鹽離子對(duì)魔芋多糖-蛋白復(fù)配體系凝膠特性及色澤的影響

莊遠(yuǎn)紅, 潘裕添, 劉靜娜, 龐　杰

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

凝膠化性質(zhì)是多糖的一種重要生物功能,而魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)是一種非凝膠多糖[1-3],該多糖不具凝膠性,與其他多糖共混可以改變單一魔芋葡甘聚糖成膠能力弱、膠用量大、凝膠析水量大等不足.к-卡拉膠是一種凝膠多糖[4-5],к-卡拉膠單獨(dú)形成的凝膠不僅脆度大、彈性小,且析水現(xiàn)象嚴(yán)重[2,5].在總糖濃度一定時(shí),兩種多糖的混合物因?yàn)榉肿娱g的協(xié)同相互作用,可能獲得比單一多糖更大的黏度或更大的凝膠強(qiáng)度.由于魔芋葡甘聚糖、к-卡拉膠都是陰離子多糖[6-7],陽離子的加入將影響復(fù)配體系凝膠特性[7-8],當(dāng)大豆分離蛋白和多糖在同一體系交互作用時(shí),加入鹽離子后,部分基團(tuán)可相互連接,蛋白質(zhì)和多糖通過相互作用(靜電吸引、氫鍵、范德華力、疏水相互作用及大分子片段之間熱力學(xué)不相容性等次級(jí)力)能形成可溶性或不溶性復(fù)合物,所形成的多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物能通過對(duì)表界面性質(zhì)、溶解性、穩(wěn)定性等影響凝膠品質(zhì)特性[9].目前,相關(guān)研究大多集中在蛋白質(zhì)-植物多糖的混合體系特性,關(guān)于不同鹽離子的添加對(duì)混合凝膠特性和色澤影響的研究還較少.本實(shí)驗(yàn)主要探討添加不同種類、不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鹽離子,魔芋多糖、к-卡拉膠與大豆分離蛋白形成的凝膠質(zhì)構(gòu)和色澤變化,以期為制取高性能凝膠奠定理論基礎(chǔ).

1　材料與方法

1.1　實(shí)驗(yàn)材料

魔芋精粉(KGM質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%),к-卡拉膠,大豆分離蛋白(蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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型質(zhì)構(gòu)儀,英國(guó)LLOYD公司;Color-FlexTM型測(cè)色儀,美國(guó)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(jì),上海精密科學(xué)儀器有限公司.

1.3　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

復(fù)配體系凝膠的制備.保持共混體系總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%,固定多糖和大豆分離蛋白質(zhì)量比為8∶2,魔芋精粉和卡拉膠質(zhì)量比為2∶8,稱取一定量的魔芋精粉、к-卡拉膠與大豆分離蛋白,先將大豆分離蛋白分散到溫水中,攪拌使其溶解,將魔芋精粉及к-卡拉膠在不斷攪拌的條件下,緩慢分散到大豆分離蛋白液中,再加入一定量的鹽離子,攪拌使之溶解,盡量避免結(jié)塊,置于80℃恒溫水浴鍋中,不斷攪拌下溶脹15 min,后于室溫中靜置12 h獲得凝膠體.

考察不同鹽離子對(duì)魔芋膠復(fù)配體系凝膠特性及色澤的影響,實(shí)驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理,以未添加鹽離子的凝膠為對(duì)照,其余處理按0.75%的添加量分別加入NaCl、KCl、ZnCl2、MgCl2和CaCl2固體,每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù).

考察不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽離子對(duì)魔芋膠復(fù)配體系凝膠特性及色澤的影響,設(shè) NaCl、KCl和ZnCl23組實(shí)驗(yàn),每組設(shè)6個(gè)處理,以未添加鹽離子的凝膠為對(duì)照,其余處理鹽離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.25%,0.50%,0.75%,1.00%,1.50%,每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù).

1.4　測(cè)定方法

1.4.1凝膠強(qiáng)度、彈性、咀嚼性測(cè)定

使用質(zhì)構(gòu)儀,TPA模式,選用0.5英寸柱形探頭.具體參數(shù)設(shè)定:測(cè)前速度為1 mm/s,測(cè)試速度為1 mm/s,測(cè)試后速度為1 mm/s,測(cè)試距離為20.0 mm.

1.4.2黏度的測(cè)定

將溶脹后的凝膠置于室溫下靜置15 min,用數(shù)顯黏度計(jì),選用S1號(hào)轉(zhuǎn)頭,速度60 r/min,測(cè)量復(fù)配凝膠黏度值.

1.4.3色差的測(cè)定

使用測(cè)色儀,以白板為標(biāo)樣測(cè)定色差值ΔE*,ΔE*值大小表示著色樣品與標(biāo)樣顏色的差別程度.

