魔芋葡甘聚糖在酸奶中应用及其研究进展

薛海波，吴栋平，许 琼，朱玉英，程初林

（江苏梁丰食品集团有限公司，江苏张家港 215600）

0 引言

魔芋葡甘聚糖（Konjac glucomannan，KGM）是从魔芋的块茎中提取的天然大分子多糖，作为非淀粉多糖，魔芋葡甘聚糖因为其特有的甚至优于淀粉的增稠性、持水力、凝胶性等特性而广泛应用于淀粉体系中［1］。因此，在食品工业领域，魔芋葡甘聚糖具有非常广泛的应用前景。酸奶是牛乳通过乳酸菌发酵而成的具有特殊风味的乳制品，独特的风味和特有的功能使其倍受消费者的青睐，目前酸乳的增稠剂一般使用CMC、黄原胶、瓜尔豆胶、琼脂、海藻酸钠等，它们的黏性没有KGM高，且营养价值较低；另一方面，随着人民生活水平的提高，人们对健康营养的追求不断提升，酸乳营养丰富，但是缺乏膳食纤维，对于一些亚健康人群或对健康有特定需求的人群而言，仅仅食用普通的酸奶是远远不够的［2］，研究发现，在酸乳中添加一定量的KGM，不仅可以增强酸乳的黏稠性，保持酸乳的稳定，同时还可以加强酸乳的风味，进一步提高它的保健功能［3-4］。此外，魔芋葡甘聚糖作为一种优质的膳食纤维，已经被证明是一种公认安全的食品添加剂［5］。

本文就魔芋葡甘聚糖的理化性质、加工特性及其在酸奶中的应用进行了介绍，讨论了其在酸奶研发过程中的一些关注事项，以期为KGM在酸奶中的应用提供一定的参考。

1 KGM的结构、性质及应用

1.1 结构

魔芋葡甘聚糖是一种中性线形高分子多糖，主要由葡萄糖和甘露糖通过β-1，4糖苷键按照摩尔比1：1.6或者1.4：1的比例连接，每19个糖残基的C-16位置都会有一个乙酰基。根据种植区域，产品品种以及生产技术的差异，KGM分子质量大约200到2 000 kDa［6-9］。X射线衍射分析证明［10］，KGM粒子近似于无定型结构（如图1）。

图1 KGM的化学结构Fig.1 The chemical structure of KGM

1.2 理化性质

魔芋葡甘聚糖为乳白色或淡棕黄色粉末，基本是无臭无味，可溶解在偏酸性的水中，冷热皆宜，借助加热或机械搅拌等外力可提高它的溶解度［11-12］。由KGM的结构可知，其本身存在较多的活泼基团，独特的分子结构，使得KGM也拥有较多特殊的理化特性见表1。

表1 KGM的理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of KGM

1.3 KGM在食品领域的应用

KGM是功能比较齐全的天然可食用胶类，根据KGM体现出的诸多优良特性，常用作稳定剂、增稠剂、乳化剂等添加在面制品、肉制品、豆制品、饮料等各种食品中。作为一种高品质的水溶性膳食纤维，KGM具有热能低，膳食纤维含量高的特征，与蔬菜中所含的非水溶性纤维不同，KGM参与人体的代谢，调节肠道功能，保持人体营养平衡［13-15］。

利用KGM成膜性特性，KGM还可应用于食品保鲜，辅之以添加剂或者改性（物理或者化学）的方式，可以改善膜的保鲜效果，包括透气性、柔软度以及机械强度等［16-17］。经过涂抹后的食品，由于表面形成一层KGM薄膜，不仅可以防止果蔬类生鲜食品因为呼吸作用引起的腐败变质，延长贮藏期，而且更加经济方便，对于环境保护具有环保作用。

2 魔芋葡甘聚糖在酸奶中的应用

随着我国食品行业的不断发展，消费者逐步关注营养、健康、环保、天然有机的食品，酸奶作为营养健康、口味纯正、品种丰富的乳制品受到了消费者的青睐，当下日益增长的产品多样化不断促使着消费者对酸奶的要求逐步提升，推动着酸奶的不断更新与发展。基于KGM的功能性酸奶的研究与开发正成为酸奶的新视角，具有非常广泛的应用前景。

2.1 作为食品添加剂，提高酸奶质构与口感

酸奶制品常常出现黏稠度低、组织状态粗糙、口感差、乳清析出等不良现象，通常在酸奶中添加一些稳定剂或增稠剂去改善酸奶的品质。目前酸乳的增稠剂一般使用CMC、黄原胶、瓜尔豆胶、琼脂、海藻酸钠等。这些复合的稳定剂不但成本高，甚至影响酸奶的口感和风味，且营养价值较低［18］。KGM作为一种食品添加剂，已被美国食品与药品管理局、欧盟、加拿大卫生部等机构公认具有安全性［19］，KGM可以单独添加在食品中，也可以和其他添加剂复配使用。在酸乳中添加一定量的KGM，可以显著増强酸乳的黏稠性，增强酸奶的口感，能够确保乳清不被析出，从而有效改善并保持酸奶的稳定性。王莉莉［20］对KGM提取工艺和最佳配方进行了研究并应用于酸奶中，发现KGM添加量0.11%时，配制的酸奶感官试验评分最高，且产品稳定性最佳。在酸奶中添加通过KGM与其他多糖按照相应的比例共混［21-22］，因此产生显著协同增效作用，能够形成更加均匀、稳定和致密的网络结构，添加到酸奶中，对于提高酸奶的稳定性、口感、风味具有明显的增强作用。

