魔芋胶与瓜胶未来产业竞争态势分析

张东华 汪庆平 骆桂英

摘 要 比较魔芋和瓜尔豆生物学特性、现有资源区位优势及魔芋胶和瓜胶产品性状等，魔芋胶在理化指标方面明显优于瓜胶，尤其是粘度及凝胶特性显著好于瓜胶。弥勒魔芋规模种植必将伴随魔芋产量的大幅增加，可提升我国魔芋产业在全球的市场份额及产业集中度，显著增强魔芋胶的竞争力，逐渐动摇瓜胶在传统产业中的现有竞争优势。

关键词 魔芋胶 ；瓜尔豆胶 ；白魔芋 ；花魔芋 ；珠芽魔芋 ；弥勒魔芋

分类号 TS202

亲水胶体是应用广泛的天然高分子水溶性多糖的统称，种类繁多。其中，植物亲水胶体占亲水胶体种类及数量的大头。目前，全球最重要的植物亲水胶主要为瓜胶、卡拉胶及魔芋胶三类。其中，瓜胶系由豆科植物瓜尔豆（Cyamposis tetragonolobus）的种子去皮去胚芽后的胚乳部分，干燥粉碎后获得；卡拉胶是从海藻类植物中提取；魔芋胶则由魔芋地下球茎组织中分离提取而得。因客观原因，我国在瓜胶及卡拉胶全球市场上所占份额皆不足1%，而魔芋胶市场份额却超过50%，竞争优势突出。亲水胶体在诸多领域广泛应用，需求量大。表1列出国际上普遍使用的几种亲水胶体年产量及市场价格。

目前，瓜胶（Guar gum）作为战略配套资源在石油及页岩气开采中已成为不可或缺的水基压裂液大宗植物胶。据路透社报道，2013年印度出口瓜胶量达35万t，占全球份额的80%以上，巴基斯坦约占15%，印尼、美国等合计占约5%。低浓度的瓜胶溶液具较高粘稠性，具有典型非牛顿流变特性，与硼砂形成酸可逆凝胶，由此特性作为压裂剂用于石油及页岩气开发。另外，因亲水瓜胶的增稠特性，现已应用于食品、制药、化妆品、个人保健、粘蚊剂、造纸和纺织印染等行业。

魔芋胶（Konjac gum）则是一种多项理化指标好于瓜胶的广普植物胶，现主要用于食品行业，将来可望广泛用于化工、造纸、纺织、石油等领域。迄今为止，全球魔芋胶仅为瓜胶产量的1/10 。

据记载[1]，早在1920年我国云南就引种过瓜尔豆。但直至20世纪70年代，半乳甘露聚糖胶在我国才得到部分应用，瓜尔豆方引起相关部门的重视。几十年的试验种植证明，瓜尔豆在国内基本不成功。因此，瓜胶至今几乎全部需从印度或巴基斯坦进口，以满足国内需求。不过，我国另一种重要的亲水胶体原料/魔芋资源却十分丰富，亦适宜规模化种植提取魔芋葡甘聚糖，也称魔芋胶（Konjac glucomanna，简称KGM）。近年来，云南、贵州、四川，湖北、陕西等省皆在大力发展魔芋种植及加工业，并已形成年产魔芋精粉约2万t规模，在全球魔芋胶市场占据约50%的份额[2]。然而，一个年产量仅2万t精粉的行业还远算不上是一个产业，魔芋胶的发展潜力远未体现出来。若开发得当，目前全球瓜胶的市场份额将会逐步被魔芋胶替代。

1 瓜尔豆与魔芋资源概况

1.1 瓜尔豆资源分布情况[3-4]

