汪师帅，杨金初

（1.武汉商学院烹饪与食品工程学院，湖北武汉430056；2.河南中烟工业有限责任公司技术中心，河南郑州450000）

魔芋又名蒟蒻，天南星科多年生草本植物。魔芋葡甘聚糖（konjac glucomanan，简称KGM）是在魔芋块茎中主要功能成分。KGM是一种水溶性好、分子量高的非离子型杂多糖，具有特殊的生物活性，如抗肿瘤、降血脂、预防和治疗便秘等[1]。在一定的条件下，如加一定量的胶凝剂或调节pH值，魔芋溶胶液会失去流动性，成为弹性固体或半固体状态的凝胶食品[2]。

魔芋凝胶食品在销售时通常浸泡在碱水中，色泽十分单一，而色泽是影响食品销售和感官的重要部分。魔芋凝胶食品的着色问题是产业中的现实问题。魔芋凝胶食品是水溶性的体系，直接加入水溶性色素不可行。因为水溶性色素不稳定，易大量溶出，会对浸泡的水染色，影响销售。加入稳定不溶解的矿物色素亦不可行，因为安全性糟糕。直接加入油溶性色素基本可行，色素不易溶出。但油溶性色素的添加是否会对魔芋凝胶的性质产生影响，是本试验研究的重点。这反映了当代食品科学研究的热点问题，在食品组分的结构与变化对食品品质的影响方面，重点研究食品组分在加工中与食品体系中其他组分的相互作用。

试验选取辣椒红色素作为油溶性色素的代表。辣椒红色素是从成熟辣椒中提取出来的一种天然的油溶性色素，其安全无毒，颜色鲜艳，在国际上被认为是最好的A类天然红色素，广泛应用于食品、化妆品、医药、饲料等行业[3]。

立足于魔芋产业中产品着色的实际问题，以及食品组分之间相互作用的热点问题。向魔芋凝胶制品中添加不同体积的辣椒红色素，从凝胶的色度、持水性、凝胶强度、凝胶温度、以及凝胶的溶胀行为等方面探讨油溶性色素的存在对魔芋凝胶性质的影响。本研究可为食品加工中利用油溶性色素对魔芋凝胶制品着色提供一定的技术指导，在一定程度上推动魔芋产业的发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

魔芋精粉（食用级）：湖北强森魔芋科技有限公司；碳酸钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；辣椒红色素（食用级）：陕西森弗天然制品有限公司。

1.2 仪器与设备

TA.XT plus质构仪、AR2000ex流变仪：英国TA公司；UltraScan XE色度仪：美国HunterLab公司；SC-3614离心机：安徽中科中佳科学仪器有限公司；BS210S分析天平：德国Sartorius公司；DZF-6050真空干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；HH-4水浴锅：国华电器有限公司。

1.3 魔芋葡甘聚糖凝胶的制备

将一定量的魔芋精粉均匀分散于水中，低速搅拌10 min后静置4 h，使其充分溶胀。将Na2CO3充分溶解后，缓慢加入凝胶体系，慢速搅拌3 min后快速搅拌5 min。静置2 h后，将凝胶体系沸水浴1 h，使其充分凝胶。最终凝胶体系中魔芋精粉与Na2CO3的质量分数分别为4%、0.36%。

为研究辣椒红色素对魔芋凝胶性质的影响，待魔芋精粉在水中充分溶胀后，在加入Na2CO3前，加入不同体积的辣椒红色素（0～1.0 mL），后续步骤与上述操作相同。

1.4 凝胶色度测定

将加热制备的魔芋凝胶切成3 cm×3 cm×3 cm小块。色度仪经校正后，分别测定魔芋凝胶的色度，记录L，a和b值，重复测定10次，取平均值。

1.5 凝胶持水性测定

将魔芋精粉、辣椒红色素、Na2CO3在水中混合均匀。取1 mL样品注入1.5 mL离心管中，加热使其凝胶，以4 000 r/min转速下离心30 min，吸去上层水后测量离心前后的质量差，计算持水能力。持水能力（water-holding capacity，WHC）计算公式如下：

