曾瑞琪，李葦舟，趙 欣，張甫生,3，鄭 炯,3,*

魔芋（Amorphophallus konjac K. Koch）屬天南星科魔芋屬植物，其球狀塊莖中含有的葡甘露聚糖（konjacmannan，KGM）是魔芋膠的主要成分[1]，魔芋膠是魔芋精粉進行深加工后的產(chǎn)物，KGM質(zhì)量分數(shù)可高達90%以上[2]。與魔芋精粉相比，魔芋膠的純度、細度、粒度更高，溶解速率和形成凝膠速率更快，理化性能更加優(yōu)良，且魔芋膠也屬一種性質(zhì)優(yōu)良的水溶性膳食纖維，不被人體消化酶分解，僅在小腸下部和大腸內(nèi)被分解為葡萄糖和甘露糖，還可調(diào)節(jié)人機體膳食營養(yǎng)平衡，有防治便秘、減肥、抗癌、降血壓、排毒的作用，可以在食品、醫(yī)藥、化工、石油、化妝品等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[2-4]。

黃原膠又稱為黃膠、漢生膠，是以玉米淀粉、蔗糖等為主要原料在甘藍黑腐病野油菜黃單胞菌（Xanthomonas campestris）作用下，經(jīng)好氧發(fā)酵產(chǎn)生的一種高黏度水溶性微生物胞外多糖[5-6]。黃原膠具有很高的分子質(zhì)量，一般可達106Da，其分子結(jié)構(gòu)是由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸組成的“五糖重復(fù)單元”，分子主鏈有規(guī)則的卷曲形成雙螺旋結(jié)構(gòu)[7]。由于黃原膠理想的增稠性、乳化性、成型性，使其在食品領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，在食品生產(chǎn)中其用量僅次于淀粉[8]，且在某些較為苛刻的條件下，黃原膠顯示出比明膠、羧甲基纖維素鈉、果膠、海藻膠等更加穩(wěn)定的特性[9]。

根據(jù)不同食品膠的單體性質(zhì)和功能可以對食品膠進行復(fù)配，以便得到在功能上互補或優(yōu)良性質(zhì)更加突出，甚至能在某些食品中起到獨立作用的復(fù)配物[10]，食用膠間的復(fù)配因可以擴大單品的應(yīng)用范圍，強化食品的流變學(xué)性質(zhì)，改善食品品質(zhì)，并能在一定程度上降低生產(chǎn)成本，已成為目前的研究熱點。魔芋膠與黃原膠在單獨存在的情況下均不能形成凝膠，屬非凝膠性多糖，但魔芋膠與黃原膠在一定條件下復(fù)配能形成凝膠，并顯現(xiàn)出良好的協(xié)同增效性。王元蘭等[11]將魔芋膠與黃原膠復(fù)配，發(fā)現(xiàn)在魔芋膠與黃原膠質(zhì)量比為3∶7時，復(fù)配凝膠表現(xiàn)出最高的黏度，且黏度隨溫度升高而下降，流變性能變好；陳志行等[12]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)魔芋膠與黃原膠質(zhì)量比為5∶5時，溫度越高混合膠的黏度越低，檸檬酸添加量大于0.2%時黏度下降，而蔗糖和功能性甜味劑則會使混合凝膠的黏度升高；Alvarze-Mance?ido等[13]將魔芋膠與黃原膠復(fù)配后發(fā)現(xiàn)兩者有非常明顯的協(xié)同增效性，并已將復(fù)配產(chǎn)物應(yīng)用到藥物傳遞釋放體系中。目前，國內(nèi)外雖有魔芋膠與黃原膠復(fù)配的報道，但大多學(xué)者的研究重點多放在兩者復(fù)配條件的影響因素上，并鮮有對復(fù)配體系的流變學(xué)特性進行深入系統(tǒng)的研究。