圖1　不同鹽離子對(duì)復(fù)配體系凝膠強(qiáng)度的影響Fig.1　Effect of different salt ions on gel strength of composite system

2　結(jié)果與討論

2.1　鹽離子對(duì)魔芋膠復(fù)配體系凝膠強(qiáng)度的影響

不同鹽離子及不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽離子對(duì)復(fù)配體系凝膠強(qiáng)度的影響見圖1、圖2.從圖1可看出,鹽離子的加入均提高了魔芋膠復(fù)配體系的凝膠強(qiáng)度,這是由于鹽離子的加入誘導(dǎo)凝膠形成作用增強(qiáng),形成的超分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為致密,同時(shí)網(wǎng)絡(luò)間的陽離子填充量增加,也使得凝膠強(qiáng)度不斷提高[10].加入KCl后,魔芋膠復(fù)配體系凝膠強(qiáng)度達(dá)15.92 N,比對(duì)照組提高了1.67倍,鹽離子對(duì)凝膠強(qiáng)度的增強(qiáng)效果由大到小依次為,K+、Ca2+、Zn2+、Na+、Mg2+. 從圖2可以看出,隨著鹽離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,魔芋膠復(fù)配體系凝膠強(qiáng)度呈先增大后降低的趨勢(shì),當(dāng)添加量在0～0.6%,鹽離子對(duì)凝膠強(qiáng)度的增強(qiáng)效果明顯,由大到小依次為:Zn2+、K+、Na+.當(dāng)體系 NaCl、KCl、ZnCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0.50%,0.45%,0.35%時(shí),其凝膠強(qiáng)度達(dá)到最大值,分別為13.59,19.01,22.58 N,而繼續(xù)增大鹽離子質(zhì)量分?jǐn)?shù),魔芋膠復(fù)配體系凝膠強(qiáng)度反而降低.這是因?yàn)辂}離子參與了魔芋膠復(fù)配體系凝膠的膠凝過程,在一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)下,鹽離子的加入對(duì)魔芋膠復(fù)配體系凝膠中帶電荷物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生靜電屏蔽效應(yīng)[11],增強(qiáng)了凝膠的超分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高了魔芋膠復(fù)配體系凝膠強(qiáng)度,但過量鹽離子會(huì)中和к-卡拉膠、魔芋膠上所帶的負(fù)電荷,使復(fù)配膠之間的斥力減弱,分子伸展程度下降,形成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)減少,結(jié)構(gòu)松散,產(chǎn)生脫液收縮而引起魔芋膠復(fù)配體系凝膠強(qiáng)度下降[12],因此,鹽離子加入要適量,并不是越多越好,當(dāng)KCl添加量在0.25% ～0.50%時(shí),復(fù)配凝膠的凝膠強(qiáng)度處在較優(yōu)水平.

圖2　不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽離子對(duì)復(fù)配體系凝膠強(qiáng)度的影響Fig.2　Effect of salt ion concentrations on gel strength of composite system

2.2　鹽離子對(duì)魔芋膠復(fù)配體系彈性的影響

不同鹽離子及不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽離子對(duì)復(fù)配體系彈性的影響如圖3、圖4.由圖3可以看出,鹽離子的加入降低了魔芋膠復(fù)配體系彈性,降低程度從小到大依次為:K+、Zn2+、Ca2+、Na+、Mg2+. 加入 KCl后的魔芋膠復(fù)配體系彈性僅降低了0.01 mm,而MgCl2使彈性降低了0.06 mm.由圖4可知,隨著鹽離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,魔芋膠復(fù)配體系彈性先呈降低趨勢(shì),當(dāng)體系 NaCl、KCl、ZnCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到0.75%,0.50%,0.50%時(shí),其彈性分別達(dá)到0.93,0.95,0.92 mm的最小值;繼續(xù)增大鹽離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù),魔芋膠復(fù)配體系彈性有所增大,體系NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.75%以后,魔芋膠復(fù)配體系彈性迅速增大,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.50%時(shí),彈性為0.96 mm;體系KCl、ZnCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.75%時(shí),魔芋膠復(fù)配體系彈性分別增大到0.97 mm和0.95 mm,并保持穩(wěn)定.

圖3　不同鹽離子對(duì)復(fù)配體系彈性的影響Fig.3　Effect of different salt ion on springiness of composite system

圖4　不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽離子對(duì)復(fù)配體系彈性的影響Fig.4　Effect of salt ion concentrations on springiness of composite system

2.3　鹽離子對(duì)魔芋膠復(fù)配體系咀嚼性的影響

不同鹽離子及不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽離子對(duì)復(fù)配體系咀嚼性的影響見圖5、圖6.由圖5可以看出,鹽離子的加入降低了魔芋膠復(fù)配體系咀嚼性,降低程度從小到大依次為:K+、Zn2+、Na+、Ca2+、Mg2+. 與對(duì)照相比,加入KCl和ZnCl2后的魔芋膠復(fù)配體系咀嚼性分別降低了0.85 N·mm和1.29 N·mm.由圖6可知,隨著鹽離子添加量的增加,魔芋膠復(fù)配體系咀嚼性迅速下降,從整體趨勢(shì)看,鹽離子對(duì)魔芋膠復(fù)配體系咀嚼性的降低效果從小到大依次為:K+、Zn2+、Na+.