瓜尔豆（Cyamopsis tetragonolopbus）属于豆科瓜尔豆属，是印度、巴基斯坦等地广泛栽培的一年生的草本抗旱农作物。瓜尔豆的干种子中含碳水化合物46.2%，脂肪1.4%，蛋白质29.8%，水分11.8%。其豆荚含14%～17%的豆壳，43%～47%的胚芽及35%～42%的胚乳。曾作为饲料和绿肥大面积栽种，如在印度，泰国和巴基斯坦，凡能灌溉的地方，皆有大量的栽培。瓜尔豆一般采用种子繁殖，瓜尔豆属的植物一共有3种[5]，即亚洲种、塞内加尔瓜尔豆（C. senegalcnsis）、狭叶瓜尔豆（C. stenophylla）。亚洲种为栽培种，有很多变种，分布极广，尚未发现野生种；塞内加尔瓜尔豆（C. senegalcnsis）几乎仅产于非洲，以野生状态生长在非洲的半荒漠地区。在塞内加尔，人们将其作绿肥；第三个种狭叶瓜尔豆（C. stenophylla）发现于撒哈拉南部地区。

瓜尔豆在印巴次大陆已有几百年的种植历史，主要是用作动物饲料和粮食代用品。瓜尔豆现虽已引种到孟加拉、缅甸、泰国、越南、印度尼西亚、美国、巴西、澳大利亚等国，但主要栽培区仍是在印巴次大陆北纬18°～32°，年平均气温 24～28℃，年平均降雨量200～700 mm的西部半干旱地区。其中，印度瓜尔豆的种植中心为塔尔沙漠边缘的拉贾斯坦邦（Rajasthan）和古吉拉特邦（Gujarat）；巴基斯坦种植地区在信德（Shun Tak）、拉合尔等省（Lahore），该区域天气炎热干旱，树木稀少，土地贫瘠呈半荒漠化，不适宜种植其他农作物，但却很适合瓜尔豆生长。美国是世界用胶大户，早在 1903年就从印度引种瓜尔豆，在亚利桑那州（Arizona）、德克萨斯州（Texas）、新墨西哥州（New Mexico）等西南部干旱地区栽培，但所产瓜尔豆质量低于印度及巴基斯坦。

1.1.1 瓜胶

瓜胶是天然半乳甘露聚糖，由豆科植物瓜尔豆的种子去皮去胚芽后的胚乳部分，干燥粉碎后加水，进行加压水解后用20%乙醇沉淀，离心分离后干燥粉碎而得。瓜尔豆的大规模种植是伴随着半乳甘露聚糖胶在工业上的大量应用而兴起的。20世纪初期美国将长角豆胶用于工业上。到20世纪40年代，长角豆胶被用作增稠剂和稳定剂大量地使用在食品和其他行业上，致使长角豆资源不能满足生产需要。故同样含有半乳甘露聚糖的瓜尔豆开始得到重视并大量种植，使用量逐年有大幅增加。广泛用于食品、制药、化妆品、个人保健、石油、粘蚊剂、造纸和纺织印染等行业[6]。

1.1.2 国内引种瓜尔豆存在的问题

1974年，我国从巴基斯坦引进巴系17号和美国10号瓜尔豆品种，先后在海南、湖南、广东、四川、湖北等地试种，多数区域因水土气候达不到瓜尔豆生长的基本要求，普遍出现开花不结荚、结荚不结籽、籽粒不饱满、成熟度不一致、植株疯长、倒苗等现象，严重影响产量，成熟后期如雨水偏多就可造成“紫黑豆”使种子质量变差。另外，还出现不少病害（白绢病、病毒病、轮纹斑病）、虫害[7]（豆蚜虫、芝菁虫、蝽象、荚瘿蚊、白蚁）。

