物化因素對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響

原松梅，楊大偉*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖南長沙 410128;2.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長沙 410128)

魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan，KGM)是天南星科魔芋屬植物魔芋的主要成分［1］，是理想的膳食纖維，具有減肥、抗癌、改善腸道環(huán)境、抗氧化等功能［2－4］.用魔芋制作的食品也被世界衛(wèi)生組織確定為十大保健食品之一［5］.魔芋凝膠是魔芋食品的主要形態(tài)，本文以魔芋粗粉為試材，探討物化因素對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響，為工業(yè)化生產(chǎn)魔芋食品提供理論與試驗(yàn)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試材:魔芋粗粉(湖北襄樊天源協(xié)力魔芋有限公司提供);主要試劑與藥品:氫氧化鈉，鹽酸(均為分析純).主要儀器與設(shè)備:精密pH計(pHs－3C型，上海雷磁精密儀器廠);TA－XT plus質(zhì)構(gòu)分析儀(英國StableMicroSystem有限公司);恒溫水浴鍋(上海惠海電器設(shè)備有限公司);電子天平(北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司).

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 pH對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響 稱取4.0 g魔芋粗粉于250 mL燒杯中，加入100 mL的蒸餾水，攪拌均勻.用 0.1 mol·mL－1氫氧化鈉溶液和 0.1 mol·mL－1的鹽酸溶液調(diào)節(jié) pH 分別為 10.0、10.5、11.0、11.5、12.0，然后在80℃條件下水浴加熱60 min，加熱過程中不斷攪拌.加熱完成后在室溫下冷卻成膠，測定其凝膠強(qiáng)度.每個水平重3復(fù)次.

1.2.2 料液比對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響 分別稱取 3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0 g 魔芋粗粉于250 mL燒杯中，加入100 mL蒸餾水?dāng)嚢杈鶆?用0.1 mol·mL－1氫氧化鈉溶液和0.1 mol·mL－1鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH11.0，然后在80℃條件下水浴加熱60 min，加熱過程中不斷攪拌.加熱完成后在室溫下冷卻成膠，測定其凝膠強(qiáng)度.每個水平重復(fù)3次.

1.2.3 溫度對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響 稱取4.0g魔芋粗粉于250mL燒杯中，加入100mL的蒸餾水，攪拌均勻.用0.1mol·mL－1氫氧化鈉溶液和0.1mol·mL－1鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH11.0，分別在60、70、80、90、100℃條件下水浴加熱60 min，加熱過程中不斷攪拌.加熱完成后在室溫下冷卻成膠，測定其凝膠強(qiáng)度.每個水平重復(fù)3次.

1.2.4 水浴時間對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響 稱取4.0g魔芋粗粉于250mL燒杯中，加入100mL的蒸餾水，攪拌均勻.用0.1mol·mL－1氫氧化鈉溶液和0.1mol·mL－1鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH11.0，然后在80℃條件下水浴加熱40、50、60、70、80min，加熱過程中不斷攪拌.加熱完成后在室溫下冷卻成膠，測定其凝膠強(qiáng)度.每個水平重復(fù)3次.

1.2.5 正交試驗(yàn) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇pH(A)、料液比(B)、水浴溫度(C)、水浴時間(D)進(jìn)行四因素三水平L9(34)正交試驗(yàn)，方案見表1.

1.2.6 凝膠強(qiáng)度的測定 采用TA.XT質(zhì)構(gòu)儀，測定當(dāng)凝膠破裂時探頭所施加于凝膠的作用力，將這一作用力定義為凝膠強(qiáng)度［6］.參數(shù)設(shè)置:探頭:P/0.5Diameter Cylinder Probe(直徑0.5英寸的圓柱狀平頭探頭);測量模式:compression;測試前速度:2.0 mm/s;測試速度:1.0 mm/s;返回速度10.0mm/s;測試距離:15.0mm;觸發(fā)力:5.0 g;測試循環(huán)次數(shù):1.

