銀耳多糖與結冷膠復配體系的流變及凝膠特性

劉婷婷，楊嘉丹，曹宸瑀，張艷榮,*

（1.吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118；2.農業農村部食用菌加工技術集成科研基地，吉林 長春 130118）

銀耳多糖（Tremella fuciformispolysaccharide，TFP）來源于銀耳子實體、孢子、發酵液中分離純化得到的帶有分支的雜多糖[1]，具有抗腫瘤[2]、抗氧化[3]、降低血脂[4]、促進傷口愈合[5]、增強免疫力[6]等功效。目前，TFP的研究主要集中于生物活性和提取工藝方面[1,7]，對于其在食品中改善產品質構特性等方面的研究也有少量報道。Zhang Yakun等[8]研究發現，TFP可以增加蛋白的凝膠強度，提高產品的持水力和硬度；盧玉容等[9]發現，通過添加適量TFP可縮短發酵時間，改善低脂酸奶的持水力和質構，提升低脂酸奶的感官品質。

結冷膠（gellan gum，GG）是由少動鞘鞍醇單胞菌（Sphingomonas paucimobilis）合成的胞外多糖[10]。近年來，學者們做了大量關于GG應用于食品和生物醫藥工業的研究。作為凝膠劑，GG具有良好的穩定性，且耐酸、耐高溫、熱可逆以及用量少[11]，但同時GG凝膠質地脆性大，并且受陽離子濃度影響，從而限制了GG在食品工業中的應用。因此，在很多的實際應用中，通常將2 種甚至多種親水膠體復配使用來改變單一親水膠體在實際生產應用中的缺陷，進而起到替代食品原料、改善質構、創造復合結構和控制縮水性的作用[12]。研究發現GG與其他親水膠體（魔芋膠、果膠等）具有良好的復配性能[12-15]。

目前，有關TFP和GG相互作用的研究還鮮見報道。本實驗利用流變儀和質構儀等研究TFP、GG以及兩者按不同質量比復配后體系的流變、凝膠及持水特性，以期拓寬TFP的應用范圍，提高產品營養價值，同時減少食用膠使用量，為我國新型食品的開發提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

TFP為實驗室自制，具體方法為：稱取一定量銀耳粉，按液料比50∶1加入蒸餾水，在微波功率400 W下提取2 h，提取液經脫蛋白、濃縮、醇沉、冷凍干燥后即為TFP。

GG（食品級） 浙江中肯生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

DHR-3流變儀 美國TA公司；TA.XT Plus質構儀英國Stable Micro Systems公司；CT15RT多功能冷凍高速離心機 天美（中國）科學儀器有限公司；DIKW-4雙列四位電熱恒溫水浴鍋 北京中興偉業儀器有限公司；IR Prestige傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）儀 日本島津公司；ALTO 2500高分辨率掃描電鏡冷凍傳輸裝置 美國Gatan公司；JSM 6301F掃描電子顯微鏡 日本JEOL公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的制備

以蒸餾水配制不同質量濃度（0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 g/100 mL）的TFP溶液和GG溶液，以及不同質量比（1.6∶0.4、1.2∶0.8、0.8∶1.2、0.4∶1.6）的TFP/GG復配體系，將上述溶液及復配體系置于75 ℃恒溫水浴鍋中充分加熱，攪拌混合物直至完全溶解，將蒸發掉的水分用75 ℃的蒸餾水進行補充至混合時的初始體積。將制備好的樣品于4 ℃條件下貯存18 h后進行質構特性分析。

1.3.2 流變特性的測定

將制備好的樣品置于流變儀測試平臺上，采用直徑40 mm平行板測量，每次測試均需更換樣品。

靜態流變性測定：溫度75 ℃，測定在剪切速率為0.1～1 000 s－1內樣品表觀黏度（η）的變化，并用Power-Law數學模型進行擬和。

動態黏彈性測定：溫度75 ℃，掃描應變1%，測定在角頻率為0.1～100 rad/s內樣品儲能模量（G’）和損耗模量（G”）的變化。

在TFP和GG復配體系頻率掃描的線性黏彈區域，G’和G”隨角頻率的變化可按方程（1）、（2）[16]進行擬合。

式中：n’和n”分別為G’和G”的相關系數；ω為角頻率；K’是每個正弦剪切變形周期儲存和恢復的能量；K”是在1 Hz條件下每個正弦剪切變形周期損耗的以熱量形式散失的能量。

觸變性測定：溫度75 ℃，剪切速率先從0.1 s－1增加到1 000 s－1，之后立即以同樣的變化速率從1 000 s－1下降到0.1 s－1，記錄整個過程中各樣品溶液剪切應力的變化情況。