因此，本實驗采用魔芋膠與黃原膠為原料，從靜態(tài)流變學(xué)特性、動態(tài)流變學(xué)特性及其凝膠形成動力學(xué)對復(fù)配體系進行更進一步研究，以期為魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用提供更完善的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

魔芋膠（20 ℃條件下黏度為3.5 Pa·s，食品級）、黃原膠（分子質(zhì)量1.76×106Da，20 ℃條件下黏度為6 Pa·s，食品級） 廣州鴻易食品添加劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2004A電子分析天平 上海精天電子儀器有限公司；HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州澳華儀器有限公司；AR-G2旋轉(zhuǎn)流變儀 美國TA公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

參照梁申[14]的方法并稍作改動，保持復(fù)配膠體質(zhì)量分數(shù)為1%，按照魔芋膠-黃原膠質(zhì)量比為2∶8、4∶6、5∶5、6∶4、8∶2稱取，混合后加入熱水中攪拌，使混合膠完全溶解，在70 ℃水浴中加熱30 min，將樣品取出靜置冷卻后放入4 ℃冰箱中，放置24 h后取出樣品進行流變學(xué)特性測定。

1.3.2 流變學(xué)特性測定

靜態(tài)剪切流變測定：取制備好的復(fù)配凝膠樣品，采用平板-平板測量系統(tǒng)，平板直徑60 mm，設(shè)置間隙1.5 mm，用一次性滴管滴加樣品，用刮板除去平板外多余樣品，表面涂硅油以防止水分蒸發(fā)，在25 ℃條件下測量剪切速率（γ）從0.01～10.00 s-1遞增，再從10.00～0.01 s-1遞減范圍內(nèi)樣品的黏度與剪切應(yīng)力變化情況。剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系可采用Power-Law模型（式（1））對數(shù)據(jù)點進行回歸擬合，擬合系數(shù)R2表示方程擬合精度。

式中：σ表示剪切應(yīng)力/Pa；K表示黏度系數(shù)/（Pa·sn）；γ表示剪切速率/s-1；n表示流體指數(shù)。

動態(tài)黏彈性能的測定：在25 ℃條件下，掃描應(yīng)變值為5%，振蕩頻率設(shè)定從0.1～10.0 Hz，保留時間180 s，測定樣品儲能模量G’、損耗模量G’’以及損耗正切角（tan δ）隨角頻率的變化。

動態(tài)溫度掃描測定：溫度以3 ℃/min從25 ℃升高到75 ℃，再以3 ℃/min從75 ℃降溫到25 ℃，掃描應(yīng)變值5%，掃描頻率1 Hz，保留時間180 s，記錄整個過程中儲能模量G’、損耗模量G’’隨時間和溫度的變化情況。

1.3.3 凝膠形成速率的計算

等速率降溫可以更加直觀地了解凝膠形成過程時體系結(jié)構(gòu)的變化情況[15-16]。平均凝膠形成速率（average structure developing rate，SDRa）可以描述凝膠形成過程中彈性性能的變化情況[17]。SDRa可通過dG’/dt來表示，根據(jù)式（2）計算。

式中：G’1和G’2分別為初始結(jié)構(gòu)和最終結(jié)構(gòu)溫度對應(yīng)的儲能模量/Pa；t1和t2分別為初始結(jié)構(gòu)和最終結(jié)構(gòu)時間/s。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有實驗均重復(fù)3 次，每次測試均需更換樣品。所有圖表均使用Origin 9.0和Microsoft Excel 2010軟件進行繪制，利用SPSS 19.0軟件對剪切應(yīng)力與速率關(guān)系進行Power-Law擬合以及動力學(xué)參數(shù)分析，利用鄧肯氏多重比較對差異顯著性進行分析，P＜0.05表示有顯著性差異，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)配體系的流變學(xué)特性

