王撼辰，丑述睿，崔慧軍，張舒翼，劉 璇，李 斌,*

（1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110866；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，北京 100193）

蘋果果膠是一種常見的果膠，主要結(jié)構(gòu)是以α-1,4-糖苷鍵連接的多聚半乳糖醛酸鏈，其酯化度約為75%，糖醛酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58.5%，總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.8%，分子質(zhì)量通常大于400 kDa。蘋果果膠是一種無(wú)毒天然食品添加劑，具有良好的凝膠性、穩(wěn)定性、增稠性和乳化性[1]，因此可作為化工與制藥業(yè)的原料，其良好的凝膠性和增稠性亦被廣泛應(yīng)用于食品原料中，以提高食品品質(zhì)。果膠與金屬離子的相互作用對(duì)果膠的流變性、動(dòng)態(tài)黏彈性和質(zhì)構(gòu)特性有著較大的影響。吳健峰等[2]通過(guò)鈉離子、鈣離子和鐵離子處理殼聚糖-果膠-阿拉伯膠電解質(zhì)復(fù)配物體系，并通過(guò)紅外光譜分析和掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)金屬離子對(duì)該復(fù)配物體系的膜溶脹度、接觸角以及膜結(jié)構(gòu)有顯著性影響。Liu Dengfeng等[3]研究發(fā)現(xiàn)，鈣離子對(duì)蘋果果膠中的黃原膠流變性有顯著提升。Kirtil等[4]通過(guò)核磁共振測(cè)定了鈣離子與果膠甲酯酶復(fù)配物對(duì)新鮮解凍的芒果果膠細(xì)胞完整性的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)鈣離子處理的果膠甲酯酶效果遠(yuǎn)優(yōu)于果膠甲酯酶單獨(dú)的效果。Gamonpilas等[5]采用鈣離子、鎂離子和鋇離子分別處理柚子果膠，發(fā)現(xiàn)這3 種金屬離子對(duì)柚子果膠的凝膠系數(shù)產(chǎn)生顯著影響，提高了柚子果膠的凝膠強(qiáng)度，進(jìn)而提升了整體凝膠性。

蘋果多酚是存在于蘋果中的功能活性成分，尤其是在未成熟的蘋果中含量極其豐富[6]。蘋果中提取的蘋果多酚具有強(qiáng)大的抗氧化能力[7]，還具有降低膽固醇[8]、調(diào)節(jié)胰島素敏感性[9]以及改善肌肉纖維耐力的功能[10]，是制作功能性食品的常用原料。蘋果多酚與多糖化合物相互作用后形成的復(fù)配物能夠整體上改變多糖的微觀結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，Sivam等[11]對(duì)加入蘋果多酚制成的面包進(jìn)行了掃描電鏡和核磁共振測(cè)定，發(fā)現(xiàn)加入蘋果多酚的面包微觀結(jié)構(gòu)相比只由淀粉和酵母制成的面包有所不同，加入蘋果多酚的面包組織屑更為光滑，組織分布也更加均勻。

鈣離子在機(jī)體生理活動(dòng)中必不可少，它對(duì)于維持細(xì)胞膜兩側(cè)的電位具有至關(guān)重要的作用，鈣離子與目前主流果膠-多酚復(fù)合型食品的相互作用研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)。相關(guān)研究表明，適量濃度的鈣離子能夠提高果膠的流變性、凝膠性以及質(zhì)構(gòu)特性，而濃度過(guò)高的鈣離子則會(huì)使果膠的質(zhì)構(gòu)特性降低[12]。本研究將上述2 種原料結(jié)合形成復(fù)配物體系，模擬目前果膠-多酚復(fù)合型食品的主要成分，再利用金屬離子能夠改善蘋果果膠流變、凝膠和質(zhì)構(gòu)特性的特點(diǎn)，采用鈣離子處理蘋果果膠與蘋果多酚的復(fù)配體系，探討鈣離子對(duì)該復(fù)配體系的影響，從而探究復(fù)配體系中鈣離子添加量對(duì)復(fù)配體系流變、凝膠和質(zhì)構(gòu)特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘋果果膠（食品級(jí)，純度為96%，酯化度75%，相對(duì)分子質(zhì)量889.03） 江莫天宸食品公司；蘋果多酚（純度為92%，相對(duì)分子質(zhì)量436.41，主要成分為綠原酸和兒茶素） 莫發(fā)康諾化學(xué)有限公司；無(wú)水氯化鈣、檸檬酸、檸檬酸三鈉、蔗糖（均為分析純） 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；2-甲基硅油（分析純） 成都市科龍化工試劑廠。

