包埋花色苷的海藻酸鈣-乳清分離蛋白 復(fù)配凝膠的制備與表征

宋江流，楊靜怡，高彥祥，毛立科

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083）

花青素是一種水溶性色素，屬于類黃酮的酚類化合物，自然條件下花青素很少單獨(dú)存在，一般與一個(gè)或 多個(gè)糖類物質(zhì)以糖苷鍵形式連接形成花色苷?；ㄉ論碛锌寡趸?、抗衰老、維護(hù)心血管健康、預(yù)防慢性疾病等多種保健功能，在食品、醫(yī)藥和美妝領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景[1]?；ㄉ盏姆€(wěn)定性易受到pH值、溫度、光照和金屬離子等因素影響[2]。常用的提升花色苷穩(wěn)定性方法包括化學(xué)改性、添加輔色劑和凝膠包埋法[3]，其中凝膠包埋法因?yàn)閷?duì)花色苷結(jié)構(gòu)影響小，并對(duì)環(huán)境友好，而受到越來越多的關(guān)注。

海藻酸鈉，又稱藻酸鈉、海草酸鈉，主要存在于海藻細(xì)胞間質(zhì)和細(xì)胞壁中。海藻酸鈉中G單元上的Na＋可以通過與二價(jià)金屬陽離子發(fā)生置換反應(yīng)形成水凝膠。海藻酸鈉的增稠性和凝膠性，使其在食品制備、藥品研發(fā)和功能因子包埋等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。僅由海藻酸鈉制備的凝膠機(jī)械性能差、持水能力弱，其黏彈性受聚合度影響較大，在實(shí)際包埋功能因子的應(yīng)用過程中往往存在鈣化膜機(jī)械性能差、包埋功率低、貯存過程中易破裂等缺點(diǎn)[4]?，F(xiàn)代科學(xué)常采用將海藻酸鈉與其他高分子材料復(fù)配的方式改善單一海藻酸鹽的不足，常用的復(fù)配物包括蛋白質(zhì)、多糖和脂質(zhì)。倪芳芳[5]以海藻酸鈉和明膠為壁材，制備了包埋植物乳桿菌JYLP-326和姜黃素的水凝膠珠，結(jié)果顯示，復(fù)配包埋能有效提升包埋物的貯存穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。Komoto等[6]使用海藻酸鈉和殼聚糖制備了新型聚電解質(zhì)復(fù)合物凝膠，結(jié)果顯示：復(fù)配凝膠展現(xiàn)出更高的彈性模量。

乳清分離蛋白（whey protein isolate，WPI）由乳清蛋白經(jīng)過物理加熱，化學(xué)離子交換等多種方式處理得到，蛋白質(zhì)含量不小于90%，主要組分包括β-乳球蛋白、α-乳白蛋白等[7-8]。WPI凝膠方式分為熱致凝膠和冷凝膠兩種：前者通過蛋白在熱處理?xiàng)l件下發(fā)生去折疊，疏水基團(tuán)大量聚合而形成三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)；后者則是在室溫下利用酸、鹽或酶對(duì)蛋白進(jìn)行誘導(dǎo)形成凝膠體系[9]。由蛋白質(zhì)與多糖復(fù)配的方式制備凝膠可獲得更好的機(jī)械性質(zhì)、持水力、功能因子包埋釋放性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[10]。Jie Yu等[11]使用黃原膠與大豆分離蛋白制備凝膠，發(fā)現(xiàn)復(fù)配凝膠可獲得高硬度的3D打印食品。

目前，關(guān)于制備條件對(duì)海藻酸鈉和WPI復(fù)配凝膠各項(xiàng)性質(zhì)影響的研究還鮮有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)采用原位釋放法制備包埋花色苷的海藻酸鈣-WPI復(fù)配凝膠，探究原料不同處理方式下海藻酸鈣-WPI復(fù)配凝膠的性質(zhì)（如微觀結(jié)構(gòu)、流變學(xué)特性、質(zhì)構(gòu)特性、持水力、凍融穩(wěn)定性和紅外光譜）和對(duì)花色苷的保護(hù)效果，以改善單一海藻酸鹽凝膠的應(yīng)用效果，為多糖-蛋白復(fù)配凝膠的開發(fā)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

