芋頭深加工技術(shù)的研究與開發(fā)

鄭藝欣 林 埔 孔祥佳 謝 勇

（福建中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，福建 福州 350122）

芋頭深加工技術(shù)的研究與開發(fā)

鄭藝欣 林 埔 孔祥佳 謝 勇

（福建中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，福建 福州 350122）

芋頭（Colocasia esculenta）是一種熱帶塊莖類作物，屬于天南星科植物，可食部分主要是來自于該植物在地下的球莖。芋頭塊莖不僅營養(yǎng)豐富，且富含小顆粒淀粉，易消化可作為日常主食，對芋頭深加工技術(shù)進行研究與開發(fā)有利于提高芋頭制品的商品價值，延長其貨架期，減少原料采后損失。本文綜述了芋頭的主要物質(zhì)組成、深加工技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)現(xiàn)狀。

芋頭；深加工；產(chǎn)品開發(fā)

芋頭（Colocasia esculenta）又稱芋艿，芋仔，是一種熱帶塊莖類作物，屬于天南星科魁芋屬植物，可食部分主要是來自于該植物在地下的球莖[1]。已有研究報道表明芋頭中含有豐富的淀粉[2]，蛋白質(zhì)[3]以及香氣物質(zhì)[4]，具有較高的營養(yǎng)價值。目前，芋頭主要以鮮食為主或僅是在較低水平上進行加工利用，對芋頭深加工技術(shù)進行研究與開發(fā)有利于提高芋頭制品的商品價值，延長其貨架期，減少原料采后損失，因此，本文綜述了芋頭的主要物質(zhì)組成、深加工技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)現(xiàn)狀并對芋頭開發(fā)前景進行了展望。

1、芋頭的物質(zhì)組成

1.1 芋頭的營養(yǎng)成分

有研究表明，芋頭球莖中富含碳水化合物以及蛋白質(zhì)，其中碳水化合物主要以淀粉的形式存在，約占球莖干重的70%[5]；同時，芋頭淀粉的顆粒粒徑較?。?.25-0.5μm），易被人體消化，因此芋頭球莖可作為熱帶地區(qū)和亞熱帶地區(qū)的主食。芋頭球莖中的蛋白質(zhì)主要以膠質(zhì)黏液的形態(tài)呈現(xiàn)，是芋頭中的一種重要的功能性成分。現(xiàn)已證實，這種膠質(zhì)狀的黏液對血管緊張素轉(zhuǎn)化酶具有良好的抑制效果，可有效減少心血管疾病的發(fā)病概率[6,7]。礦質(zhì)元素是芋頭球莖中的另一類重要的營養(yǎng)成分，Wills et al研究發(fā)現(xiàn)芋頭球莖中的鉀，鎂，鈣元素含量較高，且隨著芋頭品種的不同略有差異，其中鉀元素含量為3.23-5.3g/kg（以鮮芋頭計），鎂元素含量為190-370mg/kg（以鮮芋頭計），鈣元素含量為110-450mg/kg（以鮮芋頭計）。除此以外，芋頭塊莖中還含有豐富維生素及花青素[8]。Englberger et al對不同顏色品種的芋頭維生素含量進行研究后發(fā)現(xiàn)，黃色芋頭的胡蘿卜素含量高于白色芋頭，其中β-胡蘿卜素的含量與卷心菜相當(dāng)，是馬鈴薯含量的2倍[9]。Cambie et al研究發(fā)現(xiàn)芋頭花青素主要由花葵素-3-葡萄糖苷，花青素鼠李葡糖苷、矢車菊素-3-葡萄糖苷組成，這些成分均具有抗氧化和抗發(fā)炎的特性[10]。

1.2 芋頭中的抗營養(yǎng)因子

抗營養(yǎng)因子是機體在吸收和轉(zhuǎn)運營養(yǎng)素過程中一類具有減少有效成分吸收、降低營養(yǎng)成分質(zhì)量的物質(zhì)[11]，研究芋頭抗營養(yǎng)因子的組成有利于我們在芋頭加工采用適當(dāng)?shù)纳罴庸ぜ夹g(shù)，提高芋頭中營養(yǎng)素的生物利用率。