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；pHS-25酸度計(jì) 上海圣科儀器設(shè)備有限公司；Discovery HR-1 hybrid流變儀 美國(guó)TA Instrument公司；Brookfield CT-3質(zhì)構(gòu)儀（Rheo3000軟件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物料從初始屈服應(yīng)力到流動(dòng)、松弛、蠕變和恢復(fù)的完整流變學(xué)行為評(píng)估，有3 種配置可選RST-CPS、RST-CC和RSTSST） 中科美儀（北京）科技有限公司；IKA RCT基本型磁力攪拌器（內(nèi)置PT1000溫度傳感器，DIN 12878標(biāo)準(zhǔn)接口，可連接外部溫度及精確控溫） 德國(guó)IKA公司；EM-30AX Plus掃描電鏡儀 韓國(guó)COXEM公司；CT15RE臺(tái)式冷凍離心機(jī) 日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的制備

參照梁申[13]的方法有所改動(dòng)，配制0.1 mol/L pH 3.0的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液1 000 mL。原料添加量參照張卉等[14]的實(shí)驗(yàn)配比，方法有所改動(dòng)，分別用分析天平稱取1 g蘋果果膠和0.1 g蘋果多酚，將其溶解于裝有100 mL檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液的燒杯中，分別加入緩沖液體積分?jǐn)?shù)0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的無(wú)水氯化鈣，另取一批樣品同樣按照上述方法配制，但不加入無(wú)水氯化鈣，作為對(duì)照。將所有制得的樣品分為A、B兩組，A組復(fù)配物樣品以300 r/min、92 ℃磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，20 min后將轉(zhuǎn)數(shù)緩慢調(diào)整至600 r/min進(jìn)行攪拌，20 min后再將轉(zhuǎn)數(shù)緩慢調(diào)整至1 100 r/min，攪拌30 min后得到不同鈣離子添加量處理的蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物樣品，于冰箱中4 ℃冷藏24 h后測(cè)定凝膠流變和質(zhì)構(gòu)特性；B組經(jīng)過(guò)上述處理后，送入超低溫設(shè)備，于-80 ℃進(jìn)行超低溫處理48 h，制得的所有樣品備用。

1.3.2 流變特性的測(cè)定

靜態(tài)剪切測(cè)定：取制備好的蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物，采用平板-平板測(cè)量系統(tǒng)，平板直徑為60 mm，間隙為1.5 mm，采用藥匙舀取樣品，置于流變儀平板中央處，周圍涂抹硅油以防止水分蒸發(fā)。掃描溫度為25 ℃，測(cè)定剪切速率0～270 s-1的剪切應(yīng)力變化。采用Power-Law模型對(duì)剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)系的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行回歸擬合，用R2表示方程擬合精度。Power-Law方程如式（1）所示：

式中：σ為剪切應(yīng)力/Pa；K為稠度系數(shù)/（Pa?sn）；γ為剪切速率/s-1；n為流體指數(shù)。

動(dòng)態(tài)頻率掃描測(cè)定：掃描溫度25 ℃，掃描應(yīng)變1%，測(cè)定頻率0.1～100 Hz的儲(chǔ)能模量（G’）、損耗模量（G〞）以及損耗角正切值（tanδ）的變化。

動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描測(cè)定：掃描溫度25 ℃，掃描應(yīng)變1%，掃描頻率0.25 Hz，掃描時(shí)間3 600 s，測(cè)定掃描過(guò)程中的G’、G〞以及tanδ。

1.3.3 持水性的測(cè)定

將復(fù)配體凝膠切割為體積均勻的立方體小塊，置于50 mL離心管中，放入離心機(jī)中測(cè)定持水性。6 000 r/min離心45 min，溫度為室溫，每個(gè)樣品測(cè)量3 次取其平均值。持水性按式（2）計(jì)算：

