魔芋卡拉復(fù)配凝膠體系結(jié)構(gòu)分析

李 丹

（1.莆田學(xué)院 環(huán)境與生物工程學(xué)院，福建 莆田 351100；

2.福建省新型污染物生態(tài)毒理效應(yīng)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 莆田351100）

大多數(shù)食品中或多或少含有一定的水分，水分遷移行為直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)，而且在食品加工與儲(chǔ)藏的機(jī)理研究方面具有重要的意義.特別是水分子的結(jié)合程度和水分子的遷移行為對(duì)食品的流變性質(zhì)、穩(wěn)定性等有直接的影響.核磁共振技術(shù)是一門優(yōu)于差式掃描量熱技術(shù)（DSC）和差熱分析法（DTA）等檢測(cè)方法的新興技術(shù)，它可以監(jiān)控各種水的分布與遷移狀態(tài)，具有快速無(wú)損的優(yōu)點(diǎn).核磁共振成像技術(shù)能直觀地顯示食物中水分的分布情況［1］，因此未來(lái)核磁共振技術(shù)必將在食品的加工與儲(chǔ)藏中得到廣泛的應(yīng)用.利用NMR&MRI技術(shù)從分子水平觀測(cè)食品的加工、儲(chǔ)藏過(guò)程水分的變化，研究變化機(jī)理，并與其他品質(zhì)指標(biāo)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型.在該模型指導(dǎo)下，可以達(dá)到改善加工工藝、提高食品質(zhì)量的目的.核磁共振技術(shù)以及其數(shù)學(xué)模型的推廣應(yīng)用在食品工業(yè)中具有廣泛的前景.

紅外光譜是探索分子結(jié)構(gòu)的有效途徑.當(dāng)紅外光照射分子時(shí)，其振動(dòng)頻率等于化學(xué)鍵或官能團(tuán)的振動(dòng)頻率，不同的官能團(tuán)或化學(xué)鍵在紅外光譜上處于不同的波數(shù)范圍，因此可通過(guò)紅外光譜了解官能團(tuán)或化學(xué)鍵的信息［2］.

1 試劑與設(shè)備

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

魔芋膠、卡拉膠、檸檬酸、氯化鉀、木糖醇均為食品級(jí).

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

電子天平：北京Sartorius科學(xué)儀器有限公司；MRI測(cè)定儀：上海紐邁電子科技有限公司；磁力攪拌器，Mini MR：寧波歐普儀器有限公司；水浴鍋：HH-2型，上海江星儀器有限公司；紅外光譜儀：德國(guó)布魯克.

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 復(fù)配膠的制備

按照前期實(shí)驗(yàn)方法［3］設(shè)計(jì)制備復(fù)配膠的方法，改變不同的條件制備復(fù)配膠.總膠濃度對(duì)復(fù)配膠的影響：在 100 g蒸餾水中分別添加 0.60、0.80、1.00、1.40、1.80和 2.20 g的復(fù)配粉，其中魔芋膠與卡拉膠的添加量相同；KCl對(duì)復(fù)配膠的影響：在復(fù)配膠水浴時(shí)分別加入0.06、0.08、0.10、0.12、0.14和0.16 g預(yù)溶的KCl；檸檬酸對(duì)復(fù)配膠的影響：于復(fù)配膠水浴時(shí)分別加入0.02、0.04、0.08、0.12、0.16和0.20 g預(yù)溶的檸檬酸；溫度對(duì)復(fù)配凝膠的影響：分別在50、60、70、80、90和100℃ 的溫度下加熱復(fù)配膠；木糖醇對(duì)復(fù)配膠的影響：于復(fù)配膠水浴時(shí)分別加入4、8、12、16和20 g木糖醇.

2.2 紅外光譜測(cè)定

將質(zhì)量濃度為1%的卡拉膠、1%的魔芋膠、1%的魔芋卡拉復(fù)配凝膠以及分別添加0.2%的檸檬酸、0.2%的KCl的魔芋卡拉復(fù)配凝膠于-50℃下進(jìn)行冷凍干燥后，與KBr研磨均勻后，進(jìn)行紅外光譜測(cè)定.

2.3 核磁共振成像試驗(yàn)及參數(shù)設(shè)定

參照李妍等［4］的參數(shù)設(shè)定.

2.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析采用Excel 2010進(jìn)行.