海藻酸鈉（分析純）上海麥克林生化科技股份有限公司；WPI 加拿大Agropur公司；藍(lán)莓花色苷（食 品級(jí)）廣東圣嘉德生物技術(shù)公司；葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯（食品級(jí)）安琪酵母股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PL602-S電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；HWS-24電熱恒溫水浴鍋 北京長風(fēng)儀器儀表公司；CT3物性分析儀 美國Brookfield公司；SZCL-2數(shù)顯智能控溫磁力攪拌器 上海司樂儀器有限公司；AR-1500ex流變儀 美國TA公司；Spectrum 100型傅里葉變換紅外分光光度計(jì) 美國Perkin-Elmer公司；S-3000N場(chǎng)發(fā)射電子掃描顯微鏡 日本Hitachi公司；Alpha 1-2 LD plus真空冷凍干燥器 德國Marin Christ公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

1.3.1.1 包埋花色苷的海藻酸鈣凝膠的制備

原位釋放制備海藻酸鹽凝膠的方法參照陳鴻強(qiáng)等[12]并稍作修改。制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的海藻酸鈉溶液，之后加入一定濃度花色苷溶液使其在海藻酸鈉溶液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.2%。隨后將混合溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%碳酸鈣懸浮液和新鮮制備的質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯溶液按質(zhì)量比10∶2∶1混合，其中碳酸鈣懸浮液在加入前需超聲2 min。溶液混合后迅速以200 r/min攪拌至完全固化，之后靜置凝膠24 h，待性質(zhì)穩(wěn)定后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定[12]，記 為CA組。

1.3.1.2 包埋花色苷的海藻酸鈣-WPI復(fù)配凝膠的制備

制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的海藻酸鈉溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的WPI溶液，其中WPI溶液中還應(yīng)含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%的疊氮化鈉（防止微生物的生長）。之后以1∶1的質(zhì)量比將兩者混合均勻并加入一定濃度花色苷溶液，使花色苷在混合溶液中質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.2%，隨后將含花色苷的海藻酸鈉-WPI混合溶液，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%碳酸鈣懸浮液和新鮮制備的質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯溶液按質(zhì)量比10∶2∶1混合，其中碳酸鈣懸浮液在加入前需超聲2 min?；旌先芤阂?00 r/min攪拌至完全固化，之后靜置凝膠24 h，待性質(zhì)穩(wěn)定后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定，記為CA-WPI組。

1.3.1.3 包埋花色苷的海藻酸鈣-熱處理WPI復(fù)配凝膠的制備

制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的海藻酸鈉溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的WPI溶液，其中WPI溶液中還應(yīng)含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%的疊氮化鈉（防止微生物的生長）。將制備好的WPI溶液放入4 ℃冰箱中水合過夜，之后取出在85 ℃水浴中加熱30 min，然后迅速在冰水中冷卻到室溫。后續(xù)關(guān)于原料溶液混合、添加花色苷溶液以及凝結(jié)成膠的操作與1.3.1.2節(jié)一致，記為CA-熱WPI組。

1.3.1.4 包埋花色苷的共熱海藻酸鈣-WPI復(fù)配凝膠的制備

制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的海藻酸鈉溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的WPI溶液，其中WPI溶液中還應(yīng)含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%的疊氮化鈉（防止微生物的生長）。將制備好的WPI溶液放入4 ℃冰箱中水合過夜。之后，以1∶1的質(zhì)量比將兩者混合均勻并在85 ℃水浴中加熱30 min，然后迅速在冰水中冷卻到室溫。再加入一定濃度花色苷溶液使其在混合溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.2%，后續(xù)關(guān)于凝結(jié)成膠的操作與1.3.1.2節(jié)一致，記為共熱CA-WPI組。