2.1.1 靜態(tài)剪切流變特性

圖1 魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系剪切應(yīng)力（A）和黏度（B）隨剪切速率變化曲線Fig. 1 Curves of shear force (A) and viscosity (B) of konjac gum-xanthan gum mixed systems versus shear rate

圖1 A為不同質(zhì)量比的魔芋膠-黃原膠復(fù)配凝膠體系剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系曲線。隨著魔芋膠占比逐漸增大，復(fù)配體系的剪切應(yīng)力也逐漸增大，當(dāng)魔芋膠與黃原膠的質(zhì)量比為5∶5時，復(fù)配體系的剪切應(yīng)力增幅明顯，而兩者比例達到6∶4時表現(xiàn)出最高的剪切應(yīng)力。這表明魔芋膠與黃原膠復(fù)配體系的抗剪切性隨著魔芋膠占比的上升而增大，魔芋膠與黃原膠混合復(fù)配后分子間除范德華力之外，應(yīng)該還存在引起復(fù)配體系抗剪切性顯著增強的其他相互作用力，同時黃原膠自身在剪切作用下的穩(wěn)定性也對復(fù)配體系具有保護作用[18]。當(dāng)魔芋膠占比進一步增加，兩者質(zhì)量比達到8∶2時，復(fù)配體系的剪切應(yīng)力則開始減小，其剪切應(yīng)力小于質(zhì)量比為5∶5時的剪切應(yīng)力，說明當(dāng)魔芋膠在復(fù)配體系中占比過多時會使得整個體系的抗剪切性能下降。

由圖1B可知，隨著剪切速率的不斷增加，所有復(fù)配體系的黏度均呈現(xiàn)下降趨勢，表現(xiàn)為典型的剪切變稀的非牛頓流體的特性。當(dāng)魔芋膠與黃原膠質(zhì)量比為6∶4時，體系的黏度達到最大值，與剪切應(yīng)力隨剪切速率變化的關(guān)系相符合，更加說明兩者之間存在顯著的協(xié)同增效性。Paradossi等[19]認為這可能是由于黃原膠分子的三維折疊螺旋結(jié)構(gòu)與無序結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變有關(guān)。當(dāng)魔芋膠含量適當(dāng)增加時，黃原膠可通過側(cè)鏈與魔芋膠分子中的葡甘露聚糖進行穿插，從而能形成較為致密的微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此使得復(fù)配體系的抗剪切性能有一定程度的增強。

表1 魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系Power-Law方程擬合參數(shù)Table 1 Power-Law parameters for konjac gum-xanthan gum mixed systems

用Power-Law模型對數(shù)據(jù)點進行擬合，如表1所示，擬合的決定系數(shù)均在0.95以上，表現(xiàn)出較高的擬合精度。該模型中流體指數(shù)n是用于衡量非牛頓流體行為程度的量度，n值小于1時，表明測定的流體為假塑性非牛頓流體，且n值越遠離1，流體表現(xiàn)出的假塑性越強；稠度系數(shù)K為流體稠度的量度，K值越高表示流體的稠度越大。由表1可知，所測樣品的流體指數(shù)均小于1，表明魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系為典型的假塑性流體，當(dāng)魔芋膠占比增加時，n值逐漸減小，當(dāng)質(zhì)量比為6∶4時，體系的n值達到最小，并且該質(zhì)量比下的復(fù)配體系也具有最大稠度系數(shù)，表明此時復(fù)配體系具有最大的黏度。魔芋膠中的魔芋葡甘露聚糖分子平滑，在其不分支的部分可與黃原膠形成次級鍵，增強相互作用，從而使得體系的穩(wěn)定性增強。這一結(jié)果與鄭梅霞等[20]對黃原膠的流變性及與魔芋膠的協(xié)效性研究結(jié)果相類似。

2.1.2 動態(tài)黏彈流變特性

圖2 魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系動態(tài)模量隨角頻率變化曲線圖Fig. 2 Dynamic moduli versus angular frequency curves of konjac gum-xanthan gum mixed systems

