徐曉萍，張亞寧，樊 巧，陳厚榮，張甫生（西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715）

響應(yīng)面法優(yōu)化制備魔芋葡甘聚糖-大豆分離蛋白混合凝膠

徐曉萍，張亞寧，樊 巧，陳厚榮，張甫生*
（西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715）

為提高多糖-蛋白混合物穩(wěn)定性，改善彼此性能并探究制備過程中各因素對(duì)多糖-蛋白混合凝膠成型及性能的影響，以魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）和大豆分離蛋白（soybean protein isolate，SPI）為試材，制成KGM-SPI混合凝膠，研究制備工藝對(duì)其凝膠強(qiáng)度和持水性的影響。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，取KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)、KGM與SPI配比、KCl濃度和Ca(OH)2添加量為自變量，凝膠強(qiáng)度為響應(yīng)值，建立混合凝膠強(qiáng)度的二次回歸方程，并通過響應(yīng)面分析得到優(yōu)化制備條件為：KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.5%、KGM與SPI配比3∶1、KCl濃度0.13 mol/L、Ca(OH)2添加量0.15%。此條件下混合凝膠強(qiáng)度驗(yàn)證值為2.758 N，與預(yù)測(cè)值2.779 N相近。通過對(duì)優(yōu)化前后凝膠質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行了對(duì)比分析，均證實(shí)優(yōu)化結(jié)果可靠。

魔芋葡甘聚糖；大豆分離蛋白；混合凝膠；響應(yīng)面法

食品體系是由多種組分混合而成的復(fù)雜體系，多糖和蛋白質(zhì)是構(gòu)成食品的兩大重要組分。但多糖-蛋白共混體系多處于亞穩(wěn)態(tài)，在加工、貯運(yùn)等實(shí)際應(yīng)用中常出現(xiàn)相分離，導(dǎo)致多糖-蛋白基產(chǎn)品在食品、藥品及材料等領(lǐng)域的應(yīng)用受到嚴(yán)重阻礙[1-4]。因共混體系質(zhì)構(gòu)、流變等特性受分子結(jié)構(gòu)、濃度、環(huán)境pH值和離子強(qiáng)度等影響[5]，通過調(diào)控這些因素可顯著改善多糖-蛋白共混體系的穩(wěn)定性。

魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）是一種繼淀粉和纖維素之后、來源豐富的可再生天然中性多糖，可以吸收100倍于自身體積的水分形成水溶性膠體[6]，具親水性、凝膠性、黏結(jié)性、成膜性及低熱量、低脂肪、高膳食纖維等優(yōu)良特點(diǎn)[7]，被廣泛用于食品、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域。大豆分離蛋白（soy protein isolate，SPI）含有豐富的氨基酸、鈣、磷、鐵和維生素，且膽固醇含量低[8]，為目前來源最為豐富的植物蛋白[9]，具有乳化、膠凝、成膜等多種特性，已應(yīng)用于各類食品中[10-11]。以魔芋葡甘聚糖與大豆分離蛋白來研究多糖與蛋白共混體系極具代表性，目前關(guān)于KGM與SPI共混體系的研究，僅有關(guān)于體系宏觀性質(zhì)及部分初級(jí)結(jié)構(gòu)研究[12-15]的報(bào)道，混合體系制備過程中各因素對(duì)其性質(zhì)影響方面的研究較少[16-17]。KGM為吡喃型Glu和吡喃型Man以β-1,4-糖苷鍵連接而成的親水性非離子型多糖，維持其雙螺旋構(gòu)象的乙?；趬A性條件下加熱會(huì)被脫除，雙螺旋開環(huán)[18]，更多地與SPI通過氫鍵作用[19]形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可通過調(diào)節(jié)濃度、配比、離子強(qiáng)度和pH值等增強(qiáng)KGM和SPI分子鏈間相互作用，基于此，本研究通過單因素試驗(yàn)研究制備過程中KGM-SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)、配比、離子濃度等對(duì)KGM-SPI混合凝膠的影響，并采用響應(yīng)面法研究各因素間相互作用對(duì)混合凝膠性質(zhì)的影響，優(yōu)化凝膠制備條件，改善KGMSPI混合凝膠的性能，以期為多糖和蛋白混合凝膠的制備提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

