段方娥，馬樂，何強

(四川大學 輕紡與食品學院，成都 610065)

白鰱(silver carp)肉質鮮嫩、營養(yǎng)豐富且價格低廉，將白鰱酶解液制成凝膠以改善調味醬的穩(wěn)定性及凝膠食品的粘彈性具有良好的應用前景[1]。但是，鰱魚酶解液所形成的凝膠通常結構強度較弱，甚至無法單獨形成穩(wěn)定的凝膠結構[2]。因此，加入輔助膠凝劑以改善鰱魚酶解液的凝膠特性，在其工業(yè)化應用中具有重要意義。

多糖是食品中的一類重要物質，可獨立成膠替代傳統(tǒng)增稠乳化穩(wěn)定劑，常用于醬料產品中改良醬料體系的質構和功能特性[3]，也可與蛋白質的部分基團相互連接發(fā)生交互作用形成蛋白-多糖復合凝膠，用于改善凝膠食品自身的凝膠特性[4]。

目前，關于多糖應用在魚蛋白酶解液中的輔助膠凝作用研究較少，且多研究其膠凝效果，并未進行深入研究，致使多糖作為凝膠輔劑的應用范圍受限。因此，本文對適宜制備鰱魚酶解液凝膠的多糖進行篩選與復配研究，并初步探究了鰱魚酶解液與多糖形成凝膠的作用機理，以期為凝膠產品的開發(fā)及利用提供理論基礎和指導方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白鰱：市購，去除內臟作為本實驗原料；其他實驗試劑：均為分析純，成都科龍化工試劑廠。

TA.XT plus物性測試儀、TAQ100-DSC熱分析儀 美國TA Instruments公司；Nicolet Is 10傅里葉變換紅外光譜儀 美國熱電公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 鰱魚酶解液-多糖復合凝膠制備

參考文獻[2]中的方法進行制備。原料白鰱經復合蛋白酶和風味蛋白酶共同酶解后，所得酶解液水解度為10.23%，蛋白質回收率≥80%，氨基酸總量達88.1 mg/g。

1.2.2 多糖復配種類探究

以κ-卡拉膠(KC)作為復配膠凝劑的主多糖，將刺槐豆膠(LBG)、海藻酸鈉(SA)、魔芋膠(KGM)和黃原膠(XG)與之復配后按1.2.1中的方法制膠，進行凝膠強度、析水率和DSC分析，確定最優(yōu)的多糖復配種類。

1.2.3 多糖復配比例探究

將κ-卡拉膠與魔芋膠以一定比例復配后按1.2.1中的方法制膠，進行凝膠強度、析水率和質構分析，確定最優(yōu)的多糖復配比例。

1.2.4 凝膠機理研究

1.2.4.1 分子間作用力研究

參考文獻[5]中的方法進行測定。向復合凝膠中分別添加氯化鈉(NaCl)、尿素(Urea)、十二烷基硫酸鈉(SDS)和二硫蘇糖醇(DTT)，測定凝膠強度變化，分析靜電作用力、氫鍵、疏水相互作用和共價二硫鍵作用大小。

1.2.4.2 FTIR分析

復合凝膠樣品凍干，與KBr混合均勻、壓片，用傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR Spectrometer)進行圖譜分析，掃描范圍為500～4000 cm-1。

1.2.5 分析方法

凝膠強度參考文獻[6]中的方法進行測定，析水率參考文獻[7]中的方法進行測定。復合凝膠樣品凍干，稱取5.00 mg樣品于鉛制坩堝中， 20 ℃平衡5 min，以5 ℃/min加熱至130 ℃進行DSC分析。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Origin 8.5作圖，SPSS 22.0統(tǒng)計軟件對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與討論

2.1 多糖復配種類篩選結果

2.1.1 凝膠強度和析水率分析

κ-卡拉膠是具有半酯式硫酸基的陰離子多糖，其形成凝膠作用力強，彈性好，具有良好的持水性能，因此選用κ-卡拉膠作為復配膠凝劑的主多糖。復配膠凝劑對凝膠強度和析水率的影響結果見圖1。

4種復合凝膠的凝膠強度分別為227.4，325.6，220.4，251.3 g，由圖1可知，均高于單一κ-卡拉膠(199.8 g)的凝膠強度，4種復合凝膠的析水率分別為3.82%、2.98%、4.02%、4.25%，相比單一κ-卡拉膠(4.98%)均有降低。說明κ-卡拉膠與刺槐豆膠、魔芋膠、黃原膠和海藻酸鈉復配后均能在不同程度上提高凝膠強度，降低析水率。其中κ-卡拉膠與魔芋膠復配后凝膠強度增強效果最為明顯，析水率最低。根據(jù)Wei Y等的研究結果，推測其復配增效可能原因是在升溫溶膠過程中，κ-卡拉膠與魔芋膠分子鏈展開，κ-卡拉膠殘基上的半酯式硫酸基團與魔芋膠分子鏈上的大量羥基形成氫鍵，產生大量穩(wěn)定結合點，形成更具穩(wěn)定性的凝膠網絡結構[8]。

