魔芋多糖复合物体系凝胶化性能的影响因素研究

李崇高¹  何鑫磊^2，3  黄建初¹  吴  妹²  陈  林¹  郑玉玺¹  姚闽娜²

（1 广州城市职业学院食品系  广东广州  510405；

2 福建农林大学食品科学学院  福建福州  350002；

3 天津科技大学食品工程与生物技术学院  天津  300222）

摘  要：以魔芋多糖（魔芋精粉）为基料，将其与κ-卡拉胶和大豆分离蛋白以物理共混方式复合，研究了魔芋多糖复合物体系的凝胶化性能。结果表明：通过对复合物体系的凝胶化性能分析，得到魔芋多糖复合物中多糖和大豆分离蛋白的最佳比例为6∶4。当体系的pH值为7时，复合物体系的凝胶强度达到最大；最佳共混溶胀温度为85℃；随着体系中多糖、蛋白浓度的递增，分子之间相互碰撞、结合的机会显著增多，复合物的凝胶强度也呈现快速上升趋势，线性回归方程为：Y=254.8X-94.2（R²=0.9883）；在相同浓度下，对复合物体系凝胶强度增强的效果远远大于Na⁺。

关键词：魔芋多糖复合物；大豆蛋白；凝胶化性能；影响因素

中图分类号：TS219  文献标识码：A   文章编号：1004-874X（2012）13-0128-03

食品是由多种成分构成的复杂体系，多糖和蛋白质是两类最重要的生物大分子，可作为胶凝剂、增稠剂及稳定剂，极大地影响食品的质构、流变学及物理化学性质田。植物多糖或蛋白质作为天然亲水性高分子化合物，因其能显著增加食品的粘稠度、赋予食品柔滑的口感、且具有稳定的乳化和悬浊状态而被食品工业广泛使用，但单一的植物多糖或蛋白在应用时由于性能单一，只能满足产品的部分需求，如魔芋多糖具有良好的增稠、共混、定型、凝胶、成膜、润滑等性能，但单一的魔芋多糖存在成胶能力弱、胶用量大、凝胶析水量大等不足^[2]；单一的κ-卡拉胶具有形成凝胶浓度低、透明性高等优点。但也存在凝胶脆性大、弹性小、易收缩脱液等缺点回。因此，食品工业将相同或不同功能的添加剂“复合”在一起，以发挥它们之间“协同、增效”的作用。

自日本Akio Kato等^[4]报道乳清蛋白-葡聚糖复合物的功能得到极大改善以来，研究人员开始用其他多糖和蛋白质进行复合，结果复合物的乳化性、溶解性、抗菌性、抗氧化活性等功能性得到极大改善^[5，7]。国内学者开展了大豆分离蛋白和魔芋胶、κ-卡拉胶、罗望子胶、阿拉伯胶、甘露胶等亲水性胶体在溶解性、乳化性、凝胶强度、持水性等方面相互作用的研究^[8-10]，认为复合后其乳化性、稳定性、持水性和凝胶强度等性能均明显提高。但目前关于多糖和蛋白质的相互作用研究大多集中在二元混合体系的凝胶、乳化、持水等方面。对三元或多元混合体系由于多元成分复杂、影响因素众多而存在诸多困难而研究不多。因此，本研究以天然、健康、功能性生物大分子魔芋多糖（魔芋葡甘聚糖）——魔芋精粉为基料，将其与κ-卡拉胶和大豆分离蛋白按不同比例共混，研究其共混比例、温度、浓度、pH值及盐离子对复合物体系凝胶性能的影响，为进一步研究影响蛋白-多糖作用的因素、开发新的产品提供理论参考。

1  材料与方法

1.1  试验材料

试验原料：魔芋精粉。食品级，云南昭通市三艾有机魔芋发展有限公司产品；κ-卡拉胶，食品级，福建泉州绿宝生化生产；大豆分离蛋白，食品级。福州素天下食品有限公司提供。

试验试剂：氯化钠、氯化钾，分析纯，上海试剂总厂；NaOH，分析纯，广东汕头新宁化工厂；HC1，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

