高酯果膠對酸化大豆蛋白凝膠流變及質(zhì)構(gòu)特性的影響

曾瑞琪，張明政，張甫生，鄭炯*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶， 400715) 2(食品科學(xué)與工程國家級實驗教學(xué)示范中心(西南大學(xué))，重慶，400715)

大豆蛋白因其優(yōu)良的膠凝性、乳化性、起泡性及持水性通常被用作膠凝劑、穩(wěn)定劑或乳化劑。但與大多數(shù)蛋白質(zhì)一樣，大豆蛋白的功能性質(zhì)往往會受到環(huán)境因素的影響[1]，如在等電點附近大豆蛋白溶解性降低，通過鹽離子或經(jīng)過熱變性處理后，大豆蛋白通常會發(fā)生絮凝聚集產(chǎn)生沉淀，從而使得大豆蛋白及其加工制品的流變特性和質(zhì)構(gòu)特性發(fā)生顯著變化，而影響其加工及食用品質(zhì)，限制了大豆蛋白的食用范圍，因此通常需要對大豆蛋白進行修飾改性來提高其自身的功能特性，擴大其應(yīng)用范圍。

多糖與蛋白質(zhì)間的相互作用對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能性質(zhì)有極大的影響，通常被用作蛋白質(zhì)的一種修飾手段，利用多糖與蛋白質(zhì)間的相互作用來擴大食品配料表已成為食品領(lǐng)域研究的熱點[1-4]。多糖與蛋白質(zhì)相互作用決定多數(shù)食品體系的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、口感等性質(zhì)。此外，二者的復(fù)合還可被用作界面穩(wěn)定劑、微膠囊、可食用性膜等食品功能性成分，甚至還能作為脂肪或肉制品的替代物。

果膠是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的酸性雜多糖，屬于陰離子型聚電解質(zhì)[5]，主要由半乳糖醛酸單元組成，是植物細胞壁的主要成分之一。按照果膠分子中的甲基酯化度通常將果膠分為高酯果膠與低酯果膠，低酯果膠凝膠性能受Ca2+的影響，且Ca2+作用會因低酯果膠酯化度的不同產(chǎn)生較大差異[6-8]，而高酯果膠在較低的pH條件下具有較好的凝膠性能，同時因其具有較高的酯化度而對產(chǎn)品的溶解性、增稠性、凝膠性質(zhì)有顯著的影響。研究表明，在較低pH值條件下，高酯果膠帶有較多的負電荷，能通過靜電相互排斥的作用對蛋白質(zhì)起到穩(wěn)定的作用[9]，因此在低于等電點的酸性條件下，大豆蛋白與高酯果膠具有較好的復(fù)配效果，但目前高酯果膠對大豆蛋白凝膠特性影響的研究鮮有報道。因此，本實驗以大豆蛋白為原料，在pH值為3.5的酸性條件下考察了高酯果膠對大豆蛋白動態(tài)流變學(xué)性質(zhì)、質(zhì)構(gòu)性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆蛋白(食品級，蛋白質(zhì)含量為92%)，深圳一諾食品配料有限公司；高酯果膠(食品級)酯化度：65%，廣州鴻易食品添加劑有限公司；Na2HPO4(分析純)，成都市科龍化工試劑廠；NaH2PO4(分析純)，成都市科龍化工試劑廠；葡萄糖酸內(nèi)酯(GDL，食品級)，鄭州食全食美商貿(mào)有限公司；蔗糖(分析純)，成都市科龍化工試劑廠；2-甲基硅油(分析純)，成都市科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2004A電子分析天平，上海精天電子儀器有限公司；pHS-3C酸度計，成都世紀(jì)方舟科技有限公司；AR-G2旋轉(zhuǎn)流變儀，美國TA公司；CT3物性測定儀，美國Brookfield公司；1580高速臺式離心機，香港基因有限公司；Nano-ZS & MPT-2 Zeta電位及納米粒度儀，英國 Malvern公司；JSM-6510LV鎢燈絲掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社(JEOL)。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品的制備

參照夏曉鳳[10]的方法稍有改動，選定pH 3.5，將質(zhì)量濃度為50 g/L的大豆蛋白溶解在純水中，在90 ℃條件下加熱30 min，待大豆蛋白充分變性溶解后，分別加入0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的高酯果膠并繼續(xù)加熱，加熱過程中用攪拌器不斷攪拌，在90 ℃條件下加熱30 min后取出混合液，待混合液稍冷后加入0.58%GDL，加入GDL后即刻攪拌均勻，并再次放入90 ℃水浴鍋中靜置加熱，直至充分形成凝膠，待凝膠形成后取出凝膠樣品，冷卻，于4 ℃冰箱中靜置24 h后進行流變及質(zhì)構(gòu)性質(zhì)測定。