式中：m0為50 mL空離心管的質(zhì)量/g；m1為離心前離心管和樣品的總質(zhì)量/g；m2為離心后除去水溶液的離心管質(zhì)量/g。

1.3.4 平均凝膠速率的測(cè)定

相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，以固定速度降溫可以更加具體地了解凝膠形成過(guò)程中體系結(jié)構(gòu)的改變[15-16]。平均凝膠形成速能夠有效地反映凝膠形成過(guò)程中彈性的具體變化[17]，按式（3）計(jì)算：

式中：G’lst為冷卻階段起始時(shí)復(fù)配物的彈性模量/Pa；t’lst為冷卻階段起始時(shí)間/s；G’End為冷卻結(jié)束時(shí)復(fù)配物的彈性模量/Pa；t’End為冷卻結(jié)算結(jié)束時(shí)間/s。

1.3.5 質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

采用Brookfield CT-3質(zhì)構(gòu)儀對(duì)復(fù)配物進(jìn)行質(zhì)地剖面分析（texture profile analysis，TPA）[18]。測(cè)定條件：探頭P/0.5，測(cè)前速率1.00 mm/s；測(cè)試速率1.00 mm/s；返回速率1.00 mm/s，觸發(fā)力35 g；壓縮變形程度40%。每組樣品測(cè)試3 次，取平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1.3.6 微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定

將制備好的復(fù)配物樣品迅速倒入90 mm的培養(yǎng)皿中，將培養(yǎng)皿放入超低溫設(shè)備中于-75 ℃溫度下冷凍2 h，取出后放入凍干機(jī)中凍干72 h，待樣品完全凍干后，放入冷凍干燥箱中，在-55 ℃溫度下進(jìn)行抽真空冷凍干燥72 h，使樣品完全干燥。然后將樣品置于離子濺渡儀裝有雙面導(dǎo)電的鋁片上，進(jìn)行噴金處理后進(jìn)行掃描電鏡觀察，觀測(cè)樣品表面的微觀結(jié)構(gòu)，電壓設(shè)置為20 kV。

1.3.7 鈣離子與復(fù)配物體系相互作用模擬

使用ChemDraw 15.0化學(xué)結(jié)構(gòu)式繪圖軟件的繪制反應(yīng)結(jié)構(gòu)式，模擬鈣離子與復(fù)配體結(jié)構(gòu)相互作用具體過(guò)程。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3 次，每次測(cè)試均需更換樣品。采用Power-Law、Origin 9.0、Microsoft Excel和ChemDraw 15.0進(jìn)行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 流變特性分析

2.1.1 靜態(tài)剪切變化結(jié)果

圖1 蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物體系剪切應(yīng)力隨剪切速率變化曲線Fig. 1 Shear stress versus shear rate curves of apple pectin-apple polyphenol mixed system

如圖1所示，隨著剪切速率的不斷增加，蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物樣品經(jīng)不同添加量鈣離子處理后，其剪切應(yīng)力的變化均呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。隨著鈣離子添加量的逐漸增大，所有復(fù)配物樣品的剪切應(yīng)力逐漸升高，同等剪切速率下，鈣離子添加量為0.3%時(shí)，剪切應(yīng)力達(dá)到最大值，這可能是由于在酸性條件下，鈣離子所攜帶的正電荷與蘋果果膠中的負(fù)電荷產(chǎn)生了強(qiáng)靜電作用，隨著果膠添加量的增加，鈣離子攜帶的正電荷逐漸增多并與果膠上的負(fù)電荷結(jié)合，兩者形成穩(wěn)定的復(fù)配物體系，靜電作用使鈣離子與果膠形成均勻致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，整體凝膠強(qiáng)度得到了增強(qiáng)，從而使蘋果果膠的流動(dòng)性增強(qiáng)[19]。然而隨著鈣離子添加量的繼續(xù)增大，復(fù)配物的剪切應(yīng)力出現(xiàn)降低現(xiàn)象，表明了流動(dòng)性的減弱。這可能是由于蘋果果膠與蘋果多酚的分子間發(fā)生了纏結(jié)現(xiàn)象，從而削弱了分子的相對(duì)流動(dòng)性，隨著鈣離子添加量不斷增加，鈣離子與蘋果果膠的靜電作用已經(jīng)飽和，鈣離子攜帶的正電荷逐漸增多，多余的正電荷之間產(chǎn)生了斥力，從而影響了蘋果果膠的結(jié)構(gòu)，造成了蘋果果膠分子間的聚集，產(chǎn)生了絮凝現(xiàn)象，從而使流動(dòng)性減弱[20]。