1.3.2 掃描電子顯微鏡觀察

使用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，觀察1.3.1節(jié)制備的4 種凝膠形貌特征。挑取少量冷凍干燥后的凝膠固定于掃描電子顯微鏡樣品盤上的導(dǎo)電雙面膠帶上，之后真空噴金，不同樣品之間使用刻刀分割膠帶以便區(qū)分觀察。設(shè)定加速電壓10 kV，放大倍數(shù)50、200、500 倍和2000 倍，對(duì)凝膠的剖面進(jìn)行形貌觀察[13]。

1.3.3 脫水收縮率和凍融穩(wěn)定性測(cè)定

采用1.3.1節(jié)方法制備4 種凝膠，將攪拌均勻且尚未固化的原料混合溶液迅速倒入5 mL離心管中，控制每個(gè)離心管中凝膠的質(zhì)量在6.00～7.00 g之間。于室溫下穩(wěn)定24 h后，將凝膠25 ℃、10000 r/min離心15 min，將管中凝膠輕輕取出，用吸水紙吸去凝膠表面水分后稱質(zhì)量[14]。按下式計(jì)算凝膠的脫水收縮率：

式中：m0為空離心管質(zhì)量/g；m1為樣品和離心管總質(zhì)量/g；m2為吸干表面水分后樣品和離心管總質(zhì)量/g。

以凝膠凍融后的持水力代表其凍融穩(wěn)定性。采用1.3.1節(jié)的方法制備4 種凝膠，將攪拌均勻且尚未固化的原料混合溶液迅速倒入5 mL離心管中，控制每個(gè)離心管中凝膠的質(zhì)量在6.00～7.00 g之間。于室溫下穩(wěn)定24 h后，放入-20 ℃冰箱中冷凍36 h，隨后于室溫下解凍3 h。解凍后擦去離心管表面水分，稱取離心管和樣品總質(zhì)量，25 ℃、10000 r/min離心15 min，將凝膠滲出水分用吸水紙擦凈，稱取剩余凝膠和離心管總質(zhì)量[15]。按下式計(jì)算凝膠凍融后持水力：

式中：ma為空離心管質(zhì)量/g；mb為樣品和離心管總質(zhì)量/g；mc為離心除水后樣品和離心管總質(zhì)量/g。

1.3.4 流變學(xué)性質(zhì)測(cè)定

采用1.3.1節(jié)方法制備4 種凝膠，制成厚度為2 mm，直徑為40 mm的薄片。使用流變儀研究凝膠流變性質(zhì)，測(cè)量溫度25 ℃，采用直徑40 mm的平行板，間隙為1 mm。1）應(yīng)變掃描：設(shè)置應(yīng)變范圍0.02%～100%，固定頻率1 Hz，應(yīng)變0.1%，觀察凝膠的儲(chǔ)能模量（G′）和損耗模量（G″）隨應(yīng)變的變化情況，記錄不同凝膠的線性黏彈區(qū)。2）頻率掃描：設(shè)置頻率范圍0.1～100 Hz，應(yīng)變0.1%，觀察凝膠G′和G″隨頻率的變化情況[16]。3）蠕變-回復(fù)測(cè)定：施加應(yīng)力2 Pa，保持180 s，撤去應(yīng)力后保持360 s觀察凝膠恢復(fù)情況。蠕變?nèi)崃浚↗）可以用來表征單位應(yīng)力作用下凝膠形變量大小，按下式計(jì)算量蠕變-回復(fù)率：

式中：J1為180 s蠕變?nèi)崃?（1/Pa）；J2為540 s蠕變?nèi)崃?（1/Pa）。

1.3.5 機(jī)械性質(zhì)測(cè)定

采用1.3.1節(jié)方法制備混合液，并在25 mL燒杯（內(nèi)徑34 mm，高50 mm）中成膠，保證每個(gè)燒杯中凝膠的高度相同。使用物性分析儀，通過單軸壓縮測(cè)試評(píng)價(jià)凝膠的機(jī)械性能。使用直徑為12 mm的圓柱形柱塞探頭，以測(cè)試速率1 mm/s、壓縮距離7 mm對(duì)凝膠進(jìn)行測(cè)試，記錄樣品的硬度和黏性數(shù)據(jù)。測(cè)試速率1 mm/s、壓縮距離3 mm條件下，在探頭達(dá)到最大位移后維持60 s，獲得樣品的應(yīng)力松弛曲線，并將實(shí)際曲線進(jìn)行非線性擬合[17]。

