莊遠(yuǎn)紅，劉靜娜，潘裕添，黃家福，龐 杰

(1.閩南師范大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，漳州 363000;2.閩南師范大學(xué) 菌物產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)中心，漳州 363000;3.福建農(nóng)林大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，福州 350002)

多糖是一類重要的大分子物質(zhì)，凝膠化性質(zhì)是 多糖大分子生物功能的重要方面。魔芋葡甘聚糖(KGM)是由D-葡萄糖和D-甘露糖按1∶1.6的比例以 β-1，4-糖苷鍵聚合的大分子非凝膠多糖［1－3］，該多糖不具凝膠性，單一的魔芋葡甘聚糖也存在著成膠能力弱、膠用量大、凝膠析水量大等不足之處，但是多糖共混可以改變其凝膠性能。

κ-卡拉膠是由 D-半乳糖-4-硫酸酯和 3，6-脫水-D-半乳糖交替連接而成的線型多糖［4－5］，它具有較強(qiáng)的陰離子活性［6］，是一種凝膠多糖［5］，但其單獨(dú)形成的凝膠存在脆性大、彈性小、易脫液收縮等問題［2，5］。在κ-卡拉膠中添加一定量的魔芋膠所形成的凝膠具有所需原料少、凝膠強(qiáng)度大、彈性好等特點?？ɡz螺旋結(jié)構(gòu)可自交聯(lián)或與甘露聚糖分子鏈交聯(lián)，因甘露聚糖分子電荷密度較小，甘露聚糖與卡拉膠的交聯(lián)要優(yōu)于卡拉膠間的交聯(lián)［7］。魔芋葡苷聚糖分子平滑，沒有分支鏈，與卡拉膠分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)以次級鍵結(jié)合形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生協(xié)同增效作用，但所形成的凝膠容易受pH的影響，在pH低的環(huán)境中，多糖分子間氫鍵容易斷開，在pH高的環(huán)境中，卡拉膠大分子間相互纏繞作用差［8］。蛋白質(zhì)和多糖共存時，大分子上的部分基團(tuán)可以相互連接，緊密纏繞，最終形成穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而賦予聚合物一些獨(dú)特的性質(zhì)，如增強(qiáng)其乳化性和凝膠性等［9］。蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物形成過程較復(fù)雜，pH、多糖類型、電荷密度、分子柔韌性和離子強(qiáng)度等因素對反應(yīng)的進(jìn)行和最終產(chǎn)物功能性質(zhì)都有一定影響。蛋白質(zhì)分子所帶凈電荷及其參與庫侖作用程度取決于溶液pH偏離蛋白等電點pI程度。當(dāng)溶液pH＜pI時，蛋白質(zhì)顯陽性，此時蛋白質(zhì)與陰性多糖產(chǎn)生靜電作用形成不可溶復(fù)合物;當(dāng)pH＞pI時，蛋白質(zhì)顯陰性，多糖與蛋白質(zhì)通過疏水相互作用和氫鍵作用形成可溶性復(fù)合物［10］。因此，通過調(diào)節(jié)pH可以改變多糖―蛋白質(zhì)表界面性質(zhì)、溶解性和穩(wěn)定性等，從而影響凝膠品質(zhì)特性。

筆者主要考察不同pH條件下魔芋多糖、κ-卡拉膠與大豆分離蛋白形成的凝膠質(zhì)構(gòu)及色澤的變化，以期為魔芋食品的開發(fā)利用奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

魔芋精粉(含KGM 85%)、κ-卡拉膠、大豆分離蛋白(含蛋白質(zhì)90%)，均由福州素天下食品有限公司提供。

1.2 主要儀器設(shè)備

TA-plus質(zhì)構(gòu)儀(Lloyd公司)，ColorFlexTM測色儀(HunterLab公司)，BS 124S型電子天平(賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司)，HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋(江蘇省金壇市江南儀器廠)，NDJ-9S型數(shù)顯黏度計(上海精密科學(xué)儀器有限公司)。

1.3 實驗設(shè)計

保持共混體系總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，固定復(fù)合物中多糖和大豆分離蛋白質(zhì)量比為8∶2，魔芋精粉和κ-卡拉膠的質(zhì)量比保持在2∶8，即魔芋精粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.16%、κ-卡拉膠0.64%、大豆分離蛋白0.2%，先將大豆分離蛋白分散到溫水中，攪拌讓其溶解，再將魔芋粉及κ-卡拉膠在不斷攪拌的條件下，緩慢地分散到大豆分離蛋白液中，盡量避免結(jié)塊，即得到混合體系的混合分散液，分別調(diào)節(jié)pH至3、4、5、6、7、8 和9，在80 ℃下溶脹 15 min，取出，在室溫下放置12 h使之冷卻形成凝膠體。