1.3.2 流變特性的測定

動態(tài)黏彈性的測定：取制備好的大豆蛋白凝膠樣品，采用平板-平板測量系統(tǒng)，平板直徑60 mm，設(shè)置間隙1.5 mm，用一次性滴管滴加樣品，用刮板除去平板外多余樣品，表面涂硅油以防止水分蒸發(fā)，在溫度25 ℃條件下，掃描應(yīng)變值為5%，振蕩頻率設(shè)定為0.1～10 Hz，保留時間300 s，測定樣品儲能模量G′、損耗模量G″以及損耗正切角tanδ隨角頻率的變化。

動態(tài)時間掃描測定：在溫度25 ℃條件下，掃描應(yīng)變值設(shè)定為5%，掃描頻率為1 Hz，掃描時間3 600 s，記錄掃描過程的儲能模量(G′)、損耗模量(G″)及損耗角正切值(tanδ)。

動態(tài)溫度掃描測定：溫度以5 ℃/min的速度從25 ℃升高到85 ℃，保留10 min后再以5 ℃/min的速度從85 ℃降溫到25 ℃，掃描應(yīng)變值為5%，頻率1 Hz，記錄整個過程中儲能模量G′、損耗模量G″隨時間和溫度的變化情況。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)特性的測定

采用CT3物性測定儀對樣品進行質(zhì)地剖面分析(TPA)測定。測定條件為：探頭P/0.5；測前速度1.00 mm/s；測試速率1.00 mm/s；返回速度1.00 mm/s；觸發(fā)力20.0 g；壓縮形變程度20%。每組測試均做3次平行測定，實驗結(jié)果為平均值。

1.3.4 持水性的測定

將凝膠切成大小約3 mm×3 mm×3 mm，體積均一的小塊，加入到離心管中進行持水性測定，離心條件為：轉(zhuǎn)速 5 000 r/min ，時間30 min，溫度室溫，每個樣品測量3次取其平均值。公式(1)計算持水性：

(1)

式中：m0為50 mL空離心管的質(zhì)量；m1為離心前總質(zhì)量；m2為離心后去除上層水之后的離心管質(zhì)量。

1.3.5 微觀結(jié)構(gòu)的觀察

將剛加入GDL的混合樣品迅速倒入90 mm的培養(yǎng)皿中，在90 ℃條件下加熱至凝膠充分形成，待凝膠形成后取出培養(yǎng)皿冷卻至室溫，放入冰箱凍藏室中凍藏24 h，待水分完全結(jié)冰后，放入冷凍干燥箱中，在-50 ℃條件下進行抽真空冷凍干燥72 h，使樣品完全干燥。將干燥好后的樣品安裝在雙面導(dǎo)電的鋁片上，并涂上一薄層鈀金合金，使用離子濺渡機使樣品具有導(dǎo)電性。樣品在15 kV的加速電壓和2～6k×的放大率下進行觀察和拍照。

1.3.6 Zeta電位的測定

吸取50 μL樣品溶液于25 mL容量瓶中，加入去離子水定容，將大豆蛋白稀釋500倍后采用 Malvern納米粒度儀測定添加高酯果膠后的大豆分離蛋白溶液的 Zeta電位。測定條件如下：比色池規(guī)格為1 cm聚苯乙烯池，用一對0.45 cm2鉑電極，距為0.4 cm。測定溫度為 25 ℃，平衡時間 2 min。每組包含10～50次測量，依數(shù)據(jù)重現(xiàn)性而定，計算3次重復(fù)得到平均值為測定值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 高酯果膠對大豆蛋白凝膠流變特性的影響

2.1.1 動態(tài)黏彈流變特性

圖1為復(fù)配體系儲能模量(G′)與損耗模量(G″)隨角速度變化曲線圖。

圖1 大豆蛋白凝膠動態(tài)模量隨角速度變化曲線Fig.1 Curves of dynamic modylus with angular frequency of soybean protein gel