動態(tài)黏彈性不僅與物質(zhì)的實際品質(zhì)息息相關(guān)，在很大程度上也能夠表征物質(zhì)之間的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[21]，儲能模量（G’）與損耗模量（G’’）可分別用來表示材料形變時的彈性大小與黏性大小[22]。圖2為魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系動態(tài)模量隨角頻率變化關(guān)系圖。所有測試樣品的G’均大于相應(yīng)的G’’，說明測試樣品具有凝膠的特性，且在整個測試角頻率范圍內(nèi)，G’與G’’變化幅度很小，可認為在該測試角頻率范圍內(nèi)魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系的彈性性能和黏性性能幾乎保持不變。當(dāng)魔芋膠與黃原膠的質(zhì)量比為6∶4時，復(fù)配體系的G’值最大，質(zhì)量比從5∶5增加至6∶4時，G’值增幅顯著，表明在此質(zhì)量比下的復(fù)配體系的彈性性能最強，說明魔芋膠與黃原膠在該質(zhì)量比下分子間的網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)程度顯著增加[23]，而當(dāng)魔芋膠比例再增加時G’值變小，彈性性能降低。質(zhì)量比為2∶8時，復(fù)配體系的G’’較高，表明此時復(fù)配體系中高分子鏈間的相互磨擦阻力較小[24]，體系具有的黏性特征較強，表現(xiàn)出流動流體的性質(zhì)。而質(zhì)量比達到5∶5時G’’值顯著下降（P＜0.05），6∶4與5∶5的復(fù)配體系G’’相近，兩者的黏性性質(zhì)較弱，形成的凝膠強度較大。

圖3 魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系tan δ隨角頻率變化曲線圖Fig. 3 tan δ versus frequency curves of konjac gum-xanthan gum mixed systems

機械損耗角正切tan δ是G’’與G’的比值，該比值越小表明復(fù)配體系的彈性越強，反之則說明黏性越強[25]。由圖3可以看出，所測樣品的tan δ值均小于1，魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系展現(xiàn)出良好的固體特征，魔芋膠與黃原膠協(xié)同作用形成高強度凝膠，且凝膠強度與兩者間的質(zhì)量比有較大聯(lián)系。當(dāng)魔芋膠與黃原膠質(zhì)量比為2∶8時，復(fù)配體系的tan δ明顯高于其余質(zhì)量比，且隨著測試頻率的增加顯現(xiàn)出較大的漲幅，可能是由于復(fù)配體系中魔芋膠占比較小，帶入的葡甘露聚糖不能將黃原膠分子中的乙?；耆Y(jié)合，黃原膠側(cè)鏈伸展使復(fù)配體系分子間存在較大斥力，因此不能形成更加緊密的結(jié)構(gòu)。而當(dāng)質(zhì)量比為

5∶5和6∶4時體系的tan δ較小，且在整個測試頻率范圍內(nèi)曲線波動不明顯，表明復(fù)配體系結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠保持較高的彈性性能，使得復(fù)配體系呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的固體特征；當(dāng)質(zhì)量比為8∶2時，由于魔芋膠占比過多，其分子中的葡甘聚糖與黃原膠分子間的交聯(lián)程度下降而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)松散，彈性強度隨頻率發(fā)生變化，使得體系的tan δ升高。

2.2 復(fù)配體系的凝膠形成過程

2.2.1 復(fù)配凝膠的動態(tài)模量

圖4 魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系動態(tài)模量隨溫度變化曲線Fig. 4 Dynamic moduli versus temperature curves of konjac gum-xanthan gum mixed systems

