檸檬酸及單糖復(fù)合鉀離子對大豆種皮多糖凝膠性質(zhì)的影響

劉俊山，李清華，朱丹實，王 勃，何余堂，馬 濤，劉 賀

（渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院，食品科學(xué)研究院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧省食品貯藏加工及質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心，遼寧 錦州 121013）

檸檬酸及單糖復(fù)合鉀離子對大豆種皮多糖凝膠性質(zhì)的影響

劉俊山，李清華，朱丹實，王 勃，何余堂，馬 濤，劉 賀*

（渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院，食品科學(xué)研究院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧省食品貯藏加工及質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心，遼寧 錦州 121013）

主要考察葡萄糖、果糖、山梨醇等單糖、檸檬酸與鉀離子對大豆種皮多糖凝膠的透明度、持水性及凝膠強(qiáng)度的影響。通過Design-Expert軟件的分析結(jié)果表明：大豆種皮多糖質(zhì)量濃度對凝膠的持水能力、透明度以及凝膠強(qiáng)度均產(chǎn)生顯著影響；檸檬酸對凝膠透明度的影響顯著；葡萄糖質(zhì)量濃度對持水性和凝膠強(qiáng)度影響顯著，對透明度的作用不顯著；果糖的添加對透明度有改善作用；山梨醇的添加促使大豆多糖的凝膠強(qiáng)度與持水能力較好，但凝膠透明度較差，大豆種皮多糖質(zhì)量濃度為3.00 g/100 mL，鉀離子濃度為0.20 mol/L和檸檬酸質(zhì)量濃度為0.75 g/100 mL時，山梨醇質(zhì)量濃度為2.50 g/100 mL條件下的凝膠持水力、強(qiáng)度均達(dá)到最大，分別為98%、37.74 g。

大豆多糖；葡萄糖；果糖；山梨醇；持水性；透明度；凝膠強(qiáng)度

果膠因其凝膠特性在食品、醫(yī)藥、紡織、化妝品工業(yè)及其他領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用[1-3]。周艷紅[4]、鄭建仙[5]、孫元琳[6]、劉賀[7-10]和Gnanasambandam[11]等對大豆種皮多糖尤其是對大豆種皮的提取和性質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)考察，對凝膠性質(zhì)也做了初步分析。國外學(xué)者研究了單價陽離子Na+與K+對果膠凝膠性質(zhì)的影響，結(jié)果表明添加K+的凝膠強(qiáng)度要好于Na+的凝膠強(qiáng)度[12-13]。近幾年國內(nèi)外對食用膠的復(fù)配也倍加關(guān)注[2,14-15]，但主要集中于蔗糖與其他食用膠之間的復(fù)配[16-17]，對大豆多糖與果糖、葡萄糖及山梨醇單糖物質(zhì)的復(fù)配效果卻鮮有報道。本實驗主要研究酸及單糖復(fù)合鉀離子對大豆種皮多糖持水能力、透明度及凝膠強(qiáng)度特性的影響，為開發(fā)這種新型的復(fù)合膠、拓寬大豆種皮多糖的應(yīng)用領(lǐng)域提供有益的參考，從而為工業(yè)化應(yīng)用大豆種皮多糖提供有力的支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆皮，采購自錦州大豆皮經(jīng)銷公司。

葡萄糖（分析純） 天津市天力化學(xué)試劑有限公司；D-果糖（分析純） 天津市化學(xué)試劑廠；山梨醇（分析純） 連云港羅蓋特精細(xì)化工有限公司；99%乙醇、草酸銨（分析純） 天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；KCl（分析純） 天津市大茂化學(xué)試劑廠；檸檬酸（分析純） 天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