3 結(jié)果與分析

3.1 核磁共振成像結(jié)果分析

3.1.1 總膠濃度MRI結(jié)果

水質(zhì)子信號(hào)量最大，信號(hào)量越大則亮度越高，因此亮度越高的地方代表水分分布越多.由圖1可以看出總膠濃度大于等于1%的魔芋卡拉復(fù)配凝膠MRI成像圖亮度更大，邊緣平整，孔隙很少，說(shuō)明其中的水分含量多且分布均勻，總膠濃度大于等于1%的時(shí)候有利于凝膠結(jié)構(gòu)的形成，較好地截留住更多的水分.而總膠濃度小于1%的MRI成像圖孔洞較多，圖片暗淡，邊緣不平整，說(shuō)明其凝膠結(jié)構(gòu)松散，水分分布不均勻，不利于水分的保持.魔芋膠不能單獨(dú)形成凝膠，而與卡拉膠結(jié)合形成凝膠，總膠濃度越大，卡拉膠與魔芋膠形成硫酸酯的機(jī)會(huì)增多，與前期實(shí)驗(yàn)［3］顯示的總膠濃度在1%時(shí)形成凝膠強(qiáng)度最強(qiáng)的結(jié)果一致，見(jiàn)圖1.

圖1 總膠濃度的MRI成像

3.1.2 KCl對(duì)復(fù)配凝膠的影響

水質(zhì)子信號(hào)量最大，信號(hào)量越大則亮度越高，因此亮度越高的地方代表水分分布越多.由圖2可以看出隨著KCl濃度的增加，魔芋卡拉復(fù)配凝膠MRI成像圖亮度逐漸增大，邊緣逐漸平整，孔隙很少，說(shuō)明其中的水分含量多且分布均勻，有利于水分的保持.與前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果［3］顯示的隨著KCl濃度的增加，與水分的結(jié)合變緊密的結(jié)果一致，見(jiàn)圖2.

圖2 KCl添加到復(fù)配膠的MRI成像情況

3.1.3檸檬酸對(duì)復(fù)配凝膠MRI成像的影響

水質(zhì)子信號(hào)量最大，信號(hào)量越大則亮度越高，因此亮度越高的地方代表水分分布越多.由圖3可以看出隨著檸檬酸濃度的增加，魔芋卡拉復(fù)配凝膠MRI成像圖亮度逐漸降低，邊緣逐漸不平整，孔隙變多，說(shuō)明其中的水分含量多且分布不均勻，不利于水分的保持.核磁共振成像的結(jié)果恰好解釋了前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果［3］顯示的隨著檸檬酸濃度的增加，復(fù)配凝膠的硬度和膠著性呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)的原因，即可能是由于檸檬酸的添加不利于復(fù)配凝膠水分的保持，見(jiàn)圖3.

圖3 檸檬酸濃度對(duì)復(fù)配膠MRI的影響

3.1.4 溫度對(duì)復(fù)配凝膠MRI成像的影響

水質(zhì)子信號(hào)量最大，信號(hào)量越大則亮度越高，因此亮度越高的地方代表水分分布越多.由圖4可以看出隨著水浴溫度的增加，魔芋卡拉復(fù)配凝膠MRI成像圖亮度逐漸增加，邊緣逐漸平整，孔隙變少，說(shuō)明其中的水分含量多且分布均勻，有利于凝膠中水分的保持.這可能是由于隨著溫度的升高，分子運(yùn)動(dòng)更加劇烈，凝膠中水分得以保持，見(jiàn)圖4.

圖4 溫度對(duì)復(fù)配膠MRI成像的影響

3.1.5 木糖醇對(duì)復(fù)配膠的影響MRI成像

水質(zhì)子信號(hào)量最大，信號(hào)量越大則亮度越高，因此亮度越高的地方代表水分分布越多.由圖5可以看出隨著木糖醇濃度的增加，魔芋卡拉復(fù)配凝膠MRI成像圖亮度逐漸增加，當(dāng)木糖醇濃度為12%時(shí)候，邊緣最平整，孔隙最少，說(shuō)明其中的水分含量多且分布最均勻，有利于水分的保持，見(jiàn)圖5.

圖5 木糖醇濃度對(duì)復(fù)配膠MRI成像的影響

3.2 紅外光譜成像結(jié)果分析

卡拉膠、魔芋膠和卡拉魔芋復(fù)配膠的紅外光譜圖見(jiàn)圖4（a）；未添加任何其他物質(zhì)的復(fù)配膠、添加KCl的復(fù)配膠和添加檸檬酸的復(fù)配膠的紅外光譜圖見(jiàn)圖4（b）.

