陳香芝, 張慜＊, 龔飛, 靖洪兵, 楚朝陽, 張力俊

(1.江南大學(xué)食品學(xué)院,江蘇無錫 214122;2.上海金絲猴集團有限公司,上海 201317)

卡拉膠富硒及在軟糖中的應(yīng)用

陳香芝1, 張慜＊1, 龔飛1, 靖洪兵2, 楚朝陽2, 張力俊2

(1.江南大學(xué)食品學(xué)院,江蘇無錫 214122;2.上海金絲猴集團有限公司,上海 201317)

研究了卡拉膠富硒方法中反應(yīng)溫度和時間對富硒效果的影響,發(fā)現(xiàn)第一階段60℃水浴3 h,第二階段28℃水浴22 h時為最優(yōu)條件。在軟糖中使用含有鉀離子的富硒卡拉膠,對軟糖的外觀、質(zhì)構(gòu)等指標(biāo)無不良影響。因此,硒化卡拉膠可作為營養(yǎng)強化劑在軟糖中應(yīng)用。

硒化卡拉膠;富硒;軟糖

硒是人體必須的一種重要微量元素,在疾病防治和維護人體健康上有著重要的作用[1-2]。卡拉膠(Carrageenan),也稱角叉菜膠,鹿角藻膠,愛爾蘭苔菜膠。主要是從紅藻的角叉菜屬、麒麟菜屬、杉藻屬及沙菜屬等品種海藻中提取的天然高分子多糖物質(zhì),主要有κ-(Kappa)型、L-(Lota)型和λ-(Lamda)型3種類型。由于卡拉膠能形成高粘度的溶液并能形成凝膠,所以在食品及其他行業(yè)中得到很廣泛的應(yīng)用[3]。硒化卡拉膠保持了卡拉膠的基本構(gòu)形和生理功能,卡拉膠結(jié)構(gòu)中的部分硫為硒取代形成硒化卡拉膠又稱硒酸酯多糖(Kappa-selenocarrageenan),它是一種新的有機硒化合物,其制備方法已于1992年2月獲中國發(fā)明專利,并于同年經(jīng)全國食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會終審?fù)ㄟ^,用作食品添加劑。硒化卡拉膠,這種有機態(tài)結(jié)構(gòu)有效地提高了硒的生物可利用度,且毒性和副作用比無機硒大大降低,可用于開發(fā)富硒保健食品[4-5]。

軟糖也稱凝膠糖果,近年來,各種保健軟糖相繼問世,如枸杞軟糖,金銀花軟糖、姜軟糖等[6]。作者研究的目的是開發(fā)富含有機硒的新型功能型卡拉膠軟糖,卡拉膠軟糖是以卡拉膠為主體制造的一種成品。作者主要對卡拉膠富硒方法中的水浴和時間對產(chǎn)品得率得影響,并結(jié)合軟糖生產(chǎn)工藝制成了結(jié)構(gòu)和外形都比較理想的富含有機硒的卡拉膠軟糖。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

原料:RJ-7803中性卡拉膠軟糖粉:上海永杰食品配料有限公司產(chǎn)品。

主要試劑:濃硝酸、乙醇、氯化鈉、硒、環(huán)己烷、過氯酸、濃鹽酸、氫溴酸、甲酚指示劑、濃硝酸、過氯酸、DAN、鹽酸羥胺、濃硫酸、EDTA二鈉鹽,均為分析純試劑。

主要儀器:F96熒光分光廣度計:上海棱光技術(shù)有限公司產(chǎn)品;HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋:常州國華電器有限公司產(chǎn)品;FA 1104分析天平:上海天平儀器廠產(chǎn)品;102-2-B3型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海躍進醫(yī)療器械廠產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 富硒卡拉膠的制作 硒化卡拉膠系水溶膠狀態(tài)卡拉膠,在強酸性條件下部分硫為硒取代形成硒酸酯,其未端單元的3,6-內(nèi)醚-D-半乳糖在C-1開環(huán)形成C-Se-H結(jié)構(gòu)[7]。

1)用12.5 mL濃硝酸溶解0.1 g硒粉,用無離子水定容至200 m L,配制成質(zhì)量濃度為0.5 mg/m L的硒液;