由圖1可知，隨著角頻率的增加復(fù)配體系G′與G″均呈上升趨勢，但在整個掃描過程中G″均小于G′，表明大豆蛋白凝膠主要表現(xiàn)為較強的膠體行為，其彈性性質(zhì)占主導(dǎo)地位[11]。同時圖1表明，高酯果膠的加入對大豆蛋白的凝膠性質(zhì)產(chǎn)生了較大影響，當(dāng)體系未添加果膠時，單一大豆蛋白G′值處于較低狀態(tài)，且在整個頻率掃描測試過程中無明顯變化，在較高頻率測試階段表現(xiàn)出較穩(wěn)定的狀態(tài)，與單一大豆蛋白凝膠相比，添加果膠的大豆蛋白凝膠性質(zhì)則表現(xiàn)出明顯變化，當(dāng)果膠添加量為0.2%時，體系G′增幅顯著，表明此時的凝膠強度顯著增加，且在整個測試階段G′處于上升趨勢，果膠含量為0.4%的復(fù)配體系在所測樣品中具有最大的G′，表明此添加量的凝膠具有最強的凝膠強度，且對外界作用力具有一定程度的抵抗性能，其恢復(fù)自身凝膠狀態(tài)的能力強于其大豆蛋白。這可能是因為在酸性條件下，大豆蛋白帶有正電荷，與帶有負電荷的果膠產(chǎn)生了強靜電作用[12]，隨著果膠添加量的增加，大豆蛋白分子中包裹的電荷逐漸暴露并與果膠上的負電荷結(jié)合，兩者形成穩(wěn)定的復(fù)合物，靜電作用使大豆蛋白與果膠形成均勻致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強體系的凝膠強度，其結(jié)果表現(xiàn)為體系彈性性能大大增強。

當(dāng)高酯果膠添加量再增加時，體系的G′明顯降低，且低于單一大豆蛋白凝膠體系，當(dāng)多糖分子質(zhì)量大于一定值或添加量較大時，會造成絮凝物的出現(xiàn)[13]。由于蛋白質(zhì)和多糖同屬于食品大分子物質(zhì)，當(dāng)多糖濃度達到一定值后，食品大分子間出現(xiàn)相分離，形成了不同相的濃度差異，因而使得物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)出現(xiàn)較大的差異[14]。當(dāng)果膠的添加量達到0.8%時，大豆蛋白與果膠間的靜電作用已經(jīng)飽和，果膠中還存在多余的負電荷，而多余的負電荷間產(chǎn)生的相互排斥作用對大豆蛋白結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，使得大豆蛋白分子聚集，產(chǎn)生絮凝，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較差的凝膠體系，從而導(dǎo)致弱的凝膠結(jié)構(gòu)，體系彈性性能下降。

在動態(tài)黏彈性的表示中，通常將應(yīng)力與應(yīng)變的相位差角δ稱為損耗角，tanδ為損耗正切，又可稱為衰減率[15]，損耗正切可表示為損耗模量與儲能模量的比值，相位角的存在，表示黏彈性體同黏性液體一樣，在振動中產(chǎn)生流動。圖2為動態(tài)黏彈性測試中，tanδ隨頻率的變化曲線。從圖2中可以看出，大豆蛋白凝膠在振動過程中均表現(xiàn)出流動性質(zhì)，表明復(fù)配體系為典型的黏彈性體，隨著頻率的增加，體系的tanδ均呈上升趨勢，這說明在振動過程中，體系所對應(yīng)的應(yīng)力與應(yīng)變間的相位角逐漸增加，反映在G′與G″上則為G″的增幅大于G′，說明在高頻率的振動作用下，體系更加趨于黏性流體，當(dāng)添加0.4%的果膠時，這種性質(zhì)表現(xiàn)得更加突出。

圖2 損耗正切值隨頻率變化曲線Fig.2 Curves of tanδ with frequency of soybean protein

2.1.2 動態(tài)時間掃描

圖3所示為大豆蛋白凝膠在1 h內(nèi)G′與G″隨時間變化的曲線。由圖3-(A)可知，在1 h的振蕩測試中，復(fù)配體系的G′與相對應(yīng)的G″呈平行狀態(tài)，且始終有G′>G″，表明體系在該階段仍主要表現(xiàn)出彈性固體特征，當(dāng)添加0.2%的高酯果膠后，這種彈性特征表現(xiàn)得更加明顯，而添加量達到0.4%的復(fù)配體系G′值升高將近為單一大豆蛋白體系的1倍。在整個時間掃描測定范圍內(nèi)，體系的G′隨時間的變化先出現(xiàn)略微的降低，而后表現(xiàn)出穩(wěn)定的彈性性能，這可能是由于復(fù)配體系凝膠在最初受到測試的250 s內(nèi)對測試應(yīng)力有一個適應(yīng)過程，當(dāng)體系適應(yīng)該測試應(yīng)力后，體系本身表現(xiàn)出的抵抗外界應(yīng)力的能力與施加在體系上的應(yīng)力相平衡而表現(xiàn)出較穩(wěn)定的狀態(tài)，這與動態(tài)黏彈性測試表現(xiàn)出的結(jié)果相一致。

