全 文 ：收稿日期:2012－12－11．
基金项目:长沙市科技计划项目(DB0091)．
作者简介:原松梅(1987－ ) ，女，硕士生，主要从事农产品加工的研究;* 通信作者:杨大伟(1968－ ) ，男，副教授，主要从事植物源食品加工的研
究．
物化因素对魔芋凝胶强度的影响
原松梅1，2，杨大伟1，2*
(1．湖南农业大学 食品科技学院，湖南 长沙 410128;
2．食品科学与生物技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128)
摘要:为研究魔芋粗粉凝胶过程中物化因素对魔芋凝胶强度的影响规律，以温度、pH、料液比和时间为试验因素，在
单因素试验的基础上进行正交试验，运用综合评分法和正交试验结果．结果表明魔芋粗粉形成凝胶的最佳工艺条
件为 pH12． 0、料液比 6． 0 ∶ 100、水浴温度 100℃、水浴时间 80 min．
关键词:魔芋凝胶;强度;单因素;正交试验;方差分析
中图分类号:S379 文献标志码:A 文章编号:1008－8423(2013)01－0085－04
Effect of Physical and Chemical Factors on Strength of Konjac gel
YUAN Song－mei1，2，YANG Da－wei1，2*
(1． College of Food Science and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China;
2． Key Laboratory of Food Science and Biotechnology，Hunan Province，Changsha 410128，China)
Abstract:In order to study the law for the physical and chemical factors influencing strength of the gel
from crude konjac powder，the temperature，pH，concentration of material and time were selected as fac-
tors． On the basis of single factors test，the orthogonal test was carried，and the test data was analyzed with
comprehensive pointrating method and variance analysis method． The resuts showed that the optimum
technological parameters for crude konjac powder formimg gel were as follows:pH 12． 0，material－water
ration 6． 0 ∶ 100，bath temperature100℃，bath time for 80 min．
Key words:konjac gel;strength;single factors;orthogonal test;variance analysis
魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan，KGM)是天南星科魔芋属植物魔芋的主要成分［1］，是理想的膳食纤
维，具有减肥、抗癌、改善肠道环境、抗氧化等功能［2－4］．用魔芋制作的食品也被世界卫生组织确定为十大保
健食品之一［5］．魔芋凝胶是魔芋食品的主要形态，本文以魔芋粗粉为试材，探讨物化因素对魔芋凝胶强度的
影响，为工业化生产魔芋食品提供理论与试验依据．
1 材料与方法
1． 1 试验材料
试材:魔芋粗粉(湖北襄樊天源协力魔芋有限公司提供) ;主要试剂与药品:氢氧化钠，盐酸(均为分析
纯)．主要仪器与设备:精密 pH 计(pHs－3C 型，上海雷磁精密仪器厂) ;TA－XT plus 质构分析仪(英国 Sta-
bleMicroSystem有限公司) ;恒温水浴锅(上海惠海电器设备有限公司) ;电子天平(北京赛多利斯仪器系统有
限公司)．
1． 2 试验方法
1． 2． 1 pH对魔芋凝胶强度的影响 称取 4． 0 g 魔芋粗粉于 250 mL 烧杯中，加入 100 mL 的蒸馏水，搅拌均
匀．用 0． 1 mol·mL－1 氢氧化钠溶液和 0． 1 mol·mL－1 的盐酸溶液调节 pH分别为 10． 0、10． 5、11． 0、11． 5、12．
0，然后在 80℃条件下水浴加热 60 min，加热过程中不断搅拌．加热完成后在室温下冷却成胶，测定其凝胶强
度．每个水平重 3 复次．
1． 2． 2 料液比对魔芋凝胶强度的影响 分别称取 3． 0、3． 5、4． 0、4． 5、5． 0、5． 5、6． 0、6． 5、7． 0、7． 5、8． 0 g 魔芋
