辣椒紅色素對魔芋葡甘聚糖凝膠性質的影響

汪師帥，楊金初

（1.武漢商學院烹飪與食品工程學院，湖北武漢430056；2.河南中煙工業有限責任公司技術中心，河南鄭州450000）

魔芋又名蒟蒻，天南星科多年生草本植物。魔芋葡甘聚糖（konjac glucomanan，簡稱KGM）是在魔芋塊莖中主要功能成分。KGM是一種水溶性好、分子量高的非離子型雜多糖，具有特殊的生物活性，如抗腫瘤、降血脂、預防和治療便秘等[1]。在一定的條件下，如加一定量的膠凝劑或調節pH值，魔芋溶膠液會失去流動性，成為彈性固體或半固體狀態的凝膠食品[2]。

魔芋凝膠食品在銷售時通常浸泡在堿水中，色澤十分單一，而色澤是影響食品銷售和感官的重要部分。魔芋凝膠食品的著色問題是產業中的現實問題。魔芋凝膠食品是水溶性的體系，直接加入水溶性色素不可行。因為水溶性色素不穩定，易大量溶出，會對浸泡的水染色，影響銷售。加入穩定不溶解的礦物色素亦不可行，因為安全性糟糕。直接加入油溶性色素基本可行，色素不易溶出。但油溶性色素的添加是否會對魔芋凝膠的性質產生影響，是本試驗研究的重點。這反映了當代食品科學研究的熱點問題，在食品組分的結構與變化對食品品質的影響方面，重點研究食品組分在加工中與食品體系中其他組分的相互作用。

試驗選取辣椒紅色素作為油溶性色素的代表。辣椒紅色素是從成熟辣椒中提取出來的一種天然的油溶性色素，其安全無毒，顏色鮮艷，在國際上被認為是最好的A類天然紅色素，廣泛應用于食品、化妝品、醫藥、飼料等行業[3]。

立足于魔芋產業中產品著色的實際問題，以及食品組分之間相互作用的熱點問題。向魔芋凝膠制品中添加不同體積的辣椒紅色素，從凝膠的色度、持水性、凝膠強度、凝膠溫度、以及凝膠的溶脹行為等方面探討油溶性色素的存在對魔芋凝膠性質的影響。本研究可為食品加工中利用油溶性色素對魔芋凝膠制品著色提供一定的技術指導，在一定程度上推動魔芋產業的發展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

魔芋精粉（食用級）：湖北強森魔芋科技有限公司；碳酸鈉（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；辣椒紅色素（食用級）：陜西森弗天然制品有限公司。

1.2 儀器與設備

TA.XT plus質構儀、AR2000ex流變儀：英國TA公司；UltraScan XE色度儀：美國HunterLab公司；SC-3614離心機：安徽中科中佳科學儀器有限公司；BS210S分析天平：德國Sartorius公司；DZF-6050真空干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；HH-4水浴鍋：國華電器有限公司。

1.3 魔芋葡甘聚糖凝膠的制備

將一定量的魔芋精粉均勻分散于水中，低速攪拌10 min后靜置4 h，使其充分溶脹。將Na2CO3充分溶解后，緩慢加入凝膠體系，慢速攪拌3 min后快速攪拌5 min。靜置2 h后，將凝膠體系沸水浴1 h，使其充分凝膠。最終凝膠體系中魔芋精粉與Na2CO3的質量分數分別為4%、0.36%。

為研究辣椒紅色素對魔芋凝膠性質的影響，待魔芋精粉在水中充分溶脹后，在加入Na2CO3前，加入不同體積的辣椒紅色素（0～1.0 mL），后續步驟與上述操作相同。

1.4 凝膠色度測定

將加熱制備的魔芋凝膠切成3 cm×3 cm×3 cm小塊。色度儀經校正后，分別測定魔芋凝膠的色度，記錄L，a和b值，重復測定10次，取平均值。

1.5 凝膠持水性測定

將魔芋精粉、辣椒紅色素、Na2CO3在水中混合均勻。取1 mL樣品注入1.5 mL離心管中，加熱使其凝膠，以4 000 r/min轉速下離心30 min，吸去上層水后測量離心前后的質量差，計算持水能力。持水能力（water-holding capacity，WHC）計算公式如下：

