單寧酸改性明膠脂肪替代物結(jié)構(gòu)及功能性質(zhì)的研究

王曉婷，康明麗，宋麗君，趙 茹，張 琴

（河北科技大學(xué)食品與生物學(xué)院，河北石家莊 050018）

隨著人們生活水平的提高，患有高血脂、高血壓以及動脈粥樣硬化等疾病的人群越來越多，其原因是攝入了較多的高脂類食品，據(jù)相關(guān)研究規(guī)定[1]人們?nèi)粘Ｉ攀持兄咎峁┑臒崃恳陀诳偀崃康?0%，為此研制健康的脂肪替代物成為重要研究方向。

蛋白質(zhì)類脂肪替代物是利用蛋白質(zhì)在加工過程中，因其變性，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子的疏水基團暴露出來，模擬出油脂的疏水性狀，并且蛋白質(zhì)經(jīng)過處理水合后，舌頭分辨不出單個顆粒，制品不再具有粗糙的顆粒感，因而能模擬出良好的潤滑口感[2]，因其所提供的熱量僅為脂肪的一半，可參與人體的正常代謝，為人體提供多種必需氨基酸，所以更加營養(yǎng)安全[3]。明膠作為蛋白質(zhì)類脂肪替代物中的一種，主要來源于豬、牛和魚類等皮膚和骨骼中，具有來源較廣，制備方便的優(yōu)點，但因所提取的明膠熱穩(wěn)定性較差，應(yīng)用到肉制品中會出現(xiàn)明膠融化的現(xiàn)象[4?5]，影響明膠的使用，所以對明膠的改性成為需要解決的問題。

對明膠的改性方法較多，如王夢楠等[6]通過果膠和明膠反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)凝膠體系的pH，在非共價作用力的作用下，增強其熱穩(wěn)定性，使得明膠膠融溫度和凝膠溫度均得到提高，增強凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但在pH 為9 時，以疏水相互作用為主導(dǎo)的復(fù)合膠體穩(wěn)定性較差。郭華等[7]利用檸檬酸和硬脂酸來改性明膠，使得明膠的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，且無毒性。Erge等[8]利用咖啡酸來改性雞皮明膠，并篩選出最優(yōu)的改性條件，提高了雞皮明膠的凝膠強度。但利用單寧酸改性明膠的研究較少。單寧酸（TA）是一種天然的多酚物質(zhì)，具有抗氧化、抗菌和抗腫瘤等功效，因其具有較多的羥基和羰基，且相對分子質(zhì)量較大[9]，可與蛋白質(zhì)分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化合物。為解決明膠脂肪替代物在食品加工過程中其結(jié)構(gòu)特性和穩(wěn)定性較差的問題，利用單寧酸對明膠脂肪替代物進行改性處理，增強結(jié)構(gòu)特性和穩(wěn)定性，提高其在食品加工中的應(yīng)用。本文以單寧酸為交聯(lián)劑，對明膠進行改性處理，利用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）和掃描電鏡（SEM）探究改性后明膠的微觀結(jié)構(gòu)的變化，以及對改性明膠的功能性質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

氫氧化鈉 分析純，天津市大陸化學(xué)試劑廠；鹽酸 優(yōu)級純，天津市歐博凱化工有限公司；明膠 食品級，河南博洋明膠有限公司；單寧酸 MW1701，阿拉丁化學(xué)試劑有限公司；磷酸氫二鈉 分析純，天津市標(biāo)準(zhǔn)科技有限公司；磷酸二氫鈉 分析純，天津市博迪化工有限公司。