2)將2 g卡拉膠加入到200 m L的0.5 mol/L的氯化鈉溶液中,并在90℃下加熱攪拌,使成為均勻的卡拉膠溶膠液;

3)將均勻的卡拉膠溶膠液在p H=0.5～2.5條件下,于50～80 ℃反應(yīng)2～4 h后,繼續(xù)在25～30℃下反應(yīng)12～24 h;

4)按反應(yīng)液的1～2倍量(體積)加入體積分?jǐn)?shù)95%乙醇沉析硒化產(chǎn)物;

5)過濾;

6)依次用體積分?jǐn)?shù)95%乙醇、無水乙醇洗滌濾出物;

7)將濾出物在75℃通風(fēng)干燥;

8)將干燥后的產(chǎn)物在碾缽中碾缽成粉末狀,密封后放入干燥缽備用。

1.2.2 水浴溫度和時間對富硒效果的影響研究在富硒卡拉膠的制作過程中,當(dāng)調(diào)節(jié)p H=0.5～2.5條件下,于50～80 ℃反應(yīng)2～4 h后,繼續(xù)在25～30℃下反應(yīng)12～24 h,水浴溫度和時間會對富硒效果產(chǎn)生影響,所以研究了在不同的水浴溫度和反應(yīng)時間對以κ-卡拉膠為主體的軟糖粉的富硒卡拉膠的率的影響。為了方便研究,把反應(yīng)過程分為兩個階段,50～80℃反應(yīng)2～4 h為第一階段,25～30℃下反應(yīng)12～24 h為第二階段。具體研究如下:

1)研究第一階段水浴溫度T1在50～80℃這個溫度范圍內(nèi)對富硒效果的影響。其中第一階段水浴時間為3 h,第二階段水浴溫度和時間分別為為28℃,18 h。

2)研究第一階段水浴時間t1在2～4 h這個時間范圍內(nèi)對富硒效果的影響。其中第一階段水浴溫度60℃,第二階段水浴溫度和時間分別為為28℃,18 h。

3)研究第二階段水浴溫度T2在25～30℃這個溫度范圍內(nèi)對富硒效果的影響。其中第二階段水浴時間為18 h,第一階段水浴溫度和時間分別為為60℃,3 h。

4)研究第二階段水浴時間在12～24 h這個時間范圍內(nèi)對富硒效果的影響。其中第二階段水浴溫度28℃,第一階段水浴溫度和時間分別為為60℃,3 h。

1.2.3 軟糖的制作

1)軟糖制作工藝 煮糖→加入溶漲后的軟糖粉→加熱攪拌→調(diào)色調(diào)味→成型→干燥→包裝

2)工藝要點 膠粉溶漲:軟糖粉使用前用冷水充分浸泡,并充分溶漲1 h以上;煮糖的要求:一般要求熬煮溫度到達120℃以上,并且水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到10%以下;攪拌:攪拌速度要均勻,并且是最后的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%左右,太高和太低都不利于軟糖的成型;干燥:干燥溫度不高于60℃,并且遵循先低溫后高溫的原則。

1.2.4 富硒量的檢測

1)測定硒的標(biāo)準(zhǔn)曲線 參考文獻[8-9]進行。

2)總硒含量的測定

將樣品用自來水和去離子水反復(fù)沖洗后,吸干表面水分,將樣品充分混勻打漿,按四分法取樣,按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB∕ T 5009.93-2003中的2,3-二氨基萘(DAN)熒光分光光度法測定總硒含量。

3)有機硒含量的測定

4價硒的測定:取一定量的樣品于帶塞三角燒瓶中,加入去離子水置于50℃水浴中振蕩浸提2 h后,過濾,用去離子水多次洗滌濾渣,與原先的濾液合并并定容至100 m L容量瓶中,調(diào)節(jié)p H值至1.5～2.0,采用 GB∕5009.93-2003的方法測定硒含量,所得值為4價硒含量。