由于O-H伸縮振動(dòng)的波數(shù)范圍在3 000～3 600 cm-1之間［5］，由圖6（a）可以看出卡拉膠的O-H伸縮振動(dòng)在3 367.14 cm-1，復(fù)配膠的O-H伸縮振動(dòng)在3 448.10 cm-1，魔芋膠的O-H伸縮振動(dòng)在3 448.40 cm-1，卡拉膠的O-H伸縮振動(dòng)峰的波數(shù)小于復(fù)配膠的O-H伸縮振動(dòng)峰的波數(shù)，魔芋膠的O-H伸縮振動(dòng)峰大于復(fù)配膠的O-H伸縮振動(dòng)峰的波數(shù).復(fù)配凝膠的O-H伸縮振動(dòng)的吸收強(qiáng)度比單獨(dú)卡拉膠強(qiáng)，這可能是由于卡拉膠中的硫酸基團(tuán)與魔芋膠的O-H形成氫鍵所致，又由于形成氫鍵以后，基團(tuán)的鍵力常數(shù)下降，因此有氫鍵的基團(tuán)伸縮振動(dòng)頻率減弱［6］.從圖中可以看出，除了指紋區(qū)外，卡拉膠和魔芋卡拉復(fù)配凝膠的峰型比較相似，但是復(fù)配凝膠與魔芋膠的峰型差別比較大，這說(shuō)明魔芋卡拉復(fù)配凝膠形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以卡拉膠為主，由于卡拉膠獨(dú)自成膠時(shí)具有凝膠的彈性小、脆性大，易脫液收縮的缺點(diǎn)［7］，當(dāng)魔芋卡拉膠復(fù)配時(shí)候，魔芋膠對(duì)改善復(fù)配膠體系的凝膠特性起較大作用［8］.

圖6 凝膠紅外光譜圖

由圖6(b)可以得出，添加KCl的復(fù)配凝膠的O-H伸縮振動(dòng)的波數(shù)為3 433.25 cm-1，添加檸檬酸的復(fù)配凝膠的O-H伸縮振動(dòng)波數(shù)為3 448.25 cm-1,不添加其他任何物質(zhì)的魔芋卡拉復(fù)配凝膠的O-H伸縮振動(dòng)的波數(shù)為3 448.40 cm-1.由此可以得出，添加Kcl的復(fù)配膠的O-H伸縮振動(dòng)往低波數(shù)移動(dòng)，說(shuō)明由于K+的存在增強(qiáng)了復(fù)配凝膠的凝膠強(qiáng)度，這可能是由于K+與卡拉膠纏結(jié)形成超分子束，增強(qiáng)了氫鍵的作用，最終形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［8］.添加檸檬酸的復(fù)配凝膠的O-H伸縮振動(dòng)也往低波數(shù)移動(dòng)，可能但是移動(dòng)的并不明顯，說(shuō)明檸檬酸對(duì)增強(qiáng)復(fù)配凝膠的凝膠強(qiáng)度的作用相對(duì)K+較小.

4 結(jié)論

總膠濃度大于等于1%的時(shí)候有利于凝膠結(jié)構(gòu)的形成，較好地截留住更多的水分.而總膠濃度小于1%的MRI成像圖孔洞較多，圖片暗淡，邊緣不平整，說(shuō)明其凝膠結(jié)構(gòu)松散，水分分布不均勻，不利于水分的保持.隨著KCl添加量的增加，魔芋卡拉復(fù)配凝膠MRI成像圖亮度逐漸增大，邊緣逐漸平整，孔隙很少，說(shuō)明其中的水分含量多且分布均勻，有利于水分的保持.紅外光譜分析的結(jié)果可得，魔芋卡拉復(fù)配凝膠的伸縮振動(dòng)頻率往低波數(shù)方向移動(dòng)，說(shuō)明魔芋卡拉復(fù)配在形成凝膠的過(guò)程中形成了分子間的氫鍵，增強(qiáng)了凝膠強(qiáng)度.添加KCl的魔芋卡拉復(fù)配凝膠的伸縮振動(dòng)頻率也往低波數(shù)方向移動(dòng)，這可能是由于K+增強(qiáng)了分子間氫鍵的作用，從而增強(qiáng)了凝膠強(qiáng)度所致.

［1］甄少波．待宰對(duì)豬應(yīng)激及冷卻肉品質(zhì)影響機(jī)理研究［D］．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2013．

［2］尹碩．可見(jiàn)光敏化芳香羧酸稀土配合物的制備及發(fā)光性能［D］．西安：陜西師范大學(xué)，2014．

［3］李丹，林向陽(yáng)，吳佳，等．魔芋卡拉復(fù)配膠的低場(chǎng)核磁和質(zhì)構(gòu)特性研究［J］．食品研究與開(kāi)發(fā)，2016，37(04)：221-224．

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［5］謝晶曦，常俊標(biāo)，王緒明．紅外光譜在有機(jī)化學(xué)和藥物化學(xué)中的應(yīng)用［M］．北京：科學(xué)出版社，2001：4-6．

［6］李勇．碳水化合物加工技術(shù)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：243-246．

［7］張國(guó)華．功能性食品膠［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：376-379．

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