FA2204B 電子天平 上海市安亭電子儀器廠；LGJ-10D 真空冷凍干燥機 北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司；FW-100 高速萬能粉碎機 北京中興偉業(yè)儀器有限公司；HH-4 數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市杰瑞爾電器有限公司；TA-XTplus 質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System 公司 ；PHS-3C pH 計 上海電科學(xué)儀器股份有限公司；TGL-16C 高速臺式離心機 上海市安亭電子儀器廠； 色差計CR-400 柯尼卡美能達控股公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 單寧酸改性明膠脂肪替代物的制備 單寧酸改性明膠脂肪替代物的制備參照Erge 等[8]的研究方法，準(zhǔn)確稱取適量的明膠溶于去離子水中，并利用氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液調(diào)節(jié)其pH 為5。將濃度為0.2 g/L 明膠溶液與濃度為0.1 g/L 單寧酸溶液按一定比例進行混合，使其混合體系中明膠與單寧酸的質(zhì)量比為1.2:1，并在36 ℃下加熱30 min。加熱完成后，將膠體取出并用去離子水沖洗表面，除去吸附的離子，并擦干，將膠體保存在4 ℃的冰箱中備用。

1.2.2 凍融穩(wěn)定性的測定 參考劉懷偉等[10]的方法，利用測量改性后明膠脂肪替代物的脫水收縮率，來測定其凍融穩(wěn)定性，配制濃度為0.2 g/L 明膠溶液，4 ℃保存30 min，呈現(xiàn)固體膠狀作為空白對照。將制備好的改性明膠脂肪替代物置于離心管中離心，以除去吸附的水，進行稱重測量得到初始重量。凍融循環(huán)為：將離心管置于?20 ℃冰箱中冷凍22 h，后在30 ℃水浴中加熱融化2 h，離心20 min 后除去析出的水分，并進行稱重。冷凍和加熱融化一共循環(huán)5 次，每次循環(huán)的脫水收縮率為總共損失的水分占初始樣品質(zhì)量的百分比。

1.2.3 耐蒸煮性的測定 參考王銳[11]方法準(zhǔn)確稱取10 g 改性明膠脂肪替代物，并記錄重量，置于蒸煮架上，沸水下蒸汽蒸煮30 min，每隔5 min 測定一次凝膠質(zhì)量的變化，并記錄重量，重復(fù)測定三次取平均值，以明膠作為空白對照，通過下列公式計算耐蒸煮性：

式中：G1：凝膠每5 min 蒸煮后成品重量（g）；G2：最初凝膠重量（g）。

1.2.4 持水性的測定 參考周士琪等[12]的研究方法，將制備好的改性明膠脂肪替代物凍干并粉碎成顆粒，準(zhǔn)確稱取0.1 g 的改性明膠顆粒置于離心管內(nèi)，加入5 mL 的去離子水與之混合5~40 min 后，8000 r/min離心10 min 以除去上清液，并將試管倒置以完全除去殘留的水，對每管進行稱重，測定不同時間的持水性，改性明膠脂肪替代物的持水性（g/g）為每克干樣品吸收的水的質(zhì)量，以明膠作為空白對照通過下列公式計算持水性（WHC）：

式中：W1：不同時間內(nèi)吸收水分后的總質(zhì)量；W2：樣品與離心管的總質(zhì)量；W3：離心管的質(zhì)量。

1.2.5 溶脹能力的測定 參考閆鳴艷等[13]的實驗方法，在室溫下，將樣品稱重后浸泡在100 mL pH 為7 的PBS 溶液中，5~20 min 取出，用濾紙擦干樣品表面的水分，稱重后再放入PBS 溶液中，測定不同時間內(nèi)的溶脹度，直到達到溶脹平衡。溶脹度（SR）為溶脹吸水的質(zhì)量與干燥樣品的質(zhì)量比，以明膠作為空白對照。通過下列公式計算溶脹度（SR）：

式中：Wd：干樣品的質(zhì)量；Ws：溶脹后樣品的質(zhì)量。

1.2.6 傅立葉變換紅外光譜分析（FTIR） 參考吳佳南等[14]的研究方法，將明膠、改性后的明膠和單寧酸凍干處理后，粉碎過100 目篩即得到固體粉末，與溴化鉀粉末按照1:400 的比例在瑪瑙研缽中充分研磨，至混合粉末無顆粒感，于40 ℃熱風(fēng)干燥箱中烘干12 h 后壓成薄片，使用傅里葉紅外光譜儀在4000~400 cm?1波數(shù)范圍內(nèi)以4 cm?1的分辨率掃描32 次。以明膠作為空白對照。

