徐焱春，丁保淼，徐振明，田志宏，*

(1.長(zhǎng)江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北荊州434025;2.湖北達(dá)雅化工技術(shù)發(fā)展有限公司，湖北荊州434000)

魔芋(Amorphophalms konjac)為天南星科魔芋屬植物的泛稱(chēng)，是一種多年生宿根塊莖草本植物，在我國(guó)其主要分布于四川、湖北、貴州、陜西等地山區(qū)［1］。魔芋經(jīng)過(guò)粗加工后制成魔芋粉，其主要成分為魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan，簡(jiǎn)稱(chēng)KGM)，它是魔芋中的主要活性物質(zhì)，對(duì)于魔芋葡甘聚糖的一級(jí)結(jié)構(gòu)，目前比較公認(rèn)的說(shuō)法是，由D-葡萄糖和D-甘露糖以1∶1.6、1∶1.5 物質(zhì)的量的比，通過(guò)β-1，4-糖苷鍵和β-1，3-糖苷鍵等連接而成的，而且在某些糖殘基C-3 位和C-6 位上存在含有乙?；闹ф湥@可能與其凝膠性有關(guān)［2-5］。據(jù)研究顯示，魔芋葡甘聚糖在食品、醫(yī)藥、果蔬保鮮等方面有著廣泛的應(yīng)用前景［6-8］。在實(shí)際應(yīng)用中魔芋葡甘聚糖其凝膠存在穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，這大大限制了其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。文獻(xiàn)研究表明魔芋膠與其他膠體復(fù)配具有協(xié)同作用，不僅可以大大地改善魔芋膠的性能，而且還可以研究出新型的、低成本的、集合多種膠體優(yōu)良性能的產(chǎn)品［9-10］。本文以魔芋葡甘聚糖與羧甲基淀粉進(jìn)行復(fù)配，探討各影響因素對(duì)復(fù)配膠凝膠強(qiáng)度的影響情況，并為提高魔芋的利用價(jià)值及其實(shí)際應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

魔芋精粉、羧甲基淀粉 湖北達(dá)雅化工技術(shù)發(fā)展有限公司提供;其它試劑 均為分析純。

TMS-PRO 型質(zhì)構(gòu)儀 美國(guó)食品技術(shù)公司生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 復(fù)配凝膠的制備 按照一定的KGM∶CMS 復(fù)配比例和濃度，將稱(chēng)量好的魔芋精粉和羧甲基淀粉分別倒入盛有蒸餾水的燒杯中，放置在溫度分別為30、45、60、75、90℃的恒溫水浴鍋中，持續(xù)攪拌一段時(shí)間后，取出燒杯在室溫下分別放置一定時(shí)間后，測(cè)量其凝膠強(qiáng)度。

1.2.2 復(fù)配凝膠的強(qiáng)度測(cè)定 凝膠強(qiáng)度是指使凝膠破裂的單位表面積上所承受的力。使用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定凝膠強(qiáng)度，測(cè)試程序參數(shù)如下:測(cè)試速度60mm/min，測(cè)試距離20mm，探頭使用直徑為3.6cm 的圓柱平底體探頭。質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定參數(shù)的定義:定義凝膠的強(qiáng)度為，測(cè)試中探頭做的功，即正峰值下的正面面積，單位為mJ。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 總濃度對(duì)魔芋葡甘聚糖-羧甲基淀粉復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響 固定KGM 和CMS 復(fù)配比例為8∶2(w/w)，凝膠溫度為60℃，凝膠時(shí)間為1h，改變復(fù)配膠的總濃度(20、30、40、50、60g/L)，探討濃度對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響。

1.2.3.2 復(fù)配比例對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響 固定KGM 與CMS 復(fù)配凝膠的總濃度為20g/L，凝膠溫度為60℃，凝膠時(shí)間為1h，改變KGM 與CMS 質(zhì)量比例(10∶0、8∶2、6∶4、5∶5、4∶6、2∶8、0∶10)，考察其對(duì)復(fù)配凝膠的強(qiáng)度影響。