1.3.6 紅外光譜測(cè)定

分別稱量2 mg經(jīng)冷凍干燥處理的凝膠樣品和198 mg溴化鉀粉末，倒入瑪瑙研缽中研磨均勻，于20 MPa壓力下保壓1 min制成壓片[18]。以純溴化鉀壓片作為空白對(duì)照，掃描范圍4000～400 cm-1，掃描32 次，分辨率4 cm-1。

1.3.7 貯存穩(wěn)定性測(cè)定

采用1.3.1節(jié)方法制備4 種凝膠，將攪拌均勻且尚未固化的原料混合溶液迅速倒入5 mL離心管中，控制每個(gè)離心管中凝膠質(zhì)量在6.00～7.00 g之間。分別保持在25 ℃和4 ℃的黑暗中貯藏15 d，每3 d測(cè)定一次花色苷含量。

花色苷含量測(cè)量：取0.1 g凝膠加入4 mL pH 6.80.2 mol/L磷酸鹽緩沖液中，浸泡24 h使凝膠充分破碎，室溫下超聲1 min，隨后再加入4 mL含0.1 mol/L鹽酸的95%乙醇溶液，放置24 h，使凝膠充分解離[19]。隨后于25 ℃、10000 r/min離心15 min，取上清液備用。采用pH值示差法測(cè)定上清液中花色苷質(zhì)量濃度，按下式計(jì)算花色苷保留率：

式中：c1為上清液中花色苷質(zhì)量濃度/（mg/L）；V1為上清液總體積/L；c0為第0天上清液中花色苷質(zhì)量濃度/（mg/L）；V0為第0天上清液總體積/L。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 海藻酸鈣-WPI復(fù)配凝膠的微觀結(jié)構(gòu)分析

由圖1可知，CA組呈半透明狀的紅紫色，其余3 組呈逐步變淺的紫色。顏色的變化與體系pH值有關(guān)，當(dāng)存在H＋或OH-時(shí)，花色苷微觀能帶變動(dòng)，其分子結(jié)構(gòu)中π電子分布狀態(tài)改變，對(duì)光的吸收的反射發(fā)生變動(dòng)，從而呈現(xiàn)出不同的顏色[20]。pH＜7時(shí)，花青素呈紅或粉色；pH 7～8時(shí)，花青素呈紫色。凝膠由紅色向紫色的轉(zhuǎn)變，初步說明WPI的添加可使體系堿性增強(qiáng)達(dá)到中性。此外，CA-熱WPI組和共熱CA-WPI組的凝膠呈現(xiàn)出泛白跡象，這是熱處理增加蛋白質(zhì)之間的相互作用，導(dǎo)致更多的蛋白質(zhì)聚集的標(biāo)志[21]。

圖1 不同樣品的凝膠外觀Fig.1 Appearance of different gel samples

由圖2可知，CA組凝膠切面呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，中空孔徑大小在50 μm左右（圖2C1），整體較為致密規(guī)則，凝膠表面光滑平整無突起（圖2D1）。CA-WPI組中，WPI的加入未改變海藻酸鈣凝膠整體的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，但增加了中空孔徑的大小，孔徑大小在100 μm左右（圖2C2），凝膠網(wǎng)絡(luò)表面出現(xiàn)顆粒狀聚集蛋白質(zhì)，蛋白聚集體稀疏散布在海藻酸鈣表面，彼此不粘黏（圖2D2）。CA-熱WPI組凝膠切面的蜂窩狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌（圖2A3），凝膠表面變得粗糙（圖2D3）。WPI經(jīng)過熱處理后天然結(jié)構(gòu)被破壞，蛋白質(zhì)鏈展開，其色氨酸基團(tuán)暴露[9]，并且暴露更多羥基、羧基、醛基等親水基團(tuán)，這些可與海藻酸鈣凝膠之間形成生物黏附狀態(tài)[22]。共熱CA-WPI組凝膠切面不再呈現(xiàn)蜂窩狀特點(diǎn)（圖2A4），凝膠網(wǎng)絡(luò)表面聚集大量形態(tài)規(guī)則的球狀聚集蛋白質(zhì)顆粒，彼此間緊密相連（圖2D4）。高溫處理有利于物質(zhì)間的疏水相互作用，并且降低了海藻酸鈉聚合物的黏性，WPI可以更好附著并穩(wěn)定海藻酸鈣的分子間連接區(qū)，有助于形成更密集的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)影響海藻酸鈣凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成。