1.2.7 掃描電鏡分析（SEM） 參考吳佳南等[14]的研究方法，制備出改性明膠脂肪替代物后加入2.5%戊二醛的PBS 溶液固定過夜。依次用50%、70%、80%、90%、100%的乙醇溶液對樣品進行脫水，每一等級時間為10 min，最后用乙酸異戊酯置換，冷凍干燥后，進行噴金和掃描電鏡觀察，以明膠作為空白對照。

1.2.8 熱重分析（TGA） 參考王占一等[15]的研究方法并作適當(dāng)修改，稱取適量的明膠粉末和改性明膠粉末，經(jīng)過適當(dāng)處理后，進行熱重掃描，以比較二者的熱分解溫度。升溫范圍35~200 ℃，控制升溫速率10 ℃/min，氣氛為靜態(tài)氮氣，參比物為Al2O3。

1.2.9 質(zhì)構(gòu)特性的測定 參考夏琦[16]的研究，制備出改性明膠脂肪替代物后，切成1 cm×2 cm×2 cm的塊狀，利用質(zhì)構(gòu)儀測定其質(zhì)構(gòu)特性，以明膠作為空白對照。測定參數(shù)如下：選用的探頭為P/0.5，測前速度為2 mm/s，測試速度為1 mm/s，測后速度為1 mm/s，下壓距離為10 mm，觸發(fā)力為1 g，平行測定3 次。

1.2.10 色澤的測定 參考夏琦[16]的研究法，用色差儀對改性明膠脂肪替代物進行色差測量，以明膠作為空白對照，將色差儀垂直于斷面上，鏡口緊扣切面，測定不同位置的L*、a*、b*值，平行測定3 次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組實驗重復(fù)三次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示，使用 SPSS Statistics 25 進行數(shù)據(jù)分析，通過Duncan 檢驗分析各組數(shù)據(jù)的差異顯著性（P＜0.05），并使用Origin 2019 繪圖。

2 結(jié)果與分析

單寧酸與明膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)后，改性后的明膠屬于熱不可逆凝膠，加熱后，改性后的明膠以固體膠狀物質(zhì)形式存在，質(zhì)地變軟，離心后可去除水分。熱水煮沸后，形狀收縮，質(zhì)地變軟，以膠體的形式存在。凍干后的膠體不溶于水，吸收水分后脹大，恢復(fù)其形狀，以保證對改性明膠的結(jié)構(gòu)及功能性質(zhì)的研究。

2.1 單寧酸對明膠凍融穩(wěn)定性的影響

如圖1 所示為單寧酸對明膠凍融穩(wěn)定性的影響結(jié)果，凍融穩(wěn)定性可表示在溫度變化的情況下，食品的脫水的情況，可評估在凍融過程中，食品中發(fā)生不良變化的能力[17]。以脫水收縮率來表達固體或半固體析出液體的現(xiàn)象，以反映食品保持液體的能力[18]，脫水收縮率越高代表凍融穩(wěn)定性越低，則物質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越低。由圖1 可知，隨著凍融循環(huán)的次數(shù)增加，明膠和改性明膠的脫水收縮率逐漸增加，凍融穩(wěn)定性逐漸降低。在第1 d 時，改性明膠的脫水收縮率比明膠稍高，但兩者相差不大，但隨著凍融循環(huán)的次數(shù)增加，明膠的脫水收縮率比改性明膠的增加較快，可知明膠的凍融穩(wěn)定性比改性明膠的低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比改性明膠的較差，原因是單寧酸中較多的酚羥基和苯環(huán)結(jié)構(gòu)與明膠蛋白質(zhì)中的酪氨酸等氨基酸結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合物，使得改性后的明膠結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定[19]，凍融穩(wěn)定性增加。

