蔡路昀 年琳玉 李秀霞

（1 浙江大學(xué)寧波研究院 浙江寧波315000 2 浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院 杭州310058 3 國家中藥材加工研發(fā)專業(yè)中心 中國藥科大學(xué)工學(xué)院 南京211198 4 渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧錦州121013）

明膠（gelatin）為一種天然高分子多肽聚合物，是從哺乳動物的皮、骨、肌腱或結(jié)締等組織中得到的膠原蛋白的變性或水解產(chǎn)物[1]。由于明膠獨特的功能特性，如穩(wěn)定性、乳化性、起泡性、增稠性及凝膠性等，因此被廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、衛(wèi)妝等領(lǐng)域[2]。然而，傳統(tǒng)哺乳動物（豬、牛）明膠的應(yīng)用因人畜共患病及宗教禁忌等而受到限制。開發(fā)和挖掘新型明膠資源具有重要的意義。魚明膠是傳統(tǒng)明膠較為理想的替代品。充分利用魚類副產(chǎn)物（皮、骨、鱗）提取明膠，不僅減少了環(huán)境污染，而且解決了資源浪費，為魚類加工廢棄物的利用提供了新的途徑[3]。

蔗糖的添加對果凍、糖果、甜點及面包等食品具有重要意義，然而，高濃度的蔗糖在食品中會對人體產(chǎn)生不利的影響[4-5]。隨著消費者對休閑食品的要求越來越高，低熱量甜味劑在凝膠產(chǎn)品上的應(yīng)用越來越普遍。木糖醇甜度與蔗糖相當(dāng)，而熱值卻低于蔗糖，是人體糖類代謝的中間體，具有抗菌防齲齒的功效，現(xiàn)已逐漸應(yīng)用到低糖或無糖食品中[6-7]。三氯蔗糖是以蔗糖為原料，經(jīng)氯化作用而制得的功能性甜味劑，甜度可達(dá)蔗糖600 倍。三氯蔗糖無任何異味及毒副作用，在人體內(nèi)幾乎不被吸收，熱量值為零，是所有強力甜味劑中性質(zhì)最為穩(wěn)定的一種[8-9]。甜菊糖是一種從菊科草本植物甜葉菊中提取的天然甜味劑，甜度為蔗糖的200～300倍，而熱量值僅為蔗糖的1/250 左右，且攝入后不參與體內(nèi)代謝，不蓄積，無毒性作用，是糖尿病患者理想的甜味劑[10-11]。

有研究表明，低熱量甜味劑可以作為蔗糖替代物添加到明膠中，應(yīng)用于果凍、QQ 糖等食品中。Cai 等[12]研究不同濃度的木糖醇和甜菊糖對草魚皮明膠流變特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明3%木糖醇凝膠制品具有最高的凝膠強度。Tan 等[4]對添加蔗糖糖代物（阿斯巴甜和三氯蔗糖）的明膠凝膠化進(jìn)行了熱流變學(xué)分析，結(jié)果顯示：三氯蔗糖凝膠制品具有較好的熱穩(wěn)定性，因此三氯蔗糖相對于阿斯巴甜是更好的蔗糖替代物。張志平等[13]探討了添加不同濃度的蔗糖和果糖對明膠溶液流變性質(zhì)的影響，結(jié)果表明相同濃度的蔗糖對凝膠點和熔化點的影響比果糖強。然而，在保證凝膠制品相同甜度條件下，低熱量甜味劑對明膠的影響尚未明確。本文以鱈魚皮明膠為試驗對象，研究木糖醇、三氯蔗糖、甜菊糖和蔗糖對明膠理化及功能性質(zhì)的影響，旨在為低熱量甜味劑作為蔗糖替代物在食品加工中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鱈魚皮，大連天寶綠色食品股份有限公司；木糖醇（食品級），山東龍力生物科技股份有限公司；三氯蔗糖、甜菊糖、蔗糖，食品級，常州牛塘化工廠有限公司；葡萄糖（食品級），內(nèi)蒙古阜豐生物科技有限公司；葡糖糖漿、麥芽糊精，食品級，河南明瑞食品添加劑有限公司；其它試劑均為分析純，購于錦州新科器化玻有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PL602-L 電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；UV-2550 型紫外-可見分光光度計，尤尼柯（上海）儀器有限公司；TA-XT PLUS 質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro Systems 公司；DHR-1 流變儀，美國TA 公司；Q2000 差示掃描量熱儀，美國TA 公司；LabRAM HR Evolution 拉曼光譜儀，法國HORIBA 公司；Biofuge stratos 臺式高速冷凍離心機，美國Thermo 公司；DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；FJ300-SH 標(biāo)本數(shù)顯恒速高速分散均質(zhì)機，上海右一儀器有限公司；Free Zone2.5 真空冷凍干燥機，美國Labconco公司。