6價硒的測定:在樣品中加入定量的硝酸和高氯酸的混合酸,加熱消化后,加入去離子水定容至100 m l容量瓶中,然后取等體積樣液加入具塞三角瓶中,一份直接用氨水調(diào)節(jié)p H值至1.5～2.0后測定硒含量,另一份加入體積分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸溶液,95℃水浴振蕩加熱0.5 h后,取出冷卻,再用氨水調(diào)節(jié) pH值至1.5～2.0后,采用 GB∕ T 5009.93-2003的方法測定硒含量;兩者之差為六價硒含量。有機硒含量=總硒含量-4價硒含量-6價硒含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素研究不同反應(yīng)溫度反應(yīng)時間對富硒卡拉膠得率的影響

在富硒卡拉膠的制備過程中,影響產(chǎn)量的主要因素為反應(yīng)過程的溫度和時間,因此,作者研究了不同反應(yīng)溫度和時間對富硒卡拉膠得率的影響,進而尋找最合適的反應(yīng)條件。

2.1.1 第一階段水浴溫度對富硒卡拉膠得率的影響 由于硒化卡拉膠是利用強烈的反應(yīng)條件用硒原子取代卡拉膠分子的雙硫鍵中硫的位置,所以水浴溫度和反應(yīng)的時間必然會影響最終的硒化卡拉膠得率,所以控制其它實驗條件和卡拉膠反應(yīng)量以及硒粉加入量一定的條件下,研究第一次水浴的溫度在50～80℃范圍內(nèi)對富硒卡拉膠得率的影響。由圖1可以看出,在其他條件都一致的情況下,隨著第一階段水浴溫度的升高,產(chǎn)物得率也隨之提升,但在60℃產(chǎn)物得率到達頂峰之后,隨著溫度的升高,產(chǎn)物得率開始下降,在75～80℃時水浴產(chǎn)物得率下降很快。也由實驗得出第一次水浴溫度在55～65℃范圍之內(nèi)效果較好。

2.1.2 第一階段水浴時間對卡拉膠得率的影響第一階段反應(yīng)的水浴時間會影響到硒對卡拉膠特定基團替換的完全性,所以第一次水浴時間會影響到最終產(chǎn)物的得率,所以以下實驗研究了第一階段水浴的時間在2～4 h范圍內(nèi)對富硒卡拉膠得率的影響。由圖2可以看出,在其他條件都一致的情況下,隨著第一階段水浴時間的增加,產(chǎn)物的得率也隨之增加,但3 h以后,產(chǎn)物得率反而減少,原因是隨著反應(yīng)時間的延長,在酸性條件下部分產(chǎn)物被水解的緣故。所以由試驗得出第一階段水浴時間在3 h附近效果較好。

圖1 第一階段水浴溫度對富硒卡拉膠得率的影響Fig.1 Effect of the Kappa-selenocarrageenan in different first water bath temperature

圖2 第一階段水浴時間對富硒卡拉膠得率的影響Fig.2 Effect of the Kappa-selenocarrageenan in different first water bath time

2.1.3 第二階段水浴溫度對卡拉膠得率的影響由于第二階段水浴溫度對卡拉膠富硒產(chǎn)物的凝結(jié)存在一定的影響,進而會影響最終產(chǎn)物的得率,所以研究第二次水浴的溫度在25～30℃對富硒卡拉膠得率的影響。

由圖3可以看出,在其他條件都一定的情況下,產(chǎn)物的得率隨第二次水浴的時間的增加呈先上升后下降趨勢,而且在28℃附近富硒卡拉膠得率較好。

圖3 第二階段水浴溫度對富硒卡拉膠得率的影響Fig.3 Effect of the Kappa-selenocarrageenan in different second water bath temperature

2.1.4 第二階段水浴時間對卡拉膠得率的影響由于第二階段水浴時間對卡拉膠富硒產(chǎn)物的凝結(jié)的完全性存在很大的影響,對最終產(chǎn)物的得率影響較大,所以第二階段水浴的時間對富硒卡拉膠得率的影響。結(jié)果如圖4。

由圖4可以看出,第二階段水浴的時間對產(chǎn)物得率的影響呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,頂峰在21 h處,往后產(chǎn)物得率下降可能是由于產(chǎn)物在酸性條件下發(fā)生部分水解產(chǎn)生的。所以可以得出在21 h附近,產(chǎn)物得率最高。

圖4 第二階段水浴時間對富硒卡拉膠得率的影響Fig.4 Effect of the Kappa-selenocarrageenan in different second water bath time