式中：W0为空离心管质量，g；W1为装有凝胶的离心管离心前质量，g；W2为吸去水分后离心管质量，g。

1.6 凝胶强度测定

将魔芋精粉、辣椒红色素、Na2CO3在水中混合均匀。取适量样品分装于圆柱形称量瓶（高25 mm，直径35 mm）中，保证称量瓶中样品的质量相同，加热使其凝胶。用质构仪对凝胶强度进行测定。测试条件为压缩模式，探头：P/0.5，测试距离：1 mm，测前速率：1 mm/s，数据釆集速率：200 pps，测试速率：1 mm/s，触发值：5 g，测后速率：1 mm/s。每组试验重复测定6次。

1.7 凝胶温度测定

将魔芋精粉、辣椒红色素、Na2CO3在水中混合均匀。取适量的样品进行形变扫描以确定样品的线性黏弹区，根据形变扫描结果确定应变为10%，再对样品进行振荡模式下的温度扫描，试验条件为：40 mm平板，间距1 mm，温度20℃～100℃，扫描频率1 Hz。

1.8 凝胶溶胀度测定

将不同色素含量的魔芋凝胶，切成小圆薄片后，真空冷冻干燥保存。凝胶溶胀度采用重量法测量。具体操作过程如下：取一定质量的干凝胶m0室温下浸泡于磷酸缓冲盐溶液中（pH 7.4），经过一定的时间达到溶胀平衡后，用滤纸吸取凝胶表面的自由水，用分析天平称出此时凝胶的质量mt，凝胶的平衡溶胀度（swelling degree，SD）可公式计算，所有数据测定3次取平均值。

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2 结果与分析

2.1 辣椒红色素添加量对魔芋凝胶色度的影响

色泽是影响食品感官品质的重要因素[4]。试验采用Lab表色方法来研究辣椒红色素添加量对魔芋凝胶食品色泽的影响，见图1。

图1 辣椒红色素体积对魔芋凝胶色度的影响Fig.1 Effect of capsanthin volume on the color of konjac gels

图1显示，当辣椒红色素添加量在0～0.4 mL范围内时，a值线性增加。随着色素添加量持续增大，a值增加缓慢。b值变化趋势与a值变化趋势基本一致。此外，当色素添加量在0.4 mL/100 g魔芋凝胶时，魔芋凝胶的亮度L值几乎达到最小。由此可见，当辣椒红色素对魔芋凝胶食品赋色显著，微量的色素能够使食品的色泽趋于稳定。

2.2 辣椒红色素添加量对魔芋凝胶持水性的影响

凝胶的持水性反应了凝胶对水分的保持能力。持水性越高，凝胶内部的水分越不易渗出。在受到外力挤压时，也不易失水[5]。辣椒红色素添加量对魔芋凝胶持水性的影响见图2。

图2 辣椒红色素体积对魔芋凝胶持水性的影响Fig.2 Effect of capsanthin volume on the water holding capacity of konjac gels

图2中所有样品的持水性非常高，均达到95%以上。这是因为魔芋分子上含有大量的羟基、羰基等亲水基团，极易溶于水，可吸收自身体积几十甚至百倍的水[6]。随着辣椒红色素添加量逐渐增加至1.0 mL/100 g魔芋凝胶，魔芋凝胶的持水性从99.0%下降至96.5%。说明辣椒红色素这种油溶性色素微弱地影响凝胶的持水性。与本研究结果类似的是，郭培等发现添加紫苏油会使罗非鱼鱼糜品质变差，鱼糜的凝胶强度下降，持水性降低，可榨出水含量上升[7]。也有学者在研究脂类对鱼糜蛋白凝胶特性影响时发现相反的结论。周绪霞等指出随着油茶籽油添加量的增加，鱼糜凝胶强度、乳化稳定性和持水性显著增加（P<0.05）[8]。

2.3 辣椒红色素添加量对魔芋凝胶强度影响

辣椒红色素添加量对魔芋凝胶强度的影响见图3。

图3 辣椒红色素体积对魔芋凝胶强度的影响Fig.3 Effect of capsanthin volume on the strength of konjac gels