KGM（食品級(jí)，純度≥95%） 上海北連生物科技有限公司；SPI（食品級(jí)，純度≥90%） 鄭州哼多寶化工有限公司；氯化鉀（分析純） 重慶北碚化學(xué)試劑廠；氫氧化鈣（分析純） 重慶川東化工公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JJ-1型精密增力電動(dòng)攪拌器 金壇市城東新瑞儀器廠；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州奧華儀器有限公司；SL602N型高精數(shù)顯電子天平 上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；TA.XT2i型物性測(cè)定儀 英國(guó)Stable Micro System公司；GL-20G-Ⅱ型高速冷凍離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 KGM-SPI混合凝膠的制備流程

將一定量的SPI緩慢加入到有磁力攪拌器攪拌的去離子水中，邊攪拌邊添加，待SPI分散均勻，將稱量好的KGM緩慢加入到SPI分散液中，充分?jǐn)嚢枰员ＷCKGM完全分散到SPI水分散液中，加入凝固劑Ca(OH)2充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，平整表面后?5 ℃恒溫水浴30 min形成凝膠，立即冷卻到室溫，并存放在4 ℃過夜待測(cè)。

1.3.2 KGM-SPI混合凝膠的性能測(cè)定

1.3.2.1 KGM-SPI混合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性

使用質(zhì)構(gòu)儀的質(zhì)構(gòu)分析模式測(cè)定凝膠質(zhì)構(gòu)特性。操作條件：p0.5探頭，測(cè)試前速率2.0 mm/s，形變量50%，測(cè)試速率1.0 mm/s，測(cè)試后速率5 mm/s，觸發(fā)力0.05 N。每個(gè)試樣均做10 個(gè)平行，測(cè)定凝膠強(qiáng)度、黏性、彈性、內(nèi)聚性、膠著性和咀嚼性。

1.3.2.2 KGM-SPI混合凝膠的持水性

將凝膠切成均勻的矩形顆粒置于10 mL離心管中，于冷凍離心機(jī)中12 000×g、4 ℃離心10 min，濾紙吸干管內(nèi)可見水分，稱質(zhì)量。持水率按式（1）計(jì)算：

式中：m1為離心管和離心后凝膠質(zhì)量/g；m2為離心管和離心前凝膠質(zhì)量/g；m3為離心管質(zhì)量/g。

1.3.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.3.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取對(duì)試驗(yàn)影響較大的因素：KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)（1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、5%）、SPI與KGM配比（3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2）、KCl濃度（0.02、0.05、0.08、0.11、0.15、0.2、0.3 mol/L）、Ca(OH)2添加量（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%），研究各因素對(duì)凝膠性能的影響。試驗(yàn)均做3 個(gè)平行。

1.3.3.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以凝膠強(qiáng)度為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)四因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，如表1所示，優(yōu)化各個(gè)工藝參數(shù)。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels used in response surface design

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用Origin 7.5與Design-Expert處理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)均做3 次以上平行，取平均值，結(jié)果以標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)混合凝膠性能的影響

設(shè)定KGM與SPI配比為6∶4，KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)按1.3.3.1節(jié)制備凝膠，測(cè)定其凝膠強(qiáng)度及持水性，如圖1所示。

圖1 KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)混合凝膠強(qiáng)度和持水性的影響Fig.1 Effect of total concentration of KGM and SPI on the gel strength and water-holding capacity of KGM-SPI mixed gels

凝膠強(qiáng)度主要是由形成凝膠的物質(zhì)間通過共價(jià)鍵合、靜電、氫鍵、疏水作用等發(fā)生交聯(lián)和聚集形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的致密程度決定[10]。由圖1可知，隨著KGMSPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，混合凝膠的凝膠強(qiáng)度和持水性均呈上升趨勢(shì)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，凝膠強(qiáng)度達(dá)到最大且持水性最高。這是因?yàn)殚_始時(shí)混合物中KGM和SPI含量較低，兩者相互作用形成的凝膠結(jié)構(gòu)不夠致密，隨著混合物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，兩者相互作用機(jī)會(huì)增多形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密，凝膠強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。對(duì)于持水性，由于KGM和SPI均具有膠凝性結(jié)合了一部分水分，同時(shí)兩者相互作用形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將一部分水分截留，持水性提高，此結(jié)果和其他蛋白質(zhì)與多糖所形成混合凝膠持水性的研究一致[20-21]。隨后持水性呈明顯下降趨勢(shì)是因?yàn)镵GM與SPI總量過多，不能充分溶解[22]，凝膠相互結(jié)合不緊密，因而結(jié)合水的能力下降。綜合凝膠強(qiáng)度高，持水性較高角度考慮，KGM-SPI混合物總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%～5.0%可滿足凝膠制備要求。