1.3 鱈魚皮明膠的提取

明膠的提取參考Arfat 等[14]方法并稍作修改。將鱈魚皮清洗后剪碎，浸泡在0.1 mol/L NaOH 溶液（料液比1∶15，m/V）中，于室溫下攪拌4 h，其中堿液每小時更換1 次，堿液處理主要去除色素和雜蛋白，之后用蒸餾水反復(fù)清洗直至魚皮樣品為中性pH 值。將樣品浸泡在0.1 mol/L HCl 溶液（料液比1 ∶15，m/V）中，在室溫下攪拌4 h，每小時更換酸液1 次，該處理可以去除礦物質(zhì)，使魚皮膨脹，破壞膠原蛋白的各級結(jié)構(gòu)（如氫鍵、共價鍵斷裂），使得膠原蛋白三螺旋結(jié)構(gòu)解旋，提高明膠的提取率[15]。用蒸餾水沖洗樣品至中性pH 值。最后將魚皮與20 倍體積的蒸餾水混合，置于55～70 ℃恒溫水浴鍋中提膠4 h，每小時升高5 ℃。明膠提取液用100 目紗布過濾，取上清液，冷凍干燥72 h 得到明膠粉末。

1.4 凝膠樣品的制備

一般凝膠樣品總固體含量約為65%[4]。本試驗的凝膠制品主要由20%明膠，25%葡萄糖漿和20%甜味劑組成。對照組凝膠制品為20%明膠和45%葡萄糖漿。其中試驗組20%的甜味劑具體成分（%）見表1，分別命名為蔗糖膠、木糖醇膠、三氯蔗糖膠和甜菊糖膠。將所有混合物于35°C 水浴加熱，攪拌直至完全溶解。

表1 不同凝膠樣品20%甜味劑的組成成分（%）Table 1 Composition（%） of 20% sweetener in different gel products

1.5 物理性質(zhì)的測定

1.5.1 凝膠強度 凝膠強度的測定根據(jù)Nian 等[16]的方法，將5 組凝膠樣品（20 mL）裝入動力瓶中，于4°C 溶脹18 h，采用TA-XT 質(zhì)構(gòu)儀測其凝凍強度。測試參數(shù)：P/0.5 探頭，測試前、測試中及測試后速度均為1 mm/s，觸發(fā)力5 g，壓入凝膠中心位置4 mm，結(jié)束測試。此時的最大應(yīng)力值是魚膠凝膠強度，以重力單位克（g）表示。所有樣品測試6 次平行。

1.5.2 質(zhì)構(gòu) 質(zhì)構(gòu)的測定參考Bhat 等[17]方法并稍作改動。使用TA-XT 質(zhì)構(gòu)儀分析樣品的硬度、彈性、咀嚼性和回復(fù)性，樣品前處理與凝膠強度相同。測試參數(shù)：P50 探頭（探頭直徑50 mm），測試前、測試中及測試后速度均為1 mm/s，壓縮形變30%，觸發(fā)力5 g，2 次下壓間隔時間為3 s。所有樣品平行測定6 次。

1.6 DSC 的測定 使用差示掃描量熱儀（differential scanning calorimeter, DSC）分析樣品的熱變性中點溫度（Tm）和變性焓值（ΔH）[18]。稱取5～10 mg 凝膠樣品，放入氧化鋁坩堝底部，經(jīng)壓片機密封，以空坩堝為對照，置于DSC 儀器中測定。測定條件為：20°C 恒溫1 min，然后以5°C/min 的速率升至70°C。使用DSC 自帶數(shù)據(jù)軟件分析試驗結(jié)果。

