魔芋加工中二氧化硫使用的必要性研究

张盛林¹   张甫生²   钟  耕²

（1 西南大学园艺园林学院；2 西南大学食品科学学院  重庆北碚  400716）

摘  要：二氧化硫是魔芋脱水干燥中最经济有效的控制褐变的手段，然而现行法定的食品添加剂依据标准GB 2760中却未对魔芋中二氧化硫的使用及残留限量进行界定， 引起人们对魔芋加工中二氧化硫使用是否必要的广泛质疑。为此，本文从魔芋褐变机制、护色必要性及二氧化硫使用必要性等方面进行论述，以期为解决魔芋加工中二氧化硫使用必要性的问题提供理论支持与参考。

关键词：魔芋；褐变；二氧化硫；护色

1  概述

魔芋（Amorphophallus konjac K，Koch）又称为磨芋、蒟蒻、鬼芋、花伞把、花杆连、天南星等，为天南星科多年生草本植物魔芋属类植物的总称，一般生长在年均气温16℃、海拔800m-2500m的亚热带山地或丘陵地区^[1-3]。据统计全世界魔芋共有170余种，主要分布在亚洲、非洲的热带、亚热带地区^[2-4]。我国是魔芋种类较多，分布较广的一个国家，已知有26种。其中l4种为我国特有，主要分布在我国多省市的山区^[1-2]。

魔芋最大的利用价值在于其葡甘聚糖（KGM）成分。魔芋是唯一能大量提供葡甘聚糖的主要经济作物，占其球茎干重44％以上^[1-2]。葡甘聚糖是一种优质的天然可溶性膳食纤维，具有很好的亲水性、胶凝性、抗菌性、增稠性、粘结性、成膜性等多种优良的理化特性^[5-6]，以及对高血压、高胆固醇血症、心血管疾病、糖尿病、肥胖、消化道癌症、便秘等有预防与辅助治疗作用^[5-8]。以魔芋加工后的魔芋粉（主要成分为葡甘聚糖）为主要原料或辅料制得的魔芋食品，目前正日益受到世界各国营养、医学界专家的密切关注。

目前在国际市场上，我国和日本是魔芋粉生产的两个大国。虽然我国魔芋规模化种植历史晚于日本，仅20余年，但发展速度很快。我国已经超越日本成为全球魔芋粉生产量与销售量最大的国家，并且我国的魔芋产品现已远销日本、韩国、美国、欧盟等国家^[2]。近年来随着魔芋市场的扩大，对其安全性要求也越来越高，其中对因魔芋护色需要引入的二氧化硫残留的反映尤为敏感 目前国内对魔芋中二氧化硫的使用及残留限量进行界定的国家标准为GB／T18104-2000《魔芋精粉》（其中规定二氧化硫含量≤2.0g／kg），至今已实施了10多年。虽然没有出现任何食品安全问题，但根据《中华人民共和国食品安全法》要求，各食品行业中食品添加剂的使用，均需以GB 2760-2011《食品添加剂使用标准》为依据。然而现今实施的GB2760中却未对魔芋中二氧化硫的使用及残留限量进行明确，魔芋脱水烘烤过程中二氧化硫使用是否必要，引起了人们极大的困惑 特别是卫生部办公厅关于魔芋粉中二氧化硫残留有关问题的公开回复函 [卫办监督函（2012）291号]，因各地质监部门和企业的不同解读，更是将魔芋中二氧化硫使用的必要性推向了风口浪尖，各地已出现客户纷纷退货等严重影响魔芋行业生存的现象 为此，本文拟从魔芋褐变机制、护色必要性及二氧化硫使用必要性等方面进行论述，以期为魔芋加工中二氧化硫使用必要性问题的解决提供一些理论支持与参考。此外，由于我国魔芋的适生区域主要是欠发达的西南山区，魔芋产业中二氧化硫使用必要性问题的解决，对西南山区百余贫困县及少数民族聚集区域数百万贫困人口的脱贫致富、农民增收意义深远而重大。

2  魔芋褐变机制及护色

2.1  魔芋褐变机制

魔芋变色主要问题是褐变。魔芋褐变与果蔬褐变一样，从本质上可分为酶促褐变和非酶褐变两大类。（1）酶促褐变是组织中的酚类物质在酶的作用下氧化成醌类，醌类聚合形成褐变物质从而导致的组织变色。褐变发生必须同时有多酚类物质、多酚氧化酶和氧气3个条件^[9-10]。魔芋富含有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而氧化：而当去皮切片后，切面暴露在空气中，魔芋中的酚类物质便可在多酚氧化酶的催化下氧化成邻醌，进而又迅速通过聚合作用形成褐色素或黑色^[11-12]。据研究表明，魔芋中多酚氧化酶活力约为250U／g，酚类物质含量为l500mg／kg^[12-13]。远远高于一般果蔬中的多酚氧化酶活力（约70U／g）^[14-16]与酚类物质含量（约200mg／kg）^[17~19]。因此，魔芋是极易由多酚氧化酶引起酶促褐变的果蔬。（2）非酶褐变是指由各种非酶原因引起的化学反应而造成的褐变。如羰氨反应、抗坏血酸氧化等非酶褐变。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非酶褐变^[20]。