2.2 KGM-SPI配比對(duì)混合凝膠性能的影響

設(shè)定KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%，KGM與SPI的配比按1.3.3.1節(jié)制備凝膠，測(cè)定其凝膠強(qiáng)度和持水性，如圖2所示。

由圖2可知，隨著KGM-SPI配比的增大，混合凝膠的凝膠強(qiáng)度不斷增大，持水性逐漸提高；而后隨著配比繼續(xù)增大，凝膠強(qiáng)度和持水性逐漸趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)殡S著KGM-SPI配比增大，KGM在混合物中比例增加，其凝膠強(qiáng)度強(qiáng)于蛋白質(zhì)[23]，且KGM具有較強(qiáng)的親水性，其與SPI的相互作用有助于提高SPI的溶解性，進(jìn)而促進(jìn)兩者間的相互作用[16]，故凝膠強(qiáng)度不斷增大。對(duì)于持水性而言，同樣是因?yàn)镵GM比例增加引起的，因KGM本身可通過氫鍵、偶極等作用力吸收足夠多的水分[6]，且其與SPI形成的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也對(duì)水分具有束縛作用[23]，故可使持水性提高。當(dāng)配比至6∶4后，凝膠強(qiáng)度上升速率變緩，持水性也趨于穩(wěn)定，這可能是由于KGM和SPI相互作用存在最佳比例造成的，如丁金龍等[10]研究得出魔芋膠-大豆蛋白比例為5∶4時(shí)，混合凝膠的凝膠強(qiáng)度和持水性達(dá)到最大。為此，6∶4配比應(yīng)為KGM和SPI較佳的配比，此時(shí)分子間相互作用較為顯著，且形成較為致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨后KGM配比繼續(xù)增加，凝膠強(qiáng)度稍有增加，持水性基本不變，二者變化均不如前期顯著。綜上，根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和共混物的性能分析結(jié)果，試驗(yàn)考慮KGM和SPI配比為6∶4～7∶3。

圖2 KGM-SPI配比對(duì)混合凝膠強(qiáng)度和持水性的影響Fig.2 Effect of KGM/SPI ratio on the gel strength and water-holding capacity of KGM-SPI mixed gels

2.3 KCl濃度對(duì)KGM-SPI混合凝膠性能的影響

KCl的加入可促進(jìn)KGM進(jìn)一步溶解，防止與SPI發(fā)生相互作用前結(jié)塊[6]。設(shè)定KGM與SPI配比為7∶3，總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%，KCl濃度按1.3.3.1節(jié)制備凝膠，測(cè)其凝膠強(qiáng)度和持水性，如圖3所示。

圖3 KCl濃度對(duì)KGM-SPI混合凝膠強(qiáng)度和持水性的影響Fig.3 Effect of KCl concentration on the gel strength and water-holding capacity of KGM-SPI composite gels