粗粉于 250 mL烧杯中，加入 100 mL蒸馏水搅拌均匀．用 0． 1 mol·mL－1 氢氧化钠溶液和 0． 1 mol·mL－1 盐酸
第 31 卷第 1 期 湖北民族学院学报(自然科学版) Vol． 31 No． 1
2013 年 3 月 Journal of Hubei University for Nationalities(Natural Science Edition) Mar． 2013
溶液调节 pH11． 0，然后在 80℃条件下水浴加热 60 min，加热过程中不断搅拌． 加热完成后在室温下冷却成
胶，测定其凝胶强度．每个水平重复 3 次．
表 1 正交试验因素水平表 L9(3
4)
Tab． 1 Factors and levels of orthogonal test L9(3
4)
水平
因素
A pH B料液比 C温度 /℃ D时间 /min
1 10． 0 4． 0:100 60 40
2 11． 0 5． 0:100 80 60
3 12． 0 6． 0:100 100 80
图 1 pH对魔芋凝胶强度的影响
Fig． 1 Effects of pH on konjac gel strength
1． 2． 3 温度对魔芋凝胶强度的影响 称取 4． 0 g魔芋粗粉于 250 mL烧杯中，加入 100 mL的蒸馏水，搅拌均匀．用
0． 1mol·mL－1 氢氧化钠溶液和0． 1mol·mL－1 盐酸溶液调节 pH11. 0，分别在60、70、80、90、100℃条件下水浴加热60
min，加热过程中不断搅拌．加热完成后在室温下冷却成胶，测定其凝胶强度．每个水平重复 3次．
1． 2． 4 水浴时间对魔芋凝胶强度的影响 称取4． 0g魔芋粗粉于250mL烧杯中，加入100mL的蒸馏水，搅拌均匀．
用 0． 1mol·mL－1 氢氧化钠溶液和0． 1mol·mL－1 盐酸溶液调节 pH11． 0，然后在80℃条件下水浴加热40、50、60、70、
80min，加热过程中不断搅拌．加热完成后在室温下冷却成胶，测定其凝胶强度．每个水平重复 3次．
1． 2． 5 正交试验 根据单因素试验结果，选择 pH(A)、料液比(B)、水浴温度(C)、水浴时间(D)进行四因
素三水平 L9(3
4)正交试验，方案见表 1．
1． 2． 6 凝胶强度的测定 采用 TA． XT质构仪，测定当凝胶破裂时探头所施加于凝胶的作用力，将这一作用
力定义为凝胶强度［6］． 参数设置:探头:P /0． 5Diameter Cylinder Probe(直径 0． 5 英寸的圆柱状平头探头) ;测
量模式:compression;测试前速度:2． 0 mm /s;测试速度:1． 0
mm /s;返回速度 10． 0 mm /s;测试距离:15． 0 mm;触发力:5． 0
g;测试循环次数:1．
2 结果与分析
2． 1 pH对魔芋凝胶强度的影响
pH对魔芋凝胶强度的影响趋势如图 1 所示． 从图 1 可
见，凝胶强度随着 pH 的升高而不断加强，在 pH＜10． 5
时，形成的凝胶很弱，凝胶强度很小，并且在常温下放置
一段时间，凝胶会变成溶胶状态;而 pH＞11. 0 时，随着
pH的升高，凝胶强度显著增大，形成的凝胶也不可逆．有
研究报道［7］通过 X 射线衍射分析发现在碱性条件下魔
芋胶的胶束有序排列增多，结晶区增加，有利于提高胶的
屈服应力、强度和硬度等，也可能是魔芋胶碱化后其分子
链上脱去部分乙酰基，而脱去乙酰基的魔芋胶分子间能
形成氢键，增强了分子间的作用力，从而提高了凝胶强度，而随着碱性的加强，凝胶强度也不断增大．另外，在
试验过程中观察到在 pH达到 12． 0 时，凝胶的颜色气味都有了很大的变化．由表 2 可以看出不同 pH对凝胶
强度的影响有极显著差异．由表 3 的多重比较结果可知，在 α=0． 05 水平和 α=0． 01 水平下，A5 与 A4、A2 与
A1 均数间差异不显著，其余均数间差异显著．
表 2 pH对凝胶强度影响的方差分析表
Tab． 2 Anova table of effects of
pH on konjac gel strength
变异
来源 SS df MS F值
处理间 245 921． 51 4 61 480． 378 103． 3＊＊
处理内 5 953． 39 10 595． 339
总变异 251 874． 9 14
表 3 pH对凝胶强度影响的多重比较表(SSR法)
Tab． 3 Multiple comparison table of effects
of pH on konjac gel strength(SSR)
不同 pH xi
— 差异显著性
0． 05 0． 01
A5 395． 27 a A
A4 262． 90 a A
A3 185． 00 b B
A2 60． 00 c C
