陸 杰，花 露，黃銀波

(泰州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院，江蘇 泰州 225300)

馬鈴薯淀粉屬于多糖大分子，具有增稠、填充、保水和黏合等作用，由于加熱后的糊化特性，本身具有較好的成膠特性，在熱水中邊攪拌邊加入一定量的馬鈴薯淀粉，攪至汁液變稠時(shí)淀粉充分糊化，冷卻后即可形成凝膠[1-5]。但是，其本身也有兩點(diǎn)不足，一是營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不是很高；二是淀粉含量過(guò)高會(huì)使凝膠的質(zhì)地較脆易碎，且口感偏硬，不利于人們尤其是小朋友的食用。

植物蛋白質(zhì)作為食品加工中的一種常用的主要原料，一直以來(lái)，人們對(duì)其凝膠特性的研究都比較多。谷朊粉中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)80%，但是由于溶解性低的問(wèn)題，對(duì)谷朊粉溶液狀態(tài)下凝膠特性的研究報(bào)道還較少，目前主要集中在對(duì)其濕面筋面團(tuán)研究[6-7]。本課題組前期研究中，以谷朊粉酶解物在水中的分散性為主要指標(biāo)，通過(guò)有限酶解谷朊粉獲得了分散性、功能性、流變性較好的大分子酶解谷朊粉溶液，平均粒徑超過(guò)600 nm[8-10]，可用于與食品中其他成分混合形成營(yíng)養(yǎng)豐富、組織結(jié)構(gòu)更好的復(fù)合物。

多糖和蛋白質(zhì)這兩種大分子物質(zhì)都是食品中不可或缺的成分，因此，我們?cè)谇捌谘芯康幕A(chǔ)上，在馬鈴薯淀粉中加入適量的有限酶解谷朊粉酶解物，對(duì)其凝膠特性進(jìn)行改善，一方面谷朊粉的營(yíng)養(yǎng)豐富，含有較多有益的氨基酸組分；另一方面谷朊粉的膠黏性較好，與淀粉混合后可以適當(dāng)降低混合凝膠的脆性和硬度，提高其膠黏性，使得復(fù)合凝膠具有更好的口感。因此，對(duì)不同濃度的酶解谷朊粉-馬鈴薯淀粉復(fù)合凝膠形成條件及其凝膠質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行了研究，同時(shí)，對(duì)不同添加劑的影響和所形成凝膠的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。目前文獻(xiàn)中尚未見(jiàn)到類(lèi)似的報(bào)道，也為進(jìn)一步拓寬谷朊粉和馬鈴薯淀粉的應(yīng)用途徑提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

谷朊粉酶解物，實(shí)驗(yàn)室自制，噴霧干燥物，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)80.6%；食品級(jí)馬鈴薯淀粉，市售；食品級(jí)硫酸鈣、食品級(jí)硫酸鋁，國(guó)藥集團(tuán)；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器

TA.XT plus型物性測(cè)試儀，英國(guó)Stable Micro System公司；JSM-6490LV型掃描電子顯微鏡，日本電子公司；BS124S型電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；Q100型差示量熱掃描儀，美國(guó)TA 公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1復(fù)合凝膠的制備

按比例分別準(zhǔn)確稱取一定量的谷朊粉酶解物和馬鈴薯淀粉置于燒杯中，加水至設(shè)定的濃度，攪拌均勻，以保鮮膜封口，將燒杯置于水浴中加熱保溫適當(dāng)時(shí)間，取出冷卻至室溫，在4℃冰箱中保存24 h，即得復(fù)合凝膠樣品。

1.3.2復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的測(cè)定

復(fù)合凝膠樣品保存48 h后從冰箱取出陳化30 min，于物性測(cè)試儀下測(cè)定其質(zhì)構(gòu)性質(zhì)。凝膠厚度20 mm，測(cè)定參數(shù)為：探頭：p50；操作模式：壓力測(cè)定；測(cè)試前速度：2.0 mm/s；測(cè)試速度：1.0 mm/s；測(cè)試后速度：1.0 mm/s；測(cè)試距離：60%(樣品厚度百分?jǐn)?shù))；感應(yīng)力：5.0 g。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定2次后取其平均值。

1.3.3復(fù)合凝膠的掃描電鏡觀察(SEM)

挑取少量大小厚度適當(dāng)?shù)膹?fù)合凝膠凍干樣品，分散在貼有雙面膠的SEM的樣品臺(tái)上，通過(guò)離子濺射在樣品上噴金后，用掃描電子顯微鏡觀察形態(tài)結(jié)構(gòu)。掃描電鏡工作條件：高壓10 kV，束流5×10-9mA，工作距離15 mm。

1.3.4復(fù)合凝膠差示量熱掃描(DSC)

將復(fù)合凝膠冷凍干燥，研磨成粉末，挑取少量冷凍干燥樣品放入樣品池密封，用Q100型差示量熱掃描儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，溫度從0℃升高到200℃，升溫速度10℃/min，考察其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 酶解谷朊粉-馬鈴薯淀粉復(fù)合凝膠形成條件的確定