由圖3可知，隨著KCl濃度的增大，混合凝膠的凝膠強(qiáng)度呈先增大后減小并逐漸趨于平穩(wěn)的趨勢(shì)。KCl的濃度在0.02～0.11 mol/L時(shí)，凝膠強(qiáng)度不斷增強(qiáng)；濃度處于0.11 mol/L時(shí)，混合凝膠的凝膠強(qiáng)度達(dá)到最大；當(dāng)KCl濃度大于0.11 mol/L后，凝膠強(qiáng)度逐漸下降，且當(dāng)濃度超過0.15 mol/L時(shí)，混合凝膠的凝膠強(qiáng)度呈基本穩(wěn)定。對(duì)于混合凝膠的持水性，當(dāng)加入KCl濃度在0.02～0.08 mol/L時(shí)，持水性隨濃度的上升而提高；濃度處于0.08 mol/L時(shí)，持水性達(dá)到最高；隨后濃度繼續(xù)增大，混合凝膠的持水性呈降低趨勢(shì)并逐漸趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)镵GM的擴(kuò)散遷移速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水分子擴(kuò)散遷移速度，其發(fā)生溶脹，顆粒表面產(chǎn)生一層薄高聚糖黏稠溶液相互黏聯(lián)結(jié)塊[6]，不利于溶解同時(shí)妨礙其與水和SPI相互作用，當(dāng)加入KCl后，KCl在其中起到稀釋分散劑的作用[24]，促進(jìn)KGM溶解，并進(jìn)一步與SPI相互作用，同時(shí)鹽的加入使得蛋白溶液有一定的離子強(qiáng)度，提高蛋白質(zhì)溶解性[25]，混合凝膠的凝膠強(qiáng)度增大，持水性提高。

隨著KCl濃度繼續(xù)增大，部分SPI發(fā)生鹽析效應(yīng)，且長(zhǎng)時(shí)間加熱使得蛋白基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如巰基氧化，形成聚集產(chǎn)生相分離，這均不利于混合凝膠形成連續(xù)的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[22]，導(dǎo)致混合凝膠的凝膠強(qiáng)度下降，持水性下降。同時(shí)在高鹽濃度條件下鹽的水化能力強(qiáng)于蛋白和多糖，從而奪去了多糖分子和蛋白質(zhì)外圍的水膜，使復(fù)合凝膠的持水性下降，這與?akir等[26]對(duì)乳清分離蛋白-卡拉膠混合凝膠持水性的研究結(jié)果一致。因此根據(jù)上述分析結(jié)果及從凝膠強(qiáng)度高，持水性較高角度考慮，試驗(yàn)中KCl濃度選擇0.08～0.15 mol/L為宜。

2.4 Ca(OH)2添加量對(duì)KGM-SPI混合凝膠性能的影響

Ca(OH)2作為混合凝膠的助凝劑，主要是OH－離子對(duì)共聚物分子之間相互作用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，從而影響凝膠強(qiáng)度和持水性[27-28]。設(shè)定KGM與SPI配比為6∶4，總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%，Ca(OH)2添加量按1.3.3.1節(jié)制備凝膠，測(cè)定其凝膠強(qiáng)度和持水性，如圖4所示。

圖4 Ca(OOHH))2對(duì)KGM-SPI復(fù)合凝膠強(qiáng)度和持水性的影響Fig.4 Effect of Ca(OH)2dosage on the gel strength and water-holding capacity of KGM-SPI composite gels

由圖4可知，當(dāng)Ca(OH)2添加量在0.05%～0.15%時(shí)，凝膠強(qiáng)度隨其添加量增加而增加；當(dāng)添加量大于0.15%時(shí)，隨著Ca(OH)2添加量繼續(xù)增加，混合凝膠的凝膠強(qiáng)度逐漸降低。而對(duì)于持水性，Ca(OH)2添加量在0.05%～0.10%時(shí)，隨著添加量的增加，持水性呈下降趨勢(shì)；0.10%～0.15%時(shí)，持水性趨于穩(wěn)定；隨后混合凝膠的持水性隨添加量的增加呈上升趨勢(shì)。KGM為親水性非離子型多糖，其分子中沒有強(qiáng)疏水基團(tuán)，與SPI不可能存在強(qiáng)的疏水作用和靜電作用，故氫鍵作用是其主要相互作用力[10]；而KGM的膠凝和膠溶作用不僅受陰離子類型影響，還受體系pH值影響[29]，隨著OH－濃度的上升，促進(jìn)了膠凝作用，從而促進(jìn)凝膠穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形成，同時(shí)又增加了膠溶力，使凝膠結(jié)構(gòu)的破壞增加[22]，故這兩種作用大小的平衡決定了凝膠性狀的具體變化。