A1 52． 20 c C
2． 2 料液比对魔芋凝胶强度的影响
从图 2 可见，随着料液比的增大，凝胶强度也逐渐增大，这是由于随着料液比的增大，魔芋葡甘聚糖分子
数增多，分子间的交联增强，形成的螺旋结构就越稳定，凝胶性能就越好．料液比达到大于 7． 5 ∶ 100 时，凝胶
强度增大的幅度也变大．同时试验过程中随着料液比的增大，形成凝胶也越来越迅速．
料液比对魔芋凝胶强度的影响趋势如图 2 所示．由表 4 可以看出不同料液比对凝胶强度的影响有极显
著差异．根据表 5 的多重比较结果可以看出，在 α=0． 05 水平下，A8 与 A7、A7 与 A6、A6 与 A5、A4 与 A3、A3
68 湖北民族学院学报(自然科学版) 第 31 卷
图 2 料液比对凝胶强度的影响
Fig． 2 Effects of material－water ration on konjac gel strength
表 5 料液比对凝胶强度影响的多重比较表(SSR法)
Tab． 5 Multiple comparison table of effects of material－water
ration on konjac gel strength(SSR)
料液比 xi
— 差异显著性
0． 05 0． 01
料液比 xi
— 差异显著性
0． 05 0． 01
A11 679． 2 a A A5 257． 1 f EF
A10 455． 4 b B A4 208． 1 g FG
A9 393． 9 c C A3 190． 4 gh G
A8 348． 6 d CD A2 155． 4 hi GH
A7 325． 4 de D A1 123． 6 i H
A6 296． 3 ef DE
表 7 温度对凝胶强度影响的多重比较表(SSR法)
Tab． 7 Multiple comparison table of effects of
temperature on konjac gel strength(SSR)
温度 xi
— 差异显著性
0． 05 0． 01
A5 251． 150 a A
A4 191． 275 b B
A3 108． 750 c C
A2 92． 350 cd C
A1 74． 575 d C
与 A2、A2 与 A1 均数间差异不显著，其余均数间差异显
著;在 α=0． 01 水平下，A9 与 A8、A8 与 A7、A7 与 A6、
A6 与 A5、A5 与 A4、A4 与 A3、A3 与 A2、A2 与 A1 均数
间差异不显著，其余均数间差异显著．
表 4 料液比对凝胶强度影响的方差分析表
Tab． 4 Anova table of effects of material－water
ration on konjac gel strength
变异
来源 SS df MS F值
处理间 757 600． 121 10 75 760． 012 1 107． 92＊＊
处理内 15 444． 620 22 702． 028 2
总变异 773 044． 741 32
2． 3 水浴温度对魔芋凝胶强度的影响
图 3 温度对凝胶强度的影响
Fig． 3 Effects of temperature on konjac gel strength
水浴温度对魔芋凝胶强度的影响趋势如图 3 所示．
从图 3 可见，随着水浴温度的升高，凝胶强度增大．温度
低于 80℃时，形成的凝胶强度很弱，这是由于温度较
低，其内部分子并没有完全呈卷曲状结构，形成的双螺
旋结构较少;而高于 80℃时，随着温度的升高，魔芋葡
甘聚糖分子在水溶液中逐渐形成卷曲状结构，在形成凝
胶过程中，分子从无规线团(即卷曲状结构)向螺旋结
构转变，进而螺旋发生聚集，形成物理交联，最终形成宏
观三维网络结构［8］，此时凝胶强度较高．
由表 6 可以看出，水浴温度对魔芋葡甘聚糖凝胶强
度的影响有极显著差异．根据表 7 的多重比较结果可以
看出，在 α=0． 05 的水平下，A3 与 A2、A2 与 A1 均数间差异不显著，其余均数间差异显著;在 α = 0． 01 的水
平下，A3、A2、A1 均数间差异不显著，其余均数间差异显著．
表 6 温度对凝胶强度影响的方差分析表
Tab． 6 Anova table of effects of temperature
on konjac gel strength
变异
来源 SS df MS F值
处理间 89 781． 767 4 22 445． 441 75 69． 668＊＊
处理内 4 832． 645 15 322． 176 00
总变异 94 614． 412 19
图 4 水浴时间对凝胶强度的影响
Fig． 4 Effects of bath time on konjac gel strength
2． 4 水浴时间对魔芋凝胶强度的影响
水浴时间对魔芋凝胶强度的影响趋势如图 4 所示．
从图 4 可见，随着水浴时间的延长凝胶强度呈逐渐增大