第一方面，事業(yè)單位需要進一步加快國有資產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，對其作出動態(tài)監(jiān)督和管理。在對其進行具體實施過程中，要謹遵相應(yīng)構(gòu)架以及部署，例如站在橫向角度進行分析，要求結(jié)合財政部門——主管部門——事業(yè)單位等進行。與此同時，要求相應(yīng)管理人員對部分當(dāng)中的預(yù)算和政府采購、國庫集中制等系統(tǒng)進行有效連接，然后將這一系統(tǒng)納入到其中，方便相關(guān)人員對所需要的信息進行查詢和分析，能夠?qū)π畔⑦M行有效共享。與此同時，相關(guān)單位還需要積極建立國有資產(chǎn)統(tǒng)計表制度，對不同單位進行有效監(jiān)督并更新，要適當(dāng)提升實效性，以防止出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，最終促使賬務(wù)和實際相互符合。

同時，G″也表現(xiàn)出與G′相同的變化趨勢，對于黏彈性物質(zhì)，G″ 代表了物料在受力時，阻礙其自身流動的性質(zhì)，其大小顯示了物料受力時流動的難易程度[16]。圖3-(B)中，體系的G″隨著果膠添加量的加大呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當(dāng)果膠添加量在0.4%時，體系的G″達到最大，該體系在受到與其他體系相同的外界應(yīng)力時，表現(xiàn)出的流動性質(zhì)最強，該組合下的凝膠體系所形成的黏彈性體趨于黏性液體的能力越強，而這種趨于黏性液體的性質(zhì)也可以看作是對外界應(yīng)力的適應(yīng)，以便能使自身在應(yīng)力作用下穩(wěn)定存在，這種凝膠性質(zhì)有利于食品在劇烈攪拌或剪切作用的加工條件下保持自身狀態(tài)穩(wěn)定。當(dāng)果膠的添加量大于0.4%時，體系所表現(xiàn)出的對自身流動性的阻礙開始增大，體系趨于黏性液體的能力開始下降，在面對外界應(yīng)力作用時，其穩(wěn)定性變差。

圖3 大豆蛋白/高酯果膠復(fù)配體系儲能模量(A)與損耗模量(B)隨時間變化曲線Fig.3 Curves of storage modylus(A) and loss modylus (B) with time of soybean protein/ high-ester pectin mixed system

2.1.3 動態(tài)溫度掃描

圖4為大豆蛋白凝膠動態(tài)溫度掃描測定結(jié)果示意圖。

圖4 大豆蛋白/高酯果膠復(fù)配體系儲能模量 隨溫度變化曲線Fig.4 Curves of storage modylus with temperature of soybean protein/ high-ester pectin mixed system

不同高酯果膠添加量的復(fù)配體系G′隨溫度變化的趨勢相似，隨著溫度的升高，體系的G′呈現(xiàn)下降趨勢，在30～45 ℃之間下降速度較快，當(dāng)溫度升高至60 ℃時，G′下降逐漸趨于緩慢，在73～85 ℃溫度區(qū)間內(nèi)，G′幾乎穩(wěn)定在某一數(shù)值。而復(fù)配體系的G′值在總體上隨著果膠添加量的增加先上升后下降，這與動態(tài)黏彈性測試及動態(tài)時間掃描測試結(jié)果一致。對于G′隨著溫度的升高而降低，YUAN[17]認為大豆蛋白與多糖之間存在強靜電引力，因此體系呈現(xiàn)放熱狀態(tài)，在升溫過程中，熱量的不斷增加使得放熱狀態(tài)受到抑制，因此體系趨于不穩(wěn)定，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)強度下降，彈性性能降低；同時，由于大豆蛋白/高酯果膠所形成的復(fù)合凝膠屬于不可逆凝膠，體系具有較強的不平衡性，這2種聚電解質(zhì)所形成的膠體在動力學(xué)上屬于動力學(xué)凍結(jié)結(jié)構(gòu)[18]，由于這種特殊的結(jié)構(gòu)，大豆蛋白/高酯果膠復(fù)配體系在溫度的作用下G′出現(xiàn)顯著變化。