圖1 單寧酸對明膠凍融穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of tannic acid on freeze-thaw stability of gelatin注：不同字母表示差異顯著（P＜0.05）；圖2~圖3 同。

2.2 單寧酸對明膠耐蒸煮性的影響

利用凝膠經(jīng)受蒸汽蒸煮加熱后，質(zhì)量損失的大小來反映凝膠的耐蒸煮性，且耐蒸煮性越大，產(chǎn)品凝膠耐蒸煮性越強，其熱穩(wěn)定性也越強，可將其應(yīng)用到需要高溫蒸煮熟制的食品加工中，以減少在加工過程中產(chǎn)品的質(zhì)量損失，提高食品的口感質(zhì)地。表1 為單寧酸對明膠耐蒸煮性的影響結(jié)果，在未加入單寧酸之前，蒸煮過程中，明膠的耐蒸煮性極差，原因是在蒸煮過程中，明膠的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸被破壞[20]，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，使得明膠的熱穩(wěn)定性較差，無法經(jīng)受高溫加熱，出現(xiàn)融化現(xiàn)象。經(jīng)過單寧酸改性后，改性的明膠耐蒸煮性顯著提高，且在30 min 時，改性后明膠的耐蒸煮性變化不明顯，表明改性后的明膠的熱穩(wěn)定性提高。尚美君[21]分別利用單寧酸和蘆丁對馬哈魚魚皮明膠和河鲀魚魚皮明膠進行改性處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過改性處理后，兩種明膠的熱穩(wěn)定性均增強，改善明膠融化現(xiàn)象。表明明膠與單寧酸發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，可顯著提高熱穩(wěn)定性。

表1 單寧酸對明膠耐蒸煮性的影響Table 1 Effect of tannic acid on cooking resistance of gelatin

2.3 單寧酸對明膠持水性的影響

如圖2 所示為單寧酸對明膠持水性的影響結(jié)果，明膠與改性后明膠的持水性均出現(xiàn)先逐漸增大后下降的趨勢，且明膠在15 min 時達到最大持水性，改性明膠在20 min 時出現(xiàn)最大持水性。這主要是由于明膠與改性后的明膠隨著時間的增加，所吸收的水分逐漸增多，在所吸收的水分達到最大時，由于明膠與改性后明膠中的部分物質(zhì)溶于水中[22]，使得持水性逐漸下降。與明膠相比，改性后明膠的持水性較小，且持水性的變化趨勢不大，這是因為明膠與單寧酸發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)后，產(chǎn)生疏水相互作用力，導(dǎo)致改性后的明膠的持水性較低，這與賈娜等[23]和Hazmi 等[24]的研究結(jié)果一致。還可能是因為明膠與單寧酸發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)之后，改性明膠表面孔隙增大，蛋白質(zhì)之間的連接作用減少，使得改性后的明膠持水性出現(xiàn)降低的現(xiàn)象[25]。但因改性明膠以粉末狀均勻地添加進肉制品中，改性明膠疏松多孔的孔隙結(jié)構(gòu)，使得基團更好的暴露于表面，依然具有良好的持水性，在肉制品中發(fā)揮保水作用[11]。王銳[11]利用大豆分離蛋白與雞皮凝膠結(jié)合所研制出的雞皮復(fù)配凝膠的持水性顯著低于大豆分離蛋白，但在肉制品應(yīng)用中，不影響產(chǎn)品的口感，在雞皮復(fù)配凝膠的添加量較低時，仍可保證雞肉腸的多汁率。

