全 文 :第 12卷第 3期
2014年 5月
生 物 加 工 过 程
Chinese Journal of Bioprocess Engineering
Vol 12 No 3
May 2014
doi:10 3969 / j issn 1672-3678 2014 03 011
收稿日期:2013-01-04
基金项目:福建省教育厅 A类科技项目(JA12213);漳州市自然科学基金(ZZ2013J06);福建省教学质量与教学改革工程(闽教高[2011]69号)
作者简介:庄远红(1981—),女,福建惠安人,讲师,研究方向:食品加工与质量安全,E⁃mail:yuanhongzhuang@ qq com
pH对魔芋胶复配体系凝胶特性及色泽的影响
庄远红1,2,刘静娜2,潘裕添2,黄家福2,庞 杰3
(1 闽南师范大学 生物科学与技术学院,漳州 363000;2 闽南师范大学 菌物产业工程技术中心,
漳州 363000;3 福建农林大学 食品科学学院, 福州 350002)
摘 要:考察 pH对魔芋多糖、κ 卡拉胶与大豆分离蛋白混合凝胶强度、弹性、咀嚼性、黏度及色泽等的影响。 结果
表明:在强酸性条件下(pH<4),凝胶特性较差,但此时色泽最好,较透明,易于上色;随着酸度的减小(pH<pI),凝
胶特性显著提高,此时凝胶特性较好,色泽呈乳白色;当到达蛋白质等电点时,表现出最高的凝胶强度和咀嚼性;当
pH中性时,黏度最大,凝胶强度、弹性、咀嚼性均较高,色泽较好,呈乳白色;在碱性条件下,凝胶强度和咀嚼性有所
提高,但是,当碱性超过一定值(pH>8),凝胶强度反而下降,凝胶偏黄,色泽较差且有浓碱味。
关键词:卡拉胶;凝胶特性;魔芋多糖;大豆蛋白;pH
中图分类号:TQ91;TS201 7 文献标志码:A 文章编号:1672-3678(2014)03-0058-04
Effects of pH on gel properties and color of konjac
glucomannan complex systems
ZHUANG Yuanhong1,2,LIU Jingna2,PAN Yutian2,HUANG Jiafu2,PANG Jie3
(1 College of Biology Science and Technology,Minnan Normal University,Zhangzhou 363000,China;
2 The Engineering Technological Center of Mushroom Industry,Minnan Normal University,Zhangzhou 363000,China;
3 College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China)
Abstract:The polysaccharide of konjac,κ⁃carrageenan and isolated soy protein were blended to explore
the effects of pH on the gel properties in strength,springiness,chewiness, viscosity, and color The results
showed that under the strong acid conditions(pH<4),gel properties of the mixed gel were unsatisfactory,
but the color of the mixed gel was best,transparent and dyed easily The gel properties of the mixed gel
enhanced significantly,gel properties were excellent and gel color was ivory with the decreasing of acidity
(pH<pI) The maximum gel strength and chewiness could be obtained when the pH reached the protein
isoelectric point Gel properties of gel strength,springiness and chewiness were good,gel color was ivory
and the maximum gel viscosity could be obtained after a neutral condition was set for the composite