當(dāng)Ca(OH)2添加量在0.05%～0.10%之間時(shí)，膠溶作用弱于凝膠作用，凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)；同時(shí)也因膠溶及OH－奪取原有凝膠中KGM，凝膠網(wǎng)絡(luò)破壞，部分水流出，持水性下降。在0.10%～0.15%之間時(shí)，膠溶作用與溶膠作用趨于平衡，持水性也趨于平衡；但因KGM富含乙?；鵞7]，OH－濃度的升高，可使同等濃度KGM凝膠強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)繼續(xù)增強(qiáng)。而在Ca(OH)2添加量大于0.15%時(shí)，膠溶作用強(qiáng)于凝膠形成作用，凝膠強(qiáng)度下降，同時(shí)OH－離子濃度過高導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，水分子易通過氫鍵作用在多肽鏈中的—CO—和—NH—中心形成多分子水網(wǎng)[30]，導(dǎo)致持水力增強(qiáng)，持水性提高。根據(jù)復(fù)合凝膠強(qiáng)度的大小和實(shí)際食品的酸堿性要求，之后的試驗(yàn)選取Ca(OH)2的添加量0.15%左右為宜。

2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化

2.5.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Experimental design and results of response surface design

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)、配比、KCl濃度、Ca(OH)2添加量為響應(yīng)因素，凝膠強(qiáng)度為響應(yīng)值進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表2所示。

2.5.2 回歸模型建立及方差分析

利用Design-Expert軟件對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸擬合，所得回歸方程如下：

表3 凝膠強(qiáng)度回歸模型方差分析Table 3 Analysis of variance for the quadratic model of gel strength

由表3可知，該模型4 個(gè)因素A、B、C、D對(duì)混合凝膠的凝膠強(qiáng)度影響均極顯著（P＜0.01）；AD、BC、BD、CD的交互作用對(duì)其有極顯著影響（P＜.01），因素AB、AC的交互作用對(duì)其影響不顯著（P＞0.05）；A2、B2、C2、D2對(duì)其有極顯著影響（P＜0.01）。失擬項(xiàng)（P＝0.994 3）不顯著，R2＝0.998 3表明該模型的擬合度良好，能很好地分析和預(yù)測(cè)混合凝膠的凝膠強(qiáng)度在不同制備條件下的變化。

2.5.3 響應(yīng)面分析

圖5 各因素交互作用對(duì)KGM-SPI混合凝膠強(qiáng)度的影響Fig.5 Response surface graphs showing the effects of various factors on the gel strength of KGM-SPI mixed gels

由表3和式（2）可知，KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)、配比、KCl濃度、Ca(OH)2添加量均為影響混合凝膠凝膠強(qiáng)度的主要因素，各因素間交互影響如圖5所示。KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)與配比、KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)與Ca(OH)2添加量間交互作用不顯著（圖5a、5b），其余4 組交互顯著，與方差分析表結(jié)果一致。圖5c顯示，當(dāng)KCl濃度在較低水平時(shí)，KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響比較顯著，凝膠強(qiáng)度隨著總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加顯著升高。在KCl濃度0.11～0.15 mol/L、KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%～4.7%時(shí)的響應(yīng)面坡面極陡且存在極值，二者交互作用顯著。圖5d顯示，當(dāng)Ca(OH)2添加量在較低水平時(shí)，KGM-SPI配比對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響比較顯著，凝膠強(qiáng)度隨配比的增加顯著升高。在KGM-SPI配比2.00∶1～3.50∶1、Ca(OH)2量0.10%～0.18%時(shí)的響應(yīng)面坡面極陡且存在極值，二者的交互作用顯著。KGM-SPI配比與KCl濃度、Ca(OH)2添加量與KCl濃度間交互作用見圖5e、5f。曲面圖的等高線呈橢圓形，表明配比與KCl濃度、Ca(OH)2添加量與KCl濃度間交互作用對(duì)凝膠強(qiáng)度有顯著影響，此與單因素試驗(yàn)結(jié)果一致。

2.5.4 混合凝膠制備工藝的優(yōu)化與驗(yàn)證

由軟件對(duì)數(shù)據(jù)分析得知，KGM-SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.66%、配比3.23∶1、KCl 0.13 mol/L、Ca(OH)2添加量0.15%條件下所制備凝膠強(qiáng)度為2.779 N。將最佳條件調(diào)整為KGMSPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.5%、配比3∶1、KCl濃度0.13 mol/L、Ca(OH)2添加量0.15%。此條件下測(cè)得的凝膠強(qiáng)度為2.758 N，與理論值相近，可見回歸模型能很好地預(yù)測(cè)混合凝膠的性能，優(yōu)化結(jié)果可靠。