圖5為溫度掃描測試升溫終點，各復(fù)配體系G′與高酯果膠添加量的柱狀關(guān)系圖。由圖5可以看出，添加0.4%果膠的復(fù)配體系在升溫終點具有顯著高于其他復(fù)配體系的G′，這表明，相較于其他復(fù)配體系，該體系在高溫狀態(tài)下仍能保持較穩(wěn)定的固態(tài)特征。在較高溫度的作用下，復(fù)配體系中大豆蛋白的二硫鍵的穩(wěn)定性受到影響，使得大豆蛋白分子間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)受到破壞，從而引起凝膠強度的下降，但適量的果膠能緩和由于二硫鍵受到破壞所造成的凝膠惡化的情況，這可能是由于果膠能作為復(fù)配體系中大豆蛋白分子間的“橋梁”，通過靜電相互作用將大豆蛋白間接串聯(lián)起來，從而形成均勻致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得凝膠具有的凝膠強度增加[19]。但當(dāng)添加過多的果膠后，體系的凝膠強度又開始降低，說明此時凝膠結(jié)構(gòu)的致密性變差。

圖5 不同高酯果膠添加量升溫終點儲能模量Fig.5 The storage modylus at the end of temperature ramp with different addition amount of high-ester pectin

2.2 對大豆蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

表1呈現(xiàn)了大豆蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)特性隨高酯果膠添加量的變化規(guī)律。從表1可以看出，復(fù)配體系的硬度隨高酯果膠添加量的增加先升高后降低，當(dāng)添加量為0.4%時，硬度值達到最大，并與其他復(fù)配體系之間存在顯著性差異；彈性則能反應(yīng)物體在外力作用下發(fā)生形變后，恢復(fù)其原狀的能力，隨著果膠添加量的逐漸增加，復(fù)配凝膠體系的彈性性能也在逐漸增加，這表明大豆蛋白/高酯果膠復(fù)配體系形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸致密，并且具有相當(dāng)?shù)膹椥?，此時的凝膠體系表現(xiàn)出明顯的彈性固體特征，這與動態(tài)流變特性測試結(jié)果相類似，而當(dāng)果膠的添加量再進一步增大時，凝膠體系結(jié)構(gòu)從致密均勻的雙連續(xù)型凝膠向顆粒狀凝膠結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，復(fù)配體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到破壞，凝膠中的大豆蛋白聚縮成團狀顆粒，分子間的縫隙增加，因而體現(xiàn)在質(zhì)構(gòu)特性上即表現(xiàn)為彈性降低，固體特征減弱。

表1 大豆蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)參數(shù)

注：在同一列中的平均值(±標(biāo)準(zhǔn)差)所帶的不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

咀嚼性是描述固態(tài)食品食用口感的重要指標(biāo)，大豆蛋白常被加工作為肉類替代食品，對于這類食品即需要類似于肌肉組織的良好咀嚼性。從表1看出，適量添加果膠的大豆蛋白可使其咀嚼性具有明顯的提高，添加0.4%的果膠后，大豆蛋白的咀嚼性近乎增加了1倍，表明此時的大豆蛋白可在口腔中滯留的時間增長，用該類大豆蛋白制作的肉食替代品可比單一大豆蛋白制作的替代產(chǎn)品具有更好的食用口感，更能滿足消費者的食用需求。大豆蛋白凝膠的黏著性在添加0.2%～0.4%的果膠后有一定提高，該現(xiàn)象可能是由高酯果膠自身的高黏度所造成，較高的黏著性可在一定程度上緩解大豆蛋白在形成凝膠過程中速度過快的問題[20]。

2.3 對大豆蛋白凝膠持水性的影響

持水性是大豆蛋白品質(zhì)一個重要指標(biāo)，是指食品在經(jīng)脫水處理后保持水分或其他食品汁液的能力大小[21]。圖6為大豆蛋白持水性隨高酯果膠添加量的柱狀關(guān)系圖。大豆蛋白的持水能力主要取決于參與形成凝膠的大豆蛋白分子的多少以及凝膠的結(jié)構(gòu)，當(dāng)參與形成凝膠的大豆蛋白分子越少時，凝膠的孔徑越大，其結(jié)構(gòu)則表現(xiàn)的較為粗糙，這種凝膠的持水能力也就相對較差。