圖2 不同放大倍數(shù)下的凝膠形貌Fig.2 Micromorphology of gels at different magnifications

2.2 海藻酸鈣-WPI復(fù)配凝膠的脫水收縮率和凍融穩(wěn)定性分析

由表1可知，CA組和CA-WPI組的脫水收縮率最大，CA-熱WPI組最小。由于實(shí)驗(yàn)采用內(nèi)源法制備凝膠，不溶性的碳酸鈣提供鈣源可以使得形成的凝膠結(jié)構(gòu)均勻，但也會(huì)導(dǎo)致碳酸鈣嵌入新形成的凝膠中，限制鈣離子的擴(kuò)散從而影響凝膠化[23]。凝膠中不溶性的碳酸鈣減弱了凝膠對(duì)水的吸收，而未加熱的WPI內(nèi)部親水基團(tuán)沒有展開，氨基酸殘基處于相對(duì)疏水環(huán)境，蛋白與海藻酸鈉結(jié)合弱，因此CA組和CA-WPI組的持水力最差。熱處理后的WPI與海藻酸鹽形成相互作用的凝膠網(wǎng)絡(luò)，伴隨凝膠化的聚合物構(gòu)象變化，水分子可以在海藻酸鈣和WPI之間重新分配[24]，水分移向親水性WPI，增加了凝膠持水力。此外，加熱過程會(huì)加劇水分子的熱運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致水分子向空氣中揮發(fā)，共熱CA-WPI組成膠后體系內(nèi)水分總量減少，因此最終形成的凝膠中CA-熱WPI組脫水收縮率最小，共熱CA-WPI組次之。分析凝膠凍融后的持水力可知，CA-熱WPI組和共熱CA-WPI組較CA-WPI組和CA組的持水力顯著提升，CA-熱WPI組凍融后持水力較對(duì)照組提升36.37%。未加熱WPI作為雙凝膠體系的填充物在低溫條件下不能提升凝膠的持水力?？赡苁怯捎诩訜峥梢源呋鞍變?nèi)部化學(xué)鍵展開，有利于形成分子間和分子內(nèi)共價(jià)鍵，從而提高蛋白質(zhì)凝膠的水合能力[25]，此結(jié)果與脫水收縮率的分析結(jié)論一致。

表1 不同樣品的脫水收縮率和凍融后持水力Table 1 Dehydration shrinkage rates and water-holding capacity after freezing-thawing of different gel samples %

2.3 海藻酸鈣-WPI復(fù)配凝膠的流變學(xué)性質(zhì)分析

由圖3A可知，不同樣品的G′和G″呈現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)。在一定應(yīng)變范圍內(nèi)（0.02%～3.00%），復(fù)配凝膠的G′均大于G″，說明此時(shí)4 組樣品以彈性為主。G′隨應(yīng)變?cè)龃蠖３制椒€(wěn)的應(yīng)變范圍是凝膠的線性黏彈區(qū)。由圖3A可知，CA組線性黏彈區(qū)為0.02%～0.1913%，CAWPI組線性黏彈區(qū)為0.02%～2.252%，CA-熱WPI組線性黏彈區(qū)為0.02%～2.619%，共熱CA-WPI組線性黏彈區(qū)為0.02%～2.568%；由此可見，WPI添加能有效增大凝膠的線性黏彈區(qū)范圍，并且添加熱處理WPI的體系展現(xiàn)出更好的黏彈性。線性黏彈區(qū)的擴(kuò)大，說明凝膠體系彈性的提升，展現(xiàn)了更多液體的特征，這可能與凝膠的吸水性有關(guān)。