淀粉糊化是其形成凝膠的必備步驟，一般來(lái)說(shuō)，各種淀粉的糊化條件都較為固定，馬鈴薯淀粉在70℃中性條件下加熱糊化30 min即可形成較好的糊狀溶液，冷卻后形成凝膠[11]。因此，形成凝膠時(shí)的加熱溫度、pH值和加熱時(shí)間3項(xiàng)指標(biāo)無(wú)需再進(jìn)行系統(tǒng)研究。在此條件下，首先，對(duì)3種不同濃度馬鈴薯淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行了研究，結(jié)果見(jiàn)表1。可以看出，淀粉濃度越高，形成的凝膠硬度和彈性越好，膠黏性的增加卻不明顯，硬度太高會(huì)影響淀粉凝膠的口感，淀粉凝膠的膠黏性可以通過(guò)添加的谷朊粉酶解物進(jìn)行補(bǔ)償，因此，選取200 mg/ml馬鈴薯淀粉為主要的實(shí)驗(yàn)載體與谷朊粉酶解物混合制備凝膠進(jìn)行進(jìn)一步研究。

表1 不同濃度馬鈴薯淀粉凝膠質(zhì)構(gòu)特性

不同蛋白質(zhì)濃度對(duì)淀粉凝膠特性的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 蛋白質(zhì)濃度對(duì)蛋白-淀粉復(fù)合體系凝膠特性的影響

由表2可見(jiàn)，加入蛋白質(zhì)后復(fù)合凝膠的膠黏性較純淀粉凝膠增加很大，分子間粘連緊密，因此，復(fù)合凝膠的彈性有所下降，硬度也有一定程度降低，且蛋白質(zhì)濃度越高，影響越明顯。而加入較低濃度蛋白質(zhì)后，既提高了蛋白質(zhì)-淀粉復(fù)合凝膠的膠黏性，同時(shí)又兼顧其硬度性質(zhì)，與加入高濃度蛋白質(zhì)比，能夠形成質(zhì)構(gòu)口感較好復(fù)合凝膠。因此，確定形成蛋白質(zhì)-淀粉復(fù)合凝膠形成的條件為：pH7，谷朊粉酶解物蛋白質(zhì)濃度100 mg/ml，馬鈴薯淀粉濃度200 mg/ml，加熱溫度70℃，加熱時(shí)間30 min。

最佳蛋白質(zhì)濃度-淀粉復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)圖譜見(jiàn)圖1。

2.2 不同添加劑對(duì)復(fù)合凝膠的影響

食品體系中除多糖、蛋白質(zhì)等大分子外，還存在其他小分子電解質(zhì)，如硫酸鈣、硫酸鋁等，也會(huì)對(duì)淀粉的糊化作用及蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合凝膠的形成產(chǎn)生影響。

圖1 最佳蛋白質(zhì)濃度-淀粉復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)圖譜

2.2.1硫酸鈣對(duì)復(fù)合凝膠的影響

在前述最優(yōu)配比的酶解谷朊粉-馬鈴薯淀粉復(fù)合體系中分別添加入0.5%～2.0%質(zhì)量濃度的CaSO4，并對(duì)其復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 CaSO4對(duì)復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

由表3可見(jiàn)，加入CaSO4后，由于二價(jià)鈣離子的鹽橋作用，使得復(fù)合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性膠黏性和硬度都得到了提高，且CaSO4濃度越高，改善越顯著。尤其是加入2% CaSO4后復(fù)合凝膠的三項(xiàng)質(zhì)構(gòu)指標(biāo)都有了提升，為形成口感較好的凝膠產(chǎn)品提供了可能。

2.2.2硫酸鋁對(duì)復(fù)合凝膠的影響

糊化條件不變，在復(fù)合體系中分別添加入不同濃度Al2(SO4)3后于水浴鍋中加熱制備復(fù)合凝膠，可以看出，雖然Al2(SO4)3中的“Al3+”是三價(jià)離子，更易與大分子間形成鹽橋作用，加入后對(duì)復(fù)合凝膠的膠黏性和彈性有一定提升，但是其對(duì)復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特性的總體提升并沒(méi)有預(yù)期中的比“Ca2+”效果好。而且，加入0.5% Al2(SO4)3后復(fù)合凝膠的硬度反而出現(xiàn)了下降，這可能與添加Al2(SO4)3后糊化過(guò)程中復(fù)合體系出現(xiàn)的少量析水現(xiàn)象有關(guān)，具體的原因還需要進(jìn)一步的研究和證實(shí)。

Al2(SO4)3對(duì)復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響見(jiàn)表4。

表4 Al2(SO4)3對(duì)復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

由表3、表4可見(jiàn)，加入CaSO4后對(duì)酶解谷朊粉-馬鈴薯淀粉復(fù)合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性有積極的影響，而加入Al2(SO4)3后復(fù)合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性提升效果并不如前者。因此，可在復(fù)合凝膠形成時(shí)加入2% CaSO4以獲得質(zhì)構(gòu)更好的復(fù)合凝膠產(chǎn)品。

