葡甘露聚糖的增稠性應(yīng)用研究

李小菊，李治軍,李惠成，張 兵，蘇鵬元,劉維濤

(隴東學(xué)院，化學(xué)化工學(xué)院，甘肅 慶陽 745000)

葡甘露聚糖[1](KGM)是通過在普通魔芋粉的基礎(chǔ)上加工和提取而獲得的新產(chǎn)品，它成功地克服了常見地魔芋細(xì)粉多色素、多淀粉等雜質(zhì)，因多纖維支鏈所導(dǎo)致的不容易膨化的弱點(diǎn)。就物理和化學(xué)性質(zhì)如水溶性和凝膠化而言[2]，它明顯優(yōu)于普通魔芋粉。具有多種優(yōu)良的功能特性。近些年來，葡甘露聚糖在食品行業(yè)的相關(guān)應(yīng)用研究越來越多的得到人們的注目[3]。增稠劑的作用是它可以作為一種食品添加劑來改變食品的相關(guān)物理性質(zhì)[4]。而KGM因?yàn)楦缓u基(-OH)，從而致使它是一種能夠溶解于水的聚合物多糖，但不溶于醚、丙酮等有機(jī)溶劑，溶脹性能很好，吸水率可以達(dá)到自身質(zhì)量的90倍左右[5]。由此可見KGM具有相當(dāng)高的黏度，因此可作為食品增稠劑使用[5]。本文探索葡甘露聚糖在食品方面的增稠性應(yīng)用研究，從而促進(jìn)其在食品行業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 藥品和儀器

葡甘露聚糖(食品級(jí)，浙江中團(tuán)生物)，HCl，NaOH，無水乙醇，95%乙醇(均為分析純)，NDJ-5S型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)(上海右一儀器)，800離心機(jī)(常州市國旺儀器制造)，JJ-1精密曾力電動(dòng)攪拌器(弗魯克流體機(jī)械制造)，電熱恒溫水浴鍋(常州華冠儀器)，燒杯，錐形瓶，容量瓶，電子天平，溫度計(jì)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 濃度對(duì)KGM黏度的影響

分別配置葡甘露聚糖濃度0.05%,0.08%,0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%,1.2%的溶液，在60℃的條件下恒溫?cái)嚢?0min，然后降低溫度到室溫，調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)60 r/min的條件下測(cè)量各自的黏度。

1.2.2 pH值對(duì)KGM黏度的影響

制備0.6%的葡甘露聚糖溶液并在60℃恒溫下攪拌30min，分別用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值，然后降低溫度到室溫，測(cè)定相應(yīng)的pH值下各自對(duì)應(yīng)的黏度的[6]。

1.2.3 加熱溫度對(duì)KGM黏度的影響

制備5份0.6%的葡甘露聚糖溶液，并在30,45,60,75和90℃下恒溫的情況攪拌30min，然后冷卻至室溫。用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)以60 r/min下測(cè)量黏度變化。

1.2.4 加熱時(shí)間對(duì)KGM黏度的影響

配制0.6%的KGM溶液6份，并在60℃的恒溫下分別攪拌30,60,90,120,150,180 min，然后降低溫度到室溫。用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)在60 r/min下測(cè)定其黏度變化。

1.2.5 放置時(shí)間對(duì)KGM黏度的影響

配制0.6%的葡甘露聚糖溶液6份，在60℃恒溫下分別攪拌30min，在溫度降至室溫后，在靜止后1、2、3、4、5、6和7天使用NDJ-5S型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)以60 r/min測(cè)量黏度變化。

1.2.6 葡甘露聚糖的應(yīng)用試驗(yàn)

制作含葡甘露聚糖分別為0.4%,0.5%,0.6%,0.7%,0.8%的簡(jiǎn)單果凍，鑒定果凍的口感，穩(wěn)定性，成本，外觀，找出最佳濃度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 濃度對(duì)KGM黏度的影響

圖1 濃度對(duì)KGM黏度的影響。

從圖1可知，葡甘露聚糖的黏度隨著濃度的增加而呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，且沒有簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。濃度在0.2%以前增加較小，但在0.2%到1.2%大幅度增加。濃度值是0.05%，則相應(yīng)黏度為0，當(dāng)濃度是1.2%，相應(yīng)黏度為179mPa·s[6]。黏度在0.6%時(shí)平行試驗(yàn)的數(shù)據(jù)變化最穩(wěn)定，在以后的單因素試驗(yàn)中溶液黏度均取0.6%。黏度是流體粘性的一種量度，葡甘露聚糖溶液中溶質(zhì)的量的不斷加大，從而致使分子之間的相互作用能力也隨之加大，并且隨著與水的相互作用形成氫鍵，化學(xué)鍵也逐漸增強(qiáng)，溶液的內(nèi)部摩擦也加大，從而導(dǎo)致相應(yīng)的黏度增大[7]。而在0.05%時(shí)測(cè)出的黏度為0，是因?yàn)轲ざ葍x的靈敏度不夠?qū)е聹y(cè)不出具體數(shù)據(jù)，黏度應(yīng)在2～3.6mPa·s之間。