圖6 高酯果膠對大豆蛋白凝膠持水性的影響Fig.6 Effect of high-ester pectin on water holding capacity of soybean protein gel

由圖6可以看出，每一種復(fù)配體系中，大豆蛋白幾乎都全部參與了凝膠的形成，因此，各體系的持水能力差別較小，僅在果膠添加量為0.4%時表現(xiàn)出顯著性差異，這可能是由于果膠與大豆蛋白形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得凝膠的孔徑減小，凝膠中孔徑數(shù)量增多，此時大豆蛋白凝膠的微觀結(jié)構(gòu)變得致密、均勻，大豆蛋白對水分的束縛能力增強，而再增加果膠含量后，復(fù)配凝膠體系中發(fā)生微相分離[22-23]，大豆蛋白的聚集相尺寸增大，果膠被鑲嵌在大豆蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)中，聚集相體積膨大，從而使得凝膠孔徑增加，結(jié)構(gòu)致密性變差，最終使復(fù)配體系的持水能力再次降低。

2.4 對大豆蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖7-(A)為未添加高酯果膠的大豆蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)示意圖。單一的大豆蛋白分子間形成的凝膠結(jié)構(gòu)較為無序，凝膠網(wǎng)絡(luò)稀疏，網(wǎng)絡(luò)間的孔徑大小不均一。從圖7-(A)中可以看出，單一的大豆蛋白形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)性狀復(fù)雜，某些部份呈現(xiàn)連續(xù)的凝膠網(wǎng)絡(luò)，而某些部分則呈現(xiàn)出顆粒狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，連續(xù)部分的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)孔徑數(shù)量較多且孔徑較小，可具有較好的凝膠強度與較高的持水性，而顆粒狀的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)則表現(xiàn)出較差的凝膠強度與較低的持水性，因而單一大豆蛋白的流變與質(zhì)構(gòu)性質(zhì)及持水性是這2種凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的綜合表現(xiàn)。

高酯果膠添加量:A-0%;B-0.2%;C-0.4%;D-0.6%;E-0.8%圖7 不同高酯果膠添加量的大豆蛋白凝膠掃描電鏡圖Fig.7 SEM of soybean protein gel with different addition amount of high-ester pectin

圖7-(B)為添加0.2%高酯果膠的大豆蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)示意圖。此時的大豆蛋白與果膠間產(chǎn)生靜電相互作用，開始逐步形成相分離凝膠結(jié)構(gòu)，與單一大豆蛋白凝膠結(jié)構(gòu)相比，該體系下的凝膠中孔徑大小相對均勻，體系的凝膠結(jié)構(gòu)開始趨于連續(xù)的雙連續(xù)網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)[25]。

圖7-(C)為添加0.4%高酯果膠的大豆蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)示意圖。此添加量下的大豆蛋白凝膠結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。大豆蛋白與果膠在強靜電相互作用下，形成了致密的雙連續(xù)型網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)，此時復(fù)配體系具有的網(wǎng)絡(luò)孔徑分布均勻、數(shù)量較多且直徑較小。大面積的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予了復(fù)合凝膠相當(dāng)程度的強度，這種連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能使凝膠在受到外界剪切作用或在溫度較高的情況下保持一定的抗性，凝膠的固態(tài)物體特征不易被破壞[25]，因此，這種連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也能更好地解釋在動態(tài)流變特性的測試中，0.4%的果膠與大豆蛋白所形成的復(fù)配體系總是比其他體系具有更高的儲能模量，且該種復(fù)合凝膠可適用于條件較為劇烈的加工食品的原輔料。

圖7-(D)為添加0.6%高酯果膠的大豆蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)果膠添加量超過0.4%以后，大豆蛋白開始逐漸形成聚集體，孔徑大面積消失，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)再次變得復(fù)雜無序。

圖7-(E)為添加0.8%高酯果膠的大豆蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)示意圖。隨著果膠含量的進一步加大，大豆蛋白間形成的聚集體體積變大，聚集體的比表面積減小，大豆蛋白中能暴露出的表面疏水基團與自由電荷急劇減少，聚集體的存在導(dǎo)致了大豆蛋白分子間相互交聯(lián)程度下降，進而表現(xiàn)出弱的凝膠強度。