芋頭中的抗營養(yǎng)因子主要包括了胰蛋白酶抑制劑以及草酸。研究表明，芋頭中的胰蛋白酶抑制劑是由兩個分子質(zhì)量（20kda）相同的亞基組成，經(jīng)純化后的胰蛋白酶抑制劑對牛胰蛋白酶、人類胰蛋白酶以及牛胰凝乳蛋白酶都具有一定的抑制作用[12]。Kiran et al進一步研究發(fā)現(xiàn)，純化后的胰蛋白酶抑制劑具有較好的酸堿耐受性，可在pH=2～12的范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，但經(jīng)過微波加熱或?qū)⒂箢^制備成面粉可有效降低胰蛋白酶抑制劑的活性[13]。草酸作為野芋的一種刺激性成分，可顯著影響芋頭礦質(zhì)元素以及蛋白質(zhì)在人體內(nèi)的吸收，而熱燙蒸煮是減少芋頭草酸含量的有效途徑。Oke et al采用四種不同的熱燙工藝評估了野芋經(jīng)熱燙后的草酸含量，研究結(jié)果表明沸水熱燙可減輕野芋的質(zhì)構(gòu)軟化現(xiàn)象，降低草酸的保留率[14]。Lewu et al研究了熱燙蒸煮對七種北美洲野芋礦質(zhì)元素以及抗營養(yǎng)因子的影響，結(jié)果顯示采用沸水熱燙30～40分鐘，可顯著降低野中抗營養(yǎng)因子水平，提高磷，鎂，鈣，鋅元素的保留率[15]。

1.3 芋頭中的辛辣物質(zhì)

芋頭中的辛辣味物質(zhì)是制約芋頭制品加工銷售的重要因素。Bradbury et al研究發(fā)現(xiàn)這些辛辣味物質(zhì)可與皮膚表面特定的化學(xué)物質(zhì)相結(jié)合引起部分易感人群的過敏反應(yīng)[16]。Paull et al對這種辛辣物質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行了解析和鑒定，結(jié)果顯示一個分子量約為26kDa的半胱氨酸蛋白酶可能是這種辛辣物質(zhì)的主要成分，進一步采用掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，辛辣物質(zhì)主要呈現(xiàn)針狀結(jié)構(gòu)[17]。Apkan et al在前人的研究基礎(chǔ)上對芋頭中辛辣物質(zhì)的組成進行了深入研究，研究顯示芋頭中的辛辣物質(zhì)是一種由半胱氨酸蛋白酶與草酸鈣結(jié)晶形成的混合物，主要分布在芋頭塊莖的上層表皮之中，這些混合物可與皮膚上的部分特異性蛋白相結(jié)合，從而引起組織的發(fā)炎和瘙癢[18]。Sakai對芋頭中辛辣物質(zhì)的耐受性進行了研究，結(jié)果表明，辛辣物質(zhì)對酸堿有較好的耐受性，但不耐高溫加熱，標準的熱燙工藝可以有效降低芋頭中辛辣物質(zhì)的含量；同時，在加工過程中盡可能的除去芋頭表皮也是減少辛辣物質(zhì)殘留量的有效途徑之一[19]。

2、芋頭的深加工技術(shù)

芋頭營養(yǎng)豐富，深受國內(nèi)外食用者的喜愛，是我國享有盛譽的出口蔬菜之一，隨著其經(jīng)濟價值的不斷提高，在全國的種植面積也在成倍增長，我國芋頭資源豐富，但主要用于鮮食，采后損失較為嚴重，開展芋頭精深加工對提高芋頭系列產(chǎn)品的附加價值意義重大。目前國內(nèi)外對芋頭的深加工技術(shù)主要集中在以下幾方面。

2.1 微波真空干燥技術(shù)

微波真空干燥是將微波加熱與低真空環(huán)境相結(jié)合的一種新型干燥技術(shù)。相比于傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥或真空干燥，該技術(shù)的優(yōu)勢在于干燥時間短，能耗低，在無氧條件下進行低溫干燥，有利于減少物料氧化，提高營養(yǎng)物質(zhì)的保留率[20]。因此，微波真空干燥后的芋頭片擁有較好的微觀結(jié)構(gòu)、色澤以及口感。目前，國內(nèi)關(guān)于芋頭片微波真空干燥技術(shù)的研究主要集中在外觀品質(zhì)。匙寶成等從微波質(zhì)量比、功率芋頭片厚度以及芋頭片形狀三個發(fā)面研究了芋頭片微波干燥的失水特性，結(jié)果表明，切片厚度對芋頭片失水速率影響最為顯著，厚度愈小，失水速率越快[21]。魏秋羽等對不同芋頭品種的真空微波干燥品質(zhì)變化進行了比較，研究結(jié)果表明，經(jīng)微波真空干燥后，龍香芋和烏骨芋的硬度適中，酥脆性較好，內(nèi)部呈現(xiàn)明顯的多孔狀結(jié)構(gòu)；感官評定結(jié)果進一步顯示，龍香芋的色澤、形態(tài)、口感、風(fēng)味較高，可接受程度明顯高于其他芋頭品種[22]。