system An alkaline coagulant treatment for the composite system could improve the strength and the
chewiness of the gel. When alkali concentration was over a certain value(pH>8),the gel strength of the
mixed gel declined,color was poor with yellow and had strong alkali taste
Key words:carrageenan;gel properties;konjac polysaccharide;soy protein;pH
多糖是一类重要的大分子物质,凝胶化性质是 多糖大分子生物功能的重要方面。 魔芋葡甘聚糖
(KGM)是由 D 葡萄糖和 D 甘露糖按 1 ∶1 6 的比
例以 β 1, 4 糖苷键聚合的大分子非凝胶多
糖[1-3],该多糖不具凝胶性,单一的魔芋葡甘聚糖也
存在着成胶能力弱、胶用量大、凝胶析水量大等不
足之处,但是多糖共混可以改变其凝胶性能。
κ 卡拉胶是由 D 半乳糖 4 硫酸酯和 3,6 脱
水 D 半乳糖交替连接而成的线型多糖[4-5],它具有
较强的阴离子活性[6],是一种凝胶多糖[5],但其单独
形成的凝胶存在脆性大、弹性小、易脱液收缩等问
题[2,5]。 在 κ 卡拉胶中添加一定量的魔芋胶所形成
的凝胶具有所需原料少、凝胶强度大、弹性好等特点。
卡拉胶螺旋结构可自交联或与甘露聚糖分子链交联,
因甘露聚糖分子电荷密度较小,甘露聚糖与卡拉胶的
交联要优于卡拉胶间的交联[7]。 魔芋葡苷聚糖分子
平滑,没有分支链,与卡拉胶分子的双螺旋结构以次
级键结合形成三维网状结构,从而产生协同增效作
用,但所形成的凝胶容易受 pH的影响,在 pH低的环
境中,多糖分子间氢键容易断开,在 pH高的环境中,
卡拉胶大分子间相互缠绕作用差[8]。 蛋白质和多糖
共存时,大分子上的部分基团可以相互连接,紧密缠
绕,最终形成稳定的交联结构,从而赋予聚合物一些
独特的性质,如增强其乳化性和凝胶性等[9]。 蛋白
质 多糖复合物形成过程较复杂,pH、多糖类型、电荷
密度、分子柔韧性和离子强度等因素对反应的进行和
最终产物功能性质都有一定影响。 蛋白质分子所带
净电荷及其参与库仑作用程度取决于溶液 pH 偏离
蛋白等电点 pI 程度。 当溶液 pH<pI 时,蛋白质显阳
性,此时蛋白质与阴性多糖产生静电作用形成不可溶
复合物;当 pH>pI时,蛋白质显阴性,多糖与蛋白质通
过疏水相互作用和氢键作用形成可溶性复合物[10]。
因此,通过调节 pH可以改变多糖―蛋白质表界面性
质、溶解性和稳定性等,从而影响凝胶品质特性。
笔者主要考察不同 pH 条件下魔芋多糖、κ 卡
拉胶与大豆分离蛋白形成的凝胶质构及色泽的变
化,以期为魔芋食品的开发利用奠定理论基础。
1 材料与方法
1 1 材料
魔芋精粉(含 KGM 85%)、κ 卡拉胶、大豆分离
蛋白(含蛋白质 90%),均由福州素天下食品有限公
司提供。
1 2 主要仪器设备
TA plus质构仪(Lloyd 公司),ColorFlexTM测色
仪(HunterLab公司),BS 124S 型电子天平(赛多利
斯科学仪器(北京)有限公司),HH 2型数显恒温
水浴锅(江苏省金坛市江南仪器厂),NDJ 9S 型数
显黏度计(上海精密科学仪器有限公司)。
1 3 实验设计
保持共混体系总质量分数为 1%,固定复合物
中多糖和大豆分离蛋白质量比为 8 ∶2,魔芋精粉和
κ 卡拉胶的质量比保持在 2 ∶8,即魔芋精粉质量分
数 0 16%、κ 卡拉胶 0 64%、大豆分离蛋白 0 2%,
先将大豆分离蛋白分散到温水中,搅拌让其溶解,
再将魔芋粉及 κ 卡拉胶在不断搅拌的条件下,缓慢
地分散到大豆分离蛋白液中,尽量避免结块,即得
到混合体系的混合分散液,分别调节 pH 至 3、4、5、
6、7、8和 9,在 80 ℃下溶胀 15 min,取出,在室温下
放置 12 h使之冷却形成凝胶体。
1 4 测定方法
1 4 1 凝胶强度、弹性、咀嚼性测定
采用 TPA模式,选用 12 7 mm柱形探头。 具体
参数设定:测前速率 1 mm / s,测试速率 1 mm / s,测
试后速率 1 mm / s,测试距离 20 0 mm。
1 4 2 黏度测定
将溶胀后的凝胶于室温下静置 15 min,用
NDJ 9S数显黏度计,选用 S1 号转头,速度 60
r / min,测量复配凝胶黏度值。
1 4 3 色度测定
使用 ColorFlexTM测色仪,以黑板为标样测定色
差值 ΔE∗,其值大小表示着色样品与标样的颜色差
别程度。
2 结果与讨论
2 1 pH对魔芋胶复配体系凝胶强度的影响