表1 正交試驗(yàn)因素水平表L9(34)Tab.1 Factors and levels of orthogonal test L9(34)

2 結(jié)果與分析

2.1 pH對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響

pH對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響趨勢如圖1所示.從圖1可見，凝膠強(qiáng)度隨著pH的升高而不斷加強(qiáng)，在pH＜10.5時，形成的凝膠很弱，凝膠強(qiáng)度很小，并且在常溫下放置一段時間，凝膠會變成溶膠狀態(tài);而pH＞11.0時，隨著pH的升高，凝膠強(qiáng)度顯著增大，形成的凝膠也不可逆.有研究報道［7］通過X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)在堿性條件下魔芋膠的膠束有序排列增多，結(jié)晶區(qū)增加，有利于提高膠的屈服應(yīng)力、強(qiáng)度和硬度等，也可能是魔芋膠堿化后其分子鏈上脫去部分乙?；?，而脫去乙?；哪в竽z分子間能形成氫鍵，增強(qiáng)了分子間的作用力，從而提高了凝膠強(qiáng)度，而隨著堿性的加強(qiáng)，凝膠強(qiáng)度也不斷增大.另外，在試驗(yàn)過程中觀察到在pH達(dá)到12.0時，凝膠的顏色氣味都有了很大的變化.由表2可以看出不同pH對凝膠強(qiáng)度的影響有極顯著差異.由表3的多重比較結(jié)果可知，在α=0.05水平和α=0.01水平下，A5與A4、A2與A1均數(shù)間差異不顯著，其余均數(shù)間差異顯著.

表2 pH對凝膠強(qiáng)度影響的方差分析表Tab.2 Anova table of effects of pH on konjac gel strength

圖1 pH對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響Fig.1 Effects of pH on konjac gel strength

表3 pH對凝膠強(qiáng)度影響的多重比較表(SSR法)Tab.3 Multiple comparison table of effects of pH on konjac gel strength(SSR)

2.2 料液比對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響

從圖2可見，隨著料液比的增大，凝膠強(qiáng)度也逐漸增大，這是由于隨著料液比的增大，魔芋葡甘聚糖分子數(shù)增多，分子間的交聯(lián)增強(qiáng)，形成的螺旋結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定，凝膠性能就越好.料液比達(dá)到大于7.5∶100時，凝膠強(qiáng)度增大的幅度也變大.同時試驗(yàn)過程中隨著料液比的增大，形成凝膠也越來越迅速.

料液比對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響趨勢如圖2所示.由表4可以看出不同料液比對凝膠強(qiáng)度的影響有極顯著差異.根據(jù)表5的多重比較結(jié)果可以看出，在α=0.05水平下，A8與A7、A7與A6、A6與A5、A4與A3、A3與A2、A2與A1均數(shù)間差異不顯著，其余均數(shù)間差異顯著;在 α=0.01水平下，A9與 A8、A8與 A7、A7與 A6、A6與 A5、A5與 A4、A4與A3、A3與 A2、A2與 A1均數(shù)間差異不顯著，其余均數(shù)間差異顯著.

表4 料液比對凝膠強(qiáng)度影響的方差分析表Tab.4 Anova table of effects of material－water ration on konjac gel strength

圖2 料液比對凝膠強(qiáng)度的影響Fig.2 Effects of material－water ration on konjac gel strength

表5 料液比對凝膠強(qiáng)度影響的多重比較表(SSR法)Tab.5 Multiple comparison table of effects of material－water ration on konjac gel strength(SSR)

2.3 水浴溫度對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響

水浴溫度對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響趨勢如圖3所示.從圖3可見，隨著水浴溫度的升高，凝膠強(qiáng)度增大.溫度低于80℃時，形成的凝膠強(qiáng)度很弱，這是由于溫度較低，其內(nèi)部分子并沒有完全呈卷曲狀結(jié)構(gòu)，形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)較少;而高于80℃時，隨著溫度的升高，魔芋葡甘聚糖分子在水溶液中逐漸形成卷曲狀結(jié)構(gòu)，在形成凝膠過程中，分子從無規(guī)線團(tuán)(即卷曲狀結(jié)構(gòu))向螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，進(jìn)而螺旋發(fā)生聚集，形成物理交聯(lián)，最終形成宏觀三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［8］，此時凝膠強(qiáng)度較高.