2.2 擠壓膨化技術(shù)

擠壓膨化技術(shù)是指將預(yù)處理后的物料在機械力作用下迫使其通過專門設(shè)計的孔口，以形成特定組織形態(tài)產(chǎn)品的一種加工技術(shù)[23]。由于擠壓膨化是高溫短時過程，原料營養(yǎng)成分損失少。同時，食品組分在高溫高壓環(huán)境下易發(fā)生融溶以及重組，因此擠壓膨化后的食品具有特殊的組織結(jié)構(gòu)以及良好的風(fēng)味口感，近年來，擠壓膨化技術(shù)廣泛應(yīng)用于芋頭這種高淀粉，高蛋白原料的生產(chǎn)加工。李共國等研究了擠壓加工因子對芋頭酥片膨化率的影響，研究顯示在芋頭物料中加入黑米可明顯改善酥片產(chǎn)品的色澤，提高其感官品質(zhì)；芋頭酥片的最適工藝為m(芋頭)∶m(黑米)配比為1∶0.25、擠出酥片坯厚度1.2mm、擠壓溫度為230℃[24]。陳子意以檳欖芋為研究對象，采用雙螺桿擠壓膨化技術(shù)對檳榔芋全粉進行處理，制備得到膨化檳榔芋速溶粉，研究顯示，膨化后檳榔芋淀粉糊黏稠性明顯下降，凝沉穩(wěn)定性明顯提高[25]。Cruz et al以大米和芋頭淀粉為原料研究了單螺桿擠壓溫度對擠壓微球理化特性的影響，結(jié)果表明，混合物料微球比較單一原料有著較好的膨脹度和體積密度，隨著螺桿擠壓溫度的升高（125～170℃），混合物料微球的水溶性下降，進一步研究發(fā)現(xiàn)這可能與過高的擠壓溫度不利于微球孔狀結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)[26]。Miranda et al以堿玉米-芋頭全粉混合物為原料制備了螺桿擠壓膨化食品，結(jié)果顯示，芋頭全粉比例的增加可顯著提高膨化食品的膨脹度和溶解度，而提高螺桿擠壓溫度則有利于膨化食品的持油率，進一步分析顯示，當(dāng)芋頭全粉與堿玉米粉的比例為85.4∶14.6，螺桿擠壓溫度為174.14℃時，膨化食品具有最高的感官品質(zhì)及可接受度[27]。

2.3 真空低溫油炸技術(shù)

真空低溫油炸技術(shù)是指在真空狀態(tài)下經(jīng)低溫油炸(95℃)后, 迅速脫水干燥, 從而有效地減少高溫對食品營養(yǎng)成分破壞的一種油炸技術(shù)，該技術(shù)廣泛適用于果蔬脆片的生產(chǎn)加工[28]。相比于傳統(tǒng)油炸技術(shù)，真空低溫油炸技術(shù)能在極短的時間內(nèi)迅速脫水干燥，獲取的芋頭脆片含水量以及含油率低，保存了芋頭中原有的維生素和礦質(zhì)元素，使其產(chǎn)品具有低鹽，低脂，低熱的特點。同時，在真空油炸過程中，水蒸氣壓力較小，大大減緩了油脂的氧化過程。石小瓊等研究了子芋真空油炸的最佳工藝，結(jié)果顯示，當(dāng)真空度為0.0825Mpa, 油炸溫度為110℃, 油炸時間15min ,原料厚度 0.8cm時，子芋脆片的質(zhì)感明顯優(yōu)于常規(guī)油炸產(chǎn)品，進一步測定其營養(yǎng)組分后發(fā)現(xiàn)，真空油炸子芋脆片的VE保留率是常規(guī)油炸產(chǎn)品的3倍[29]。Novianto et al研究了真空油炸時間和溫度對芋頭理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明油炸的溫度和時間會顯著影響脆片產(chǎn)品的硬度和色澤，采用112℃油炸30min芋頭脆片的成本較低且能保持最好的外觀色澤[30]。