圖1 復配多糖對凝膠強度和析水率的影響Fig.1 Effect of composite polysaccharides on the gel strength and syneresis rate

2.1.2 DSC分析

熱處理是食品加工過程中的常用方法，加熱會引起蛋白質的高級結構發(fā)生改變或使蛋白質降解。根據(jù)DSC圖譜所示的吸、放熱變化，可得到被測樣品的結構穩(wěn)定性信息，其圖譜可直接反映出溫度變化過程中樣品的物理和化學變化過程[9]。5種復合凝膠的DSC測試結果見圖2。

圖2 復合凝膠的DSC分析掃描曲線Fig.2 DSC analysis scanning curves of the composite gel

注：A為KC+KGM；B為KC+SA；C為KC+LBG；D為KC+XG；E為KC。

由圖2可知，4種復配體系的DSC曲線較單一κ-卡拉膠體系曲線的熔融吸熱峰都發(fā)生了明顯變化，說明κ-卡拉膠與4種多糖復配后均發(fā)生了一定程度的交互作用。其中κ-卡拉膠和魔芋膠復配體系的熱變性溫度為85.5 ℃，高于κ-卡拉膠體系的80.9 ℃，而κ-卡拉膠和黃原膠、κ-卡拉膠和刺槐豆膠及κ-卡拉膠和海藻酸鈉3種復配體系的熱變性溫度分別為76.5，75.2，72.6 ℃，均低于κ-卡拉膠體系。說明在4種復配體系中，只有κ-卡拉膠和魔芋膠復配體系形成了更為穩(wěn)定的聚合體，提高了復合凝膠的熱穩(wěn)定性。

綜上所述，κ-卡拉膠和魔芋膠的復配體系相比其他3種復配體系在凝膠強度、析水率及熱穩(wěn)定性等方面均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，最優(yōu)多糖復配種類為κ-卡拉膠和魔芋膠。

2.2 多糖復配比例結果

2.2.1 凝膠強度和析水率分析

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κ-卡拉膠和魔芋膠按不同比例復配后對凝膠強度和析水率的影響結果見圖3。

圖3 κ-卡拉膠和魔芋膠復配比例對凝膠強度和析水率的影響Fig.3 Effect of KC/KGM compounding ratios on the gel strength and syneresis rate

由圖3可知，向κ-卡拉膠中加入低比例魔芋膠(KC∶KGM為9∶1)時，復合凝膠強度為492.4 g，相比單一κ-卡拉膠體系(199.8 g)提高近2.5倍，復配效果明顯；繼續(xù)增加魔芋膠的比例，凝膠強度下降，直至兩者比例KC∶KGM達到1∶9時幾乎不能形成凝膠。同時，復合凝膠析水率整體趨勢表現(xiàn)為先降低后升高，二者比例達到5∶5時，析水率降至最低(2.87%)，此后隨著魔芋膠比例的增加，析水率迅速增大。可能原因是魔芋膠的主要化學成分為葡甘露聚糖，由D-葡萄糖和D-甘露糖通過β-1,4糖苷鍵聚合而成，甘露糖單位的第6位C上存在乙酰基，魔芋膠脫去乙酰基時較易形成凝膠，乙?；^多則無法形成凝膠[10]。因此，隨著魔芋膠比例的增大，乙酰基數(shù)量增多，凝膠結構無法形成，凝膠強度降低，析水率升高。

2.2.2 復合凝膠質構特征分析

在TPA模式中，通過彈性、膠著性和咀嚼性3個指標的量化數(shù)據(jù)衡量樣品的感官品質。不同復配比例下5種復合凝膠TPA模式測試結果見表1。

表1 κ-卡拉膠和魔芋膠復配對復合凝膠質構特征的影響Table 1 Effect of KC/KGM compounding ratios on the textural characteristics of composite gel

注：表中的數(shù)據(jù)為平均值±標準差，字母表示差異的顯著性(p<0.05)。

由表1可知，在復配比為9∶1～5∶5的范圍內，復合凝膠的彈性、膠著性和咀嚼性均呈現(xiàn)升高趨勢；在復配比為5∶5時，3種指標達到最大值，而后隨著魔芋膠比例的升高指標值逐漸下降，復合凝膠感官品質下降，說明κ-卡拉膠和魔芋膠的復配比為5∶5時，復合凝膠的質構特征最優(yōu)。κ-卡拉膠帶有強陰離子基團，與鰱魚酶解液中的蛋白質、多肽、氨基酸等物質結合會形成硬度較大的凝膠，通過與少量魔芋膠復配，則可形成柔軟并富有韌性的凝膠結構，能改善產品的彈性、膠著性和咀嚼性，使復合凝膠的感官品質有所提高[11]。由于2種多糖的物質組成、化學結構不同，隨著魔芋膠比例的增加，少量的κ-卡拉膠不能形成堅實的凝膠網絡結構，復合凝膠的質構特征反而降低。