2.2  魔芋护色

魔芋收获季节在冬季，采收期短，球茎极不耐贮藏，且多产于交通不便的西南山区。因此，必需脱水成魔芋干或加工成魔芋粉才能进行商品流通 由于我国魔芋产业是受日本市场需求刺激而兴起的，日本对魔芋干的要求是“色白身干”，对魔芋粉的要求也为白色^[21]。目前我国每年有5万t的魔芋食品出口到日本，色白是日本的基本要求，另有5000t魔芋粉出口到欧洲、美国等其他国家，他们也要求魔芋粉越白越好。因此，一直以来魔芋干和魔芋粉均以白色为良好的商品品质和外观。GB／T 18104-2000对魔芋精粉的色泽标准也作了明确的规定，要求特级魔芋粉白色颗粒占95％以上^[22]。因此。白度是衡量魔芋粉质量高低的重要指标。魔芋粉作为一种食品工业中广泛使用的原料或配料，必需要求具有可接受的色泽。

实际上，未经护色的魔芋不仅影响到后期制作食品的色泽。还将对魔芋粉重要品质产生致命的影响。由于酶促褐变的中间产物或终产物与魔芋葡甘聚糖发生超分子相互作用，组装或沉积到魔芋葡甘聚糖上，严重影响其水溶性。降低其粘度，大幅度降低魔芋粉的使用价值^[23-24]。若不进行护色，现有的市场不接受，势必浪费了魔芋这一宝贵的资源。因此，这就必然要求在魔芋干脱水加工的过程中抑制或阻止褐变的发生，即护色。与国内外普遍认可淀粉的护色一样，魔芋的护色是符合食品科学原理、符合食品相关法典的，与恶意漂白食品、过分追求感官性质有着本质的不同。

3  二氧化硫使用必要性

从魔芋褐变的机理中，我们可以得出要阻止酶促褐变的发生，就必须对多酚类物质、多酚氧化酶和氧气3种条件进行适当控制，因多酚类物质是魔芋本身组成成分，因此，要防止其酶促褐变发生，只能通过抑制多酚氧化酶的活性和隔绝氧气两种途径。目前。在食品加工中通过上述两种途径控制褐变的主要方法^[11、23-25]有：（1）真空冷冻干燥；（2）护色剂水溶液浸泡抑制多酚氧化酶的活性；（3）热烫抑制多酚氧化酶的活性；（4）高热空气或高温（如微波加热等）抑制多酚氧化酶的活性；（5）二氧化硫熏蒸抑制多酚氧化酶的活性等。

由于魔芋球茎中富含亲水性极强的葡甘聚糖，在冷水溶液中即可迅速吸水膨胀糊化，并且有很强的胶粘性，会造成脱水困难，加之葡甘聚糖糊化后，不可能重新变成晶体，不能再加工出魔芋粉，因而水溶液护色剂和热烫抑制酶的方法不可行 不接触水，采用高热空气杀酶，芋片温度（特别是内部）必然要经过由低到高的升温过程才能达到杀酶温度，但实践证明在这一过程中，反而加快了褐变发生的速度^[11]，单纯的高热空气杀酶也解决不了魔芋干“色白” 问题。而真空冷冻干燥和微波杀酶技术因设备要求较高。且受山区条件限制，此法也不可行，同时冷冻和微波加热不均也会破坏魔芋葡甘聚糖结构。因此，常规果蔬护色中普遍采用的浸渍法、热烫法、真空冷冻干燥法和高热空气法等在魔芋护色中均不适用。

目前唯一有效的魔芋护色方法，也是企业和农户普遍采用的方法为在魔芋干燥的高热空气中加入二氧化硫来熏蒸护色。二氧化硫是一种很好的护色剂，其护色原理为破坏酶的氧化系统，与氧发生反应，从而阻止酶促褐变以及由各类有氧参与的氧化反应的发生，减少了物料的变质和变色，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。目前二氧化硫护色已广泛应用于果蔬及淀粉工业中^[l1]，如在GB 2760中规定干制蔬菜、脱水马铃薯、水果干类、食用淀粉、粉丝粉条等产品中可使用二氧化硫进行护色处理，以维持商品必要的外观^[26]。实践证明，在单纯高热空气杀酶中加入二氧化硫进行脱水干燥，其杀酶效果显著 可保证白色的魔芋切片在干燥过程中不变色，干燥后的成品为白色干片，经粉碎研磨后为白色魔芋粉，并且对魔芋葡甘聚糖性质也不产生影响。二氧化硫护色是现今控制魔芋褐变最经济有效的手段。日本食用魔芋已有两百多年历史，日本的魔芋加工技术是目前世界最先进的，现在的日本魔芋加工企业也都是普遍采用二氧化硫来控制魔芋褐变。

因二氧化硫残留超标可能会引起食品安全问题，近年来国内魔芋行业的科研单位、生产单位及设备制造单位先后开展了很多围绕替代二氧化硫的护色技术研究和实践工作。然而由于魔芋葡甘聚糖的特殊性等原因，目前尚未研制出除二氧化硫以外的现实可行的护色剂，这在国内外的其他果蔬加工中也普遍存在这一现象，二氧化硫护色仍然是当前魔芋产业唯一可依赖的控制褐变的现实手段。

综上所述，在魔芋加工过程中使用二氧化硫进行护色，是当前产业的不可或缺的工艺需要，与恶意漂白、过分追求感官性质完全不同，符合相关标准和道德规范。但二氧化硫残留超标，势必会对人体健康造成危害。然而目前食品添加剂依据标准GB2760却未对魔芋中二氧化硫的使用及残留限量进行界定，甚至有些监管部门以GB2760为依据，要求企业在魔芋加工中完全不准使用二氧化硫，已严重影响了魔芋产业的发展，因此，建议相关部门尽快解决魔芋粉中二氧化硫使用及其残留限量标准缺失的问题，以最大限度保持产品的安全性与品质，为魔芋产业的持续、快速、健康发展提供有力的质量保证，为西部山区农民脱贫致富、民族团结与和谐发展作出重要贡献。

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摘自：农产品质量与安全2013年第1期