圖2 單寧酸對明膠持水性的影響Fig.2 Effect of tannic acid on water holding capacity of gelatin

2.4 單寧酸對明膠溶脹能力的影響

圖3 為單寧酸對明膠溶脹能力的影響結(jié)果，明膠與改性明膠的溶脹能力均呈逐漸上升到最大值后趨于溶脹平衡的趨勢，這被定義為平衡溶脹比[26]，最后溶脹度逐漸降低。由于明膠分子的親水性，使得明膠溶脹度變化較大，改性明膠的溶脹度與明膠的相比較小，且交聯(lián)明膠的溶脹度變化趨勢較為平緩，這主要是因為單寧酸中的酚羥基與明膠中的氨基等結(jié)合形成氫鍵，增強分子之間的作用力[22]，形成穩(wěn)定的復(fù)合物，不利于改性后的明膠吸水，溶脹度降低[26?27]，這與閆鳴艷等[13]的研究結(jié)果一致。明膠與改性明膠溶脹度出現(xiàn)降低的原因是二者達到溶脹平衡后，部分物質(zhì)溶解于溶液中，出現(xiàn)溶脹溶失現(xiàn)象[22]，使得溶脹度降低。對于改性明膠在肉制品中的應(yīng)用中，是否對肉制品的質(zhì)構(gòu)特性和多汁率產(chǎn)生影響，需要在后續(xù)應(yīng)用中來驗證分析。

圖3 單寧酸對明膠溶脹能力的影響Fig.3 Effect of tannic acid on swelling capacity of gelatin

2.5 傅立葉變換紅外光譜分析

如圖4 為凍干并烘干除去水分后明膠與改性明膠的紅外光譜圖，通過分析明膠的紅外光譜譜帶，獲得明膠與單寧酸發(fā)生反應(yīng)的變化信息，以明確單寧酸與明膠之間的結(jié)合方式，確定明膠分子與單寧酸分子之間可能存在的作用力。由圖4 可知，明膠的光譜表現(xiàn)出的主要特征峰為3437 cm?1是由于N-H 的伸縮振動，反映了基團之間氫鍵相互作用強度[14]，2929 cm?1是酰胺B 帶，-CH2伸縮振動所引起的[28]，1639 cm?1是酰胺Ⅰ帶，代表C=O 鍵伸縮/氫鍵/COO?[29]，1541 cm?1代表酰胺II 帶，C-N 的伸縮振動和N-H 的平面彎曲振動[30]，1454 cm?1主要由-COO?所引起的[14]，1236 cm?1為酰胺III 帶，由C-H 和N-H振動所引起的[31]，1079 cm?1是C-N 共價鍵的特征峰[28]。單寧酸的光譜表現(xiàn)出的主要特征峰為3413 cm?1的吸收峰來源于TA 的O-H 的振動[32]，2979 cm?1為C-H 振動的吸收峰，1716 cm?1是酯鍵基團的特征峰，1612、1535 和1448 cm?1是因為苯環(huán)的骨架振動產(chǎn)生的[30]，1508 cm?1為雙鍵伸縮振動的吸收峰，1318、1198 和1083 cm?1為C-H 彎曲振動所產(chǎn)生的吸收峰。單寧酸與明膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)之后，明膠在3437 cm?1處的特征峰藍移至3348 cm?1可知明膠的N-H 鍵參與了交聯(lián)反應(yīng)，酰胺A 帶偏移至低波數(shù)表明單寧酸與明膠之間產(chǎn)生氫鍵作用，且吸收峰強度增強，氫鍵作用較強[33]。明膠在2929 cm?1處的吸收峰與單寧酸作用后消失，原因可能是明膠中肽鍵的羰基與單寧酸中的酚羥基之間形成氫鍵而發(fā)生反應(yīng)[34]，在1639 cm?1處的吸收峰紅移至1655 cm?1，1541 cm?1處的吸收峰藍移至1533 cm?1表明了氫鍵作用的存在，吸收峰強度增大，氫鍵作用增強。1454 cm?1處的吸收峰藍移至1446 cm?1，這可能是因為單寧酸中的苯環(huán)與明膠中的-COO?發(fā)生反應(yīng)所引起的，1333 cm?1處的吸收峰藍移至1321 cm?1可能是因為苯環(huán)中的C-H 鍵與明膠反應(yīng)所引起的，在1236 cm?1處的吸收峰藍移至1200 cm?1，表明明膠的酰胺Ⅲ帶C-H 的伸縮振動參與交聯(lián)反應(yīng)中[35]，在1079 cm?1處的吸收峰紅移至1083 cm?1是因為單寧酸中的C-N 共價鍵與明膠發(fā)生反應(yīng)所產(chǎn)生的。通過三者的紅外光譜圖可以印證明膠與單寧酸二者結(jié)構(gòu)上發(fā)生反應(yīng)的關(guān)鍵信息，表明明膠與單寧酸之間存在交聯(lián)反應(yīng)。