由表6可以看出，水浴溫度對魔芋葡甘聚糖凝膠強(qiáng)度的影響有極顯著差異.根據(jù)表7的多重比較結(jié)果可以看出，在α=0.05的水平下，A3與A2、A2與A1均數(shù)間差異不顯著，其余均數(shù)間差異顯著;在α=0.01的水平下，A3、A2、A1均數(shù)間差異不顯著，其余均數(shù)間差異顯著.

表6 溫度對凝膠強(qiáng)度影響的方差分析表Tab.6 Anova table of effects of temperature on konjac gel strength

圖3 溫度對凝膠強(qiáng)度的影響Fig.3 Effects of temperature on konjac gel strength

2.4 水浴時間對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響

水浴時間對魔芋凝膠強(qiáng)度的影響趨勢如圖4所示.從圖4可見，隨著水浴時間的延長凝膠強(qiáng)度呈逐漸增大的趨勢.這可能是由于在長水浴加熱過程中，隨著時間的增加魔芋葡甘聚糖分子間的結(jié)合越來越緊密，螺旋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越來越穩(wěn)定，因此凝膠強(qiáng)度也越來越大.

由表8可以看出，水浴時間對魔芋葡甘聚糖凝膠強(qiáng)度的影響有極顯著差異.根據(jù)表9的多重比較結(jié)果可以看出，在α=0.05的水平下，A4與A3、A2與A1均數(shù)間差異不顯著，其余均數(shù)間差異顯著;在α=0.01的水平下，A2與A1均數(shù)間差異不顯著，其余均數(shù)間差異顯著.

2.5 正交試驗(yàn)分析

四因素三水平的正交試驗(yàn)結(jié)果如表10所示.

表7 溫度對凝膠強(qiáng)度影響的多重比較表(SSR法)Tab.7 Multiple comparison table of effects of temperature on konjac gel strength(SSR)

圖4 水浴時間對凝膠強(qiáng)度的影響Fig.4 Effects of bath time on konjac gel strength

表8 水浴時間對凝膠強(qiáng)度影響的方差分析表Tab.8.Anova table of effects of bath time on konjac gel strength

表9 水浴時間對凝膠強(qiáng)度影響的多重比較表(SSR法)Tab.9 Multiple comparison table of effects of bath time on konjac gel strength(SSR)

表10 正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.10 Results of orthogonal test

由表10可知，極差RA＞RC＞RB＞RD，因此各因素對凝膠強(qiáng)度大小影響的主次順序?yàn)?A(pH)，C(溫度)，B(料液比)，D(時間).而且從表11可以看出，pH、溫度、料液比、時間都對魔芋凝膠強(qiáng)度有極顯著影響.在試驗(yàn)所選因素范圍內(nèi)，得到最大凝膠強(qiáng)度的因素組合是A3B3C3D3.

表11 方差分析表Tab.11 Analgsis of variance table

3 結(jié)論

為探討魔芋粗粉凝膠過程中物化因素對凝膠強(qiáng)度的影響規(guī)律，本文在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，并運(yùn)用綜合評分法和方差分析正交試驗(yàn)結(jié)果，得到在試驗(yàn)范圍內(nèi)的形成最佳凝膠的工藝條件為pH12.0、料液比6.0∶100、水浴溫度100℃、水浴時間80 min，為工業(yè)化生產(chǎn)魔芋凝膠食品提供理論與實(shí)踐依據(jù).

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