迄今为止，国内仅新疆少数区域适宜瓜尔豆生长。

1.2 魔芋资源概况

1.2.1 魔芋（Amorphophallus konjac）

魔芋又称蒟蒻或磨芋，是天南星科（Araceae）魔芋属（Amorphophallus Blume）多年生植物。魔芋主要应用扁圆形的地下块茎，直径能达到25cm以上，有小毒。中国早在2 000多年前就开始有了对魔芋的栽培与利用，食用历史悠久。在我国西晋大文学家左思（250～306）著的《蜀都赋 》中就有“可以灰汁煮，则凝成，可以苦酒（醋）淹食之，蜀人珍焉”的记载。《本草纲目》、《嘉佑本草》及《开宝本草》均有所记载[8]。

1.2.2 魔芋品种及资源分布

据W.Hetterscheid和S.Ittenbach鉴定，魔芋共163个种[9]，主要分布于亚洲的印度、中南半岛及中国南部区域。其中，东南亚地区有10余个种具栽培价值。而我国20 余个种中，产业化开发的仅限白魔芋（A. albus）和花魔芋（A. konjac）2个种，且基本以花魔芋为主。其实，我国云南南部边境地区丰富的野生魔芋资源开发潜力极大[10]。一般认为，魔芋繁殖系数低、生长周期长而被认为是低产作物，而野生种弥勒魔芋（Amorphophallus muelleri）能解决以往魔芋生长中固有的生长周期长、繁殖系数低及病害严重三个根本难题，且具有抗性强，生长适应范围广、生长周期短、魔芋胶品质好等优点，作为替代瓜胶的国产植物胶，开发前景广泛[11]。

1.2.3 魔芋胶

魔芋胶是葡甘聚糖的俗称。魔芋除了含有18种氨基酸（7种必须氨基酸）和K、Ca、Mg、Fe、Mn等多种微量元素之外，它的主要成分是葡甘聚糖（KGM），为水溶性优质膳食纤维，热量极低，具有吸水性强、粘度高（可高达48 000 cp.s，是瓜胶粘度的4～6倍）、膨胀率高等特点。

工业用魔芋胶黏度多为20 000～30 000 mPa.s，系所发现亲水植物胶中黏度最高者。魔芋胶是魔芋精粉（60～80目）的进一步纯化及细化产物。与精粉相比，魔芋胶纯度更高（含KGM约90%）、粒度更细（120～300目），水溶性和形成凝胶反应速度更快，理化性能更为优良，从而能广泛用于食品、医药、化工、石油、化妆品、纺织印染等领域。魔芋胶已被美国食品与药品管理局（FDA）批准作为食品添加剂[12]。KGM独特分子结构赋予魔芋胶具有流变性、增稠性、增效性、胶凝性、黏结性、吸水性及成膜性等[13]。

1.3 弥勒魔芋（A. muelleri）是魔芋胶总量超常增长的优势品种

1.3.1 珠芽魔芋（A. bulbifer）的分布[14]

弥勒魔芋系珠芽类魔芋中的一个种。珠芽类魔芋在叶面上生长有珠芽小球茎，包括攸乐魔芋（A.yuloensis），红魔芋（含A. bulbifer及A. erubescens）及弥勒魔芋（A. muelleri）等7～8个种，具有开花后以无性克隆的方式获得成熟种子的特性，并非一个种。境外珠芽魔芋主要分布在缅甸、老挝、印度尼西亚等国，基本处于野生状态，尚未形成人工种植的格局。

1.3.2 弥勒魔芋（A. muelleri）的生物学特性

弥勒魔芋属三倍体，即染色体组 2n=39的极少数魔芋种，生长繁殖能力突出，这与多数魔芋种源中染色体组多为 2n=26 或 2n=28 的情况完全不同[15-16]。该特性奠定了弥勒魔芋可由无性开花获得种子，实现低成本、规模化繁种[17]，有效解决魔芋繁殖系数低的难题。

