制品的弹性韧性，抗拉性和耐煮性的原理就是利用魔芋胶(KGM)和淀 粉(STA)分子自由旋转运动时，淀粉分子中的支链和魔芋胶的直链相互缠绕而形成大网络 结构，来形成的以上特性，实践也证明了在面粉中若使用以魔芋胶为主要成分的稳定剂以 后，其制成品如：面条、面片、面皮，在沸水中煮5min可食，无论是鲜面或干面煮20min 不混汤，不断条，若用面皮包成水饺，在低温冷冻条件下，也很少破裂。 38在蛋白质食品方面的用途魔芋胶(KGM)是一种酸性多糖，大豆分离蛋白(SPI)是一种两性聚电解质，因而可以 找到蛋白质和酸性多糖的大分子带有相反电荷在pH 9的范围内，经过一系列交变反应后， 魔芋胶(KGM)与大豆分离蛋白(SPI)通过盐键和疏水键相互作用就可形成热稳定性极强 的魔芋胶(KGM)蛋白质新型胶体。这是一代高膳食纤维、高蛋白食品的新潮流，对现代人 们身体的健康具有不可忽视的作用。粮食加工新技术中日食品新技术研讨会论文集39在其他休闲食品方面的用途391在巧克力食品中，可增加巧克力的粘度、防止油析、降低巧克力成品的热敏感性，提 高对气候变化的安全性。392在膨化粒状食品中可以作粘结剂、赋型剂、增强剂。39，3在蛋糕和面包食品中，可以提高其保水-陛、弹性、韧性和可口性。3，94在甜饼和果酱食品中，可以提高其粘结性和成团性。Explora