式中：W0為空離心管質量，g；W1為裝有凝膠的離心管離心前質量，g；W2為吸去水分后離心管質量，g。

1.6 凝膠強度測定

將魔芋精粉、辣椒紅色素、Na2CO3在水中混合均勻。取適量樣品分裝于圓柱形稱量瓶（高25 mm，直徑35 mm）中，保證稱量瓶中樣品的質量相同，加熱使其凝膠。用質構儀對凝膠強度進行測定。測試條件為壓縮模式，探頭：P/0.5，測試距離：1 mm，測前速率：1 mm/s，數據釆集速率：200 pps，測試速率：1 mm/s，觸發值：5 g，測后速率：1 mm/s。每組試驗重復測定6次。

1.7 凝膠溫度測定

將魔芋精粉、辣椒紅色素、Na2CO3在水中混合均勻。取適量的樣品進行形變掃描以確定樣品的線性黏彈區，根據形變掃描結果確定應變為10%，再對樣品進行振蕩模式下的溫度掃描，試驗條件為：40 mm平板，間距1 mm，溫度20℃～100℃，掃描頻率1 Hz。

1.8 凝膠溶脹度測定

將不同色素含量的魔芋凝膠，切成小圓薄片后，真空冷凍干燥保存。凝膠溶脹度采用重量法測量。具體操作過程如下：取一定質量的干凝膠m0室溫下浸泡于磷酸緩沖鹽溶液中（pH 7.4），經過一定的時間達到溶脹平衡后，用濾紙吸取凝膠表面的自由水，用分析天平稱出此時凝膠的質量mt，凝膠的平衡溶脹度（swelling degree，SD）可公式計算，所有數據測定3次取平均值。

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2 結果與分析

2.1 辣椒紅色素添加量對魔芋凝膠色度的影響

色澤是影響食品感官品質的重要因素[4]。試驗采用Lab表色方法來研究辣椒紅色素添加量對魔芋凝膠食品色澤的影響，見圖1。

圖1 辣椒紅色素體積對魔芋凝膠色度的影響Fig.1 Effect of capsanthin volume on the color of konjac gels

圖1顯示，當辣椒紅色素添加量在0～0.4 mL范圍內時，a值線性增加。隨著色素添加量持續增大，a值增加緩慢。b值變化趨勢與a值變化趨勢基本一致。此外，當色素添加量在0.4 mL/100 g魔芋凝膠時，魔芋凝膠的亮度L值幾乎達到最小。由此可見，當辣椒紅色素對魔芋凝膠食品賦色顯著，微量的色素能夠使食品的色澤趨于穩定。

2.2 辣椒紅色素添加量對魔芋凝膠持水性的影響

凝膠的持水性反應了凝膠對水分的保持能力。持水性越高，凝膠內部的水分越不易滲出。在受到外力擠壓時，也不易失水[5]。辣椒紅色素添加量對魔芋凝膠持水性的影響見圖2。

圖2 辣椒紅色素體積對魔芋凝膠持水性的影響Fig.2 Effect of capsanthin volume on the water holding capacity of konjac gels

圖2中所有樣品的持水性非常高，均達到95%以上。這是因為魔芋分子上含有大量的羥基、羰基等親水基團，極易溶于水，可吸收自身體積幾十甚至百倍的水[6]。隨著辣椒紅色素添加量逐漸增加至1.0 mL/100 g魔芋凝膠，魔芋凝膠的持水性從99.0%下降至96.5%。說明辣椒紅色素這種油溶性色素微弱地影響凝膠的持水性。與本研究結果類似的是，郭培等發現添加紫蘇油會使羅非魚魚糜品質變差，魚糜的凝膠強度下降，持水性降低，可榨出水含量上升[7]。也有學者在研究脂類對魚糜蛋白凝膠特性影響時發現相反的結論。周緒霞等指出隨著油茶籽油添加量的增加，魚糜凝膠強度、乳化穩定性和持水性顯著增加（P<0.05）[8]。

2.3 辣椒紅色素添加量對魔芋凝膠強度影響

辣椒紅色素添加量對魔芋凝膠強度的影響見圖3。

圖3 辣椒紅色素體積對魔芋凝膠強度的影響Fig.3 Effect of capsanthin volume on the strength of konjac gels