1.3.3 弥勒魔芋的突出优势

珠芽类魔芋中的弥勒魔芋正是一个难得的高价值魔芋种质资源。弥勒魔芋繁殖系数从 1 位数提高到约 330倍；多苗接力生长模式[18]可显著延长在一个生长季节的生长期，使魔芋种植周期由 3 年缩短为1年；魔芋种子发芽率高达 98%[19]，一年生长最高膨大率超过5 000倍，当年可得约 1 000 g 商品芋；魔芋叶面球茎最大膨大率超过100倍，几乎是花魔芋小球茎膨大率的20倍，完全具备使魔芋生物产出量超常规增长的实力[20]。弥勒魔芋突破了传统栽培品种繁殖系数低、膨大率低导致种植周期长的双重困局，显著降低了病害风险（见表2）。6年的栽培试验证实，该品种在夏季高温43℃连续6 d，水浸泡超过30 d环境下仍未见软腐病、白绢病发生，其抗性显著强于白魔芋和花魔芋。

从表2可知，珠芽弥勒魔芋以往在国内未被认知，更未引起重视，种植规模甚微。该品种在云南多地经近6年的试验种植，效果理想，尤其在出粉率及粘度特性方面无可挑剔。随着弥勒魔芋在国内适宜区域种植面积的逐年扩大，国内魔芋产量及魔芋胶的超常增长定会在不久的将来得以实现。

2 优劣势比较分析

2.1 区域分布及产量比较

中国和日本是魔芋胶的2个主产国，其中，中国占全球产量的50%，日本占25%；而印度、巴基斯坦则分别占世界瓜胶总量的80%和15%（见表3）。有趣的是，全球魔芋胶及瓜胶最大生产国的中国及印度在对方优势植物胶方面皆微不足道，毫无竞争力，所占市场份额皆不到1%。

2.1.1 瓜胶产区集中产量大

2013年，全球瓜胶产量45万～50万t，其中，印度瓜胶占全球总量的80%，巴基斯坦占15%，印尼、美国等占约5%。魔芋胶产量则约5万t，其中，中国占50%，日本占30%，印尼、缅甸及泰国等占其余20%的市场份额。因魔芋胶总量仅为瓜胶量的1/10 ，故其市场价格一般亦高于瓜胶。从出产国所占市场份额看，瓜胶及魔芋胶二者皆表现出原料来源的高度集中特点，尤其是前者更为突出。

2.1.2 国内并非瓜尔豆胶适宜生长区域

随着进口瓜胶使用量逐年大幅增加，国内

在瓜尔豆种植及研发方面曾做出不少努力。广西、海南等地处热带北缘，属热带季风气候，温度适合瓜尔豆生长，但雨水偏多，并非适宜生长区。国内仅新疆与印巴次大陆瓜尔豆产地自然条件相近，且有小规模种植。由此，国产瓜尔胶在全球市场份额不到1%，国内需求基本依赖进口。

2.2 品种比较

国内现有魔芋栽培种难以匹敌瓜尔豆。我国南方地区种植面积虽超过 13.33 万hm2，但魔芋产量的增长却十分缓慢。生长周期长、繁殖系数低和规模化种植病害严重是制约魔芋总量提高的 3个根本因素。

在已发现的160余个魔芋种中，缅甸、印尼等国分布的野生弥勒魔芋（A. muelleri）是东南亚地区最适合作为产业化开发提取KGM的品种。以往，中国、日本栽培的白魔芋、花魔芋系弱势品种，与弥勒魔芋相比处于明显劣势。现有魔芋胶之所以总量少，原因是中国、日本两个魔芋主产国皆是种植花魔芋，而花魔芋的低繁殖系数、生长周期及病害严重三大瓶颈一直是制约全球魔芋总量增加的根本性因素。因此，另辟蹊径，筛选出更具优势、适合我国气候特点的优势魔芋种是突破魔芋总量长期徘徊不前的选择。