3、芋頭產(chǎn)品的開發(fā)

3.1 芋頭改性淀粉

芋頭中富含淀粉，可作為改性淀粉生產(chǎn)的良好原料。然而，目前，對于改性淀粉的研究主要集中在玉米，馬鈴薯，木薯淀粉，研究芋頭改性淀粉有利于拓寬改性的淀粉的研究范圍，提高芋頭的經(jīng)濟價值。王曉丹對醋酸酯化芋艿改性淀粉的性質(zhì)進行了研究，結(jié)果表明，醋酸酯化的芋艿淀粉的透明度提高41.28%、溶解度增大12.36%，膨脹率提高2.94%，該淀粉可作為食品添加劑添加到飲料、糖果、果凍中，改善食品的光澤度，使產(chǎn)品澄清透明，有增強食欲的作用[31]。周旭倩通過α-淀粉酶對芋艿淀粉進行改性研究，結(jié)果顯示，改性后的芋艿淀粉呈現(xiàn)多孔球型，淀粉的溶解度和透明度明顯提升，膨脹度有著明顯的下降，酶法改性的芋艿淀粉有著較快的消化速率[32]。Deka et al采用微波和濕熱處理對芋頭淀粉進行雙重改性，結(jié)果顯示，25%的芋頭淀粉經(jīng)微波和濕熱雙重改性處理可明顯增加淀粉的最終黏度以及淀粉的凍融穩(wěn)定性[33]。Hazarika et al研究了羥丙基化協(xié)同交聯(lián)處理對芋頭淀粉理化特性的影響，結(jié)果顯示，羥丙基化有利于淀粉膨脹度和溶解度的提高，而交聯(lián)處理則呈現(xiàn)相反的效果，進一步研究發(fā)現(xiàn)提高交聯(lián)程度顯著增加淀粉凝膠的強度，因此該淀粉在果凍等高凝膠強度食品中極具潛力[34]。Pramodrao et al采用離子膠分別對芋頭，甘薯，馬鈴薯淀粉進行修飾，并對其理化特性進行了比較，結(jié)果顯示，羧甲基纖維鈉和海藻酸鈉作為離子膠對馬鈴薯和芋頭淀粉的修飾最為明顯，經(jīng)修飾后的芋頭淀粉色澤微黃且具有很好的持水性和持油率[35]。

3.2 芋頭面條

面條是亞洲國家最重要的主食。據(jù)估計，在大多數(shù)亞洲國家，大約30%-40%的小麥面粉被消費用于面食產(chǎn)品。Rosarlo et al研發(fā)了一款小麥粉和芋頭淀粉混合的面食產(chǎn)品，提高芋頭淀粉比例可顯著提高面團的峰值黏度和最終黏度，增加熟面條的固形物含量。另外，研究還發(fā)現(xiàn)芋頭淀粉的添加量會影響面條的色澤，調(diào)配50%的芋頭淀粉，25%大米粉以及25%木豆粉制成的面條其成色、味道品質(zhì)良好，消費者對其接受度高[36]。

3.3 芋泥

在亞洲地區(qū)，芋泥是用熟化的芋頭粉搭配各種甜味佐料烹制而成。芋泥由于其獨特的口感和香味不僅可作為焙烤食品的填充餡，同時也可作為高級甜點，深受消費者喜愛。然而，芋泥作為高淀粉高濕食品，易發(fā)生老化和微生物侵染，因此，芋泥通常需要低溫貯存，并具有較短的貨架期。Lai et al研究發(fā)現(xiàn)，在芋泥中添加10g/kg的硬脂酰乳酸鈉和單甘酯可減緩芋泥貯存過程中的硬度變化，這可能與芋泥中淀粉-乳化劑復(fù)合的形成有關(guān)[37]。Njintang 研究發(fā)現(xiàn)在干燥之前采用預(yù)蒸煮處理可顯著影響芋泥的吸水性以及糊化能力，長時間的預(yù)蒸煮（＞45min）和較高的干燥溫度（＞60℃）可引起芋泥消化能力的下降。為比較不同品種來源的芋泥質(zhì)構(gòu)差異[38]。Njintang et al 研究了不同品種芋頭粉的功能特性與芋泥可接受程度間的關(guān)系，結(jié)果顯示高吸水能力的芋頭粉具有較高的牛頓流體依從性以及可接受度，而來自Ibo Ekona 以及Ibo Ngdere 品種的芋頭粉在生產(chǎn)芋泥時易發(fā)生褐變而不宜被消費者所接受[39]。