2.5 對大豆蛋白Zeta電位的影響

Zeta電位對維持體系的穩(wěn)定性以及對形成不同類型的聚集體有重要作用[26]，大豆蛋白為典型的兩性電解質(zhì)，其pI約為4.5，當(dāng)大豆蛋白在pH值低于4.5的環(huán)境條件下時帶正電荷，在pH值高于4.5時帶有負電荷，大豆蛋白表面所帶電荷的多少以及電荷的正負對大豆蛋白的Zeta電位具有較大的影響[27]。圖8為高酯果膠對大豆蛋白Zeta電位的影響。

圖8 高酯果膠對大豆蛋白Zeta電位的影響Fig.8 Effects of high-ester pectin on Zeta potential of soybean protein

由圖8可知，以大豆蛋白作為主體，所有測試樣品的Zeta電位均為正值，表明在pH 3.5時，大豆蛋白帶有較多的正電荷，隨著高酯果膠的添加量逐漸增多，大豆蛋白的Zeta電位值逐漸降低，且不同高酯果膠添加量的大豆蛋白間的Zeta電位存在顯著性差異(p<0.05)。

高酯果膠屬于陰離子多糖，其表面帶有大量的負電荷，當(dāng)添加適量的高酯果膠時，高酯果膠中的負電荷與大豆蛋白所帶的正電荷結(jié)合，使得大豆蛋白與高酯果膠能通過較強的靜電相互作用交聯(lián)。高酯果膠添加量為0.2%時，這種靜電相互作用可能由于引入的負電荷較少從而表現(xiàn)得較為微弱，當(dāng)添加量達到0.4%時，高酯果膠帶入的負電荷數(shù)量增加，靜電相互作用開始明顯地顯現(xiàn)，由于強靜電作用大豆蛋白與高酯果膠間的聯(lián)結(jié)緊密，能形成有序的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著高酯果膠的進一步添加，負電荷的數(shù)量越來越多，大豆蛋白表面所帶有的同性電荷數(shù)量開始下降，靜電排斥作用減弱，體系的穩(wěn)定性將會隨之降低[28]。Zeta電位的測定與微觀結(jié)構(gòu)觀察表現(xiàn)出類似的結(jié)果，添加過多的高酯果膠后，大豆蛋白表面的疏水基團內(nèi)卷，包埋在大豆蛋白分子內(nèi)部，其表面疏水性下降，從而使得體系中的蛋白質(zhì)趨向于相互聚集，當(dāng)高酯果膠添加量在0.8%時，這種聚集現(xiàn)象最為明顯，此時大豆蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)惡化，呈現(xiàn)較為分散的團塊狀，Zeta電位的測試結(jié)果也能從靜電相互作用的層面解釋大豆蛋白凝膠流變特性的變化規(guī)律。

3 結(jié)論

在pH值為3.5的酸性條件下，適量的高酯果膠對大豆蛋白的凝膠特性具有一定的修飾作用。添加0.4%的高酯果膠能顯著改變大豆蛋白的彈性和黏性性能等流變特性，并能提高其凝膠強度，適當(dāng)改善大豆蛋白的持水能力，微觀結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出致密均勻的狀態(tài)，大豆蛋白Zeta電位的測定，解釋了大豆蛋白凝膠結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。因此若將該種復(fù)配體系應(yīng)用在食品領(lǐng)域中，可提高食品加工的條件以提高加工效率，該種復(fù)配凝膠也適合于作為一種新型食品原料，代替某些功能性質(zhì)欠佳的傳統(tǒng)食品原料。

[1] BRIME B, MORENO M A, FRUTOS G ,al. Amphotericin B in oil-water lecithin-based microemulsions: Formulation and toxicity evaluation[J].Journal of Pharmaceutical Sciences,2002,91(4):1 178-1 185.

[2] 牛付閣.卵白蛋白-阿拉伯膠相互作用及其在油水界面的吸附特性[D].無錫:江南大學(xué),2015.

[3] 董蝶.大豆蛋白/阿拉伯膠復(fù)合物形成機理及其功能性質(zhì)研究[D].無錫:江南大學(xué),2016.

[4] 閔維.大豆蛋白/多糖復(fù)合凝膠流變學(xué)及微觀結(jié)構(gòu)研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2010.

[5] HUA Y F, CUI S W, WANG Q, et al. Heat induced gelling properties of soy protein isolates prepared from different defatted soybean flours[J]. Food Research International. 2005, 38 (4): 377-385.

[6] MAY C D. Industrial pectins: sources, production and applications[J]. Carbohydrate Polymers, 1990, 12(1): 79-99.