圖3 不同樣品的應(yīng)變掃描（A）、頻率掃描（B）和蠕變-回復(fù)（C）Fig.3 Strain sweep curves (A),frequency sweep curves (B) and creeprecovery curves (C) of different gel samples

由圖3B可知，頻率為10 Hz之前，隨著頻率的增加，4 組凝膠的G′、G″變化幅度不大，說明凝膠結(jié)構(gòu)具有一定強(qiáng)度，不容易受機(jī)械力作用產(chǎn)生形變，并且共熱處理組凝膠的強(qiáng)度最大[26]。由圖3C計(jì)算可知，4 組樣品的蠕變-回復(fù)率分別為80.9%（CA組）、68.0%（CA-WPI組）、59.9%（CA-熱WPI組）、75.9%（共熱CA-WPI組）。綜合應(yīng)變掃描結(jié)果可知，應(yīng)變0.1%時(shí)，共熱CAWPI組和CA組應(yīng)變掃描的G′、G″值大并且擁有更好的形變恢復(fù)能力，CA-WPI組和CA-熱WPI組應(yīng)變掃描的G′、G″值小并且形變恢復(fù)能力較差[27]。綜合頻率掃描結(jié)果可知，應(yīng)變0.1%、頻率1～10 Hz時(shí)，相比于單一海藻酸鹽體系，共熱處理海藻酸鈉和添加WPI會(huì)使體系模量值上升。

2.4 海藻酸鈣-WPI復(fù)配凝膠的機(jī)械性質(zhì)分析

由圖4可知，不同組間硬度存在顯著差異，CA組＞共熱CA-WPI組＞CA-WPI組＞CA-熱WPI組，這與蠕變-回復(fù)率結(jié)果一致。CA組硬度最大的原因可能是由于單一海藻酸鈉聚合物分子間的氫鍵能更好增加凝膠結(jié)構(gòu)的剛性[28]；結(jié)合之前持水力的結(jié)果，CA組持水力較差，因此在單軸壓縮過程中，水分受擠壓流失，凝膠結(jié)構(gòu)更加致密，進(jìn)一步增強(qiáng)了其硬度。有研究表明，當(dāng)多糖與高濃度乳清蛋白混合時(shí)，凝膠將出現(xiàn)由多糖凝膠網(wǎng)絡(luò)向蛋白質(zhì)連續(xù)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變，凝膠不再是自支撐的，導(dǎo)致凝膠硬度下降[29]。此外，由圖4可知，共熱CA-WPI組黏度明顯高于其余3 組，結(jié)合2.1節(jié)的微觀結(jié)構(gòu)可知，共熱后體系中的蛋白呈現(xiàn)密集的球狀聚集體并且彼此連接，凝膠與探頭的接觸面增大，這可能是共熱CA-WPI組具有較強(qiáng)凝膠黏度的原因。

圖4 不同樣品的機(jī)械性質(zhì)Fig.4 Mechanical parameters of different gel samples

應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)通過給予凝膠恒定形變使其彈性應(yīng)變轉(zhuǎn)化為塑性應(yīng)變。由圖5可知，CA組和共熱CA-WPI組受力后產(chǎn)生彈性應(yīng)變最大，并且下降幅度高，而CA-WPI組和CA-熱WPI組產(chǎn)生的彈性應(yīng)小，下降幅度低。初始應(yīng)力排序?yàn)镃A組＞共熱CA-WPI組＞CA-WPI組＞CA-熱WPI組，這與硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

圖5 不同樣品的應(yīng)力松弛特征Fig.5 Stress relaxation characteristics of different gel samples

