庄远红, 潘裕添, 刘静娜, 庞　杰

(1.闽南师范大学生物科学与技术学院,福建漳州 363000;2.闽南师范大学菌物产业工程技术中心,福建漳州 363000;3.福建农林大学食品科学学院,福建福州 350002)

凝胶化性质是多糖的一种重要生物功能,而魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)是一种非凝胶多糖[1-3],该多糖不具凝胶性,与其他多糖共混可以改变单一魔芋葡甘聚糖成胶能力弱、胶用量大、凝胶析水量大等不足.к-卡拉胶是一种凝胶多糖[4-5],к-卡拉胶单独形成的凝胶不仅脆度大、弹性小,且析水现象严重[2,5].在总糖浓度一定时,两种多糖的混合物因为分子间的协同相互作用,可能获得比单一多糖更大的黏度或更大的凝胶强度.由于魔芋葡甘聚糖、к-卡拉胶都是阴离子多糖[6-7],阳离子的加入将影响复配体系凝胶特性[7-8],当大豆分离蛋白和多糖在同一体系交互作用时,加入盐离子后,部分基团可相互连接,蛋白质和多糖通过相互作用(静电吸引、氢键、范德华力、疏水相互作用及大分子片段之间热力学不相容性等次级力)能形成可溶性或不溶性复合物,所形成的多糖-蛋白质复合物能通过对表界面性质、溶解性、稳定性等影响凝胶品质特性[9].目前,相关研究大多集中在蛋白质-植物多糖的混合体系特性,关于不同盐离子的添加对混合凝胶特性和色泽影响的研究还较少.本实验主要探讨添加不同种类、不同质量分数的盐离子,魔芋多糖、к-卡拉胶与大豆分离蛋白形成的凝胶质构和色泽变化,以期为制取高性能凝胶奠定理论基础.

1　材料与方法

1.1　实验材料

魔芋精粉(KGM质量分数为85%),к-卡拉胶,大豆分离蛋白(蛋白质质量分数90%),均由福州素天下食品有限公司提供.

1.2　主要仪器设备

TA-plus型质构仪,英国LLOYD公司;Color-FlexTM型测色仪,美国HunterLab公司;BS 124S型电子天平,赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;HH-2型数显恒温水浴锅,江苏省金坛市江南仪器厂;NDJ-9S型数显黏度计,上海精密科学仪器有限公司.

1.3　实验设计

复配体系凝胶的制备.保持共混体系总质量分数为1%,固定多糖和大豆分离蛋白质量比为8∶2,魔芋精粉和卡拉胶质量比为2∶8,称取一定量的魔芋精粉、к-卡拉胶与大豆分离蛋白,先将大豆分离蛋白分散到温水中,搅拌使其溶解,将魔芋精粉及к-卡拉胶在不断搅拌的条件下,缓慢分散到大豆分离蛋白液中,再加入一定量的盐离子,搅拌使之溶解,尽量避免结块,置于80℃恒温水浴锅中,不断搅拌下溶胀15 min,后于室温中静置12 h获得凝胶体.

考察不同盐离子对魔芋胶复配体系凝胶特性及色泽的影响,实验设6个处理,以未添加盐离子的凝胶为对照,其余处理按0.75%的添加量分别加入NaCl、KCl、ZnCl2、MgCl2和CaCl2固体,每个处理设3个重复.

考察不同质量分数盐离子对魔芋胶复配体系凝胶特性及色泽的影响,设 NaCl、KCl和ZnCl23组实验,每组设6个处理,以未添加盐离子的凝胶为对照,其余处理盐离子质量分数分别为0.25%,0.50%,0.75%,1.00%,1.50%,每个处理设3个重复.

1.4　测定方法

1.4.1凝胶强度、弹性、咀嚼性测定

使用质构仪,TPA模式,选用0.5英寸柱形探头.具体参数设定:测前速度为1 mm/s,测试速度为1 mm/s,测试后速度为1 mm/s,测试距离为20.0 mm.

1.4.2黏度的测定

将溶胀后的凝胶置于室温下静置15 min,用数显黏度计,选用S1号转头,速度60 r/min,测量复配凝胶黏度值.

1.4.3色差的测定

使用测色仪,以白板为标样测定色差值ΔE*,ΔE*值大小表示着色样品与标样颜色的差别程度.