由圖4可知，隨著溫度的升高，復(fù)配體系的儲能模量與損耗模量均表現(xiàn)出下降的趨勢，這可能是由于溫度升高，體系分子間的熱運動加劇，從而使得魔芋膠與黃原膠之間的聯(lián)結(jié)發(fā)生松動，在較高的溫度下復(fù)配膠體內(nèi)部的凝膠結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化[26]，因此在升溫終點體系的動態(tài)模量值處于較低水平。G’變化可大致分為3 個階段，升溫初期，G’下降緩慢，可能是由于在初期升溫范圍內(nèi)，溫度升高不明顯，分子熱運動加快速率較慢，魔芋膠與黃原膠之間的非共價結(jié)合斷裂較少；當(dāng)溫度升高至40 ℃時，復(fù)配體系開始發(fā)生相轉(zhuǎn)變，凝膠因受熱逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z，彈性性能下降，G’迅速降低；同時，黃原膠分子中的雙螺旋結(jié)構(gòu)易在受熱條件下打開，黃原膠與魔芋膠中的葡甘露聚糖所含有的β-1,4鍵的“嵌合”作用降低，也會加快復(fù)配體系彈性性能的下降（圖4A）。圖4B為復(fù)配體系G’’同溫度變化的關(guān)系曲線圖，G’’隨溫度的變化情況與G’相似，但在質(zhì)量比為2∶8時，復(fù)配體系的G’’仍保持在較高水平，表明該質(zhì)量比下的復(fù)配體系具有較高黏性性能，體系呈現(xiàn)較強的流體特征。這一結(jié)果與郭肖[27]的刺槐豆膠與魔芋膠復(fù)配的研究結(jié)果類似。

2.2.2 復(fù)配體系的凝膠形成速率

圖5 不同質(zhì)量比魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系凝膠形成Fig. 5 Formation of mixed gels with different konjac gum-xanthan ratios

圖5 A為質(zhì)量比2∶8的魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系，隨著溫度的降低，體系的G’逐漸升高，溫度在75～55 ℃時，G’變化不明顯，當(dāng)溫度下降至50 ℃時，體系的G’升高迅速；同時，在50 ℃時復(fù)配體系的凝膠形成速率開始明顯增加，表明此時復(fù)配體系內(nèi)部凝膠結(jié)構(gòu)初步形成，當(dāng)溫度進一步降低，凝膠形成速率加快，表明在較低溫度下，魔芋膠側(cè)鏈上的基團與黃原膠的雙螺旋結(jié)構(gòu)嵌合加快，且隨著溫度的降低，黃原膠的雙螺旋由無序松散的狀態(tài)逐漸變得有序緊湊，也使得復(fù)配體系的彈性性能增加，形成強度較大的凝膠，復(fù)配體系表現(xiàn)出固體形態(tài)。

圖5B為質(zhì)量比4∶6的魔芋膠-原膠復(fù)配體系，在80～40 ℃的降溫過程中，G’與凝膠形成速率的變化與質(zhì)量比為2∶8時的復(fù)配體系相比幾乎相差不大，但隨著溫度降低至40 ℃后，G’值也呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，凝膠形成速率加快，但形成的凝膠G’在終點時稍有上升，表明最終形成的凝膠強度增加，彈性性能進一步升高。

圖5C為質(zhì)量比5∶5的魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系，魔芋膠在復(fù)配體系中的占比升高至50%，在降溫過程中，G’與凝膠形成速率的變化趨勢仍舊隨著溫度降低而升高。但在該質(zhì)量比下凝膠開始形成的溫度降低，在41 ℃時，體系的G’與凝膠形成速率首次劇烈增加，表明在該溫度下，魔芋膠與黃原膠之間的互相作用才開始有明顯的增強。這可能是由于魔芋膠增加，復(fù)配體系中的β-1,4糖苷鍵的含量上升，魔芋膠側(cè)鏈與黃原膠的雙螺旋結(jié)構(gòu)作用時克服的能量壁壘升高，熱量用于復(fù)配體系中非共價鍵的形成從而使得溫度降低，同時在較低溫度下形成凝膠網(wǎng)絡(luò)，可使分子間的連接更加穩(wěn)定，因而使形成的凝膠具有較高的穩(wěn)定性，且保證整個凝膠有較強的彈性性能，使得形成的凝膠強度和硬度加大，相比魔芋膠占比較小的復(fù)配體系，該質(zhì)量比的凝膠表現(xiàn)出更加堅實的固體特征。