2.2 正交試驗優(yōu)化富硒卡拉膠反應(yīng)條件

2.2.1 正交試驗方案設(shè)計與確定 經(jīng)過單因素實驗后可以發(fā)現(xiàn):水浴時間和溫度并不和硒化卡拉膠得率成正比,而且單因素試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在峰值現(xiàn)象,因此,確定了因素水平表,見表1。

表1 正交試驗因素水平表Tab.1 Factor level table of Kappa-selenocarrageenan rate

2.2.2 正交試驗結(jié)果與分析 根據(jù)表1的因素水平表進行正交試驗,實驗結(jié)果如表2所示。由表2可知,篩選出的最優(yōu)工藝是A2B2C2D3,也就是第一階段水浴溫度60℃,水浴時間3 h,第二階段水浴溫度28℃,水浴時間22 h。

通過比較極差可以發(fā)現(xiàn),對于硒化卡拉膠得率而言影響最主要的因素是第一階段的水浴時間和第二階段的水浴溫度,其次是第一階段的水浴溫度。而且由均值可以知道,并不是反應(yīng)的溫度和反應(yīng)的時間越長越好。

表2 正交試驗結(jié)果表Tab.2 Results of Kappa-selenocarrageenan rate

2.3 拉膠軟糖的制作

按照目前成熟的普通軟糖的制作工藝,根據(jù)硒化卡拉膠不同的添加量,熬制軟糖。試驗中發(fā)現(xiàn),添加了硒化卡拉膠的軟糖很難成型。

相關(guān)資料表明[10-11]。一般來說,κ型-卡拉膠中的硫酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%左右,3,6-內(nèi)醚-半乳糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34%,其相對分子質(zhì)量約200 000～60 000,具有熱可逆膠凝特征,即其凝膠體加熱時溶化成膠液,冷卻后又形成凝膠。κ型-卡拉膠在應(yīng)用時必須有 K+的存在才能使凝膠達到最大強度,當(dāng)卡拉膠被溶解時,K+被夾在κ型-卡拉膠的雙螺旋體之間,減少了兩個鏈之間硫酸基的靜電排斥作用,形成電荷的中性排列,此時則形成堅實的凝膠。

而且卡拉膠富硒反應(yīng)后硒取代了卡拉膠本身的硫的基團位置,一定程度了改變了卡拉膠的結(jié)構(gòu),并可能使得影響成型的 K+缺失,以及酸性較大使得難以成型,嘗試在制備富硒卡拉膠的后期過程通過添加 K+,再適當(dāng)降低酸性來解決。在溶解硒粉后,加入適量的 KOH溶液,使p H=2,這樣即降低了酸性,又加入了 K+。實驗后發(fā)現(xiàn),制成的硒化卡拉膠顏色呈白色,做成的糖的顏色也與普通卡拉膠做成的一樣成晶瑩透明,成型也較之前有了明顯的改善。說明加入 KOH確實能使得性狀改善,表3為不同卡拉膠軟糖的性狀比較。由上表可以看出,在通過添加 K+后,軟糖的各項指標(biāo)都達到了要求,和普通卡拉膠幾乎沒有差別。這樣,在軟糖中,添加改良后的富硒卡拉膠既滿足了軟糖的各項技術(shù)指標(biāo),又達到了作為營養(yǎng)強化劑的要求。

表3 不同卡拉膠軟糖的性狀比較Tab.3 Character comparison in different carrageenan soft sweets

2.4 富硒量檢測

2.4.1 硒的標(biāo)準(zhǔn)曲線測定通過測定硒標(biāo)準(zhǔn)溶液的熒光值,用最小二乘法處理數(shù)據(jù),回歸得到關(guān)于熒光值(y)和硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)(x)的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線:y=12.463x+0.152 3。標(biāo)準(zhǔn)工作曲線見圖5。