表1 蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物體系Power-Law方程擬合參數(shù)Table 1 Power-Law parameters for apple pectin-apple polyphenol mixed system

如表1所示，以Power-Law為模型對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，所有樣品擬合的決定系數(shù)均大于0.95，表現(xiàn)出較高的擬合精度。流體指數(shù)是衡量非牛頓流體行為程度的重要指標(biāo)，若流體指數(shù)小于1，則表明測(cè)定的流體為假塑性非牛頓流體，流體指數(shù)越小，流體表現(xiàn)出的假塑性越強(qiáng)；稠度系數(shù)越高表示流體的稠度越高。所測(cè)樣品的流體指數(shù)均小于1，表明經(jīng)過(guò)鈣離子處理的蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物體系呈假塑性流體，鈣離子添加量增加時(shí)，流體指數(shù)先逐漸減小，并于0.3%時(shí)達(dá)到最低值，說(shuō)明鈣離子添加量為0.3%時(shí)，復(fù)配物體系稠度系數(shù)達(dá)到最大，稠度最強(qiáng)。隨著鈣離子添加量的繼續(xù)升高，流體指數(shù)又開始出現(xiàn)回升，說(shuō)明鈣離子添加量高于0.3%后，稠度系數(shù)開始減弱。這可能是鈣離子的引入使蘋果果膠中的α-1,4-糖苷鍵在其不可分支的部分與蘋果多酚形成了次級(jí)鍵，從而使整個(gè)體系相互作用增強(qiáng)，進(jìn)而提高了穩(wěn)定性[21]。

2.1.2 動(dòng)態(tài)頻率掃描

如圖2A所示，在整個(gè)動(dòng)態(tài)頻率掃描過(guò)程中，隨著鈣離子添加量的上升，復(fù)配物的tanδ不斷降低，鈣離子添加量為0.3%時(shí)tanδ達(dá)到最小值。說(shuō)明鈣離子添加量低于0.3%時(shí)，體系所對(duì)應(yīng)的相位角逐漸減小。而鈣離子添加量大于0.3%時(shí)，tanδ增大，說(shuō)明鈣離子添加量高于0.3%后，體系所對(duì)應(yīng)的相位角增大。由圖2B和表2可知，隨著鈣離子添加量逐漸升高，G〞的增幅小于G’，復(fù)黏度逐漸上升，tanδ于0.3%時(shí)達(dá)到最小值，此時(shí)復(fù)黏度達(dá)到最大值，說(shuō)明鈣離子添加量低于0.3%時(shí)，復(fù)配物體系趨于黏性流體，動(dòng)態(tài)黏彈性增強(qiáng)。鈣離子添加量高于0.3%后，G’與G〞上則為G’的增幅大于G〞，tanδ增大，復(fù)黏度呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明復(fù)配物體系趨于呈非黏性流體，動(dòng)態(tài)黏彈性減弱。這表明，適當(dāng)添加鈣離子能夠提高復(fù)配物的動(dòng)態(tài)黏彈性[22]。

圖2 蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物體系損耗角正切值（A）和復(fù)黏度（B）隨頻率變化曲線Fig. 2 Frequency-dependent curves of tanδ (A) and viscosity (B) of apple pectin-apple polyphenol mixed system

表2 鈣離子添加量對(duì)復(fù)配物流變性影響動(dòng)態(tài)頻率掃描測(cè)定參數(shù)Table 2 Effect of calcium ion addition on rheological parameters of mixed system determined by dynamic frequency scanning

2.1.3 動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描

表3 鈣離子添加量對(duì)復(fù)配物流變性指標(biāo)影響動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描測(cè)定參數(shù)Table 3 Effect of calcium ion addition on rheological parameters of mixed system determined by dynamic time scanning