2.3 理化特性比较

瓜胶也称瓜尔豆胶或胍胶，是瓜尔豆产业的主要产品[21]，是将瓜尔豆的种子去皮去胚芽后的胚乳提纯后得到，相对分子质量为1.0×106～2.0×106。瓜胶是一种混合物，能溶于冷水或热水中，除含有70%以上的半乳甘露聚糖之外，还含水分 12%，蛋白质10%，酸不溶物7%，灰分1.5%。瓜胶在食品中常用作食品的增稠剂及稳定剂等，用以改善冰淇淋的组织，调节调味品的黏度等。由于其优良的增稠、凝胶性能在采矿工业、造纸业、纺织工业、制药工业中已有广泛应用[22]。

魔芋胶的理化特性普遍优于瓜胶。表4、5分别列出魔芋胶与瓜胶的分子结构及部分理化性质对比。

魔芋胶理化特性更佳。魔芋胶与瓜胶在冷、热水中皆有极好的分散能力，但魔芋胶在诸多理化指标方面明显优于瓜胶（见表6）。通常，粘度≥6 000 mPa.s的瓜胶称为高粘型瓜胶（HV），粘度≥5 000 mPa.s的称为中粘型瓜胶（MV），普通商品瓜胶粘度多在4 000～5 000 mPa.s。与之相比，魔芋胶粘度一般在22 000 mPa.s以上，高于瓜胶4～6倍，而粘度正是二者作为植物胶增稠凝胶剂应用最基础的特性。

除作为保水增稠剂外，瓜胶及魔芋胶皆可形成凝胶。二者的区别在于瓜胶在较低温度下一般是与硼砂形成酸可逆凝胶（如作为压裂剂用于石油及页岩气开发），而魔芋胶在常温下既能与硼砂形成酸可逆凝胶用于非食品工业，也能与卡拉胶复配现场热可逆凝胶用于食品药品领域（如啫哩及肉糜类产品）；若在150℃以上的高温环境，瓜胶需与有机锆进行改性交联方能用于石油或页岩气高温井开采过程中的水基压裂液，显著加大了改性瓜胶的生产成本。而魔芋胶在高温条件下在碱性环境脱乙酰基形成热不可逆凝胶正是魔芋胶的一个基本特性（如传统的魔芋豆腐制作原理）。事实上，大庆油田早在1999年就与云南方面合作，就魔芋胶用于油田的二次采油中作为压裂液稠化剂进行井下试验，并取得很好效果。只是苦于魔芋胶的产量及价格的限制，魔芋胶尚无法取代瓜胶在石油及天然气开采中的角色。由此可推断，若产量大幅度提高，价格适中，魔芋胶将更具市场竞争优势。

2.4 成本效益比较

2.4.1 瓜尔豆平均产量及效益

瓜尔豆平均产量仅100～300 kg /667 m2，折合为瓜胶70～180 kg，种植农户出售商品瓜豆经济收入不到1 000元。瓜尔豆生物产量虽不高，但种植用种成本低，不存在种源短缺问题。

2.4.2 魔芋平均产量及效益

若无病害困扰，花魔芋鲜芋平均产量2～3 t/667 m2，折合为魔芋胶约为200～300 kg。白魔芋产量一般仅有500～600 kg/667 hm2，折合魔芋胶50～60 kg，生物产量较低。国内传统种植魔芋用种量大，约占前一年收获量约1/3，种植成本投入大，种源一直是大问题。若改种弥勒魔芋，在既可保证鲜芋生物产量的情况下，繁殖系数比传统种植魔芋提高了近100倍，可低成本解决种芋来源。以目前弥勒魔芋鲜芋平均产量2～3 t/667 m2计，按2013年市场价格估算，种植魔芋经济效益可达6 000～8 000元/667 m2。

魔芋适宜林下套种可显著提高土地产出效益。魔芋属典型的喜阴植物，40%～60%遮荫度最利于其正常生长。东南亚地区多年的种植表明，魔芋非常适宜在柚木林、橡胶林、核桃林等高大林木或杂木林中生长[23]，而且经济效益极佳，如在印度尼西亚中爪哇省林场农户现金收入的50%～85%来源于林下套种魔芋，是种植木薯收入的10倍[24]。这为弥勒魔芋在我国云南、海南、广东及广西等区域林区经济发展带来很好的发展机遇，可在林区进行高矮套种，兼顾长短发展，实现土地资源产出最大化。