1.7 流變的測定

1.7.1 溫度掃描 動態(tài)流變的測定參考Anvari等[19]的方法并稍作修改，使用控制應(yīng)力流變儀測定樣品的黏彈特性。將凝膠樣品的中心部分于35 ℃水浴鍋中熔化，取1 mL 置于流變儀的載物臺上，采用直徑40 mm，錐角2°的錐形板探頭，設(shè)定狹縫間距100 μm。溫度掃描設(shè)定參數(shù)為：樣品平衡2 min，從40℃以1 ℃/min 的速度降至10 ℃，平衡2 min，再以1 ℃/min 的速度升至40 ℃。頻率為1 Hz，應(yīng)變?yōu)?%，記錄降溫及升溫過程中的儲能模量（G′）和耗能模量（G″）。為避免在測試過程中樣品發(fā)生脫水現(xiàn)象，用低黏度硅油密封樣品表層。

1.7.2 頻率掃描 樣品前處理同溫度掃描。頻率掃描測定方法為：取1 mL 樣品于4 ℃平衡2 min，應(yīng)變?yōu)?%，頻率掃描范圍0.5～65 rad/s。記錄樣品在頻率變化過程中的G′和G″。

1.7.3 黏度的測定 樣品的前處理同溫度掃描。黏度測定的方法為：取1 mL 樣品，置于35 ℃平衡20 s，剪切速率在2 min 內(nèi)從0.2 線性增加到200 s-1[20]。

1.8 功能性質(zhì)的測定

1.8.1 起泡性 起泡性主要包括起泡能力（foaming capacity, FC）和泡沫穩(wěn)定性（foaming stability,FS）。將凝膠制品于35°C 水浴鍋中溶解后，取50 mL 溶液于燒杯（帶有刻度）中，使用高速分散均質(zhì)機均質(zhì)30 s（3 000 r/min，4°C），間歇30 s，重復(fù)均質(zhì)3 次。記錄均質(zhì)后溶液體積，記為VT，溶液于室溫分別靜置5 min 和60 min 后，記錄溶液體積，記為Vt。FC 和FS 計算公式[21]：

式中：V0——樣品均質(zhì)前體積，50 mL；VT——樣品均質(zhì)后體積 （mL）；Vt——樣品靜置5 min 和60 min 后體積（mL）。

1.8.2 乳化性 參考Kinsella 等[22]的方法并稍作修改，樣品的乳化性包括乳化活性（emulsion activity index，EAI）和乳化穩(wěn)定性（emulsion stability index，ESI）。首先將凝膠制品于35 ℃水浴鍋中溶解，將溶液稀釋至明膠質(zhì)量濃度為10 mg/mL，將大豆色拉油與稀釋后的凝膠溶液以1∶3 混合（油2 mL，凝膠溶液6 mL），放入直徑2.5 cm 的塑料離心管中，3 000 r/min 均質(zhì)1 min，得到均勻的乳化液。立即取乳化液100 μL（剩下的備用），加到10 mL 0.1%十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate,SDS）溶液中，振蕩混勻后用紫外分光光度計在波長500 nm 處測定吸光度，記作A0。乳化液靜置10 min 后再次取100 μL，加到10 mL 0.1% SDS溶液中，振蕩混勻后測定吸光度，記作A10，用0.1% SDS 溶液作空白對照。凝膠樣品的EAI 和ESI計算公式：

式中：A0——0 min 的吸光值；A10——乳化液在靜置10 min 后的吸光值；DF——稀釋倍數(shù)=100；l——比色皿光徑=0.01 m；C——本試驗中，乳化前凝膠樣品中明膠含量=10 g/m3；Φ——乳化液中油的體積分?jǐn)?shù)為0.25；t——10 min。

1.8.3 持水性 持水性 （water holding capacity,WHC）的測定參考Nurul 等[23]方法并稍作修改。將凝膠制品于35 ℃水浴鍋中溶解后，將溶液稀釋至0.5%明膠，于室溫攪拌1 h。取10 mL 稀釋后的凝膠溶液于室溫離心（3 000 g）25 min，所得上清液經(jīng)Whatman 1 號定性濾紙過濾，測定上清液體積，記為V1。WHC 計算公式：