RRH-100萬能高速粉碎機(jī) 歐凱萊英（香港）公司；JJ-1精密增力電動攪拌器 金壇市鑫鑫實驗儀器廠；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科技有限公司；L-535R離心機(jī) 上海五久自動化設(shè)備有限公司；RE-3000旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠；PHS-3CW pH計 上海般特有限公司；HHS-2S電子恒溫不銹鋼水浴鍋 上海市南陽儀器有限公司；SZ-1快速混勻器江蘇金壇江南儀器廠；SH-3雙顯恒溫加熱磁力攪拌器北京金紫光科技發(fā)展有限公司；循環(huán)水式多用真空泵鄭州長城科工貿(mào)有限公司；RS-232精密電子天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；AR224CN電子天平 奧豪斯儀器（上海）有限公司；TA-XTPluS質(zhì)構(gòu)儀 北京超技儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 大豆多糖的制備

參考劉賀等[18]的大豆種皮果膠類凝膠多糖的制備方法。

1.3.2 大豆多糖溶液的制備

分別配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的大豆多糖儲備液、1.20 mol/L的氯化鉀儲備液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的檸檬酸儲備液，根據(jù)具體實驗條件在使用前稀釋。分別向稀釋好的大豆多糖溶液中加入氯化鉀使其濃度達(dá)到0.2 mol/L、檸檬酸以及不同的單糖溶液（葡萄糖、果糖、山梨醇），在高溫下充分混勻。

1.3.3 大豆多糖凝膠持水能力測定[7]

將制備的凝膠溶液1.00 mL左右加入到2.00 mL塑料離心管中，待其凝膠后，于4 000 r/min離心30 min，吸去上層水，測量質(zhì)量差，持水力（water holding capacity，WHC）計算公式如下。

式中：m0為空離心管質(zhì)量/g；m1為離心前裝有凝膠的離心管質(zhì)量/g；m2為吸去水分后離心管質(zhì)量/g。

1.3.4 大豆多糖凝膠透明度實驗

將制備的凝膠溶液取2.00 mL加入到比色皿中，待其靜置一夜后，用721分光光度計進(jìn)行測試，透明度以490 nm波長處吸光度表示。

1.3.5 大豆多糖凝膠強(qiáng)度實驗

將不同濃度的大豆多糖凝膠溶液倒入10.00 mL燒杯中冷卻，室溫放置觀察大豆多糖凝膠情況。質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)：選擇P/0.5探頭，設(shè)置觸發(fā)力為5.00 g，探頭下降速率為1.50 mm/s，下壓距離為10.00 mm。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Design-Expert 8.0軟件（試用版）對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 檸檬酸與葡萄糖及復(fù)合鉀離子對大豆多糖凝膠性質(zhì)的影響

表1 檸檬酸與葡萄糖對大豆多糖凝膠性質(zhì)的配制組別及結(jié)果Table 1 Effect of citric acid combined with glucose at different concentrations on properties of soybean pectin gel

表2 方差分析及參數(shù)估計表Table 2 Analysis of variance for combinations of citric acid with glucoseTable 2 Analysis of var