1.4 測定方法

1.4.1 凝膠強(qiáng)度、彈性、咀嚼性測定

采用TPA模式，選用12.7 mm柱形探頭。具體參數(shù)設(shè)定:測前速率1 mm/s，測試速率 1 mm/s，測試后速率1 mm/s，測試距離20.0 mm。

1.4.2 黏度測定

將溶脹后的凝膠于室溫下靜置 15 min，用NDJ-9S數(shù)顯黏度計，選用S1號轉(zhuǎn)頭，速度60 r/min，測量復(fù)配凝膠黏度值。

1.4.3 色度測定

使用ColorFlexTM測色儀，以黑板為標(biāo)樣測定色差值ΔE*，其值大小表示著色樣品與標(biāo)樣的顏色差別程度。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH對魔芋膠復(fù)配體系凝膠強(qiáng)度的影響

考察pH對魔芋膠復(fù)配體系的凝膠強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可知:隨著pH的升高，凝膠強(qiáng)度呈“S”型變化。在pH 3～5之間，凝膠強(qiáng)度隨pH的升高而增大，Penroj等［4］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng) pH ＜4時，κ-卡拉膠容易發(fā)生酸水解作用，加熱使水解加快，大分子降解為小分子，黏度下降，失去凝固性，不能形成有序的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此凝膠強(qiáng)度較小。當(dāng)pH=5時，凝膠強(qiáng)度最大，可能是此時大豆分離蛋白處于等電點附近，因不帶靜電荷發(fā)生聚沉作用，蛋白質(zhì)分子聚合度高，分子之間結(jié)合緊密，因而表現(xiàn)出最高的凝膠強(qiáng)度。隨著pH的繼續(xù)升高，蛋白質(zhì)所帶靜電荷數(shù)逐漸增加，蛋白質(zhì)與水分之間的吸引力加強(qiáng)，而蛋白質(zhì)分子間的斥力增大，蛋白質(zhì)分子充分吸水伸展，持水性增強(qiáng)，凝膠強(qiáng)度下降［11］。但在pH為6～8時，共混膠的凝膠強(qiáng)度有所增加，可能是在此時卡拉膠酸水解程度大大下降，在卡拉膠、魔芋精粉和大豆分離蛋白的相互作用下，凝膠呈現(xiàn)出較好的凝膠強(qiáng)度。Penroj等［4］通過X線衍射分析發(fā)現(xiàn)在堿性條件下共混膠中魔芋膠的膠束有序排列增多，結(jié)晶區(qū)增加，有利于提高共混膠的屈服應(yīng)力、強(qiáng)度和凝膠強(qiáng)度等，也可能是魔芋膠堿化后其分子鏈上脫去部分乙?；撊ヒ阴；哪в竽z分子間能形成氫鍵，增強(qiáng)了分子間的作用力，提高了凝膠強(qiáng)度。當(dāng)pH＞8時，凝膠強(qiáng)度下降，這與Huang等［12］研究結(jié)果一致，可能是魔芋粉在堿性環(huán)境中受到水解，使凝膠強(qiáng)度降低［13］。

圖1 pH對復(fù)合物凝膠強(qiáng)度的影響Fig.1 Effects of pH on gel strength of composite system

2.2 pH對魔芋膠復(fù)配體系彈性的影響

考察pH對魔芋膠復(fù)配體系彈性的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可知:在pH為3～9范圍內(nèi)，混合凝膠均呈現(xiàn)出很好的彈性，數(shù)值均在0.95以上，這與Penroj等［4］與楊玉玲等［14］的研究結(jié)果是一致的，可能是因為此復(fù)配體系卡拉膠的含量較大，因此表現(xiàn)出的某些凝膠特性與卡拉膠較為相似。在pH為3時，出現(xiàn)最小值，主要是因為此時κ-卡拉膠發(fā)生酸水解作用，大分子降解為小分子，不能形成有序的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);同時，濃度較高的H+容易導(dǎo)致卡拉膠分子和KGM已形成的氫鍵斷裂，導(dǎo)致已經(jīng)形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)降解，從而導(dǎo)致凝膠彈性的下降。受魔芋精粉和大豆分離蛋白的影響，在pH為4～5時，凝膠彈性下降，主要是因為KGM是陰離子多糖，而蛋白質(zhì)是兩性聚電解質(zhì)，當(dāng)pH＜5(蛋白質(zhì)等電點)時，由于蛋白質(zhì)所帶凈電荷為正，陰離子多糖與帶正電荷的蛋白質(zhì)分子產(chǎn)生強(qiáng)的靜電作用，形成不溶復(fù)合物，因此彈性有所降低;當(dāng)pH＞5時，多糖與蛋白質(zhì)通過疏水相互作用和氫鍵作用形成可溶性復(fù)合物，對其加熱形成具黏彈性的三維結(jié)構(gòu)，將水分子包圍其中，從而得到了彈性、咀嚼性好，但凝膠強(qiáng)度較小的凝膠［11］。