圖4 改性明膠的傅里葉紅外光譜分析Fig.4 Fourier transform infrared spectrum analysis of modified gelatin

2.6 掃描電鏡分析

如圖5 為明膠與改性明膠的掃描電鏡圖，圖a~c 為放大至500、2.00 k 和5.00 k 下明膠的微觀結(jié)構(gòu)，圖d~f 為放大至500、2.00 k 和5.00 k 下改性明膠的微觀結(jié)構(gòu)。在未與單寧酸發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)之前，明膠表面相對光滑、平整，并未出現(xiàn)任何紋理和孔隙，呈不規(guī)則的團狀結(jié)構(gòu)。在與單寧酸發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)之后，改性的明膠微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，凝膠斷裂，塊狀結(jié)構(gòu)變小且不均勻，表面呈現(xiàn)出疏松多孔的孔隙結(jié)構(gòu)，放大至5.00 k 時，孔隙結(jié)構(gòu)更加明顯。這是由于單寧酸與明膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)后，破壞了明膠分子之間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得明膠分子分布不均勻，表面出現(xiàn)孔狀結(jié)構(gòu)[36]。還可能是因為明膠與單寧酸發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)之后，明膠分子結(jié)構(gòu)被解聚，使得水分子進入明膠內(nèi)部，經(jīng)過冷凍干燥后，固態(tài)水在升華之后，使得明膠呈現(xiàn)出疏松多孔的孔隙結(jié)構(gòu)[7],以證明單寧酸與明膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，改變明膠的微觀結(jié)構(gòu)。

圖5 掃描電鏡分析Fig.5 SEM analysis注：a~c 為明膠；d~f 為改性明膠（放大倍數(shù)分別為500、2.00 k和5.00 k 倍）。

2.7 熱重分析

熱重分析（TGA）是一種可表達樣品在程序控制的升溫條件下，待測樣品由于溫度的升高而發(fā)生物理化學(xué)變化所導(dǎo)致樣品質(zhì)量的變化，以衡量所測樣品的耐熱性的重要分析指標(biāo)，以間接反映在加熱過程中物質(zhì)因融化而導(dǎo)致的質(zhì)量損失的程度[37]。由圖6 所示單寧酸對明膠熱重分析的影響結(jié)果，可知在較低的加熱溫度時，明膠與改性后的明膠質(zhì)量損失較小，隨著加熱溫度的升高，兩種物質(zhì)的質(zhì)量損失逐漸增大，其中在加熱溫度為80 ℃時，明膠的失重率增加到1.62%，改性后的明膠的失重率增加到0.24%，加熱溫度升至100 ℃時，明膠的失重率增加到3.83%，改性后的明膠的失重率增加到1.16%。結(jié)果表明，經(jīng)過改性后的明膠與明膠物質(zhì)相比，其耐熱性得到提高，在加熱過程中，質(zhì)量損失較小，性質(zhì)穩(wěn)定。