多糖凝膠的持水力是指凝膠體系網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)束縛水分能力的特性，持水力會影響產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性和加工損失[19]。食品的質(zhì)構(gòu)特性同樣對消費者的感官接受性有較大影響，本實驗研究了添加不同物質(zhì)對所形成凝膠力學(xué)性質(zhì)的影響，主要考察凝膠強(qiáng)度。由表1可知，當(dāng)大豆多糖質(zhì)量濃度為3.00 g/100 mL，檸檬酸質(zhì)量濃度為0.75 g/100 mL，葡萄糖質(zhì)量濃度為2.50 g/100 mL時，持水力與凝膠強(qiáng)度值都偏高，但同時透明度也偏高。由表2可知，模型持水力、透明度與凝膠強(qiáng)度的F值分別為47.86、94.85、101.32＞F0.05，表明實驗初始階段的方案設(shè)計是具備可行性的。大豆多糖質(zhì)量濃度與持水性、透明度與凝膠強(qiáng)度均呈高度顯著正相關(guān)（P＜0.001），可能是因為當(dāng)大豆多糖質(zhì)量濃度逐漸增加時，體系中的多糖分子逐漸增多，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在增加，對束縛水分子的能力在增強(qiáng)，此時主要是靠氫鍵與疏水相互作用產(chǎn)生的凝膠體系。澄清度是影響感官評定的一個非常重要的指標(biāo)[7]。檸檬酸質(zhì)量濃度只對凝膠透明度有顯著影響（P＜0.05），其原因可能在于，檸檬酸在體系中只是起到了輔助性的作用，如降低pH值和提供溶液中的氫鍵，當(dāng)檸檬酸增加時，增加的氫鍵數(shù)目不足以影響持水性和凝膠強(qiáng)度。葡萄糖質(zhì)量濃度對持水性和凝膠強(qiáng)度影響顯著（P＜0.05），而對透明度的影響作用不顯著。原因可能是由于葡萄糖、果糖與山梨醇具有多羥基的結(jié)構(gòu)對水分子產(chǎn)生了很好的吸附力，從而增強(qiáng)了凝膠的持水能力。考察兩兩因素相互作用時發(fā)現(xiàn)，檸檬酸與葡萄糖的結(jié)合對增強(qiáng)體系的凝膠效果有一定提升，尤其是對透明度方面起到了高度顯著的影響（P＜0.001）。

2.2 檸檬酸與果糖及復(fù)合鉀離子對大豆多糖凝膠性質(zhì)的影響

表3 檸檬酸與果糖對大豆多糖凝膠性質(zhì)的配制組別及結(jié)果Table 3 Effect of citric acid combined with fructose at different concentrations on properties of soybean pectin gel

由表3可知，當(dāng)大豆多糖質(zhì)量濃度為3.00 g/100 mL，檸檬酸為0.75 g/100 mL，果糖為2.50 g/100 mL時，與葡萄糖的凝膠性質(zhì)相同，持水力與凝膠強(qiáng)度都偏高，但是其透明度也偏高。由表4方差分析可知，持水力、透明度與凝膠強(qiáng)度的F值分別為34.19、89.69、537.50＞F0.05，表明實驗初始階段的設(shè)計方案同樣是具備可行性的。由表4參數(shù)分析可知，大豆多糖和果糖質(zhì)量濃度對凝膠持水力均體現(xiàn)正相關(guān)作用；而大豆多糖和果糖質(zhì)量濃度的交互作用對凝膠的持水性卻起到了負(fù)相關(guān)作用，對其他指標(biāo)的影響也各有特點，其原因較復(fù)雜，需要進(jìn)一步研究其相關(guān)機(jī)制。

表4 方差分析及參數(shù)估計表Table 4 Analysis of variance for combinations of citric acid with fructose

2.3 檸檬酸與山梨醇及復(fù)合鉀離子對大豆多糖凝膠性質(zhì)的影響

表5 檸檬酸與山梨醇對大豆多糖凝膠性質(zhì)的配制組別及結(jié)果Table 5 Effect of citric acid combined with sorbitol at different concentrations on properties of soybean pectin gel

表6 方差分析及參數(shù)估計表Table 6 Analysis of variance for combinations of citric acid with sorbitolTable 6 Analysis of vari

