葡甘露聚糖的增稠性應用研究

李小菊，李治軍,李惠成，張 兵，蘇鵬元,劉維濤

(隴東學院，化學化工學院，甘肅 慶陽 745000)

葡甘露聚糖[1](KGM)是通過在普通魔芋粉的基礎上加工和提取而獲得的新產品，它成功地克服了常見地魔芋細粉多色素、多淀粉等雜質，因多纖維支鏈所導致的不容易膨化的弱點。就物理和化學性質如水溶性和凝膠化而言[2]，它明顯優于普通魔芋粉。具有多種優良的功能特性。近些年來，葡甘露聚糖在食品行業的相關應用研究越來越多的得到人們的注目[3]。增稠劑的作用是它可以作為一種食品添加劑來改變食品的相關物理性質[4]。而KGM因為富含羥基(-OH)，從而致使它是一種能夠溶解于水的聚合物多糖，但不溶于醚、丙酮等有機溶劑，溶脹性能很好，吸水率可以達到自身質量的90倍左右[5]。由此可見KGM具有相當高的黏度，因此可作為食品增稠劑使用[5]。本文探索葡甘露聚糖在食品方面的增稠性應用研究，從而促進其在食品行業的發展。

1 材料與方法

1.1 藥品和儀器

葡甘露聚糖(食品級，浙江中團生物)，HCl，NaOH，無水乙醇，95%乙醇(均為分析純)，NDJ-5S型旋轉黏度計(上海右一儀器)，800離心機(常州市國旺儀器制造)，JJ-1精密曾力電動攪拌器(弗魯克流體機械制造)，電熱恒溫水浴鍋(常州華冠儀器)，燒杯，錐形瓶，容量瓶，電子天平，溫度計。

1.2 試驗方法

1.2.1 濃度對KGM黏度的影響

分別配置葡甘露聚糖濃度0.05%,0.08%,0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%,1.2%的溶液，在60℃的條件下恒溫攪拌30min，然后降低溫度到室溫，調節旋轉黏度計60 r/min的條件下測量各自的黏度。

1.2.2 pH值對KGM黏度的影響

制備0.6%的葡甘露聚糖溶液并在60℃恒溫下攪拌30min，分別用鹽酸和氫氧化鈉調節pH值，然后降低溫度到室溫，測定相應的pH值下各自對應的黏度的[6]。

1.2.3 加熱溫度對KGM黏度的影響

制備5份0.6%的葡甘露聚糖溶液，并在30,45,60,75和90℃下恒溫的情況攪拌30min，然后冷卻至室溫。用旋轉黏度計以60 r/min下測量黏度變化。

1.2.4 加熱時間對KGM黏度的影響

配制0.6%的KGM溶液6份，并在60℃的恒溫下分別攪拌30,60,90,120,150,180 min，然后降低溫度到室溫。用旋轉黏度計在60 r/min下測定其黏度變化。

1.2.5 放置時間對KGM黏度的影響

配制0.6%的葡甘露聚糖溶液6份，在60℃恒溫下分別攪拌30min，在溫度降至室溫后，在靜止后1、2、3、4、5、6和7天使用NDJ-5S型旋轉黏度計以60 r/min測量黏度變化。

1.2.6 葡甘露聚糖的應用試驗

制作含葡甘露聚糖分別為0.4%,0.5%,0.6%,0.7%,0.8%的簡單果凍，鑒定果凍的口感，穩定性，成本，外觀，找出最佳濃度。

2 實驗結果

2.1 濃度對KGM黏度的影響

圖1 濃度對KGM黏度的影響。

從圖1可知，葡甘露聚糖的黏度隨著濃度的增加而呈現上升的趨勢，且沒有簡單的線性關系。濃度在0.2%以前增加較小，但在0.2%到1.2%大幅度增加。濃度值是0.05%，則相應黏度為0，當濃度是1.2%，相應黏度為179mPa·s[6]。黏度在0.6%時平行試驗的數據變化最穩定，在以后的單因素試驗中溶液黏度均取0.6%。黏度是流體粘性的一種量度，葡甘露聚糖溶液中溶質的量的不斷加大，從而致使分子之間的相互作用能力也隨之加大，并且隨著與水的相互作用形成氫鍵，化學鍵也逐漸增強，溶液的內部摩擦也加大，從而導致相應的黏度增大[7]。而在0.05%時測出的黏度為0，是因為黏度儀的靈敏度不夠導致測不出具體數據，黏度應在2～3.6mPa·s之間。