式中：V0——本試驗中，離心前凝膠溶液體積，10 mL；V1——離心過濾后凝膠溶液體積（mL）；m——稀釋后的凝膠溶液中所含明膠質(zhì)量，0.5 g。

1.9 明膠制品二級結(jié)構(gòu)含量的測定

取適量凝膠樣品于載玻片中央，使用拉曼光譜儀測定，采用氬離子激光器作為拉曼掃描光源，激光波長532 nm，具體測試條件：600 g/mm 光柵，狹縫200 μm，功率120 mW，獲取 速率120/（cm·min），分辨率2 cm-1，曝光時間60 s，每個樣品取3 個點掃描，拉曼位移波數(shù)范圍為400～3 600 cm-1。因苯丙氨酸環(huán)在1 002 cm-1伸縮振動強度不隨蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化而變化，故可將其作為內(nèi)標(biāo)對拉曼光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化[24]。

1.10 數(shù)據(jù)處理

試驗結(jié)果以x±s 表示。采用Excel 2003 軟件及Orign 8.5 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與作圖；采用SPSS statistics 19.0 分析顯著性差異（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 凝膠強度和質(zhì)構(gòu)分析

凝膠強度是明膠最重要的物理性能之一。凝膠制品的凝膠強度和質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果見表2。在明膠中加入蔗糖/甜味劑后，其凝膠強度明顯增大（P＜0.05），主要是因為蔗糖/甜味劑分子中的羥基與水分子間有很強的穩(wěn)定效應(yīng)，強化了蛋白質(zhì)的水合作用，使得凝膠強度增大。其中木糖醇膠和蔗糖膠的凝膠強度無顯著變化（P≥0.05）。木糖醇膠的凝膠強度最高的原因可能因為木糖醇是線性結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)中的羥基易與明膠分子上的羧基形成氫鍵，氫鍵主導(dǎo)魚膠凝膠的形成，因此其凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)合得更緊密，凝膠強度較高。與蔗糖膠相比，三氯蔗糖膠的凝膠強度顯著降低（P＜0.05），主要是因為其結(jié)構(gòu)中的3 個羥基被Cl 原子取代，因此其分子中的羥基數(shù)目減少，形成氫鍵數(shù)目減少，凝膠強度降低。甜菊糖的環(huán)狀結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在溶液中，其分子上的羥基很難與明膠分子中的羧基發(fā)生反應(yīng)，因此甜菊糖膠的凝膠強度較弱。

質(zhì)構(gòu)（包括硬度、膠著度、咀嚼性、彈性、黏聚性和回復(fù)性等）可用來評估食品的物理特性[25]。由表2可知，凝膠樣品的硬度和咀嚼性結(jié)果均為木糖醇膠＞蔗糖膠＞三氯蔗糖膠＞甜菊糖膠＞對照組（P＜0.05）。木糖醇膠的彈性顯著高于其它組凝膠樣品 （P＜0.05）。另外4 組的彈性無顯著差異（P≥0.05）。加入蔗糖/甜味劑后，甜菊糖膠的回復(fù)性顯著高于蔗糖膠、三氯蔗糖膠和木糖醇膠（P＜0.05），這3 組樣品的回復(fù)性無顯著變化（P≥0.05）。主要是因為蔗糖/甜味劑分子可以充填到魚膠蛋白質(zhì)分子間隙中，分子中羥基可以和明膠分子中羧基形成氫鍵，增強魚膠凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，強化凝膠結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增加凝膠的硬度和彈性。

表2 凝膠制品的凝膠強度和TPATable 2 Gel strength and TPA of gel products

2.2 DSC 分析

圖1為凝膠樣品的DSC 掃描曲線圖，熱變性中點溫度（Tm）直接體現(xiàn)蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性，而焓變（ΔH）則表示蛋白質(zhì)吸收的熱量，其值是通過計算DSC 曲線每個相應(yīng)峰面積的積分得到的。蛋白質(zhì)溶液Tm值越高，其蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性越好，破壞其空間結(jié)構(gòu)所需的能量越大，ΔH 值越高[26]。如圖1中注釋列表所示，凝膠樣品的Tm為：木糖醇膠＞蔗糖膠＞三氯蔗糖膠＞甜菊糖膠＞對照組（P＜0.05），木糖醇膠的ΔH 顯著高于其它4 組，且蔗糖膠、三氯蔗糖膠和甜菊糖膠的ΔH 無顯著變化（P≥0.05）。這一結(jié)果可能是由于木糖醇分子中的羥基和明膠中的羧基形成氫鍵，使得形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密，因此，木糖醇增加了明膠網(wǎng)絡(luò)間的鍵合，提高了凝膠樣品體系的熱穩(wěn)定性，并需要更高的能量來破壞分子結(jié)構(gòu)。此結(jié)果與凝膠強度一致。