圖5　不同鹽離子對(duì)復(fù)配體系咀嚼性的影響Fig.5　Effect of different salt ions on chewiness of composite system

2.4　鹽離子對(duì)魔芋膠復(fù)配體系黏性的影響

不同鹽離子及不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽離子對(duì)復(fù)配體系黏性的影響如圖7、圖8.由圖7可知,鹽離子的加入降低了魔芋膠復(fù)配體系黏度,降低程度從小到大依次為:K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Zn2+,這是因?yàn)辂}離子的存在將壓縮帶電粒子的擴(kuò)散雙電層,使Zeta電位下降,帶電粒子靜電斥力下降,引起分子鏈蜷曲,使分子尺寸縮小,導(dǎo)致黏度下降[13-14].實(shí)驗(yàn)中相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的一價(jià)鹽離子 K+、Na+比二價(jià)鹽離子Mg2+、Ca2+、Zn2+黏度高是因?yàn)閮r(jià)數(shù)越高的電解質(zhì)壓縮雙電層的能力越大,黏度下降的程度就越大,這與張莉等[12]的研究結(jié)果是一致的.由圖8可知,復(fù)配體系黏度從大到小依次為:K+、Na+、Zn2+,隨著鹽離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,魔芋膠復(fù)配體系黏度呈下降趨勢(shì),鹽離子濃度越高,三者之間的黏度差別越大.

圖6　不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽離子對(duì)復(fù)配體系咀嚼性的影響Fig.6　Effect of salt ion concentrations on chewiness of composite system

圖7　不同鹽離子對(duì)復(fù)配體系黏性的影響Fig.7　Effect of different salt ions on viscosity of composite system

圖8　不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽離子對(duì)復(fù)配體系黏性的影響Fig.8　Effect of salt ion concentrations on viscosity of composite system

2.5　鹽離子對(duì)魔芋膠復(fù)配體系色澤的影響

不同鹽離子及不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽離子對(duì)復(fù)配體系色澤的影響如圖9、圖10.由圖9可以看出,魔芋膠復(fù)配體系色澤變化由大到小依次為:Zn2+、Mg2+、Ca2+、Na+、K+,說明鹽離子的加入影響魔芋膠復(fù)配體系的透明度,與對(duì)照相比,添加Zn2+后凝膠色澤變化最大,凝膠已成為乳白色,而KCl對(duì)魔芋凝膠透明度影響最小,NaCl次之.由圖10可知,隨著鹽離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,魔芋膠復(fù)配體系色澤變化逐漸增大,這可能是因?yàn)榈碗x子強(qiáng)度下的鹽溶效應(yīng),使蛋白分子間的相互推斥力大于吸引力,凝膠形成過程中,蛋白分子間形成有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),凝膠成透明狀;隨著離子強(qiáng)度的增加,大豆分離蛋白分子間的相互推斥力逐漸降低,而吸引力逐漸增加,產(chǎn)生鹽析效應(yīng),分離蛋白分子間相互聚集,形成無序凝聚狀態(tài),使凝膠不透明,色澤變化增大[15-16].鹽離子對(duì)凝膠透明度的影響大小表現(xiàn)為:Zn2+、Na+、K+,添加Zn2+后凝膠為乳白色,添加Na+后凝膠微白,而添加K+與對(duì)照組顏色相差不大.當(dāng)體系ZnCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0～0.25%時(shí),魔芋膠復(fù)配體系色澤變化迅速增大,后趨于平穩(wěn).而NaCl和KCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加對(duì)魔芋凝膠的色澤影響較小,隨著濃度的增加,兩處理的凝膠色澤變化較為穩(wěn)定.

圖9　不同鹽離子對(duì)復(fù)配體系色澤的影響Fig.9　Effect of different salt ions on color of composite system

圖10　不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)鹽離子對(duì)復(fù)配體系色澤的影響Fig.10　Effect of salt ion concentrations on color of composite system

3　結(jié) 論

鹽離子的加入有利于增強(qiáng)魔芋多糖-蛋白復(fù)配體系的凝膠強(qiáng)度,增強(qiáng)效果大到小依次表現(xiàn)為:K+、Ca2+、Zn2+、Na+、Mg2+,但鹽離子降低了凝膠的彈性、咀嚼性、黏度和透明度.Mg2+對(duì)凝膠的彈性、咀嚼性降低效果最為明顯,而Zn2+對(duì)黏度和透明度影響最大;KCl較NaCl、ZnCl2對(duì)降低凝膠的彈性、咀嚼性、黏度和色澤影響最小,但KCl的加入并不是越多越好,隨著K+質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,魔芋膠復(fù)配體系凝膠強(qiáng)度呈先增大后降低的趨勢(shì),咀嚼性、黏度和透明度持續(xù)減小,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25% ～0.50%時(shí),凝膠強(qiáng)度較優(yōu),此時(shí)咀嚼性、黏度和色澤也較為穩(wěn)定.

參考文獻(xiàn)：