的趋势．这可能是由于在长水浴加热过程中，随着时间
的增加魔芋葡甘聚糖分子间的结合越来越紧密，螺旋网
状结构越来越稳定，因此凝胶强度也越来越大．
由表 8 可以看出，水浴时间对魔芋葡甘聚糖凝胶强
度的影响有极显著差异．根据表 9 的多重比较结果可以
看出，在 α=0． 05 的水平下，A4 与 A3、A2 与 A1 均数间差异不显著，其余均数间差异显著;在 α = 0． 01 的水
平下，A2 与 A1 均数间差异不显著，其余均数间差异显著．
2． 5 正交试验分析
四因素三水平的正交试验结果如表 10 所示．
78第 1 期 原松梅等:物化因素对魔芋凝胶强度的影响
表 9 水浴时间对凝胶强度影响的多重比较表(SSR法)
Tab． 9 Multiple comparison table of effects
of bath time on konjac gel strength(SSR)
水浴时间 xi
— 差异显著性
0． 05 0． 01
A5 248． 0 a A
A4 200． 3 bc B
A3 187． 1 c C
A2 113． 7 de DE
A1 87． 6 e E
表 8 水浴时间对凝胶强度影响的方差分析表
Tab． 8． Anova table of effects of
bath time on konjac gel strength
变异
来源 SS df MS F值
处理间 51 647． 28 4 12 911． 92 57． 99＊＊
处理内 2 226． 61 10 222． 661
总变异 53 874． 29 14
表 10 正交试验结果
Tab． 10 Results of orthogonal test
处理 A pH B 料液比 C 温度 D 时间 凝胶强度Ⅰ 凝胶强度Ⅱ 凝胶强度Ⅲ Tt
1 1 1 1 1 25． 2 26． 6 24． 7 76． 5
2 1 2 2 2 104． 4 98． 6 110． 5 313． 5
3 1 3 3 3 212． 1 254． 2 226． 7 693． 0
4 2 1 2 3 198． 5 205． 1 217． 5 621． 1
5 2 2 3 1 219． 0 203． 5 210． 2 632． 7
6 2 3 1 2 174． 6 195． 9 189． 7 560． 2
7 3 1 3 2 355． 2 371． 0 387． 4 1113． 6
8 3 2 1 3 292． 3 291． 8 330． 2 914． 3
9 3 3 2 1 387． 0 404． 5 403． 4 1194． 9
Tr 1 968． 3 2 051． 2 2 100． 3
K1j 1 083． 0 1 811． 2 1 551． 0 1 904． 1
K2j 1 814． 0 1 860． 5 2 129． 5 1 987． 3 6 119． 8(T)
K3j 322． 8 2 448． 1 2 439． 3 2228． 4
K－ 1j 120． 3 201． 2 167． 9 211． 6
K－ 2 j 201． 6 206． 7 236． 6 220． 8
K－ 3j 35． 9 272． 0 271． 0 247． 6
Rj 165． 7 70． 8 103． 1 36． 0
表 11 方差分析表
Tab． 11 Analgsis of variance table
变异来源 SS df MS F F0． 05(2，18) F0． 01(2，18)
A 262 882． 32 2 131 441． 16 735． 95＊＊
B 27 901． 70 2 13 950． 85 78． 11＊＊ 3． 55 6． 01
C 45 174． 64 2 22 587． 32 126． 47＊＊
D 6304． 52 2 3 152． 26 17． 65＊＊
误差 3 214． 74 18 178． 60
总变异 345 477． 93 26
由表 10 可知，极差 RA＞RC＞RB＞RD，因此各因素对凝胶强度大小影响的主次顺序为:A(pH) ，C(温度) ，
B(料液比) ，D(时间)． 而且从表 11 可以
看出，pH、温度、料液比、时间都对魔芋凝
胶强度有极显著影响． 在试验所选因素范
围内，得到最大凝胶强度的因素组合是
A3B3C3D3 ．
3 结论
为探讨魔芋粗粉凝胶过程中物化因素
对凝胶强度的影响规律，本文在单因素试验结果的基础上进行正交试验，并运用综合评分法和方差分析正交
试验结果，得到在试验范围内的形成最佳凝胶的工艺条件为 pH12． 0、料液比 6． 0 ∶ 100、水浴温度 100℃、水
浴时间 80 min，为工业化生产魔芋凝胶食品提供理论与实践依据．
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88 湖北民族学院学报(自然科学版) 第 31 卷