圖6 熱重分析Fig.6 Thermogravimetric analysis

2.8 單寧酸對明膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

改性后明膠的質(zhì)構(gòu)學(xué)特性可以表達其在口腔中的品質(zhì)特性，模擬出食物在口腔中被咀嚼時的物理性質(zhì)，反映出改性明膠的感官品質(zhì)。表2 為單寧酸對明膠質(zhì)構(gòu)特性的影響結(jié)果，可知經(jīng)改性后的明膠與明膠相比，硬度和咀嚼性增大，彈性、凝聚性和膠著性均下降。其中單寧酸與明膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)后，硬度增加近2 倍，測量的硬度值為774.83 g，與曲超[38]和周士琪等[12]所測量的豬背脂的硬度（1056.65 g）較為接近，表明改性后的明膠可從感官上模擬出脂肪的狀態(tài)。導(dǎo)致改性明膠硬度增大的原因是，單寧酸與明膠之間通過氫鍵等非共價作用力，增強了明膠的空間結(jié)構(gòu)[39]。改性后的明膠硬度增大，使其更易于成型，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，其咀嚼性也隨之增大[16]。改性后明膠的彈性明顯降低，這可能是因為單寧酸與明膠之間發(fā)生靜電相互吸引與疏水相互作用[6]。改性后明膠凝聚性、膠著性出現(xiàn)減弱的現(xiàn)象，這主要是因為單寧酸與明膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)之后，破壞了明膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，明膠的成膠能力減弱[23]，這與改性后明膠的微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)疏松多孔的結(jié)果一致。周士琪等[12]所研制的復(fù)乳凝膠的硬度、粘聚性和彈性均下降，但應(yīng)用于雞肉腸中，不影響產(chǎn)品的感官特性，所以改性明膠的彈性、凝聚性和膠著性的下降對肉制品的質(zhì)構(gòu)特性是否產(chǎn)生不利影響有待于驗證。

表2 單寧酸對明膠質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 2 Effect of tannic acid on the texture characteristics of gelatin

2.9 單寧酸對明膠色澤的影響

產(chǎn)品的外觀色澤可直接反映出其品質(zhì)及質(zhì)量的好壞，影響人們對其的食用欲望，其中用L*表示顏色的明暗度，L*值越高表示明度增加，越低則表示明度降低，a*表示色澤的紅度，正值表示偏紅，負值表示偏綠，b*表示樣品的黃藍色度，正值表示偏黃，負值表示偏藍。表3 為單寧酸對明膠色澤特性的影響結(jié)果，經(jīng)過單寧酸改性后，改性后的明膠外觀上呈乳白色，改性明膠的L*增加且與豬背脂亮度值較為接近，豬背脂的L*為74.71[38]，這可能是因為明膠與單寧酸之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，具有酚羥基的單寧酸作為交聯(lián)劑與明膠分子結(jié)合，結(jié)合后生成的改性明膠改變了明膠的亮度，使得改性后的明膠L*增加，也可能是因為明膠與單寧酸結(jié)合后，使得改性后的明膠顏色呈現(xiàn)乳白色，提高了反射率，增加了光的亮度值[12]。a*和b*均增加是由于單寧酸是一種棕黃色的粉末，與明膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)后，使得改性后的明膠的顏色偏深[21]，導(dǎo)致a*和b*增加，這與仇超穎等[31]的研究結(jié)果一致。

表3 單寧酸對明膠色澤特性的影響Table 3 Effect of tannic acid on color characteristics of gelatin