图1　不同盐离子对复配体系凝胶强度的影响Fig.1　Effect of different salt ions on gel strength of composite system

2　结果与讨论

2.1　盐离子对魔芋胶复配体系凝胶强度的影响

不同盐离子及不同质量分数盐离子对复配体系凝胶强度的影响见图1、图2.从图1可看出,盐离子的加入均提高了魔芋胶复配体系的凝胶强度,这是由于盐离子的加入诱导凝胶形成作用增强,形成的超分子网络结构更为致密,同时网络间的阳离子填充量增加,也使得凝胶强度不断提高[10].加入KCl后,魔芋胶复配体系凝胶强度达15.92 N,比对照组提高了1.67倍,盐离子对凝胶强度的增强效果由大到小依次为,K+、Ca2+、Zn2+、Na+、Mg2+. 从图2可以看出,随着盐离子质量分数的增加,魔芋胶复配体系凝胶强度呈先增大后降低的趋势,当添加量在0～0.6%,盐离子对凝胶强度的增强效果明显,由大到小依次为:Zn2+、K+、Na+.当体系 NaCl、KCl、ZnCl2质量分数分别为 0.50%,0.45%,0.35%时,其凝胶强度达到最大值,分别为13.59,19.01,22.58 N,而继续增大盐离子质量分数,魔芋胶复配体系凝胶强度反而降低.这是因为盐离子参与了魔芋胶复配体系凝胶的胶凝过程,在一定质量分数下,盐离子的加入对魔芋胶复配体系凝胶中带电荷物质会产生静电屏蔽效应[11],增强了凝胶的超分子网络结构,提高了魔芋胶复配体系凝胶强度,但过量盐离子会中和к-卡拉胶、魔芋胶上所带的负电荷,使复配胶之间的斥力减弱,分子伸展程度下降,形成的网络节点数减少,结构松散,产生脱液收缩而引起魔芋胶复配体系凝胶强度下降[12],因此,盐离子加入要适量,并不是越多越好,当KCl添加量在0.25% ～0.50%时,复配凝胶的凝胶强度处在较优水平.

图2　不同质量分数盐离子对复配体系凝胶强度的影响Fig.2　Effect of salt ion concentrations on gel strength of composite system

2.2　盐离子对魔芋胶复配体系弹性的影响

不同盐离子及不同质量分数盐离子对复配体系弹性的影响如图3、图4.由图3可以看出,盐离子的加入降低了魔芋胶复配体系弹性,降低程度从小到大依次为:K+、Zn2+、Ca2+、Na+、Mg2+. 加入 KCl后的魔芋胶复配体系弹性仅降低了0.01 mm,而MgCl2使弹性降低了0.06 mm.由图4可知,随着盐离子质量分数的增加,魔芋胶复配体系弹性先呈降低趋势,当体系 NaCl、KCl、ZnCl2质量分数分别达到0.75%,0.50%,0.50%时,其弹性分别达到0.93,0.95,0.92 mm的最小值;继续增大盐离子的质量分数,魔芋胶复配体系弹性有所增大,体系NaCl质量分数大于0.75%以后,魔芋胶复配体系弹性迅速增大,质量分数为1.50%时,弹性为0.96 mm;体系KCl、ZnCl2质量分数增加到0.75%时,魔芋胶复配体系弹性分别增大到0.97 mm和0.95 mm,并保持稳定.

图3　不同盐离子对复配体系弹性的影响Fig.3　Effect of different salt ion on springiness of composite system

图4　不同质量分数盐离子对复配体系弹性的影响Fig.4　Effect of salt ion concentrations on springiness of composite system

2.3　盐离子对魔芋胶复配体系咀嚼性的影响

不同盐离子及不同质量分数盐离子对复配体系咀嚼性的影响见图5、图6.由图5可以看出,盐离子的加入降低了魔芋胶复配体系咀嚼性,降低程度从小到大依次为:K+、Zn2+、Na+、Ca2+、Mg2+. 与对照相比,加入KCl和ZnCl2后的魔芋胶复配体系咀嚼性分别降低了0.85 N·mm和1.29 N·mm.由图6可知,随着盐离子添加量的增加,魔芋胶复配体系咀嚼性迅速下降,从整体趋势看,盐离子对魔芋胶复配体系咀嚼性的降低效果从小到大依次为:K+、Zn2+、Na+.