如圖3所示，隨著辣椒紅色素添加量增大，魔芋凝膠強度逐漸減弱，其變化趨勢與上述凝膠的持水性相同。說明辣椒紅色素的存在影響魔芋凝膠的膠凝品質。可能是因為在魔芋分子發生脫乙酰反應形成凝膠網絡時，辣椒紅色素阻礙凝膠網絡結構的形成，造成魔芋凝膠強度下降。也可能是因為隨著凝膠中色素含量上升，參與凝膠網絡結構形成的魔芋分子含量相應下降，導致凝膠形成較低的破裂力。類似研究如下，Shi Liu等研發發現1%～5%植物油能夠顯著降低魚糜制品的凝膠強度，同時影響程度與油脂的種類相關[9]。Chang Tong等也發現增加大豆油的含量會使魚糜凝膠的破裂力、硬度值、咀嚼性減小[10]。

2.4 辣椒紅色素對魔芋凝膠溫度的影響

圖4 辣椒紅色素對魔芋凝膠溫度的影響Fig.4 Effect of capsanthin volume on the forming temperature of konjac gels

為探討辣椒紅色素對魔芋凝膠溫度的影響，試驗采用流變儀對未添加色素的魔芋凝膠和添加0.6%色素的魔芋凝膠進行溫度掃描。溫度掃描能清晰解釋體系在加熱過程中流變學行為。試驗初期，隨著溫度升高，體系儲能模量G'和損耗模量G''降低。這是因為加熱破壞了魔芋分子間的氫鍵作用[11]。同時損耗模量G''＞儲能模量G'，體系呈現液體性質。當溫度升高至85℃，G'陡然增加，G'＞G''，體系從液體行為轉變為固體行為，呈現出凝膠性質。比較圖4a和圖4b得，兩者變化趨勢相同，且凝膠溫度均為85℃，表明色素的添加并未對魔芋凝膠溫度產生影響。魔芋凝膠依靠在堿性條件下，分子發生脫乙酰反應，使其雙螺旋結構展開，在空間上交聯形成網絡結構形成[12-13]。

2.5 辣椒紅色素添加量對魔芋凝膠溶脹性質的影響

溶脹行為是評價凝膠性質的重要指標[14]。混有辣椒紅色素的魔芋凝膠在磷酸鹽緩沖液中的溶脹動力學見圖5。

圖5 辣椒紅色素體積對魔芋凝膠溶脹度的影響Fig.5 Effect of capsanthin volume on the swelling degree of konjac gels

結果發現，凍干后的水凝膠在前2小時內具有較快的溶脹速率，約5小時后達到溶脹平衡。同一時間進行比較，色素添加量越大，魔芋凝膠的溶脹度越小。當色素含量為1.8 mL/100 g魔芋凝膠，凝膠的溶脹度僅為200%，而不含色素的空白組溶脹度達到300%。說明辣椒紅色素的添加阻礙了魔芋凝膠的溶脹行為，使魔芋凝膠內部網絡結構空隙變小，吸納水分子的能力變差。有文獻報道水凝膠的溶脹性能與凝膠結構的孔徑大小相關。孔徑越大，吸收水分子越多，凝膠溶脹率越大，反之亦然[15]。

3 結論

魔芋凝膠食品的著色問題是當今產業研究的熱點問題。向魔芋凝膠制品中添加辣椒紅色素能很好解決產品的脫色問題，但是油溶性色素存在是否會對魔芋凝膠的性質產生影響是本實驗研究的重點。結果發現，當辣椒紅色素含量為0.4 mL/100 g魔芋凝膠時，魔芋凝膠色澤趨于穩定（a值、b值最大，L值最小）。隨著色素含量由0增加至1.0 mL，凝膠的持水性從99.0%下降至96.5%，凝膠強度從220 g下降至170 g，溶脹度從300%降為200%。然而，色素的存在不會對魔芋凝膠溫度產生影響。在一定色素濃度范圍內（0～1.0 mL/100 g凝膠），辣椒紅色素并不會對魔芋凝膠性質產生顯著影響（p＞0.05），在食品產業中可考慮利用辣椒紅色素對魔芋凝膠制品賦色。