1.2.3.3 凝膠溫度對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響 固定KGM 和CMS 復(fù)配比例為8∶2(w/w)，總濃度20g/L，凝膠時(shí)間1h，改變其凝膠溫度(30、45、60、75、90℃)，觀(guān)察溫度對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響。

1.2.3.4 煮膠時(shí)間對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響 固定KGM 和CMS 復(fù)配比例8∶2(w/w)，總濃度20g/L，凝膠溫度60℃，改變其煮膠時(shí)間(30、45、60、75、90、105、120min)從而提高復(fù)配體系的凝膠強(qiáng)度。

1.2.3.5 常溫放置時(shí)間對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響 固定KGM 和CMS 復(fù)配比例8∶2(w/w)，總濃度20g/L，凝膠溫度60℃，凝膠時(shí)間1h，改變復(fù)配凝膠在常溫下的放置時(shí)間分別為0、4、8、12、16、20、24、28、32h。

1.2.3.6 鹽離子對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響 固定KGM和CMS 比例8 ∶2(w/w)，總濃度20g/L，凝膠溫度60℃，凝膠時(shí)間1h，改變鹽離子(KCl)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%，0.2%，0.4%，0.6%，0.8% (占蒸餾水體積)。

2 結(jié)果與分析

2.1 總濃度對(duì)魔芋葡甘聚糖-羧甲基淀粉復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響

濃度是復(fù)配溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槟z的一個(gè)必要條件，只有達(dá)到一定的濃度值，才有可能形成凝膠。結(jié)果如圖1。

圖1 總濃度對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響Fig.1 The effect of the total concentration on the gel strength

從圖1 中可以看出，總濃度與凝膠的強(qiáng)度呈3 次方多項(xiàng)式相關(guān)性(R2=0.999)，相關(guān)性方程如下:y =0.0004x3-0.0484x2+2.0363x-19.572

隨著總濃度的不斷增加，凝膠的強(qiáng)度也不斷增大，其可能的原因是隨著總膠濃度的增大，復(fù)配膠分子占的體積增大，加大了相互作用的機(jī)率，故凝膠強(qiáng)度增大［11］。然而，在一定溫度和一定煮膠時(shí)間條件下，濃度越大所形成的凝膠氣泡越多且越大，且表面易形成一層膜，對(duì)凝膠實(shí)際強(qiáng)度測(cè)定帶來(lái)一定的誤差。

2.2 復(fù)配比例對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響

KGM 與CMS 復(fù)配比例對(duì)復(fù)配膠的協(xié)同作用有重要影響，結(jié)果如圖2。

圖2 KGM-CMS 的復(fù)配比例對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響Fig.2 KGM-CMS compound proportion affect gel strength

由圖2 可知，當(dāng)比例在8∶2 時(shí)，復(fù)配凝膠的強(qiáng)度達(dá)到最大值，為52mJ;隨著比例的降低，凝膠強(qiáng)度也降低，當(dāng)比例為4∶6 時(shí)，復(fù)配凝膠強(qiáng)度與單體魔芋葡甘聚糖凝膠強(qiáng)度相當(dāng);但隨著比例的繼續(xù)降低，復(fù)配凝膠強(qiáng)度則小于單體魔芋葡甘聚糖凝膠強(qiáng)度。說(shuō)明當(dāng)復(fù)配比例大于4∶6 時(shí)，復(fù)配凝膠體系中起主導(dǎo)作用的是魔芋葡甘聚糖，而當(dāng)復(fù)配比例小于4∶6 時(shí)，起主導(dǎo)作用的是羧甲基淀粉。

2.3 凝膠溫度對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響

溫度是對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的一個(gè)重要的影響因素，結(jié)果如圖3。

圖3 溫度對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響Fig.3 The effect of temperature on the gel strength