由于凝膠強度過大會影響凝膠品質，在實際應用中凝膠強度并不是越大越好，綜合凝膠強度、析水率兩方面指標及質構特征參數(shù)考慮，κ-卡拉膠和魔芋膠的最優(yōu)復配比為5∶5。

2.3 凝膠機理研究

2.3.1 復合凝膠分子間作用力分析

圖4 氯化鈉、尿素、SDS和DTT對復合凝膠強度的影響Fig.4 Effect of NaCl,Urea,SDS and DTT on the strength of composite gel

由圖4可知，隨著NaCl、Urea、SDS和DTT濃度的增大，復合凝膠的凝膠強度呈逐步下降趨勢，凝膠強度下降程度為：NaCl>Urea>SDS>DTT，當濃度繼續(xù)增大至1.0 mol/L時，凝膠強度損失率分別達到94.35%、43.38%、34.98%、31.21%，說明復合凝膠的分子間作用力主要是靜電作用，其次是氫鍵作用，疏水作用和二硫鍵作用則較弱。

鰱魚酶解液中含有豐富的大分子蛋白質、各種不同分子量的多肽及大量游離氨基酸，可與κ-卡拉膠分子結構中的強陰離子活性半酯式硫酸基團通過強烈的靜電相互作用形成穩(wěn)定的凝膠結構。κ-卡拉膠和魔芋膠是高分子多糖，含有大量羥基，可與酶解液中的蛋白質等物質形成分子間氫鍵，雖然氫鍵數(shù)目龐大，但是作用力較小，所以在凝膠結構的形成中起次要作用。而鰱魚蛋白經過酶解及熱處理，大分子蛋白被降解，三四級結構被破壞，使其疏水相互作用降低。由于κ-卡拉膠、魔芋膠和酶解液蛋白都是大分子，體積較大，體系間范德華力很小，因而范德華力不是凝膠結構形成和維持穩(wěn)定的主要作用力。

2.3.2 FTIR分析

FTIR是用于研究分子結構的常用手段，根據(jù)光譜圖中振動譜帶的強度、寬度和峰位置等信息，可從分子水平分析高聚物的構象變化。鰱魚酶解液(A)、復配多糖膠凝劑(B)和復合凝膠(C)的FTIR分析結果見圖5。

圖5 FTIR圖譜Fig.5 FTIR infrared spectrogram

注：A 為鰱魚酶解液；B為復配多糖膠凝劑；C為復合凝膠。

由圖5可知，鰱魚酶解液紅外圖譜在官能團區(qū)的特征吸收峰沒有發(fā)生明顯變化，說明加入復配多糖膠凝劑反應前后，鰱魚酶解液中蛋白質分子空間結構沒有發(fā)生劇烈變化。對比復合凝膠與復配多糖膠凝劑的紅外圖譜，發(fā)現(xiàn)在3430 cm-1附近處的O-H伸縮振動吸收峰增強，并向低波數(shù)方向移動至3382 cm-1，同時振動頻率明顯降低。根據(jù)魏玉等人對κ-卡拉膠與魔芋膠的協(xié)同作用研究[13]，推測該現(xiàn)象可能原因是κ-卡拉膠與魔芋膠混膠體系以κ-卡拉膠的網狀結構為主，魔芋膠通過氫鍵與κ-卡拉膠相互作用，其中魔芋葡甘露聚糖鏈吸附于κ-卡拉膠分子自身形成的雙螺旋結構之上，κ-卡拉膠分子鏈上半酯式硫酸基和魔芋膠分子上的羥基發(fā)生相互作用，使氫鍵作用增強，分子間相互作用力增大，最終使得混合膠體的膠束較單體膠的凝膠網狀結構更為致密。

3 結論

通過對鰱魚酶解液-多糖復合凝膠的凝膠強度、析水率和DSC結果分析可知，復合凝膠中多糖的最優(yōu)復配方式為：κ-卡拉膠和魔芋膠復配比1∶1(W/W)，在此條件下，凝膠強度為325.6 g，析水率為2.98%，具有較好的熱穩(wěn)定性和良好質的構特征?；诜肿娱g作用力和FTIR分析結果，復合凝膠的膠凝機理為：維持凝膠穩(wěn)定性的相互作用力以靜電作用為主，其次是氫鍵，而疏水相互作用和二硫鍵作用較弱；FTIR結果表明，κ-卡拉膠中半酯式硫酸基和魔芋膠中的羥基通過氫鍵促進了分子間的相互作用，增強了凝膠強度。該復合凝膠的研究解決了鰱魚酶解液凝膠強度差、易析水等關鍵問題，具有提高凝膠強度、持水性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點，并闡釋了鰱魚酶解液-多糖復合凝膠的成膠機理，可為鰱魚酶解液凝膠在調味醬類食品及凝膠食品中的綜合利用提供思路。