圖5D為質(zhì)量比6∶4的魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系，魔芋膠所占的比例進一步升高，該質(zhì)量比下形成的凝膠與質(zhì)量比為5∶5時的復(fù)配體系相似，魔芋膠的含量再次增加，使得復(fù)配體系具有更強的強度，當(dāng)?shù)竭_降溫終點時，該復(fù)配體系的G’也達到最大值，且與之前所測樣品相比增幅顯著。表明此時凝膠具有最強的彈性性能，魔芋膠與黃原膠之間的包埋嵌合作用達到最強，復(fù)配體系的結(jié)構(gòu)最為緊密。

圖5E為質(zhì)量比8∶2的魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系，當(dāng)魔芋膠占比達到80%時，凝膠形成速率稍有下降，當(dāng)溫度降低至40 ℃后，凝膠的G’值低于質(zhì)量比為6∶4時凝膠的G’值，表明此時形成凝膠的強度不及質(zhì)量比為6∶4時的凝膠強度，這可能是由于魔芋膠添加量過多，帶入過量的分支側(cè)鏈，使得整個分子的結(jié)構(gòu)變大，且由于黃原膠的含量降低，雙螺旋結(jié)構(gòu)未能將魔芋膠中過多的葡萄糖基側(cè)鏈或β-1,4糖苷鍵完全包裹嵌合魔芋膠自身由于側(cè)鏈基團的相互排斥而導(dǎo)致最終凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強度下降，形成凝膠速率也降低。

2.2.3 質(zhì)量比對動態(tài)模量及平均凝膠形成速率的影響

圖6 不同質(zhì)量比對魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系動態(tài)模量（A）及平均凝膠形成速率（B）的影響Fig. 6 Effects of different ratios of konjac gum to xanthan gum on G’,G’’ (A) and SDRa (B)

圖6 為等速溫度掃描降溫終點復(fù)配體系的動態(tài)模量及平均凝膠形成速率的變化情況。當(dāng)魔芋膠在復(fù)配體系中占比增加時，降溫后形成的凝膠強度逐漸增加，當(dāng)魔芋膠在整個復(fù)配體系中的含量達到50%時，G’迅速增加，當(dāng)魔芋膠的量繼續(xù)增加時G’反而降低；而凝膠形成速率則在魔芋膠含量為40%時就開始顯著增加（P＜0.05）。魔芋膠中的親水基團在一定程度上將有助于凝膠強度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的增強[28]，魔芋膠中的親水基團在不影響整體分子結(jié)構(gòu)的前提下，與黃原膠的雙螺旋結(jié)構(gòu)相互糾纏增加了分子間網(wǎng)絡(luò)的連接性使得魔芋膠與黃原膠之間的氫鍵、范德華力、疏水相互作用等增強從而提高凝膠強度。

2.3 復(fù)配體系凝膠形成動力學(xué)分析

通過等速降溫可以較好地觀察凝膠形成的過程，聯(lián)合反應(yīng)速率、時間、溫度等，G’可以用阿倫尼烏斯方程（式（3））表示。

式中：C0為初始濃度/（mol/L）；C為t時刻的濃度/（mol/L）；n為反應(yīng)級數(shù)；k0為指前因子；Ea為反應(yīng)活化能/（J/mol）；T為絕對溫度/K；R為氣體常數(shù)（8.314 J/（mol·K））。