圖3 顯示了溫度與復(fù)配凝膠強(qiáng)度的關(guān)系，隨著溫度的增高，凝膠強(qiáng)度也隨之增大，當(dāng)溫度增高到75℃時(shí)，復(fù)配凝膠強(qiáng)度達(dá)到最大值51.9mJ;當(dāng)溫度處于75～90℃之間時(shí)，凝膠體系的強(qiáng)度有所下降，但高于低溫下和常溫下的凝膠強(qiáng)度，可能的原因是高溫加速了分子的運(yùn)動(dòng)速率和提高了分子的活力，加大了分子之間的碰撞機(jī)會(huì)，然而持續(xù)高溫也有可能破壞了部分分子結(jié)構(gòu)［12］，影響了其原有的性質(zhì)。

2.4 煮膠時(shí)間對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響

煮膠是為了使魔芋葡甘聚糖與羧甲基淀粉分子間充分反應(yīng)，從而提高復(fù)配體系的凝膠強(qiáng)度，結(jié)果如圖4。

圖4 煮膠時(shí)間對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響Fig.4 The effect of the cook glue time on the gel strength

由圖4 可得知，煮膠時(shí)間90min 時(shí)，復(fù)配凝膠的強(qiáng)度達(dá)最大值63.4mJ;圖4 中還顯示出，小于60min時(shí)，復(fù)配凝膠的強(qiáng)度變化不大，且均較小，從60 ～120min 之間，復(fù)配凝膠的強(qiáng)度變化劇烈，60min 是一個(gè)拐點(diǎn)，可能是由于隨著煮膠時(shí)間的延長(zhǎng)，分子間有足夠的時(shí)間發(fā)生碰撞，慢慢形成大量氫鍵［13］;凝膠強(qiáng)度先是急劇增加到90min 時(shí)，然后又急劇下降，90min時(shí)間是一個(gè)臨界點(diǎn)，造成這種變化可能的原因是隨著持續(xù)高溫的煮膠，部分分子發(fā)生降解，從而凝膠強(qiáng)度下降。

2.5 常溫放置時(shí)間對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響

對(duì)放置時(shí)間的探討是基于在實(shí)際應(yīng)用中，提高復(fù)配凝膠產(chǎn)品的性能，其結(jié)果如圖5。

圖5 放置時(shí)間對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響Fig.5 The effect of deposited time on the gel strength

如圖5 所示，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，復(fù)配凝膠強(qiáng)度也增強(qiáng);當(dāng)放置時(shí)間為24h 時(shí)，復(fù)配凝膠的強(qiáng)度增加到最大值，即62.98mJ;當(dāng)放置時(shí)間超過(guò)24h 后，復(fù)配凝膠的強(qiáng)度開(kāi)始下降;可能是由于凝膠存放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，分子間已形成的牢固的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)降解，凝膠的強(qiáng)度下降所致。

2.6 鹽離子對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響

KCl 含量對(duì)復(fù)配凝膠強(qiáng)度的影響結(jié)果如圖6。

圖6 表明，KCl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與復(fù)配凝膠的強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)性，隨著KCl 含量的不斷增加，復(fù)配凝膠強(qiáng)度不斷減小，而且在KCl 含量為0.1%～0.2%之間，凝膠強(qiáng)度下降最劇烈;導(dǎo)致凝膠強(qiáng)度降低的原因可能是由于加入離子后，破壞了原有兩種多糖分子間的絞合，妨礙了氫鍵的形成，從而影響了凝膠的強(qiáng)度。

圖6 KCl 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響Fig.6 The effect of KCl concentration on the gel strength

3 結(jié)論

利用KGM 與CMS 的協(xié)同增效作用，以CMS 改善KGM 的凝膠性能，制備了KGM-CMS 復(fù)配凝膠，KGM 的凝膠性能得到了大大的改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，總膠濃度為20g/L 時(shí)即可得性質(zhì)良好的復(fù)配凝膠，且復(fù)配凝膠的穩(wěn)定性隨著總膠濃度的增加而明顯提高;復(fù)配凝膠的最優(yōu)制備工藝為:KGM∶CMS 比例8∶2(w/w)，煮膠溫度75℃，煮膠時(shí)間90min，常溫放置時(shí)間24h。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，KCl 會(huì)降低復(fù)配凝膠的穩(wěn)定性。本研究為KGM-CMS 復(fù)配凝膠的實(shí)際應(yīng)用提供了一定的科學(xué)依據(jù)。

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