2.3 掃描電鏡(SEM)觀察

對(duì)冷凍干燥后的谷朊粉酶解物、純馬鈴薯淀粉凝膠以及復(fù)合凝膠在SEM所觀察到的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，掃描電鏡圖譜見(jiàn)圖2。未添加任何其他物質(zhì)的谷朊粉酶解物中，蛋白質(zhì)分子之間并未形成一個(gè)整體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而是呈松散的分散狀態(tài)，這與其加熱后不能形成凝膠而只是呈松軟的糊狀物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。與之相比，純馬鈴薯淀粉凝膠呈現(xiàn)為大型整體片狀結(jié)構(gòu)，這也是其形成的凝膠硬度和彈性較大但膠黏性較差的原因。另一方面，酶解谷朊粉-馬鈴薯淀粉復(fù)合體系的表面結(jié)構(gòu)有明顯的不同，該復(fù)合體系主要依靠的是淀粉的糊化作用將兩種大分子黏合在一起，且糊化時(shí)間較長(zhǎng)，形成凝膠結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為一種片層堆積結(jié)構(gòu)，與純淀粉凝膠比“結(jié)構(gòu)層”相對(duì)較薄，分子間連接緊密，表面結(jié)構(gòu)光滑、規(guī)則，存在一些不規(guī)則的孔隙，這也是其所形成復(fù)合凝膠的膠黏性提高但硬度下降的原因。但是，在復(fù)合凝膠中加入少量硫酸鈣后，其表面結(jié)構(gòu)有了更加明顯的改善，分子之間形成了規(guī)則緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且不規(guī)則的孔隙也基本上沒(méi)有了，這可能與鈣離子的鹽橋作用有關(guān)，在其作用下混合體系中各大分子間交聯(lián)作用明顯提升，利于形成穩(wěn)定堅(jiān)固的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，前面對(duì)其質(zhì)構(gòu)特性的分析結(jié)果也證明了該復(fù)合凝膠性質(zhì)最佳。

(a)谷朊粉酶解物 (b)純馬鈴薯淀粉凝膠

(c)谷朊粉-淀粉復(fù)合凝膠 (d)谷朊粉-淀粉-硫酸鈣復(fù)合凝膠

2.4 復(fù)合凝膠的差適量熱掃描法(DSC)分析

食品玻璃化轉(zhuǎn)變是一種聚合物松弛現(xiàn)象，在此階段分子鏈段從凍結(jié)狀態(tài)開(kāi)始逐漸解凍，是高聚物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的過(guò)渡階段，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行測(cè)定可以考察得到一些關(guān)于聚合物結(jié)構(gòu)的信息，對(duì)食品加工、貯藏的安全性和穩(wěn)定性都十分重要[12-15]。對(duì)上述最佳條件下形成的復(fù)合凝膠進(jìn)行了DSC分析，并與純馬鈴薯淀粉凝膠進(jìn)行了對(duì)比，考察其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，結(jié)果見(jiàn)圖3。

(a)純馬鈴薯淀粉凝膠

(b)谷朊粉-淀粉復(fù)合凝膠

由圖3可見(jiàn)，純馬鈴薯淀粉凝膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為147.38℃，加入酶解谷朊粉的復(fù)合凝膠玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高了24.8℃，這可能是蛋白質(zhì)和多糖大分子交聯(lián)后，鏈段運(yùn)動(dòng)受阻，分子鏈上基團(tuán)的相互作用而使各個(gè)分子鏈相互交聯(lián)，進(jìn)而形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將體系中的其他成分包裹起來(lái)，抑制了分子鏈的自由運(yùn)動(dòng)，妨礙了體系的松弛化行為，其表現(xiàn)為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高，這也與前面復(fù)合凝膠膠黏性提高的分析結(jié)果一致。

3 結(jié)論

以提高純淀粉凝膠的膠黏性，改善其質(zhì)構(gòu)特性為目的的酶解谷朊粉-馬鈴薯淀粉復(fù)合體系的凝膠形成條件為：pH7、谷朊粉酶解物濃度100 mg/ml，馬鈴薯淀粉濃度200 mg/ml，硫酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，加熱溫度70℃，加熱時(shí)間30 min。形成的復(fù)合凝膠硬度、彈性適宜，膠黏性明顯提升。同時(shí)，采用掃描電鏡和DSC對(duì)復(fù)合凝膠的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，復(fù)合凝膠能夠形成穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)致密，分子間連接緊密，玻璃轉(zhuǎn)化溫度提高，有利于形成質(zhì)構(gòu)特性較好的凝膠，也為進(jìn)一步拓寬谷朊粉和馬鈴薯淀粉的應(yīng)用途徑提供了理論依據(jù)。