圖2 pH對復(fù)合物凝膠彈性的影響Fig.2 Effects of pH on springiness of composite system

2.3 pH對魔芋膠復(fù)配體系咀嚼性的影響

咀嚼性=凝膠強(qiáng)度×內(nèi)聚性×彈性;因此，有必要考察pH對魔芋膠復(fù)配體系咀嚼性的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可知，咀嚼性隨pH的增大，大致呈上升趨勢，在pH為5時，咀嚼性突然上升，這個變化可能凝膠強(qiáng)度的突然增大有關(guān)。

圖3 pH對復(fù)合物凝膠咀嚼性的影響Fig.3 Effects of pH on chewiness of composite system

2.4 pH對魔芋膠復(fù)配體系黏度的影響

圖4為pH對魔芋膠復(fù)配體系黏度的影響結(jié)果。由圖4可知，隨著pH的升高，黏度呈先增大后減小的趨勢。在pH＜4時，凝膠黏度較小，主要是較高的酸度降低了混合膠的pH，pH的變化引起多糖分子間氫鍵部分?jǐn)嚅_，分子舒展，致使黏度下降［15］;也可能因為卡拉膠是一種帶負(fù)電荷的高分子多糖，具有半硫酸酯基(—ROSO－3)而表現(xiàn)出強(qiáng)烈的陰離子性，當(dāng)它與H+結(jié)合成卡拉膠酸時，穩(wěn)定性最差，因此在酸性條件下加熱時，卡拉膠組成物容易發(fā)生水解，使卡拉膠黏度顯著降低［16］。在pH 4～9范圍內(nèi)，凝膠體系黏度變化不大，均在0.08到0.1之間，但在pH為7時達(dá)到最大值。當(dāng)pH＞7時，凝膠黏度開始下降，主要是因為堿性增強(qiáng)不利于卡拉膠大分子的相互纏繞，故強(qiáng)酸、強(qiáng)堿環(huán)境下膠液黏度較?。?］。這與楊永利等［17］的研究結(jié)果是一致的。

圖4 pH對復(fù)合物凝膠黏度的影響Fig.4 Effects of pH on viscosity of composite system

2.5 pH對魔芋膠復(fù)配體系色澤的影響

圖5為pH對魔芋膠體復(fù)配體系色澤的影響結(jié)果。由圖5可知:當(dāng)pH＜4時，復(fù)配體系凝膠色差變化較大;當(dāng)pH 4～9時，凝膠色差變化不大，ΔE*均為31左右。當(dāng)pH=3時，復(fù)配凝膠色澤較透明，pH 4～7時色澤為乳白色，pH＞8時色澤偏黃?？赡茉蚴?在pH＜4時，由于卡拉膠的水解導(dǎo)致不能形成有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此凝膠色澤較透明。在pH 4～7時，由于蛋白酸沉凝乳，色澤呈現(xiàn)乳白色。在pH＞8時，顏色變黃，可能是因為大豆分離蛋白在加堿后，其所含的發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)相連接或發(fā)生共軛反應(yīng)，使共軛鍵或生色基團(tuán)的吸收波移向長波方向?qū)е履z顯色［18］。

圖5 pH對復(fù)合物凝膠色澤的影響Fig.5 Effects of pH on color of composite system

3 結(jié)論

在強(qiáng)酸性條件下(pH＜4)，魔芋膠復(fù)配體系凝膠特性(強(qiáng)度、彈性、咀嚼性和黏度)較差，但此時色澤最好，較透明，易于上色;隨著pH的升高并逐漸到達(dá)蛋白質(zhì)等電點(pH 5)，凝膠特性顯著提高，到達(dá)蛋白質(zhì)等電點時凝膠強(qiáng)度和咀嚼性最高;在pH 4～8時凝膠色澤較好，呈乳白色;但當(dāng)pH＞8時，凝膠強(qiáng)度、咀嚼性和黏度開始下降，形成的凝膠偏黃色，色澤較差，且有濃堿味，建議制取魔芋凝膠時pH控制在4～8之間。

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