2.6 KGM-SPI混合凝膠質(zhì)構(gòu)分析

選取KGM和SPI總質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%、配比7∶3制備凝膠并作為空白樣品，對(duì)空白樣品、空白樣品添加0.15% Ca(OH)2，空白樣品添加0.15% Ca(OH)2和0.08 mol/L KCl進(jìn)行質(zhì)構(gòu)分析，與優(yōu)化后的凝膠進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表4。

表4 凝膠質(zhì)構(gòu)性能分析Table 4 Texture properties of mixed gels

由表4可知，與空白樣品等相比，隨著制備條件的不斷優(yōu)化，混合凝膠的凝膠強(qiáng)度、彈性、內(nèi)聚性、膠著性和咀嚼性均增強(qiáng)，膠著性和咀嚼性等的提高表明把凝膠咀嚼成能夠咀嚼狀態(tài)和吞咽狀態(tài)所需要的能量均增大[31]，這反映出經(jīng)優(yōu)化后的條件可起到改善混合凝膠質(zhì)構(gòu)性能的作用；同時(shí)表中也顯示黏性呈下降趨勢(shì)，一般說來，黏性越大，凝膠越脆，剛性不足，即凝膠強(qiáng)度越弱[31]；優(yōu)化后樣品黏度下降，也進(jìn)一步證實(shí)在優(yōu)化條件下所制備的KGM-SPI復(fù)合凝膠凝膠強(qiáng)度得到提高。綜上，回歸模型所得出的優(yōu)化條件下制備的KGM-SPI混合凝膠確實(shí)表現(xiàn)出良好的性能，優(yōu)化結(jié)果可靠。

3 結(jié) 論

通過適當(dāng)調(diào)節(jié)KGM-SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)、配比、KCl濃度、Ca(OH)2添加量后，KGM-SPI混合凝膠的凝膠強(qiáng)度和持水性均有所改善。各因素均為影響凝膠強(qiáng)度和持水性的主要因素，通過響應(yīng)面優(yōu)化得到混合凝膠最優(yōu)制備條件為：KGM-SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.5%、KGM與SPI配比3∶1、KCl濃度0.13 mol/L、Ca(OH)2添加量0.15%；在此條件下制得的凝膠強(qiáng)度為2.758 N，與理論值2.779 N相近。此外，對(duì)優(yōu)化后制成凝膠與優(yōu)化前等凝膠樣品進(jìn)行質(zhì)構(gòu)分析比較，也進(jìn)一步證實(shí)優(yōu)化條件下制備的KGM-SPI混合凝膠的性能良好，優(yōu)化結(jié)果可靠。

[1] DICKINSON E. Interfacial structure and stability of food emulsions as affected by protein-polysaccharide interactions[J]. Soft Matter, 2008, 4(5): 932-942 . DOI:10.1039/b718319d.

[2] LI X H, HUA Y F, QIU A Y, et al. Phase behavior and microstructure of preheated soy proteins and κ-carrageenan mixtures[J]. Food Hydrocolloids, 2008, 22(5): 845-853. DOI:10.1016/ j.foodhyd.2007.04.008.

[3] CAKIR E, KHAN S A, FOEGEDING E A. The effect of pH on gel structures produced using protein-polysaccharide phase separation and network inversion[J]. International Dairy Journal, 2012, 27(1): 99-102. DOI:10.1016/j.idairyj.2012.03.013.

[4] SCHMITT C, TURGEON S L. Protein/polysaccharide complexes and coacervates in food systems[J]. Advances in Colloid and Interface Science, 2011, 167(1/2): 63-70. DOI:10.1016/j.cis.2010.10.001.

[5] 閔維, 楊曉泉. 不同分子量葡聚糖與大豆7S蛋白混合凝膠的流變學(xué)性質(zhì)[J]. 食品科學(xué), 2010, 31(1): 43-47.

[6] 陳欣, 林丹黎. 魔芋葡甘聚糖的性質(zhì)、功能及應(yīng)用[J]. 重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, 23(7): 36-39. DOI:10.3969/j.issn.1674-8425-B.2009.07.0080.