由表5可知，當(dāng)大豆多糖質(zhì)量濃度為3.00 g/100 mL，檸檬酸為0.75 g/100 mL，山梨醇為2.50 g/100 mL時，大豆多糖的凝膠持水力與凝膠強(qiáng)度最大。可能是因為山梨醇的親水性很強(qiáng)，山梨醇與多糖爭奪水溶劑的趨勢愈加劇烈，多糖與水溶劑水合的程度大大降低，迫使多糖鏈彼此間的距離拉近，從而造成多糖溶液稠度和黏度指標(biāo)的上升，流動性減弱，再加上金屬離子的作用，使得凝膠強(qiáng)度大大提高[20]。由表6可知，模型透明度的F值為5.45＜F0.05，說明實驗條件對透明度的影響是不顯著的。而在持水力與凝膠強(qiáng)度中，F(xiàn)值分別為14.78、786.12＞F0.05，因此持水力與凝膠強(qiáng)度的模型是顯著的，從參數(shù)分析方面來看，山梨醇的添加對透明度有改善作用，而隨著山梨醇的增加持水力和凝膠強(qiáng)度有下降趨勢，原因可能是過多的山梨醇，影響到大豆多糖之間的交聯(lián)作用，但適當(dāng)?shù)奶砑恿靠梢云鸬椒e極的作用。

3 結(jié) 論

酸及單糖復(fù)合鉀離子的協(xié)同作用賦予大豆多糖凝膠體系較好的持水能力、透明度與凝膠強(qiáng)度。山梨醇促使大豆多糖的凝膠強(qiáng)度與持水能力較好，但凝膠透明度較差。葡萄糖則使大豆多糖凝膠的透明度較好。隨著葡萄糖與果糖質(zhì)量濃度的增加，大豆多糖凝膠強(qiáng)度和持水能力都逐漸增強(qiáng)。隨著山梨醇質(zhì)量濃度的增加，凝膠強(qiáng)度逐漸減小。檸檬酸在大豆多糖凝膠體系中具有重要作用，隨著檸檬酸質(zhì)量濃度的增加，凝膠體系逐漸趨于穩(wěn)定，當(dāng)檸檬酸質(zhì)量濃度為0.75 g/100 mL時，山梨醇作用下的多糖凝膠強(qiáng)度及持水力都最大。

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Combined Infl uence of Citric Acid, Monosaccharide and Potassium Ion on Properties of Soybean Pectin Gel

LIU Junshan, LI Qinghua, ZHU Danshi, WANG Bo, HE Yutang, MA Tao, LIU He*
(Engineering and Technology Research Center of Food Preservation, Processing and Safety Control of Liaoning Province, Food Safety Key Laboratory of Liaoning Province, Food Science Research Institute, College of Chemistry, Chemical Engineering and Food Safety, Bohai University, Jinzhou 121013, China)

In this manuscript, the combined effects of one of three monosaccharides (glucose, fructose or sorbitol), citric acid and potassium ion (at a fi xed concentration of 0.2 mol/L) on the transparency, water-holding capacity and gel strength of soybean hull pectin were studied. Statistical analysis with Design-Expert software showed that polysaccharide concentration had a signifi cant infl uence on water-holding capacity, transparency and gel strength. The highest water-holding capacity and gel strength (98% and 37.74 g, respectively) were observed for 3.00 g/100 mL soybean hull pectin gel with 0.20 mol/L potassium ion, 0.75 g/100 mL citric acid and 2.50 g/100 mL sorbitol. Citric acid and soluble solids also had signifi cant effects on the transparency. Pectin concentration was correlated negatively with the transparency but positively with the gel strength. Citric acid concentration only affected signifi cantly the gel transparency, while glucose concentration exerted signifi cant effects on both water-holding capacity and gel strength (P < 0.05) but not on the transparency.

soybean pectin; glucose; fructose; sorbitol; water-holding capacity; transparency; gel strength

TS201.7

A

1002-6630（2015）01-0027-04

10.7506/spkx1002-6630-201501005

2014-03-04

國家自然科學(xué)基金面上項目（31471621）；國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目（31201385）；遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計劃項目（LR2014034）

劉俊山（1988—），男，碩士研究生，研究方向為糧食油脂與植物蛋白工程。E-mail：1804411203@qq.com

*通信作者：劉賀（1979—），男，副教授，博士，研究方向為食品大分子的結(jié)構(gòu)與功能及其修飾。E-mail：liuhe2069@163.com