圖5 硒標(biāo)準(zhǔn)工作曲線Fig.5 Selenium standard curve

2.4.2 硒化卡拉膠和卡拉膠軟糖的富硒量檢測根據(jù)反應(yīng)的時間和溫度對富硒效果的影響實驗,選取了第一次水浴溫度為60℃,時間3 h;第二次水浴28℃水浴22 h為較優(yōu)條件。結(jié)合專利的反應(yīng)方法,制備富硒卡拉膠,并對富硒量進行檢測。結(jié)果表明:制備的硒化卡拉膠成品略帶淡黃色粉末,顏色和原卡拉膠粉相比略深,硒化卡拉膠中硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.368 mg/g。

對上述的硒化卡拉膠與卡拉膠軟糖粉按照質(zhì)量比1∶9比例混合制成的軟糖、全為硒化卡拉膠制成的軟糖、添加了 KOH的硒化卡拉膠與卡拉膠軟糖粉按照質(zhì)量比1∶9比例混合制成的軟糖、全為卡拉膠軟糖粉制成的軟糖。4種軟糖成品按照上述的檢測硒的方法進行檢測,編號分別為1～4,結(jié)果見表4。

表4 富硒量對比Tab.4 Comparison of selenium content

從上表可以看出,1號樣品得出的硒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值為0.120μg/g(硒/軟糖)軟糖,2號樣品得出硒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.202μg/g(硒/軟糖)軟糖,3號樣品得出的硒含量的平均值為0.123μg/g(硒/軟糖)軟糖,4號空白樣品未檢測出硒。所以可看出,在相同的條件下,添加了 K+的硒化卡拉膠制成的軟糖的含硒量與不添加 K+的硒化卡拉膠制成軟糖的含硒量基本無異,也就是說添加 KOH不影響卡拉膠的富硒量,也不影響軟糖的中含硒量,且根據(jù)表3,K+對含硒軟糖的性狀起到良好的改變與恢復(fù)作用。

3 結(jié) 語

1)研究富硒反應(yīng)中反應(yīng)溫度和時間和富硒效果關(guān)系發(fā)現(xiàn),在選取了第一次水浴溫度為60℃,時間3 h;第二次水浴28℃水浴21 h為較優(yōu)條件。在此條件下,制備出富硒量達到0.368 mg/g(硒/硒化卡拉膠)的硒化卡拉膠。

2)在軟糖制作過程中發(fā)現(xiàn),使用硒化卡拉膠替代普通卡拉膠后軟糖無法成型,原因是在制備硒化卡拉膠的過程中,卡拉膠的部分基團被取代和部分離子丟失,使得凝膠性能遭到了破壞。但是,經(jīng)過在制備硒化卡拉膠的過程中,使用 KOH來調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的p H值到2,最終制備的硒化卡拉膠不僅顏色和原卡拉膠更接近,而且用它制出的軟糖成型較好,各項指標(biāo)也都達到了技術(shù)要求。同時說明了硒化卡拉膠作為營養(yǎng)強化劑在軟糖中是適用的。

3)實驗室制備的軟糖富硒量最高為1.202μg/g,同時硒化卡拉膠作為營養(yǎng)強化劑的使用劑量符合相關(guān)規(guī)定的要求。

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Study on the Carrageenan Enriched Selenium and its Applications in Gum-Sweets

CHEN Xiang-zhi1, ZHANG Min＊1, GONG Fei1, JING Hong-bing2,CHU Zhao-yang2, ZHAN Li-jun2

(1.School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi214122,China;2.Shanghai Jinsihou Co.,L td,Shanghai 201317,China)

In this manuscript,the effect of reaction temperature and time on Kappaselenocarrageenan was studied and the optimum conditions was described as follow s:the first water bath at 60℃for 3 hours,the second water bath at 28℃for 22 hours;after the K+with Kappa-selenocarrageenan enriched in gum-sweets,there was no adverse effect on the shape and texture properties on gum-sweets.Therefore,the Kappa-selenocarrageenan was applicable to gum-sweets as a nutritional enrichment agent.

Kappa-selenocarrageenan,selenium-enriched,gum-sweets

TS 246.56

A

1673-1689(2010)02-0249-06

2009-01-05

瑞典國際科學(xué)基金項目IFS(E/2467-2F)。

＊

張慜(1962-),男,浙江平湖人,工學(xué)博士,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事農(nóng)副產(chǎn)品的加工與貯藏的研究。Email:ming@jiangnan.edu.cn

(責(zé)任編輯:朱明)