考察 pH 对魔芋胶复配体系的凝胶强度的影
响,结果见图 1。 由图 1可知:随着 pH的升高,凝胶
强度呈“S”型变化。 在 pH 3 ~ 5 之间,凝胶强度随
pH的升高而增大,Penroj 等[4]研究发现,当 pH<4
时,κ 卡拉胶容易发生酸水解作用,加热使水解加
快,大分子降解为小分子,黏度下降,失去凝固性,
不能形成有序的网状结构,因此凝胶强度较小。 当
pH= 5时,凝胶强度最大,可能是此时大豆分离蛋白
处于等电点附近,因不带静电荷发生聚沉作用,蛋
白质分子聚合度高,分子之间结合紧密,因而表现
出最高的凝胶强度。 随着 pH 的继续升高,蛋白质
所带静电荷数逐渐增加,蛋白质与水分之间的吸引
95 第 3期 庄远红等:pH对魔芋胶复配体系凝胶特性及色泽的影响
图 1 pH对复合物凝胶强度的影响
Fig 1 Effects of pH on gel strength of composite system
力加强,而蛋白质分子间的斥力增大,蛋白质分子
充分吸水伸展,持水性增强,凝胶强度下降[11]。 但
在 pH为 6~8时,共混胶的凝胶强度有所增加,可能
是在此时卡拉胶酸水解程度大大下降,在卡拉胶、
魔芋精粉和大豆分离蛋白的相互作用下,凝胶呈现
出较好的凝胶强度。 Penroj 等[4]通过 X 线衍射分
析发现在碱性条件下共混胶中魔芋胶的胶束有序
排列增多,结晶区增加,有利于提高共混胶的屈服
应力、强度和凝胶强度等,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,提
高了凝胶强度。 当 pH>8 时,凝胶强度下降,这与
Huang等[12]研究结果一致,可能是魔芋粉在碱性环
境中受到水解,使凝胶强度降低[13]。
2 2 pH对魔芋胶复配体系弹性的影响
考察 pH对魔芋胶复配体系弹性的影响,结果见
图 2。 由图 2可知:在 pH为 3~9范围内,混合凝胶均
呈现出很好的弹性,数值均在 0 95以上,这与 Penroj
等[4]与杨玉玲等[14]的研究结果是一致的,可能是因
为此复配体系卡拉胶的含量较大,因此表现出的某些
凝胶特性与卡拉胶较为相似。 在 pH为 3时,出现最
小值,主要是因为此时 κ 卡拉胶发生酸水解作用,大
分子降解为小分子,不能形成有序的网状结构;同时,
浓度较高的 H+容易导致卡拉胶分子和 KGM 已形成
的氢键断裂,导致已经形成的网络结构降解,从而导
致凝胶弹性的下降。 受魔芋精粉和大豆分离蛋白的
影响,在 pH 为 4 ~ 5 时,凝胶弹性下降,主要是因为
KGM是阴离子多糖,而蛋白质是两性聚电解质,当
pH<5(蛋白质等电点)时,由于蛋白质所带净电荷为
正,阴离子多糖与带正电荷的蛋白质分子产生强的静
电作用,形成不溶复合物,因此弹性有所降低;当 pH>
5时,多糖与蛋白质通过疏水相互作用和氢键作用形
成可溶性复合物,对其加热形成具黏弹性的三维结
构,将水分子包围其中,从而得到了弹性、咀嚼性好,
但凝胶强度较小的凝胶[11]。
图 2 pH对复合物凝胶弹性的影响
Fig 2 Effects of pH on springiness of composite system
2 3 pH对魔芋胶复配体系咀嚼性的影响
咀嚼性=凝胶强度×内聚性×弹性;因此,有必要
考察 pH对魔芋胶复配体系咀嚼性的影响,结果见
图 3。 由图 3 可知,咀嚼性随 pH 的增大,大致呈上
升趋势,在 pH 为 5 时,咀嚼性突然上升,这个变化
可能凝胶强度的突然增大有关。
图 3 pH对复合物凝胶咀嚼性的影响
Fig 3 Effects of pH on chewiness of composite system
2 4 pH对魔芋胶复配体系黏度的影响
图 4为 pH对魔芋胶复配体系黏度的影响结果。
由图 4可知,随着 pH的升高,黏度呈先增大后减小的
趋势。 在 pH<4 时,凝胶黏度较小,主要是较高的酸
度降低了混合胶的 pH,pH的变化引起多糖分子间氢
键部分断开,分子舒展,致使黏度下降[15];也可能因
为卡拉胶是一种带负电荷的高分子多糖,具有半硫酸
酯基(—ROSO-3 )而表现出强烈的阴离子性,当它与
H+结合成卡拉胶酸时,稳定性最差,因此在酸性条件
下加热时,卡拉胶组成物容易发生水解,使卡拉胶黏
度显著降低[16]。 在 pH 4~9范围内,凝胶体系黏度变
化不大,均在 0 08到 0 1之间,但在 pH 为 7 时达到
最大值。 当 pH>7 时,凝胶黏度开始下降,主要是因
06 生 物 加 工 过 程 第 12卷
为碱性增强不利于卡拉胶大分子的相互缠绕,故强
酸、强碱环境下胶液黏度较小[8]。 这与杨永利等[17]
的研究结果是一致的。
图 4 pH对复合物凝胶黏度的影响
Fig 4 Effects of pH on viscosity of composite system