由表3可知，隨著鈣離子添加量逐漸升高，G〞的增幅小于G’，tanδ于鈣離子添加量0.3%時(shí)達(dá)到最小值，說(shuō)明鈣離子添加量低于0.3%時(shí)，復(fù)配物體系趨于黏性流體，動(dòng)態(tài)黏彈性增強(qiáng)。鈣離子添加量高于0.3%后，G’與G〞均下降，tanδ開始增大，說(shuō)明鈣離子添加量高于0.3%后，復(fù)配物體系趨于呈非黏性流體，動(dòng)態(tài)黏彈性減弱，證實(shí)了動(dòng)態(tài)頻率掃描測(cè)定的正確性和準(zhǔn)確性。

圖3 蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物體系損耗角正切值隨時(shí)間變化Fig. 3 Time-dependent curves of tanδ of apple pectin-apple polyphenol mixed system

如圖3所示，在3 600 s的測(cè)試過(guò)程中，始終存在G’大于G〞，表明復(fù)配物體系在該階段表現(xiàn)為彈性固體。鈣離子添加量較低時(shí)，復(fù)配物體系的tanδ不斷降低，說(shuō)明該添加量下凝膠趨于非牛頓流體，并在0.3%時(shí)達(dá)到最小值，表現(xiàn)出的最強(qiáng)的流動(dòng)性。而隨著鈣離子添加量的繼續(xù)升高，損耗角正切值降低，復(fù)配體系的流動(dòng)性開始產(chǎn)生阻礙現(xiàn)象，整個(gè)體系對(duì)外界應(yīng)力的適應(yīng)能力變差，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不斷下降[23]。

2.2 復(fù)配物持水性的測(cè)定結(jié)果

圖4 蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物體系持水性隨鈣離子添加量變化Fig. 4 Water-binding capacity of apple pectin-apple polyphenol mixed system with different concentrations of added calcium ion

果膠的持水性強(qiáng)度主要與果膠的凝膠結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)果膠凝膠結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定時(shí)，凝膠的孔徑越小，其結(jié)構(gòu)則表現(xiàn)的越為穩(wěn)定，形成凝膠的持水性也就越強(qiáng)[24]。如圖4所示，所有復(fù)配物體系的持水能力相差不大，鈣離子添加量為0.3%時(shí)，持水性達(dá)到最強(qiáng)，這可能是由于鈣離子與復(fù)配物形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使復(fù)配體形成的凝膠的孔徑縮小，導(dǎo)致孔徑數(shù)量增多，此時(shí)復(fù)配物形成了致密且均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，復(fù)配體對(duì)水分子的束縛能力得到了增強(qiáng)，從而提高了持水性。隨著鈣離子添加量繼續(xù)增加，復(fù)配凝膠體系中可能發(fā)生微相分離現(xiàn)象[25-26]，由于復(fù)配物體系的分子體積不斷增大，鈣離子被包裹在復(fù)配物的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，聚集相體積發(fā)生膨脹，導(dǎo)致凝膠的孔徑擴(kuò)增，弱化了結(jié)構(gòu)致密性，從而使復(fù)配物體系的持水能力下降。

2.3 平均凝膠形成速率的測(cè)定結(jié)果

由圖5可知，鈣離子添加量低于0.3%時(shí)，平均凝膠形成速率不斷加快，并于0.3%時(shí)達(dá)到最大值。鈣離子添加量高于0.3%后，平均凝膠形成速率降低。這可能是由于鈣離子中的正電荷與蘋果果膠中的負(fù)電荷產(chǎn)生了強(qiáng)靜電作用，隨著果膠添加量的增加，鈣離子攜帶的正電荷逐漸增多并與果膠上的負(fù)電荷結(jié)合，兩者形成穩(wěn)定的復(fù)配物體系，靜電作用使鈣離子與果膠形成均勻致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，整體凝膠強(qiáng)度得到了增強(qiáng)，從而使凝膠形成速率得到了提高，而隨著鈣離子添加量的過(guò)量，果膠中的負(fù)電荷被中和后，多余的鈣離子所攜帶的大量正電荷相互排斥，對(duì)復(fù)配物的整體凝膠強(qiáng)度產(chǎn)生了影響，阻礙了凝膠的形成，最終使平均凝膠形成速率大幅降低[21]。