如图3所示，随着辣椒红色素添加量增大，魔芋凝胶强度逐渐减弱，其变化趋势与上述凝胶的持水性相同。说明辣椒红色素的存在影响魔芋凝胶的胶凝品质。可能是因为在魔芋分子发生脱乙酰反应形成凝胶网络时，辣椒红色素阻碍凝胶网络结构的形成，造成魔芋凝胶强度下降。也可能是因为随着凝胶中色素含量上升，参与凝胶网络结构形成的魔芋分子含量相应下降，导致凝胶形成较低的破裂力。类似研究如下，Shi Liu等研发发现1%～5%植物油能够显著降低鱼糜制品的凝胶强度，同时影响程度与油脂的种类相关[9]。Chang Tong等也发现增加大豆油的含量会使鱼糜凝胶的破裂力、硬度值、咀嚼性减小[10]。

2.4 辣椒红色素对魔芋凝胶温度的影响

图4 辣椒红色素对魔芋凝胶温度的影响Fig.4 Effect of capsanthin volume on the forming temperature of konjac gels

为探讨辣椒红色素对魔芋凝胶温度的影响，试验采用流变仪对未添加色素的魔芋凝胶和添加0.6%色素的魔芋凝胶进行温度扫描。温度扫描能清晰解释体系在加热过程中流变学行为。试验初期，随着温度升高，体系储能模量G'和损耗模量G''降低。这是因为加热破坏了魔芋分子间的氢键作用[11]。同时损耗模量G''＞储能模量G'，体系呈现液体性质。当温度升高至85℃，G'陡然增加，G'＞G''，体系从液体行为转变为固体行为，呈现出凝胶性质。比较图4a和图4b得，两者变化趋势相同，且凝胶温度均为85℃，表明色素的添加并未对魔芋凝胶温度产生影响。魔芋凝胶依靠在碱性条件下，分子发生脱乙酰反应，使其双螺旋结构展开，在空间上交联形成网络结构形成[12-13]。

2.5 辣椒红色素添加量对魔芋凝胶溶胀性质的影响

溶胀行为是评价凝胶性质的重要指标[14]。混有辣椒红色素的魔芋凝胶在磷酸盐缓冲液中的溶胀动力学见图5。

图5 辣椒红色素体积对魔芋凝胶溶胀度的影响Fig.5 Effect of capsanthin volume on the swelling degree of konjac gels

结果发现，冻干后的水凝胶在前2小时内具有较快的溶胀速率，约5小时后达到溶胀平衡。同一时间进行比较，色素添加量越大，魔芋凝胶的溶胀度越小。当色素含量为1.8 mL/100 g魔芋凝胶，凝胶的溶胀度仅为200%，而不含色素的空白组溶胀度达到300%。说明辣椒红色素的添加阻碍了魔芋凝胶的溶胀行为，使魔芋凝胶内部网络结构空隙变小，吸纳水分子的能力变差。有文献报道水凝胶的溶胀性能与凝胶结构的孔径大小相关。孔径越大，吸收水分子越多，凝胶溶胀率越大，反之亦然[15]。

3 结论

魔芋凝胶食品的着色问题是当今产业研究的热点问题。向魔芋凝胶制品中添加辣椒红色素能很好解决产品的脱色问题，但是油溶性色素存在是否会对魔芋凝胶的性质产生影响是本实验研究的重点。结果发现，当辣椒红色素含量为0.4 mL/100 g魔芋凝胶时，魔芋凝胶色泽趋于稳定（a值、b值最大，L值最小）。随着色素含量由0增加至1.0 mL，凝胶的持水性从99.0%下降至96.5%，凝胶强度从220 g下降至170 g，溶胀度从300%降为200%。然而，色素的存在不会对魔芋凝胶温度产生影响。在一定色素浓度范围内（0～1.0 mL/100 g凝胶），辣椒红色素并不会对魔芋凝胶性质产生显著影响（p＞0.05），在食品产业中可考虑利用辣椒红色素对魔芋凝胶制品赋色。