2.2 pH值對(duì)KGM黏度的影響

圖2 pH值對(duì)KGM黏度的影響

從圖2可知，pH對(duì)KGM的黏度變化有相對(duì)大的影響[8]。最佳pH值為7，相應(yīng)黏度為76。pH值為1時(shí)，黏度為44mPa·s。pH值為14時(shí)，黏度為38mPa·s。葡甘露聚糖的自然pH值為6，其它單因素試驗(yàn)的pH均為6。不同的酸堿條件，它會(huì)影響KGM的化學(xué)鍵，從而使KGM的結(jié)構(gòu)受到一定影響[9]。增稠的能力減弱，內(nèi)摩擦力隨之也相應(yīng)的減小，相應(yīng)的黏度就會(huì)減小[10]。

2.3 加熱溫度對(duì)KGM黏度的影響

從圖3可以看出，最佳溫度為75℃相應(yīng)黏度為85mPa·s。當(dāng)溫度小于75℃時(shí)，黏度的變化是隨著加熱溫度的增加而呈上升趨勢(shì)，但當(dāng)溫度大于75℃時(shí)，反而呈現(xiàn)溫度的變大黏度減小的走勢(shì)。在30℃的黏度為4.8mPa·s，在90℃的黏度為76.5mPa·s。受葡甘露聚糖純度的影響，在室溫下不能完全溶解，水分子和葡甘露聚糖分子不能充分接觸相互作用，對(duì)增稠性起不到較好的效果。隨著溫度的上升溶解性增大，分子之間的相互作用也加強(qiáng)，內(nèi)摩擦力呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，相應(yīng)的黏度也變大。但當(dāng)溫度超過75℃時(shí)，葡甘露聚糖的結(jié)構(gòu)受到一定影響，增稠性有所降低，相應(yīng)黏度減小。

圖3 加熱溫度對(duì)KGM黏度的影響

2.4 加熱時(shí)間對(duì)KGM黏度的影響

圖4 加熱時(shí)間對(duì)KGM黏度的影響

從圖4可知，加熱時(shí)間的不同也對(duì)KGM的黏度有不小程度的影響。并不是加熱時(shí)間越長越好，而是有最佳加熱時(shí)間，且為150min，相應(yīng)黏度位82.5mPa·s。當(dāng)其低于150min時(shí)，粘性是隨著加熱時(shí)間的延長而呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但超過150min時(shí)反而大幅度減小。原因是KGM的膨化溶脹越充分，增稠性越好。剛配置的葡甘露聚糖的溶液膨化溶脹不足，增稠效果不好，隨著加熱時(shí)間增加膨化溶脹越來越充分，使溶液黏度逐漸增加，當(dāng)超過150min時(shí)，葡甘露聚糖的結(jié)構(gòu)受到破壞，增稠性極具減小，相應(yīng)黏度減小。

2.5 放置時(shí)間對(duì)KGM黏度的影響

圖5 放置時(shí)間對(duì)KGM黏度的影響

由圖5可知，靜止時(shí)間的不同也影響葡甘露聚糖黏度的變化。最佳靜止時(shí)間為4天，相應(yīng)黏度為87mPa·s。在前四天，隨著時(shí)間增加葡甘露聚糖黏度有所增加，超過四天其黏度逐漸減小。剛經(jīng)過加熱處理的葡甘露聚糖溶液的膨化溶脹沒有達(dá)到最佳效果，隨著放置時(shí)間的進(jìn)行，膨化溶脹也在慢慢進(jìn)行，當(dāng)?shù)降谒奶炫蚧苊浶Ч_(dá)到最佳；當(dāng)超過第四天葡甘露聚糖受外界的影響，使葡甘露聚糖的結(jié)構(gòu)受到一定的影響，穩(wěn)定性出現(xiàn)了下降的現(xiàn)象，增稠性也相應(yīng)的減小。

葡甘露聚糖本身是一種低熱，低脂肪且能有效預(yù)防肥胖的保健食品[11-12]，因此用它作為果凍中的增稠劑，通過流變性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)、成本和易操作性綜合分析得出最優(yōu)數(shù)據(jù)，再在此條件下進(jìn)行具體應(yīng)用試驗(yàn)。

表1 KGM對(duì)果凍品質(zhì)影響(感官評(píng)定)

注：評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參考GB19883-2005《果凍》，19299-2003《果凍衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。

由自制簡(jiǎn)單果凍與商業(yè)果凍對(duì)比(表1)表明，商業(yè)果凍的爽口度為最佳，添加0.6%的葡甘露聚糖的果凍爽口、細(xì)膩、透明度好，自制的簡(jiǎn)單果凍在沒有加其它的食品添加劑，也沒有進(jìn)過真空包裝，只進(jìn)行了簡(jiǎn)單的密封處理，放置了7天后果凍的穩(wěn)定性明顯降低，第9天已經(jīng)變質(zhì)。要把含葡甘露聚糖的果凍商業(yè)化就要延長保質(zhì)期和改良口味，這就要向果凍中加入微量食品添加劑已達(dá)到要求。在今后的研究中主要著手于對(duì)葡甘露聚糖的穩(wěn)定性方面進(jìn)行研究。

3 結(jié)論

由以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析可以得出低濃度葡甘露聚糖溶液為非牛頓流體，具有典型的假塑性流體性質(zhì)。魔芋葡甘露聚糖增稠行為受較多因素影響，通過實(shí)驗(yàn)最終得知葡甘露聚糖的增稠性最佳濃度為0.6%、溫度為75℃、加熱時(shí)間為150min、pH值為7、靜止時(shí)間為4天。在這些條件下制得簡(jiǎn)單果凍有很好的外觀、良好的口感。KGM作為食品增稠劑是一種不錯(cuò)的選擇，可以廣泛應(yīng)用于各種食品中用之增加其黏性。