试验仪器：MA110型电子分析天平，上海天平仪器厂：JJ-1增力电动搅拌器，江苏金坛市新航仪器厂：HH-2型数显恒温水浴锅，江阴市保利科研器械有限公司；恒温箱，广东星创科教设备有限公司；pAs-25型数显pH计，上海精密科学仪器有限公司；NDJ-79型旋转粘度计，上海天平仪器厂；TA-XTDlus型质构仪，英国Stable Micro Systems公司。

1.2  试验方法

1.2.1  魔芋多糖复合物凝胶体系的制备

在一定的浓度及共混比例下称取一定量的魔芋精粉、κ-卡拉胶及大豆分离蛋白．将魔芋精粉及κ-卡拉胶在不断搅拌的条件下，缓慢地分散到水中，尽量避免结块，加热至一定温度后加入大豆分离蛋白共混并继续搅拌30min，即得到魔芋多糖复合物体系分散液^[11-12]。将制备的共混分散液倒入一定体积测定杯中，在20℃条件下放置12h使之冷却形成凝胶体。

1.2.2  魔芋多糖复合物体系凝胶强度的测定

将制备的复合物凝胶置于TA-XTplus型质构仪测量台上进行凝胶强度的测定。采用压缩模式，选用探头型号P／0.5，检测温度为20（±5）℃。参数设定：测前速度：4.0mm／s；测试速度：5.0mm／s；测试后速度：10.0mm／s；测试距离：20.0mm；感应力：5.0g。数据采集速率为200p／s。试验重复3次。

2  结果与分析

2.1  共混比例对魔芋多糖复合物凝胶强度的影响

单独的大豆分离蛋白在低浓度下胶凝强度较弱。而和κ-卡拉胶或魔芋多糖复合后。其凝胶强度得到显著提高^[13]。保持共混体系的总浓度为1％，固定魔芋精粉和K一卡拉胶的比例在4∶6t。调整共混体系中大豆分离蛋白的含量，使体系中多糖和蛋白的比例在3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3条件下制得凝胶，测得的凝胶强度与共混比例的关系见图1。

从图1可以看出，随着复合物中魔芋多糖和κ-卡拉胶比例的增大，复合物的凝胶强度逐渐增大，当体系中多糖和蛋白比例为6∶4时，凝胶强度达到最大。继续改变两者比例，凝胶强度下降，说明在魔芋多糖复合物中多糖和蛋白质之间存在一个最佳共混比例。此时可产生一个较好的协同效应并增强复合物的凝胶强度。

2.2  pH值对魔芋多糖复合物凝胶强度的影响

复合物总浓度为1％。保持复合物中多糖和大豆分离蛋白共混比例为6∶4，分别在pH值为3、5、7、8、9条件下制得凝胶，测得复合物中凝胶强度与pH值的关系见图2。

pH值明显影响蛋白质与多糖的电化学性质，由图2可知，在pH值接近7时，魔芋多糖复合物体系的凝胶强度达到最大，说明在此pH值时带正电荷，而复合物中的κ-卡拉胶与魔芋精粉的主要成分——魔芋葡甘聚糖都是阴离子多糖而带负电荷，多糖和大豆分离蛋白分子之间发生静电交互作用，形成较强的凝胶网络结构。而当pH值接近5时，混合体系的凝胶强度下降到最低，其原因可能和此时大豆分离蛋白的等电点有关。

2.3  温度对魔芋多糖复合物凝胶强度的影响

共混体系浓度为1％，体系中多糖和蛋白的比例为6∶4，分别在不同的温度共混并恒温30min，制备共混凝胶，测得凝胶强度与温度的关系见图3。由图3可知，随着温度的升高，复合体系的凝胶强度逐渐增大，当温度从45℃升高到60℃时，体系的凝胶强度增幅较小，当温度大于60℃后，复合物的凝胶强度增幅较快，当温度达到85℃左右时，凝胶强度达到最大值。这是由于复合体系中大豆分离蛋白受热变性后有序结构充分展开与多糖分子充分结合，形成牢固的凝胶结构。若继续升高温度则复合物的凝胶强度降低，这可能与长时间高温加热条件下，多糖或蛋白质发生降解有关。