图5　不同盐离子对复配体系咀嚼性的影响Fig.5　Effect of different salt ions on chewiness of composite system

2.4　盐离子对魔芋胶复配体系黏性的影响

不同盐离子及不同质量分数盐离子对复配体系黏性的影响如图7、图8.由图7可知,盐离子的加入降低了魔芋胶复配体系黏度,降低程度从小到大依次为:K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Zn2+,这是因为盐离子的存在将压缩带电粒子的扩散双电层,使Zeta电位下降,带电粒子静电斥力下降,引起分子链蜷曲,使分子尺寸缩小,导致黏度下降[13-14].实验中相同质量分数的一价盐离子 K+、Na+比二价盐离子Mg2+、Ca2+、Zn2+黏度高是因为价数越高的电解质压缩双电层的能力越大,黏度下降的程度就越大,这与张莉等[12]的研究结果是一致的.由图8可知,复配体系黏度从大到小依次为:K+、Na+、Zn2+,随着盐离子质量分数的增加,魔芋胶复配体系黏度呈下降趋势,盐离子浓度越高,三者之间的黏度差别越大.

图6　不同质量分数盐离子对复配体系咀嚼性的影响Fig.6　Effect of salt ion concentrations on chewiness of composite system

图7　不同盐离子对复配体系黏性的影响Fig.7　Effect of different salt ions on viscosity of composite system

图8　不同质量分数盐离子对复配体系黏性的影响Fig.8　Effect of salt ion concentrations on viscosity of composite system

2.5　盐离子对魔芋胶复配体系色泽的影响

不同盐离子及不同质量分数盐离子对复配体系色泽的影响如图9、图10.由图9可以看出,魔芋胶复配体系色泽变化由大到小依次为:Zn2+、Mg2+、Ca2+、Na+、K+,说明盐离子的加入影响魔芋胶复配体系的透明度,与对照相比,添加Zn2+后凝胶色泽变化最大,凝胶已成为乳白色,而KCl对魔芋凝胶透明度影响最小,NaCl次之.由图10可知,随着盐离子质量分数的增加,魔芋胶复配体系色泽变化逐渐增大,这可能是因为低离子强度下的盐溶效应,使蛋白分子间的相互推斥力大于吸引力,凝胶形成过程中,蛋白分子间形成有序的网络结构,凝胶成透明状;随着离子强度的增加,大豆分离蛋白分子间的相互推斥力逐渐降低,而吸引力逐渐增加,产生盐析效应,分离蛋白分子间相互聚集,形成无序凝聚状态,使凝胶不透明,色泽变化增大[15-16].盐离子对凝胶透明度的影响大小表现为:Zn2+、Na+、K+,添加Zn2+后凝胶为乳白色,添加Na+后凝胶微白,而添加K+与对照组颜色相差不大.当体系ZnCl2质量分数在0～0.25%时,魔芋胶复配体系色泽变化迅速增大,后趋于平稳.而NaCl和KCl质量分数增加对魔芋凝胶的色泽影响较小,随着浓度的增加,两处理的凝胶色泽变化较为稳定.

图9　不同盐离子对复配体系色泽的影响Fig.9　Effect of different salt ions on color of composite system

图10　不同质量分数盐离子对复配体系色泽的影响Fig.10　Effect of salt ion concentrations on color of composite system

3　结 论

盐离子的加入有利于增强魔芋多糖-蛋白复配体系的凝胶强度,增强效果大到小依次表现为:K+、Ca2+、Zn2+、Na+、Mg2+,但盐离子降低了凝胶的弹性、咀嚼性、黏度和透明度.Mg2+对凝胶的弹性、咀嚼性降低效果最为明显,而Zn2+对黏度和透明度影响最大;KCl较NaCl、ZnCl2对降低凝胶的弹性、咀嚼性、黏度和色泽影响最小,但KCl的加入并不是越多越好,随着K+质量分数的增加,魔芋胶复配体系凝胶强度呈先增大后降低的趋势,咀嚼性、黏度和透明度持续减小,质量分数为0.25% ～0.50%时,凝胶强度较优,此时咀嚼性、黏度和色泽也较为稳定.

参考文献：