圖1 凝膠制品的DSC 掃描曲線Fig.1 DSC scanning curve of gel products

2.3 流變特性分析

2.3.1 溫度掃描 圖2顯示凝膠制品在降溫和升溫過程中儲能模量（G′）和耗能模量（G″）的變化，其中2a，2b 圖分別為降溫過程中G′和G″的變化，2c，2d 圖分別為升溫過程中G′和G″的變化。明膠在凝膠狀態(tài)，受剪切應(yīng)力的作用時，體系會產(chǎn)生彈性，因形變而儲存一定的能量，這種由彈力儲存的能量稱為彈性模量，即儲能模量（Pa）。明膠在溶膠狀態(tài)，受剪切力作用時，體系產(chǎn)生黏滯阻力，消耗系統(tǒng)的部分能量，以熱量的形式損失，這種由黏滯阻力損失的能量稱為黏性模量，即耗能模量（Pa）[27]。在降溫掃描過程中，明膠體系處于溶膠-凝膠（solgel）的轉(zhuǎn)變，當(dāng)魚膠開始凝膠化形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠時，臨界溫度即凝膠點Tg；在升溫過程中，明膠體系處于凝膠-溶膠（gel-sol）的轉(zhuǎn)變，凝膠開始熔化時的臨界溫度即魚膠的熔化點Tm。

如圖2a 和2b 所示，對照組的Tg為23.11°C，G′為5 960.91 Pa，G″為153.29 Pa。如圖2c 和2d 所示，對照組的Tm為28.62°C，G′為6 389.12 Pa，G″為158.02 Pa。添加蔗糖/甜味劑后，凝膠制品的Tg、Tm、G′和G″均顯著增大（P<0.05）。蔗糖/甜味劑分子含有大量的羥基，可與魚膠蛋白質(zhì)分子內(nèi)的羧基、羰基、羥基、亞氨基等基團形成大量的氫鍵，使魚膠形成更致密的三維凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定了魚膠的凝膠結(jié)構(gòu)，使其熔化點增高，體系熱穩(wěn)定性增大。另外，蔗糖/甜味劑分子通過氫鍵作用，強化了魚膠的黏彈性能，表現(xiàn)為增強了彈性模量（G′）和黏性模量（G″）。其中木糖醇因線型結(jié)構(gòu)，更容易與魚膠生成氫鍵，故木糖醇膠的體系最穩(wěn)定，其Tg、Tm、G′和G″值最高。三氯蔗糖分子中的羥基氯化，因此其羥基含量低于蔗糖，導(dǎo)致三氯蔗糖膠的體系穩(wěn)定性低于蔗糖膠。結(jié)果表明，低熱量甜味劑可以代替蔗糖應(yīng)用于凝膠制品，且木糖醇的效果最佳，此結(jié)果與DSC 結(jié)果一致。

圖2 凝膠制品在溫度掃描過程中儲能模量（G′）和耗能模量（G″）的變化Fig.2 The change of storage modulus （G′） and loss modulus （G″） of gel products in the process of temperature sweep

2.3.2 頻率掃描 對凝膠樣品施加一個搖擺力矩，其分子鏈的運動隨搖擺力矩頻率的變化而發(fā)生改變，根據(jù)此特點測定明膠溶液的黏彈性能。其中G′反映凝膠樣品隨外力的變化而發(fā)生形變的能力；G″反映凝膠樣品在外力改變時分子內(nèi)或分子間拉伸導(dǎo)致的能量損耗[28]。凝膠制品的G′和G″的頻率掃描結(jié)果見圖3a 和3b。可以看出，在頻率掃描過程中，凝膠體系的G′遠(yuǎn)大于G″，說明體系以彈性為主。如圖3所示，凝膠樣品的G′在低頻狀態(tài)下快速增加，而G″呈快速下降趨勢，說明低頻對凝膠體系彈性的影響較大。隨著頻率的增加，G′增速減慢，趨向平衡，而G″迅速增大，說明高頻對凝膠體系黏性的影響較大。添加蔗糖/低熱量甜味劑后，明膠分子與其分子間相互作用，形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加致密、有序，從而增加凝膠制品體系的穩(wěn)定性。在相同振蕩頻率下，木糖醇膠表現(xiàn)出最高的G′和G″值。