2.2 pH值對KGM黏度的影響

圖2 pH值對KGM黏度的影響

從圖2可知，pH對KGM的黏度變化有相對大的影響[8]。最佳pH值為7，相應黏度為76。pH值為1時，黏度為44mPa·s。pH值為14時，黏度為38mPa·s。葡甘露聚糖的自然pH值為6，其它單因素試驗的pH均為6。不同的酸堿條件，它會影響KGM的化學鍵，從而使KGM的結構受到一定影響[9]。增稠的能力減弱，內摩擦力隨之也相應的減小，相應的黏度就會減小[10]。

2.3 加熱溫度對KGM黏度的影響

從圖3可以看出，最佳溫度為75℃相應黏度為85mPa·s。當溫度小于75℃時，黏度的變化是隨著加熱溫度的增加而呈上升趨勢，但當溫度大于75℃時，反而呈現溫度的變大黏度減小的走勢。在30℃的黏度為4.8mPa·s，在90℃的黏度為76.5mPa·s。受葡甘露聚糖純度的影響，在室溫下不能完全溶解，水分子和葡甘露聚糖分子不能充分接觸相互作用，對增稠性起不到較好的效果。隨著溫度的上升溶解性增大，分子之間的相互作用也加強，內摩擦力呈現增大趨勢，相應的黏度也變大。但當溫度超過75℃時，葡甘露聚糖的結構受到一定影響，增稠性有所降低，相應黏度減小。

圖3 加熱溫度對KGM黏度的影響

2.4 加熱時間對KGM黏度的影響

圖4 加熱時間對KGM黏度的影響

從圖4可知，加熱時間的不同也對KGM的黏度有不小程度的影響。并不是加熱時間越長越好，而是有最佳加熱時間，且為150min，相應黏度位82.5mPa·s。當其低于150min時，粘性是隨著加熱時間的延長而呈現上升的趨勢，但超過150min時反而大幅度減小。原因是KGM的膨化溶脹越充分，增稠性越好。剛配置的葡甘露聚糖的溶液膨化溶脹不足，增稠效果不好，隨著加熱時間增加膨化溶脹越來越充分，使溶液黏度逐漸增加，當超過150min時，葡甘露聚糖的結構受到破壞，增稠性極具減小，相應黏度減小。

2.5 放置時間對KGM黏度的影響

圖5 放置時間對KGM黏度的影響

由圖5可知，靜止時間的不同也影響葡甘露聚糖黏度的變化。最佳靜止時間為4天，相應黏度為87mPa·s。在前四天，隨著時間增加葡甘露聚糖黏度有所增加，超過四天其黏度逐漸減小。剛經過加熱處理的葡甘露聚糖溶液的膨化溶脹沒有達到最佳效果，隨著放置時間的進行，膨化溶脹也在慢慢進行，當到第四天膨化溶脹效果達到最佳；當超過第四天葡甘露聚糖受外界的影響，使葡甘露聚糖的結構受到一定的影響，穩定性出現了下降的現象，增稠性也相應的減小。

葡甘露聚糖本身是一種低熱，低脂肪且能有效預防肥胖的保健食品[11-12]，因此用它作為果凍中的增稠劑，通過流變性試驗的數據、成本和易操作性綜合分析得出最優數據，再在此條件下進行具體應用試驗。

表1 KGM對果凍品質影響(感官評定)

注：評價標準參考GB19883-2005《果凍》，19299-2003《果凍衛生標準》。

由自制簡單果凍與商業果凍對比(表1)表明，商業果凍的爽口度為最佳，添加0.6%的葡甘露聚糖的果凍爽口、細膩、透明度好，自制的簡單果凍在沒有加其它的食品添加劑，也沒有進過真空包裝，只進行了簡單的密封處理，放置了7天后果凍的穩定性明顯降低，第9天已經變質。要把含葡甘露聚糖的果凍商業化就要延長保質期和改良口味，這就要向果凍中加入微量食品添加劑已達到要求。在今后的研究中主要著手于對葡甘露聚糖的穩定性方面進行研究。

3 結論

由以上的實驗結果與分析可以得出低濃度葡甘露聚糖溶液為非牛頓流體，具有典型的假塑性流體性質。魔芋葡甘露聚糖增稠行為受較多因素影響，通過實驗最終得知葡甘露聚糖的增稠性最佳濃度為0.6%、溫度為75℃、加熱時間為150min、pH值為7、靜止時間為4天。在這些條件下制得簡單果凍有很好的外觀、良好的口感。KGM作為食品增稠劑是一種不錯的選擇，可以廣泛應用于各種食品中用之增加其黏性。