[7] El-NAWAWI S A, HEIKAL Y A. Production of a low ester pectin by de-esterification of high ester citrus pectin[J]. Carbohydrate Polymers, 1995, 27(3): 191-195.

[8] 張慶坤, 雷激, 張大鳳. 果膠酯酶制備低酯果膠的研究進展[J]. 食品工業(yè)科技, 2007(8): 243-246.

[9] 王衛(wèi)平. 食品品質(zhì)改良劑：親水膠體的性質(zhì)及應(yīng)用(之五)──果膠[J].食品與發(fā)酵工業(yè),1996,22(4): 81-84.

[10] 陳昀趙謀明，哲浩等蛋白質(zhì)與多糖類交互作用研究進展[J].食品科學(xué),2001,22(4):90-93.

[11] 夏曉鳳.大豆可溶性多糖對大豆蛋白凝膠的影響及機理初探[D].無錫:江南大學(xué),2015.

[12] CHAISAWANG M, SUPHANTHARIKA M. Effects of guar gum and xanthan gum additions on physical and rheological properties of cationic tapioca starch[J]. Carbohydrate polymers, 2005, 61(3):288-295.

[13] COOPER C L, DUBIN P L, KAYITMAZER A B, et al. Polyelectrolyte-protein complexes[J].Current Opinion in Colloid and Interface Science, 2005,10(1/2):52-78.

[14] WANG X, LEE J, WANG Y W, et al. Composition and rheological properties of β-lactoglobulin/pectin coacervates: effects of salt concentration and initial protein/polysaccharide ratio[J].Biomacromolecules,2007,8(3):992-997.

[15] LANEUVILLE S I, TURGEON S L, SANCHEZ C, et al. Gelation of native β-lactoglobulin induced by electrostatic attractive interaction with xanthan gum[J].Langmuir, 2006,22(17):7 351-7 357.

[16] 李里特.食品物性學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2010.

[17] YUAN Y, WAN Z L, YIN S W, et al. Formation and dynamic interfacial adsorption of glycinin/chitosan soluble complex at acidic pH: Relationship to mixed emulsion stability[J]. Food Hydrocolloids, 2013, 31(1): 85-93.

[18] CHIVERO P, GOHTANI S, IKEDA S, et al. The structure of soy soluble polysaccharide in aqueous solution[J]. Food Hydrocolloids. 2014, 5: 279-286.

[19] TAJIK S, MAGHSOUDLOU Y，KHODAIYAN F，et al. Soluble soybean polysaccharide: A new carbohydrate to make a biodegradable film for sustainable green packaging[J]. Carbohydrate Polymers, 2013, 97 (2): 817-824.

[20] LIU R, ZHAO Si-ming, XIE Bi-jun, et al. Contribution of protein conformation and intermolecular bonds to fish and pork gelation properties[J]. Food Hydrocolloids, 2011, 25(5): 898-906.

[21] SALARBASHI D, TAJIK S, SHOJAEE-ALIABADI S, et al. Development of new active packaging film made from a soluble soybean polysaccharide incorporatedZatariamultifloraBoiss andMenthapulegiumessential oils[J]. Food Chemistry, 2014, 146: 614-622.

[22] 詹曉北.食用膠的生產(chǎn)、性能與應(yīng)用[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2003.

[23] TRAN T, ROUSSEAU D. Stabilization of acidic soy protein-based dispersions and emulsions by soy soluble polysaccharides[J]. Food Hydrocolloids, 2013, 30 (1): 382-392.

[24] LIU Z M，HO S C, CHEN Y M, et al. The effects of isoflavones combined with soy protein on lipid profiles, -reactive protein and cardiovascular risk among postmenopausal Chinese women[J]. Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases, 2012, 22 (9): 712-719.

[26] MATSUDOMI N, ISHIMURA Y, KATO A. Improvement of gelling properties of ovalbumin by heating in dry state [J]. Agricultural and Biological Chemistry, 1991,55:879-881.

[27] BOUZID H, RABILLER-BAUDRY M, PAUGAM L, et al. Impact of zeta potential and size of caseins as precursors of fouling deposit on limiting and critical fluxes in spiral ultrafiltration of modified skim milks[J]. Journal of Membrane Science, 2008,314(1/2):67-75.

[28] WONG B T, DAY L , AUGUSTIN M A . Deamidated wheat protein-dextran Maillard conjugates: effect of size and location of polysaccharide conjugated on steric stabilization of emulsions at acidic pH[J].Food Hydrocolloids, 2011, 25(6): 1 424-1 432.