3.4 芋頭醋

近年來，許多研究學(xué)者報道了通過液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)芋頭醋的研究。戴緣緣對芋頭醋的發(fā)酵工藝，主要成分以及抗氧化活性進行了研究，結(jié)果顯示，采用復(fù)合酶（纖維素酶和果膠酶）以及中性蛋白酶有利于提高醋酸發(fā)酵液中的還原糖含量；芋頭醋中的多糖、游離氨基態(tài)氮以及多酚含量均明顯高于市售米醋樣品，其中，芋頭醋中人體必需氨基酸占總氨基酸比例高達38.93%。進一步研究其抗氧化顯示，芋頭醋具有較好的羥自由基清除能力，但超氧陰離子自由基的清除能力較差[40]。李西騰等以芋頭為原料，研究了芋頭醋酒精發(fā)酵以及醋酸發(fā)酵過程的最優(yōu)工藝，結(jié)果顯示，最佳酒精發(fā)酵條件：初始糖度18%，發(fā)酵溫度28℃，酵母菌接種量1.5%，發(fā)酵時間4天；最適醋酸發(fā)酵條件：醋酸接種量10%，酒精度7%，發(fā)酵溫度32℃[41]。

3.5 其他產(chǎn)品

有研究表明，芋頭中的γ-葵內(nèi)酯以及γ-壬內(nèi)酯十分豐富，因此芋頭粉可作為食品輔料用于餅干和冰淇淋的生產(chǎn)加工中。Waheed et al研究發(fā)現(xiàn)在餅干中加入適量的芋頭粉可明顯改變餅干的香味組成，賦予餅干類似堅果般的香氣，同時研究還發(fā)現(xiàn)芋頭粉的加入有利于改善油脂在餅干中的分布，減低油膩感，延長產(chǎn)品的貨架期[42]。Lu et al 對14種商業(yè)芋頭冰淇淋的理化性質(zhì)以及感官特性進行了評估，研究表明芋頭冰淇淋的冰晶大小遠小于普通牛奶冰淇淋，芋頭細粉的添加有利于降低冰淇淋的冰晶融化率，改善冰淇淋的硬度以及香氣風(fēng)味[43]。

4、展望

芋頭作為我國傳統(tǒng)食材，在人群中的接受度很高，芋頭產(chǎn)品的開發(fā)有著巨大的市場潛力。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對芋頭深加工進行了研究與探索，開發(fā)了一系列芋頭產(chǎn)品；鑒于芋頭的營養(yǎng)豐富，在深加工中仍有較大的研究空間，本文提出了進一步研究的思路: （1）我國芋頭品種數(shù)量繁多，各品種間芋頭粉的性質(zhì)差異十分顯著，應(yīng)根據(jù)不同的品種找到最合適的加工方法；（2）目前，我國芋頭深加工產(chǎn)品的附加價值仍然較低，開展芋頭中蛋白質(zhì)，多糖以及風(fēng)味香氣成分的分離提取，并進一步進行精深加工成功能性食品，仍是提高提高芋頭經(jīng)濟價值的關(guān)鍵。

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Processing and Utilization of taro（Colocasia esculenta）：a review

Zheng Yi-xin Lin Pu Kong Xiang-jia Xie Yong
(School of Pharmacy, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou, Fujian 350122, China)

Taro (Colocasia esculenta) is a member of the Arum Family (Aracea) and is a tropical tuber crop largely produced for its underground corms and is mainly consumed in tropical areas of the world. Taro is rich in gums (mucilage) and small sizes of starch granules makes it a highly digestible which is used for the preparation of various foods. Processing and utilization of taro is favourable to extend the shelf life and reduce postharvest losses. The present paper deals with reviewing the nutritional, processing and utilization of Taro into the various food products.

taro; processing; utilization

福建省科技廳高校產(chǎn)學(xué)研合作項目 （編號：2016Y4006）