2 5 pH对魔芋胶复配体系色泽的影响
图 5为 pH对魔芋胶体复配体系色泽的影响结
果。 由图 5可知:当 pH<4 时,复配体系凝胶色差变
化较大;当 pH 4~9时,凝胶色差变化不大,ΔE∗均为
31左右。 当 pH=3时,复配凝胶色泽较透明,pH 4~7
时色泽为乳白色,pH>8时色泽偏黄。 可能原因是:在
pH<4时,由于卡拉胶的水解导致不能形成有序的网
络结构,因此凝胶色泽较透明。 在 pH 4~ 7 时,由于
蛋白酸沉凝乳,色泽呈现乳白色。 在 pH>8 时,颜色
变黄,可能是因为大豆分离蛋白在加碱后,其所含的
发色基团和助色基团相连接或发生共轭反应,使共轭
键或生色基团的吸收波移向长波方向导致凝胶
显色[18]。
图 5 pH对复合物凝胶色泽的影响
Fig 5 Effects of pH on color of composite system
3 结 论
在强酸性条件下(pH<4),魔芋胶复配体系凝胶
特性(强度、弹性、咀嚼性和黏度)较差,但此时色泽最
好,较透明,易于上色;随着 pH的升高并逐渐到达蛋
白质等电点(pH 5),凝胶特性显著提高,到达蛋白质
等电点时凝胶强度和咀嚼性最高;在 pH 4~8时凝胶
色泽较好,呈乳白色;但当 pH>8 时,凝胶强度、咀嚼
性和黏度开始下降,形成的凝胶偏黄色,色泽较差,且
有浓碱味,建议制取魔芋凝胶时 pH 控制在 4 ~ 8
之间。
参考文献:
[ 1 ] 庞杰,吴春华,温成荣,等.魔芋葡甘聚糖凝胶研究进展及其
问题[J] .中国食品学报,2011,11(9):181⁃187.
[ 2 ] 王元兰,魏玉. κ 卡拉胶与魔芋胶复配胶体系的流变特性
[J] .食品科学,2011,32(5):92⁃95.
[ 3 ] 许东颖,李仲华,林韶彬.魔芋葡甘聚糖复合凝胶的制备及其
溶胀性能研究[J] .日用化学工业,2012,42(4):282⁃284.
[ 4 ] Penroj P, Mitchall J R, Hill S E, et al. Effect of konjac
glucomannan deacetylation on the properties of gels formed from
mixtures of kappa carrageenan and konjac glucomannan [ J ] .
Carbohydr Polym,2005,59(3):367⁃376.
[ 5 ] 王元兰,黄寿恩,魏玉.κ 卡拉胶与魔芋胶复配胶的流变性能
及其微观结构研究[J] .中国食品学报,2012,12(7):49⁃54.
[ 6 ] 朱建华,杨晓泉.卡拉胶 /大豆 11S 蛋白共混体系相容性及凝
胶性质研究[J] .中国粮油学报,2012,27(7):26⁃31.
[ 7 ] 刘芳,赵谋明,彭志英.卡拉胶与其它多糖类协同作用机理的
研究进展[J] .食品科学,2000,21(4):8⁃12.
[ 8 ] 王志辉,李春海.κ 卡拉胶凝胶特性的研究[ J] .江苏食品与
发酵,2008(4):4⁃5.
[ 9 ] 齐海萍,吴强,胡文忠,等.添加剂对明胶 多糖共混凝胶特性
的影响[J] .食品科技,2011,36(8):240⁃244.
[10] 熊拯,郭兴凤,谈天.蛋白质 阴离子多糖相互作用研究进展
[J] .粮食与油脂,2006(10):15⁃17.
[11] 唐学燕,李博,顾小红.魔芋葡甘露聚糖对肌肉蛋白质性质的
影响[J] .食品与机械,2000(4):25⁃26.
[12] Huang H Y,Lin K W. Influence of pH and added gums on the
properties of konjac flour gels[J] .Int J Food Sci Technol,2004,
39(10):1009⁃1016.
[13] 赵大庆,张斌,王家良.卡拉胶与魔芋粉复配生产果冻粉的研
究[J] .广东化工,2009,36(9):142⁃160.
[14] 杨玉玲,周光宏,姜攀,等.卡拉胶凝胶质构特性的研究[ J] .食
品工业科技,2008,29(10):220⁃223.
[15] 韩亚兰.百合淀粉 胶复合物的质构特性及其应用研究[D].
南昌:南昌大学,2007.
[16] 周湘池,卢可,娄永江.枇杷叶果冻的研制[J] .宁波大学学报:
理工版,2009,22(1):143⁃147.
[17] 杨永利,刘阿萍,王莱.魔芋胶的流变性研究[ J] .西北师范大
学学报:自然科学版,2003,39(4):70⁃73.
[18] 杜学仲.影响大豆分离蛋白色泽的因素及解决方法[ J] .食品
科技,2000(6):18⁃19.
(责任编辑 荀志金)
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