[7] HE F, LUO X G, LIN X Y, et al. The rheological properties of konjac glucomannan (KGM) solution[J]. Materials Science Forum, 2012, 724: 57-60. DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.724.57.

[8] TORREZAN R, THAM W P, BELL A E, et al. Effects of high pressure on functional properties of soy protein[J]. Food Chemistry, 2007, 104(1): 140-147. DOI:10.1016/j.foodchem.2006.11.013.

[9] 王麗, 張英華. 大豆分離蛋白的凝膠性及其應(yīng)用的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)糧油學(xué)報(bào), 2010, 25(4): 96-99.

[10] 丁金龍, 孫遠(yuǎn)明, 樂學(xué)義. 魔芋膠與大豆蛋白相互作用研究[J]. 中國(guó)糧油學(xué)報(bào), 2003, 18(3): 65-69.

[11] HSU S. Rheological studies on gelling behavior of soy protein isolates[J]. Journal of Food Science, 1999, 64(1): 136-140. DOI:10.1111/j.1365-2621.1999.tb09877.x.

[12] 朱建華, 楊曉泉, 龔倩, 等. 葡聚糖對(duì)大豆7S蛋白凝膠流變性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)的影響[J]. 中國(guó)糧油學(xué)報(bào), 2009, 24(8): 21-27.

[13] OHYA Y, IHARA K, MURATA J, et al. Preparation and biological properties of dicarboxy-glucomannan: enzymatic degradation and stimulating activity against cultured macrophages[J]. Carbohydrate Polymers, 1994, 25(2): 123-130. DOI:10.1016/0144-8617(94)90148-1.

[14] 劉國(guó)琴, 陸啟玉, 陸登俊, 等. 魔芋粉和脫脂大豆粉復(fù)合對(duì)面條品質(zhì)的影響[J]. 食品科技, 2005, 30(5): 67-70. DOI:10.3969/ j.issn.1005-9989.2005.05.022.

[15] 龔加順, 彭春秀, 幸治梅, 等. 魔芋葡苷聚糖及其與大豆分離蛋白凝膠化作用的 DSC 研究[J]. 食品工業(yè)科技, 2005, 26(3): 49-52.

[16] 麻建國(guó), 王璐, 許時(shí)嬰. 大豆蛋白-魔芋多糖復(fù)合物及乳化性能的初步研究[J]. 無錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào)(食品與生物技術(shù)), 1999, 18(3): 12-16. DOI:10.3321/j.issn:1003-0174.2004.02.016.

[17] 齊軍茹, 楊曉泉, 彭志英. 蛋白-多糖復(fù)合物的制備及乳化性能的研究[J]. 食品科學(xué), 2004, 24(11): 34-37.

[18] 李斌, 謝筆鈞. 魔芋葡甘聚糖凝膠機(jī)理研究[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2002, 35(11): 1411-1415. DOI:10.3321/j.issn:0578-1752.2002.11.020.

[19] TANG R P, DU Y M, ZHENG H, et al. Preparation and characterization of soy protein isolate-carboxymethylated konjac glucomannan blend films[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2003, 88(5): 1095-1099.

[20] SUN J, LI X, XU X L, et al. Influence of various levels of flaxseed gum addition on the water-holding capacities of heat-induced porcine myofibrillar protein[J]. Journal of Food Science, 2011, 76(3): 472-478. DOI:10.1111/j.1750-3841.2011.02094.x.

[21] PEDERSEN D K, MOREL S, ANDERSEN H J, et al. Early prediction of water-holding capacity in meat by multivariate vibrational spectroscopy[J]. Meat Science, 2003, 65(1): 581-592. DOI:10.1016/ S0309-1740(02)00251-6.

[22] 楊莉莉, 熊善柏, 孫建清. 制備條件對(duì)魚肉-魔芋膠復(fù)合凝膠品質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué), 2010, 31(3): 55-59.

[23] BEAULIEU M, TURGEON S L, DOUBLIER J L. Rheology, texture and microstructure of whey proteins/low methoxyl pectins mixed gels with added calcium[J]. International Dairy Journal, 2001, 11(11): 961-967. DOI:10.1016/S0958-6946(01)00127-3.