2.4  浓度对魔芋多糖复合物凝胶强度的影响

体系中多糖和蛋白的比例为6∶4。使体系中复合物的浓度分别为0.5％、0.75％、1％、1.25％和1.5％。在85℃的溶胀温度下制得凝胶。凝胶强度与浓度之间的关系见图4。

由图4可知，在试验浓度范围内，随着复合物浓度（X）的增加，其凝胶强度（Y）呈直线上升趋势，线性回归方程为Y=254.8X-94.2，R² =0.9883。浓度的增加会引起复合物体系凝胶强度的增加，其主要原因是随着浓度的增加，复配体系中各种成分数量增多，分子之间相互碰撞、作用结合的机会相对增多，相互作用力增强。网络结构结合得更紧密。故复合体系的凝胶强度也随之增强。

2.5  盐离子对魔芋多糖复合物凝胶强度的影响

复合物浓度为1％，复合物中多糖和蛋白比例为6∶4，在85℃的溶胀条件下，分别加入不同浓度的NaC1和KC1（0.5％、0.75％、1％、1.5％、2％），测得凝胶强度与盐离子的关系如图5所示。

从图5可以看出，随着 和Na^＋离子的分别加入，二者都可以增强复合体系的凝胶强度，当K^＋ 和Na^＋两种离子的浓度达到1％时，复合物体系凝胶强度达到最大值，若继续增大盐离子浓度，则会降低复合体系的凝胶强度，且K^＋使凝胶强度降低速率更快，几乎呈直线下降趋势。从图5还可以看出，在相同浓度下，K^＋使复合体系凝胶强度增强的效果远远大于Na^＋。

3  结论与讨论

多糖蛋白体系是一个复杂的体系，是近年来研究的热点之一。魔芋多糖和卡拉胶是两类重要阴离子多糖^[15]，共混比例、pH值、温度、浓度、盐离子的不同都会影响其与大豆分离蛋白之间的凝胶强度。当复合物体系中的多糖-蛋白之间的比例为6∶4时，所形成的凝胶强度达到最大，复合物体系中各成分之间可以产生很好的协同作用。

pH值通过改变体系中蛋白质和多糖之间的电荷分布，引起多糖蛋白之间相互作用力的变化而改变复合物的凝胶强度，当pH值为7时，魔芋多糖复合物体系的凝胶强度达到最大，而当pH值为5时，蛋白多糖之间的相互作用力最弱，凝胶强度最低。

随着温度的升高，复合物体系的凝胶强度逐渐增大，当温度低于60℃时，复合物体系的凝胶强度增速较慢，随温度的进一步升高复合物的凝胶强度增加很快，当温度达到85℃左右时，凝胶强度达到最大值，这主要是因为随着温度的升高，魔芋多糖中的主要成分魔芋葡甘聚糖结构充分展开。κ-卡拉胶则从有序态转变为无规线团，大豆分离蛋白完全变性。内部疏水基团完全暴露，魔芋多糖和K一卡拉胶形成网络互穿，大豆分离蛋白分子填充其中，进而增强体系的凝胶强度，若进一步升高温度。则会由于多糖或蛋白的降解而导致复合物体系的凝胶强度降低。

浓度的增加也会引起复合物体系凝胶强度的增加，其主要原因是随着浓度的增加，复合物体系中各种成分数量增多，分子之间相互碰撞、作用结合的机会相对增多，有利于凝胶强度的增加。

盐离子主要是阳性离子，也会影响到复合体系凝胶强度，一些阳离子K^＋、Na^＋均能引起复合体系的凝胶强度的增强，在相同的离子浓度下，K^＋对复合体系凝胶的增强作用比Na^＋更明显。效果更好。本试验证实在一定浓度下，K^＋和Na^＋都能促进多糖蛋白体系的凝胶强度，这与何东保等^[14]的研究相符，林炜等^[16]也得出相同结论。但孙远明等^[17]认为NaC1的添加会削弱魔芋葡甘聚糖与大豆分离蛋白之间的静电作用力，引起体系的凝胶强度降低。关于盐离子引起多糖-蛋白体系凝胶强度的变化的原因和机理仍需要进一步研究和探讨。

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摘自：广东农业科学2012年第13期