3 结论与建议

魔芋在中国曾是一个“广种薄收”的作物，我国一年的魔芋精粉总量仅约2万t，还不到全国稀土金属年产量的1/6。通常，小球茎从种植到收获加工成商品魔芋需3年以上，独特的生长模式使魔芋难以成为一种高产作物。加上在种植过程中软腐病等的危害，导致全球魔芋总产量多年来难以增加，限制了魔芋作为广普亲水胶体的应用。几年来，作者考察东南亚魔芋资源丰富的部分区域，发现没有哪个国家如中国有如此多农户涉足魔芋种植，亦没有哪个国家有如此多科研机构及研发人员长期投入魔芋产业的研发工作，更无遍地开花的魔芋加工企业。虽总量位居全球第一，但国内多数加工企业长期处于原料严重短缺的尴尬境地，经济效益低，产业发展代价高昂。如何将魔芋从一种低产作物提升为高产作物，是研发人员的目标。为此，解决魔芋繁殖系数低、种植成本高、抗病能力弱及种植周期长等问题是避不开的难题。几十年种植表明，我国并非瓜尔豆的适宜生长区。但魔芋是我国颇具有竞争优势的植物胶原料。从当前形势看，魔芋胶产量远低于瓜胶，后者在非食品产业尚处于优势地位。但从未来产业竞争态势分析，魔芋胶更具发展优势。二者今后在产业竞争中仍将体现在原料总量及价格方面。虽在粘度及凝胶特性上明显不如魔芋胶，但因其产量及价格的优势，瓜胶应用范围迄今更为广泛。

国内现有种植的花魔芋存在生长周期长、繁殖系数低、虫害严重等瓶颈，决定了目前魔芋胶在总量及价格上尚难以匹敌瓜胶。若要改变二者的竞争现状，大幅增加魔芋原料的总量，须寄希望于优势突出的弥勒魔芋新品种。作者以为，弥勒魔芋繁殖系数是花魔芋的近100倍，其优异的抗逆性及多苗接力生长模式可显著缩短种植周期1～2年，且其KGM含量高、粘度高、凝胶特性更好等特点，决定了该品种可突破长期困扰魔芋总量难以提高的缺陷，颠覆魔芋是低产作物的“宿命”，快速、成倍提高魔芋的生物产量，实现魔芋胶量大、质优、价廉。

东南亚热带区域的林下环境是弥勒魔芋的原产地，但平坝地区日照过强不适合魔芋生长。而我国南方地区地理气候环境刚好适宜弥勒魔芋生长，且既可在山区林下亦可在坝区种植，适种区域更广。通过近6年在云南德宏州、西双版纳、临沧、普洱、红河等边境地区的试验种植表明，弥勒魔芋适宜规模化种植，可作为南方林下特色优势经济作物进行重点发展。

在对魔芋和瓜尔豆生物学特性、现有资源区位优势及魔芋胶和瓜胶产品性状等进行综合比较后，不难得出基本结论：魔芋胶在理化指标方面明显优于瓜胶，尤其是粘度及凝胶特性显著好于瓜胶。在现有两个魔芋主产国中，日本基本不适宜弥勒魔芋生长，而我国南方地区却有广泛的适种区域。随着弥勒魔芋在中国的扩大种植，有理由相信，魔芋产量的大幅增加将进一步提升我国魔芋产业在全球的市场份额及产业集中度，从而显著增强魔芋胶的竞争力，亦会逐渐动摇瓜胶在传统产业中的原有竞争优势。以往占据全球植物胶垄断地位的印度瓜胶必将受到挑战。

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