圖5 蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物體系平均凝膠形成速率隨鈣離子添加量變化Fig. 5 Average structure development rates (SDRa) of apple pectinapple polyphenol mixed system with different concentrations of added calcium ion

2.4 質(zhì)構(gòu)特性分析

表4 鈣離子添加量對(duì)復(fù)配物質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)影響測(cè)定參數(shù)Table 4 Effect of calcium ion addition on textural properties of mixed system

如表4所示，鈣離子添加量為0.3%時(shí)，復(fù)配物體系的硬度、彈性、內(nèi)聚性等質(zhì)構(gòu)特性都達(dá)到最大值。咀嚼性是衡量以果膠和多酚為原料等復(fù)合食品口感的重要質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)。鈣離子添加量為0.3%時(shí)咀嚼性達(dá)到最大值，表明在以蘋果果膠和蘋果多酚為原料的復(fù)合型加鈣食品中適當(dāng)添加鈣離子能夠提高其的口感，且添加量為0.3%時(shí)，口感最佳；彈性能夠反映復(fù)配體系在外力的作用下發(fā)生形變后，恢復(fù)原狀的能力。隨著鈣離子添加量的增加，復(fù)配物凝膠體系的彈性也在逐漸增強(qiáng)，并于0.3%時(shí)達(dá)到最大值，這表明復(fù)配物體系形成的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)緊密程度達(dá)到頂峰，此時(shí)的凝膠體系表現(xiàn)出明顯的彈性固體特征，這驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)頻率掃描測(cè)定過(guò)程中，動(dòng)態(tài)黏彈性的測(cè)試結(jié)果。然而，鈣離子添加量繼續(xù)升高后，原本的連續(xù)型凝膠體系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒型，復(fù)配物體系網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)遭受破壞，分子間的縫隙增加[27]，最終導(dǎo)致各質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)的降低。

2.5 鈣離子對(duì)復(fù)配物體系微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖6 不同鈣離子添加量處理蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物體系電鏡掃描圖Fig. 6 Scanning electron micrographs of apple pectin-apple polyphenol mixed system with different calcium ion addition

如圖6A所示，復(fù)配物體系經(jīng)低添加量鈣離子處理后形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)處于一種相對(duì)無(wú)序的狀態(tài)，結(jié)構(gòu)互不連接，較為松散，且存在較多的孔徑較小的空隙。反映出復(fù)配物體系較弱的穩(wěn)定性、凝膠強(qiáng)度和持水性。

如圖6B所示，復(fù)配物體系中的負(fù)離子與鈣離子間開始產(chǎn)生靜電相互作用，相分離凝膠結(jié)構(gòu)初步形成，與添加0.1%鈣離子的復(fù)配物體系凝膠結(jié)構(gòu)相比，該體系凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)開始逐漸相互連接，孔徑也開始變得更大，更均勻，體系的凝膠結(jié)構(gòu)開始趨于雙連續(xù)網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)[28]。

如圖6C所示，復(fù)配物體系凝膠結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著性改變。鈣離子添加量的提高使復(fù)配物體系與鈣離子間的靜電相互作用達(dá)到頂峰，形成了致密的網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)，復(fù)配體系的網(wǎng)孔孔徑分布非常均勻且直徑達(dá)到最大，結(jié)構(gòu)變得更加有序。這種有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使復(fù)配物體系的凝膠強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，提高了復(fù)配物體系受到外力作用或處于高溫時(shí)保持一定的抗性能力，凝膠的固態(tài)物體特征不易被破壞[29]。該現(xiàn)象證實(shí)了動(dòng)態(tài)流變特性的測(cè)試中，0.3%的鈣離子與復(fù)配物體系相互作用時(shí)總是比其他添加量的鈣離子具有更高的儲(chǔ)能模量，凝膠強(qiáng)度和較好質(zhì)構(gòu)特性的原因。因此，0.3%鈣離子添加到以蘋果果膠和蘋果多酚為原料的食品中可提高此類食品的質(zhì)構(gòu)和穩(wěn)定性。