2.2 作为膳食纤维，应用于功能性酸奶的研发

牛奶是“最接近完美的食品”，酸乳是牛乳通过乳酸菌发酵而成的具有特殊风味的乳制品，具有丰富的营养价值和功能特性，但是酸乳中缺乏膳食纤维［23-24］，KGM作为最优质的可溶性膳食纤维之一，使用KGM应用在酸奶中，能够有效改善人体内糖代谢和脂质代谢，调节肠胃功能，迎合了减肥和身体亚健康人士需求，同时，酸奶中配以添加木糖醇、益生菌等功能性物质［25］，和KGM有效配合，极大地满足了特殊人群对健康生活的消费需求，对功能性酸奶的开发应用，起到广泛的拓展作用。杨毛元［26］通过对KGM优化提取应用于运动饮料开发，发现KGM料液比最佳配方工艺为1：5（g/mL）时，研发的运动型饮料更加清新爽口，对于适用于热衷于健身运动的KGM运动型酸乳及酸乳饮料的开发起到一定的指导作用。

2.3 利用成膜性、凝胶性等特性，研制具有个性化的新酸奶

随着时代的发展和人民生活水平的提高，一方面，消费者除了对食品的质量与安全有更高的要求，另一方面，产品的多样化，尤其是个性化的体验成为一种新的消费时尚。利用KGM的成膜性、凝胶性等多种特性，为新型酸奶研发提供了丰富的内容和方向，根据KGM食品微胶囊技术，利用其保鲜、抗菌的作用［27-29］，将不同的物质包裹在胶囊内，如易吸水分的巧克力，抑或是某种花香通过特殊处理过的KGM膜涂抹或被微胶囊保护在内，不仅有利于保持酸奶原有的色、香、味，饮用的同时通过咀嚼，增添了品尝的趣味性，满足了人们个性化的消费需要，也丰富了市场产品的多样性。

3 讨论

KGM特殊的理化结构以及展现出的独特理化性质，在食品添加剂、基料、食用膜等领域具有非常广阔的应用前景，研究者对其结构、性质、共混、改性等基础研究日益深入，有关KGM的深加工产品逐渐面向市场。但是产品种类相对单一，相关的应用研究报道也较少，究其原因，KGM黏度高、吸水多、膨胀快等诸多优良理化特性，使得KGM产品的加工工艺受到限制，另一方面，虽然KGM有很多生理功能，目前有关KGM功能的开发还有限。在未来KGM应用于酸奶研发过程中，以下几个方面还需研究者关注：

首先，KGM及其共混、改性作用机理有待进一步深入研究。目前，关于KGM结构及其共混、改性的机理研究已有大量报道，但由于其复杂的高分子构造，国内外对于KGM一级结构和更高结构尚未确切阐释。研究KGM与其他物质的作用机理可为相关产品的开发与应用提供充足的理论基础。牛奶中除含有蛋白质、脂肪、乳糖等众多成分，且各组分结构复杂，将KGM添加到酸奶中，研究弄清酸奶发酵过程中KGM与牛奶作用机理，才能够为KGM在酸奶中应用推广起到指导作用。目前，已有这方面的相关报道，但是主要集中于添加量的工艺优化，以及KGM与酪蛋白作用机理［30-31］，且报道有限，需要研究者们不断探索。

其次，KGM具有许多优良齐全的理化特性，可以作为稳定剂在酸奶中起到增稠、乳化等作用，有效改善酸奶的质构和口感，但是黏稠度高、吸水率高、膨胀快等性质一定程度上限制了KGM在酸奶中的开发与应用。现如今产品多样化及个性化的需求加深了乳制品行业的竞争，不断研发新品，开发适合于消费者市场需求的产品成为角逐市场的重要项目之一，通过调整与优化KGM性质，研制适合于酸奶加工生产的KGM或KGM改性产品有助于酸奶行业发展。

再者，关于KGM的生理功能特性开发有限。KGM是一种优质的膳食纤维，大量的研究发现，KGM具有减肥、降血脂、益生肠道等方面具有保健作用［32-33］，但是对于其临床观察和诊断方面的验证尚不多，目前开发的KGM营养保健产品数量有限，需要进一步地挖掘。另外，KGM除了以上功能外，可能还存在其他的许多功能特性，这些也需要广大学者的科研攻关。利用KGM体现的诸多优良的功能特性，应用开发于功能性酸奶，符合当下大健康环境以及人们日益增长的健康理念需求。

最后，关于KGM在市场上的产品投入仍有较大的发展空间。KGM在食品领域的应用已有研发并投入市场，涉及仿生食品，食品添加剂，食品保鲜等，但是同淀粉、大豆蛋白等传统农产品相比数量略显不足，尤其KGM作为主要原料的相关产品和功能型产品研发，这或许是同国外先进国家相比，深度开发KGM相对较晚有关，需要不断深入研究。近年来，KGM在酸奶中的应用研究正逐步开展，需要在现有的基础上，通过进一步改性、共混、复配等，加大功能开发力度，拓展其应用范围。可以预见，在不久的将来，以添加KGM的相关功能性酸奶会逐渐走向市场，为大众所熟知与青睐。总之，KGM酸奶的研发任重而道远。