3 討論

3.1 熱穩(wěn)定性的提高

單寧酸對明膠改性之后，在一定程度上提高了明膠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增強其熱穩(wěn)定性。王夢楠等[6]利用果膠對魚明膠進非共價改性處理，對魚明膠的膠融溫度提高不明顯，僅提高2 ℃，原因可能是多糖類物質(zhì)與蛋白質(zhì)以氫鍵和靜電相互作用不如多酚類物質(zhì)與蛋白質(zhì)的結(jié)合，凝膠熱穩(wěn)定性提高不顯著。周士琪等[12]利用海帶多糖改性的復(fù)乳凝膠在90 ℃的環(huán)境下，質(zhì)量損失為59.57%，與本實驗所改性的明膠的熱穩(wěn)定性相比較低，原因可能是海帶多糖是一種非電解質(zhì)類物質(zhì)，對復(fù)乳凝膠的改性以靜電相互作用和氫鍵結(jié)合方式為主，且結(jié)合能力較弱，對復(fù)乳凝膠的熱穩(wěn)定性的提高不明顯；陳雨桐等[30]利用單寧酸以共價方式改性小麥醇溶蛋白僅提高蛋白變性溫度2 ℃相比，以非共價方式改性小麥醇溶蛋白，其變性溫度卻降低5 ℃，原因是單寧酸與小麥醇溶蛋白以非共價方式結(jié)合，破壞小麥醇溶蛋白的結(jié)構(gòu)，不利于其熱穩(wěn)定性的提高。本實驗利用單寧酸改性明膠，可顯著提高明膠的熱穩(wěn)定性，原因是單寧酸與明膠之間利用非共價方式結(jié)合，單寧酸的多個官能團與明膠結(jié)合，改變明膠的結(jié)構(gòu)，對明膠改性程度較大，熱穩(wěn)定性顯著提高。

3.2 質(zhì)構(gòu)特性的提高

經(jīng)過改性后的明膠的質(zhì)地特性中硬度和咀嚼性的增加，可有效改善改性明膠的質(zhì)構(gòu)特性，提高產(chǎn)品的口感。相比郭華等[7]利用檸檬酸和硬脂酸對明膠進行改性，凝膠強度可顯著提高117%，改性后明膠的硬度較高，原因是以檸檬酸作為交聯(lián)劑，可使硬脂酸均勻、有效地進入明膠分子間，極大地提高了明膠的硬度。周士琪等[12]利用海帶多糖改性的復(fù)乳凝膠，硬度降低，使改性后的復(fù)乳凝膠質(zhì)地較差，原因是高濃度的海藻多糖不利于卡拉膠空間結(jié)構(gòu)的形成，使得復(fù)乳凝膠的硬度、粘聚性和咀嚼性降低。金文剛等[40]利用水溶性硅素對大鯢皮明膠進行改性，結(jié)果降低了明膠的凝膠強度，原因是水溶性硅素與明膠結(jié)合后，破壞明膠結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，凝膠強度下降，改性效果不如多酚改性。

4 結(jié)論

本實驗探究在明膠與單寧酸發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)后，對改性后明膠脂肪替代物功能性質(zhì)及結(jié)構(gòu)性質(zhì)的改變。實驗結(jié)論如下：

a.單寧酸改性明膠之后，結(jié)構(gòu)性質(zhì)變化如下：經(jīng)過紅外光譜分析、掃描電鏡分析和熱重分析后，發(fā)現(xiàn)改性后的明膠微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，利用單寧酸與明膠之間官能團的相互結(jié)合，發(fā)生化學(xué)變化，以此改變了明膠的蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)，微觀形態(tài)從光滑、平整和致密的團狀結(jié)構(gòu)變?yōu)槭杷啥嗫椎目紫督Y(jié)構(gòu)，提高明膠的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在加熱過程中，質(zhì)量損失較小，熱穩(wěn)定性較強。

b.單寧酸改性明膠之后，功能性質(zhì)變化如下：經(jīng)過單寧酸改性后，改性明膠的凍融穩(wěn)定性和耐蒸煮性增強，穩(wěn)定性增強；改性后明膠的持水能力和溶脹能力減弱，且達到最大持水性的時間較長。

c.單寧酸改性明膠之后，感官性質(zhì)變化如下：改性后的明膠質(zhì)構(gòu)特性中，硬度和咀嚼性增大，彈性、凝聚性和膠著性均下降，顏色中L*、a*和b*均增加，外觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，改善了明膠的質(zhì)地特性，且外觀呈乳白色，可有效模擬出脂肪的感官性質(zhì)。以上結(jié)果以印證明膠與單寧酸發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，為改性明膠脂肪替代物的制備提供理論基礎(chǔ)。