如圖6D所示，當(dāng)鈣離子加量達(dá)到0.4%時(shí)，復(fù)配物體系開始逐漸形成聚集體，孔徑開始變小，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)再次變得復(fù)雜無(wú)序，凝膠強(qiáng)度不斷下滑，從而使穩(wěn)定性再次變差，該現(xiàn)象與曾瑞琪等[30]研究結(jié)果一致。

如圖6E所示，隨著鈣離子添加量的進(jìn)一步升高，復(fù)配物凝膠體系的孔徑不斷回縮，聚集體的比表面積不斷縮小，復(fù)配物中暴露在表面的疏水基團(tuán)和游離電荷急劇減少，導(dǎo)致復(fù)配物體系分子間相互交聯(lián)程度下降，進(jìn)而表現(xiàn)出弱的凝膠強(qiáng)度不斷弱化，穩(wěn)定性變得更差。

因此，上述結(jié)果證實(shí)了流變性和質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定中鈣離子添加量為0.3%時(shí)，復(fù)配物體系流變和質(zhì)構(gòu)特性都達(dá)到最優(yōu)的結(jié)論。

2.6 鈣離子與復(fù)配物體系相互作用模擬

圖7 鈣離子與復(fù)配物體系相互作用化學(xué)結(jié)構(gòu)模擬圖Fig. 7 Schematic diagram of the interaction between calcium ions and mixed system

根據(jù)Ahn等[31]結(jié)論，鈣離子添加量的升高能夠增強(qiáng)有機(jī)物分子膜與有機(jī)物分子之間的作用力。因此，除鈣離子與復(fù)配物體系之間的靜電作用外，蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物體系流變性和凝膠性的增強(qiáng)也可能與復(fù)配物分子間形成的氫鍵、疏水作用力等非共價(jià)相互作用有關(guān)。如圖7所示，通過(guò)使用ChemDraw 15.0軟件對(duì)鈣離子與復(fù)配物體系的相互作用過(guò)程進(jìn)行模擬，可知隨著鈣離子的引入，鈣離子所攜帶的正電荷吸附了復(fù)配物體系中的負(fù)電荷，蘋果果膠與蘋果多酚之間的分子間形成了氫鍵，并產(chǎn)生了疏水作用力，進(jìn)而使分子間作用力得到了增強(qiáng)，復(fù)配物體系的凝膠強(qiáng)度得到強(qiáng)化，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到提升。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)不同鈣離子添加量蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物體系的流變性、凝膠強(qiáng)度、質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鈣離子添加量為0.3%時(shí)，復(fù)配物具有最強(qiáng)的凝膠強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)黏彈性和平均凝膠形成速率。此外，鈣離子添加量為0.3%時(shí)，復(fù)配物樣品的彈性、咀嚼性等衡量食品口感的重要指標(biāo)都達(dá)到最佳。鈣離子添加量大于0.3%后，復(fù)配物的凝膠強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)黏彈性等流變性都逐漸變差，凝膠速率開始降低，其質(zhì)構(gòu)特性指標(biāo)也都開始下滑，表明鈣離子添加量超過(guò)0.3%后，以蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物為主要原料的食品，其質(zhì)構(gòu)與保質(zhì)性都會(huì)變差。因此，蘋果果醬、蘋果果凍等以蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物為主要原料的食品若既要保持優(yōu)質(zhì)的質(zhì)構(gòu)，又要盡可能提高鈣離子添加量，以使其更具營(yíng)養(yǎng)，在此類食品的生產(chǎn)加工過(guò)程中，鈣離子添加量應(yīng)控制在0.3%為最佳。通過(guò)鈣離子與蘋果果醬-蘋果多酚復(fù)配物的相互作用從而改善復(fù)配物體系流變性、凝膠性和質(zhì)構(gòu)特性的技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域，從而彌補(bǔ)目前此類食品質(zhì)構(gòu)特性與營(yíng)養(yǎng)難以兼顧的不足。在后續(xù)研究中，將對(duì)其他典型化學(xué)加工條件對(duì)蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物體系流變性、凝膠性、質(zhì)構(gòu)特性和抗氧化活性等性質(zhì)的影響做更深入的研究。