2.3.3 黏度 圖4為凝膠樣品的黏度曲線，可以看出，剪切速率在20～200 s-1范圍，凝膠樣品溶液的黏度不隨剪切速率的改變而改變，表明該體系屬于牛頓流體。由圖4注釋列表可知，對照組、甜菊糖膠、三氯蔗糖膠、蔗糖膠和木糖醇膠溶液的黏度分別為0.049，0.056，0.064，0.070 和0.071 Pa·s。其中木糖醇膠和蔗糖膠溶液的黏度無顯著差異（P≥0.05），并顯著高于其它組（P<0.05）。在明膠體系中加入蔗糖/甜味劑，溶液黏度增大的原因為蔗糖/甜味劑分子中的羥基與明膠蛋白質(zhì)分子中的化學(xué)基團作用生成氫鍵，使得分子內(nèi)摩擦阻力增加，改變了水相介質(zhì)的流動性，提高了體系黏稠度。木糖醇膠溶液體系的黏度最高，主要因為木糖醇分子量小，使得體系的小分子濃度劇增，溶液變稠，進(jìn)而增加了體系剪切時的阻力，導(dǎo)致體系黏度增加。

圖3 凝膠制品在頻率掃描過程中儲能模量（G′）和耗能模量的（G″）變化Fig.3 The change of storage modulus （G′） and loss modulus （G″） of gel products in the process of frequency sweep

圖4 凝膠制品黏度曲線Fig.4 Viscosity curve of gel products

2.4 功能特性分析

2.4.1 起泡性 明膠肽鏈中含有疏水性區(qū)域，使其具有起泡性。凝膠樣品的起泡能力（FC）和泡沫穩(wěn)定性（FS）見圖5。凝膠制品溶液的FC 結(jié)果為：對照組＞木糖醇膠＞蔗糖膠＞三氯蔗糖膠＞甜菊糖膠（P＜0.05）。明膠中加入蔗糖后，溶液體系黏度增加，蛋白質(zhì)分子在界面上較難展開，降低了蛋白質(zhì)在攪打時產(chǎn)生大的界面面積和泡沫體積的能力，造成蛋白質(zhì)的起泡性下降。木糖醇因線型結(jié)構(gòu)與明膠蛋白更易生成氫鍵，故其復(fù)合物交聯(lián)更緊密，而木糖醇膠的結(jié)構(gòu)可更有效降低表面張力，從而使復(fù)合物在空氣/液體界面形成更多具有彈性的氣泡，使其具有更好的起泡性。

凝膠樣品溶液在室溫靜置5 min，對照組的FS 顯著高于其它組（P＜0.05），其中三氯蔗糖膠和甜菊糖膠無顯著差異（P≥0.05）。隨著靜置時間延至60 min，對照組、蔗糖膠、三氯蔗糖膠、木糖醇膠和甜菊糖膠的FS 相較于靜置5 min 分別下降了27.09%，15.99%，1.78%，19.65%和8.15%。靜置60 min 后，對照組的FS 顯著低于其它4 組（P＜0.05），其它組無顯著變化（P≥0.05）。

2.4.2 乳化性和持水性 凝膠樣品的乳化活性（EAI）和乳化穩(wěn)定性（ESI）如圖6所示。EAI 指蛋白質(zhì)快速吸附在油滴表面，形成油水界面并使其穩(wěn)定的能力；ESI 指乳液抵抗分離并保持分散的能力[29]。添加甜味劑/蔗糖后，EAI 和ESI 顯著升高，這可能是蔗糖/甜味劑加入乳狀液中，增強了蛋白質(zhì)的氮溶解指數(shù)，增加了蛋白質(zhì)的乳化特性；另一方面改變了水相介質(zhì)的流動性，提高了體系黏稠度，并和蛋白質(zhì)發(fā)生交互作用而使乳化性及乳化穩(wěn)定性得到提高。木糖醇膠的EAI 和ESI 較低的原因為該體系的蛋白質(zhì)排斥力較弱，有利于液滴的乳化聚合，因此其乳化性相對其它3 組較差。