2.5 海藻酸鈣-WPI復(fù)配凝膠的紅外光譜分析

由圖6可知，花色苷中2-苯基苯并吡喃的C＝C的伸縮振動(dòng)峰出現(xiàn)在1600 cm-1附近，環(huán)上C—H的彎曲振動(dòng)峰出現(xiàn)在1030 cm-1附近[30]，環(huán)上—OH的伸縮振動(dòng)峰出現(xiàn)在3300 cm-1附近[31]，在1600～1700 cm-1沒有發(fā)現(xiàn)明顯的苯并吡喃C＝O振動(dòng)吸收峰[32]，可能是被海藻酸鈉的化學(xué)鍵所掩蓋。整體上，花色苷的特征峰明顯，說明包埋效果良好[33]。據(jù)峰值出現(xiàn)位置可以發(fā)現(xiàn)，4 種包埋方式都能有效包埋花色苷。3 組復(fù)配凝膠組除了由于混合引起的峰位移和相對(duì)強(qiáng)度的改變，峰值趨勢(shì)相近，說明凝膠混溶交聯(lián)過程對(duì)化學(xué)鍵影響較小，物質(zhì)之間多以非共價(jià)鍵形式結(jié)合。

圖6 不同樣品的紅外光譜Fig.6 FTIR spectra of different gel samples

2.6 海藻酸鈣-WPI復(fù)配凝膠的貯存穩(wěn)定性分析

由圖7A可知，各組花色苷保留率的變化趨勢(shì)近似線性。其中，CA-熱WPI組的花色苷貯存穩(wěn)定性最高，15 d后花色苷保留率為85.01%，其次是共熱CA-WPI組，保留率為67.47%，CA組和CA-WPI組的貯存穩(wěn)定性變化趨勢(shì)相近，15 d后的花色苷保留率低于50%。由圖7B可知，4 ℃花色苷保留率各組的變化趨勢(shì)與25 ℃時(shí)相似，由于花色苷穩(wěn)定性受溫度影響較大，低溫更有利于花色苷貯存，4 ℃花色苷損失速率更低，15 d后各組花色苷保留率均在50%以上。一方面，花色苷屬于水溶性色素，凝膠體系對(duì)花色苷的保留率與凝膠持水力相關(guān)；結(jié)合持水力結(jié)果可知，持水力越強(qiáng)的凝膠的花色苷保留率越大。另一方面，花色苷還可以和蛋白質(zhì)中多肽鏈的C、N和O通過氫鍵結(jié)合[34]，進(jìn)一步提高包埋的穩(wěn)定性。

圖7 25 ℃（A）和4 ℃（B）貯藏過程中各組樣品的花色苷保留率Fig.7 Retention rates of anthocyanins embedded in different gel samples during storage at 25 (A) and 4 ℃ (B)

3 結(jié)論

從微觀結(jié)構(gòu)、持水能力、流變學(xué)特性和機(jī)械性質(zhì)以及包埋效果等多方面探究了不同處理方式對(duì)海藻酸鈣-WPI復(fù)配凝膠的性能差異。結(jié)果表明：相比于單一海藻酸鹽體系，添加WPI后體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表面粗糙度顯著增加，其中共熱CA-WPI組中的球狀蛋白質(zhì)聚集體能夠均勻分布。復(fù)配熱處理后WPI能提升凝膠的持水能力，其中CA-熱WPI組展現(xiàn)出最佳的持水能力，在室溫下脫水收縮率僅6.94%，凍融后持水力達(dá)58.15%。流變學(xué)特性方面，各實(shí)驗(yàn)組的線性黏彈區(qū)范圍均增大；應(yīng)變0.1%時(shí)，共熱CA-WPI組體系模量和蠕變-回復(fù)率均優(yōu)于對(duì)照組。機(jī)械性質(zhì)方面，共熱CA-WPI組黏度最高，達(dá)0.68 mJ。紅外光譜結(jié)果顯示，復(fù)配凝膠中花色苷的特征峰明顯，包埋對(duì)花色苷的化學(xué)性質(zhì)影響較小。在花色苷貯存穩(wěn)定性方面，CA-熱WPI組展現(xiàn)出最好的花色苷保留率，25 ℃貯存15 d后花色苷僅損失14.99%。

本實(shí)驗(yàn)探索了多糖蛋白復(fù)配凝膠體系的物化性質(zhì)以及對(duì)生物活性物的包埋能力。但WPI和海藻酸鈉在混合以及成膠過程中發(fā)生的具體變化和相互作用機(jī)理還有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探究，以期將其更好地應(yīng)用在實(shí)際食品產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中。