反應(yīng)速率見式（4）。

用阿倫尼烏斯方程計算反應(yīng)速率常數(shù)（式（5））。

合并式（4）、（5）即可得到式（6）。

將式（3）中的C轉(zhuǎn)化為G’，由于溫度降低，體系的G’升高，呈現(xiàn)負相關(guān)變化趨勢，因此可將式（3）中的負號改為正號，即可用阿倫尼烏斯方程表示G’，見式（7）。

式中：G’為儲能模量/Pa；n為反應(yīng)級數(shù)；t為時間/s；k0為阿倫尼烏斯常數(shù)/（Pa/s）；Ea為活化能/（J/mol）；R為氣體常數(shù)8.314 J/（mol·K）；T為絕對溫度/K。

利用上述模型對魔芋膠-黃原膠復(fù)配凝膠體系進行凝膠形成的動力學(xué)分析，反應(yīng)級數(shù)n取2[29-30]。用式（7）計算相關(guān)參數(shù)，以作圖，由斜率可得到活化能Ea和與反應(yīng)對應(yīng)的阿倫尼烏斯常數(shù)。

由圖7可知，凝膠形成過程可分為2 個階段的反應(yīng)：在較高溫度下魔芋膠與黃原膠相互“嵌合”形成具有三維結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，需要克服分子間的相互作用力；隨著溫度的降低，復(fù)配體系中分子間的纏節(jié)與包埋作用基本已趨于穩(wěn)定，凝膠網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建已逐漸完成。當(dāng)魔芋膠的添加量占總凝膠質(zhì)量的50%時，凝膠形成過程在高溫區(qū)域和低區(qū)域已表現(xiàn)出明顯的差異，當(dāng)魔芋膠的含量增加到60%時這種現(xiàn)象最為明顯，而當(dāng)魔芋膠占比再加大時，變化已不顯著。

圖7 魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系G’隨溫度變化關(guān)系曲線Fig. 7 G’ versus temperature curves of konjac gum-xanthan gum gels during cooling

表2 魔芋膠-黃原膠復(fù)配凝膠冷卻過程中的動力學(xué)參數(shù)Table 2 Kinetic parameters for konjac gum-xanthan gum gels during cooling

表2也可說明高溫區(qū)域和低溫區(qū)域凝膠形成時所需活化能的差異，在高溫區(qū)段凝膠形成需要較高的活化能，說明魔芋膠與黃原膠結(jié)合，由不能形成凝膠向可形成堅實度較高的凝膠轉(zhuǎn)變需要克服較大的能量壁壘。用阿倫尼烏斯方程對降溫過程中的G’與時間、溫度關(guān)系進行擬合，決定系數(shù)均在0.98以上，表明該方程對其有較高的擬合精度，說明所得動力學(xué)參數(shù)均有較高的可信度。這一結(jié)果與盛林杰等[31]對果膠凝膠動力學(xué)分析結(jié)果相似。

3 結(jié) 論

通過對不同質(zhì)量比的魔芋膠-黃原膠進行系統(tǒng)、完整的流變學(xué)特性的分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)魔芋膠與黃原膠質(zhì)量比為5∶5和6∶4時具有較好的成膠特性，當(dāng)質(zhì)量比為6∶4時，復(fù)配體系具有最大的稠度系數(shù)與最小的流體指數(shù)，且通過動態(tài)流變學(xué)的分析發(fā)現(xiàn)此時的凝膠具有最強的凝膠強度和凝膠形成速率。因此，在實際的生產(chǎn)中可采用的質(zhì)量比為6∶4。通過魔芋膠與黃原膠復(fù)配形成性質(zhì)優(yōu)良的新凝膠可替代目前使用的多數(shù)食品膠而能在食品領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系較強的凝膠性能可以彌補果膠、卡拉膠等在餅干、果凍、糖果等食品中的不足。在后續(xù)研究中，將對魔芋膠-黃原膠復(fù)配體系對食品質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、感官等性質(zhì)的影響做進一步研究，以便為魔芋膠-黃原膠在食品中的應(yīng)用提供更完善的理論參考。

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