持水性是明膠與水相互作用形成的界面性質(zhì)，與凝膠的結(jié)構(gòu)、表面極性密切相關(guān)。如圖6所示，凝膠制品的持水性（WHC）為：木糖醇膠＞蔗糖膠＞三氯蔗糖膠＞甜菊糖膠＞對照組 （P＜0.05）。蔗糖/甜味劑提高凝膠制品的WHC 主要是因為：WHC 受氫鍵、離子鍵、二硫鍵、靜電相互作用和表面疏水性等相互作用力的影響，而蔗糖/甜味劑與明膠分子通過化學(xué)鍵形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了WHC[30]。另外，蔗糖/甜味劑羥基豐富，吸水能力強，導(dǎo)致WHC 增加。

圖5 凝膠制品的起泡性Fig.5 Foaming properties of gel products

圖6 凝膠制品的乳化性和持水性Fig.6 Emulsifying properties and water holding capacity of gel products

2.5 拉曼光譜分析的凝膠樣品結(jié)構(gòu)

凝膠樣品的拉曼光譜（400～3 600 cm-1）測定結(jié)果見圖7。通過比較拉曼譜帶的特征峰峰位和相對峰強度信息，可以解釋添加蔗糖/甜味劑對明膠結(jié)構(gòu)變化的影響。表3分析了凝膠樣品的拉曼光譜譜帶歸屬信息。

表3 蛋白質(zhì)拉曼圖譜的譜帶歸屬[32]Table 3 Assignment of Raman spectrum in the interpretation of protein structure[32]

酰胺Ⅰ區(qū)（1 600～1 700 cm-1）的譜帶信息與蛋白質(zhì)主鏈構(gòu)象和二級結(jié)構(gòu)的定量相關(guān)。通過去卷積、二階求導(dǎo)和曲線迭代擬合的方法對拉曼峰進(jìn)行分峰處理，得到單個峰位信息，結(jié)果見圖8。對比不同二級結(jié)構(gòu)對應(yīng)峰的峰面積，計算出不同樣品蛋白二級結(jié)構(gòu)的含量，得到圖9。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)包括α-螺旋（1 650～1 660 cm-1），無規(guī)則卷曲 （1 660～1 665 cm-1），β-折疊 （1 665～1 680 cm-1）和β-轉(zhuǎn)角（1 680 cm-1附近）[31]。其中α-螺旋代表蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的有序性，無規(guī)則卷曲代表蛋白質(zhì)的無序和松散結(jié)構(gòu)。由圖9可知，木糖醇膠的α-螺旋含量最高，無規(guī)則卷曲含量最低，說明在明膠溶液中添加木糖醇，可有效提高體系的穩(wěn)定性，其主要原因為木糖醇與明膠之間形成氫鍵和致密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與蔗糖膠相比，三氯蔗糖膠和甜菊糖膠的α-螺旋含量稍有降低，說明其體系穩(wěn)定性較差，此結(jié)果與動態(tài)流變結(jié)果相符。

圖7 凝膠制品拉曼圖譜Fig.7 Raman spectra of gel products

圖8 凝膠制品酰胺I 區(qū)分峰和迭代擬合曲線Fig.8 Segregated and iterative curve-fitted Raman bands in amide I region of gel products

3 結(jié)論

本文研究了低熱量甜味劑/蔗糖對明膠理化及功能性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，甜味劑/蔗糖上的羥基可與明膠分子中的羧基形成氫鍵，使得凝膠樣品的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密。甜味劑/蔗糖可增加樣品的凝膠強度、硬度、彈性和咀嚼性，提高明膠溶液體系的穩(wěn)定性、黏稠度、起泡性和持水性。其中，木糖醇膠的效果優(yōu)于其它組，說明木糖醇可作為蔗糖替代物的首選，用于凝膠制品。

圖9 凝膠制品酰胺I 區(qū)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)含量（%）Fig.9 Secondary structure content of protein from amide I region of gel products（%）