[24] JARAMILLO D, PAMELA R. Effect of pH on the properties of soy protein-pectin complexes[J]. Food Research International, 2011, 44(4): 911-916. DOI:10.1016/j.foodres.2011.01.057.

[25] 楊振, 孔保華, 夏秀芳, 等. 魔芋粉對(duì)鯉魚肌原纖維蛋白凝膠特性的影響[J]. 食品科學(xué), 2012, 33(11): 116-120.

[26] ?AKIR E, FOEGEDING E A. Combining protein micro-phase separation and protein-polysaccharide segregative phase separation to produce gel structures[J]. Food Hydrocolloids, 2011, 25(6): 1538-1546. DOI:10.1016/ j.foodhyd.2011.02.002.

[27] BARRBUT S, FOEGEDING E A. Ca2+-induced gelation of pre-heated whey protein isolate[J]. Journal of Food Science, 1993, 58: 867-871. DOI:10.1111/j.1365-2621.1993.tb09379.x.

[28] HONGSPRABHAS P, BARBUT S. Ca2+-induced gelation of whey protein isolate: effects of pre-heating[J]. Food Research International, 1996, 29(2): 135-139. DOI:10.1016/0963-9969(96)00011-7.

[29] 王巖, 王存堂, 蔣繼豐, 等. 離子強(qiáng)度和溫度對(duì)乳清蛋白凝膠的影響[J].食品科學(xué), 2010, 31(1): 123-126.

[30] DAMODARAN S. Amino acids, peptides, and proteins[M]// FENNEMA S. Food chemistry. New York: Marcel Dekker, 2007: 217.

[31] 劉賀, 朱丹實(shí), 徐學(xué)明, 等. 低酯桔皮果膠凝膠全質(zhì)構(gòu)參數(shù)及持水性響應(yīng)面分析[J]. 食品科學(xué), 2009, 30(3): 81-87. DOI:10.3321/ j.issn:1002-6630.2009.03.017.

Optimization of the Formulation of Konjac Glucomannan-Soybean Protein Isolate Mixed Gel by Response Surface Methodology

XU Xiaoping, ZHANG Yaning, FAN Qiao, CHEN Hourong, ZHANG Fusheng*
(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)

This study aimed to enhance the compatibility of polysaccharide-protein mixtures, to improve their performance and to study the effects of various factors on gelation and gel properties. The effects of formulation variables on gel strength and water-holding capacity of konjac glucomannan (KGM)-soybean protein isolated (SPI) mixed gels were examined. Optimization of formulation variables was carried out using combination of single factor method and response surface methodology. A quadratic regression model was built using KGM to SPI ratio, total concentration, KCl concentration and Ca(OH)2dosage as the independent variables and gel strength as the response. Results showed that the optimum conditions for preparing the mixed gel were determined as follows: mixed gel concentration, 4.5%; KGM/SPI ratio, 3:1; KCl concentration, 0.13 mol/L; and Ca(OH)2dosage, 0.15%. Under these conditions, the gel strength of SPI-KGM gels was experimentally 2.758 N, approaching to the predicted value of 2.779 N. In addition, the texture properties of the mixed gels were analyzed before and after the optimization, and the results indicated that the optimization was reliable.

konjac glucomannan (KGM); soybean protein isolate (SPI); mixed gel; response surface methodology

10.7506/spkx1002-6630-201604008

TS210.4

A

1002-6630（2016）04-0044-07

徐曉萍, 張亞寧, 樊巧, 等. 響應(yīng)面法優(yōu)化制備魔芋葡甘聚糖-大豆分離蛋白混合凝膠[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(4): 44-50.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201604008. http://www.spkx.net.cn

XU Xiaoping, ZHANG Yaning, FAN Qiao, et al. Optimization of the formulation of konjac glucomannan-soybean protein isolate mixed gel by response surface methodology[J]. Food Science, 2016, 37(4): 44-50. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201604008. http://www.spkx.net.cn

2015-05-28

西南大學(xué)博士基金項(xiàng)目（SWU111067）；國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（31301599）

徐曉萍（1990—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)樘妓衔镔Y源開發(fā)與利用。E-mail：891865909@qq.com

*通信作者：張甫生（1983—），男，講師，博士，研究方向?yàn)樘妓衔?、食品非熱加工。E-mail：zfsswu@163.com