1.3.3 凝膠強度的測定

采用質構儀測定凝膠破裂所需的最大力，即為凝膠強度[17]。測定條件：P/0.5圓柱形探頭，測前速率和測中速率為1.00 mm/s，測試探針上升速率為10.00 mm/s，位移10.00 mm，觸發力5.0 g。每組實驗平行3 次。

1.3.4 凝膠質構的測定

采用質構儀對不同條件下制備的凝膠進行質地剖面分析。測定條件：P/36R不銹鋼圓柱形探頭，測前速率和測中速率均為1.00 mm/s，測試探針上升速率為10.00 mm/s，壓縮程度30%，觸發力5.0 g。每組實驗平行3 次。

1.3.5 凝膠持水性的測定

將約1 mL不同條件下制備的凝膠體系加入到塑料離心管中，待其凝膠后，10 000 r /min離心15 min，吸去上層水，按式（3）計算持水力（water holding capacity，WHC）。

式中：m0為空離心管質量/g；m1為離心前裝有凝膠的離心管質量/g；m2為吸去上層水分后的離心管質量/g。每組實驗平行3 次。

1.3.6 凝膠的FTIR分析

參照李晉等[18]方法，稱取由2 g/100 mL TFP溶液、GG溶液及不同質量比復配體系制備的凝膠粉末2 mg，加入200 mg烘干至恒質量的KBr，置于研缽中研磨均勻，用電動壓片機壓片，在4 000～400 cm－1范圍進行FTIR掃描。

1.3.7 低溫掃描電子顯微鏡觀察凝膠結構

采用配備冷凍傳輸裝置的掃描電子顯微鏡進行凝膠結構觀察。取約1～3 mm3的凝膠放置到樣品保持器中，并迅速在液氮（－210 ℃）中冷卻，隨后將樣品轉移到冷凍傳輸裝置上（－150 ℃），－90 ℃升華5 min以除去暴露在凝膠表面的冰。最后對樣品濺射鍍金，在溫度－150 ℃、加速電壓15 kV條件下進行分析。

1.4 數據處理與分析

實驗數據采用Excel 2010軟件繪圖，采用SPSS 16.0軟件通過Duncan’s法進行多組樣本間差異顯著性分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同質量濃度TFP溶液、GG溶液和不同質量比TFP/GG復配體系的靜態流動性

在75 ℃下，各樣品表觀黏度（η）在剪切速率0.1～1 000 s－1之間的變化如圖1所示。所有質量濃度的TFP溶液、GG溶液，以及所有比例的TFP/GG復配溶液的表觀黏度均隨剪切速率的增加而降低，表現出剪切變稀的假塑性[19]。在相同剪切速率下，TFP溶液和GG溶液表觀黏度隨著質量濃度的增加而增加，TFP/GG復配溶液表觀黏度隨著TFP比例的增加而增加。將曲線擬合為冪律方程η＝kγn－1，式中η為表觀黏度，γ為剪切速率。其中，k是稠度指數，k越大，液體越黏稠。n是流動行為指數，也稱為假塑性指數，即若n＝1，流體為牛頓流體；n＜1，流體被歸類為假塑性流體；n＞1，則為脹塑性流體[20]。

圖1 不同質量濃度TFP溶液（A）、GG溶液（B）和不同質量比對TFP/GG復配體系（C）的表觀黏度（η）Fig. 1 Shear rate dependent viscosity (η) of TFP solutions (A), gellan solutions (B) at different concentrations and on TFP/GG mixtures at different mass ratios (C)

表1 不同質量濃度TFP溶液和GG溶液的冪律模型擬合參數Table 1 Fitting parameters for the power law models of TFP and GG solutions at different concentrations

表2 不同質量比TFP/GG復配體系的冪律模型擬合參數Table 2 Fitting parameters for the power law models of TFP-GG mixtures at different mass ratios

由表1可知，隨著質量濃度的增大，TFP溶液和GG溶液的稠度指數逐漸增加，流動行為指數逐漸降低，說明質量濃度越高，溶液的黏稠性越大，假塑性也越強。質量濃度為0.4 g/100 mL的TFP溶液和GG溶液的稠度指數最小，流動行為指數最大，最接近于牛頓流體。

由表2可知，TFP/GG復配溶液流動行為指數在0.882 1～0.917 2之間，表明TFP/GG復配溶液是假塑性流體。且在共混狀態下，TFP/GG質量比為1.6∶0.4時，流動行為指數最小，說明此時的流動性最好。剪切稀化現象對食品加工過程有重要影響，在物料體系中通過添加TFP，可改善其流變性能，使其適宜于高剪切速率下加工，改進物料輸送和灌注工藝，使能量消耗減少，易于加工成型[17]。

2.2 不同質量濃度TFP溶液、GG溶液和不同質量比TFP/GG復配體系的動態黏彈性

圖2 不同質量濃度TFP溶液（A）、GG溶液（B）和不同質量比TFP/GG復配體系（C）的動態流變學特性（75 ℃）Fig. 2 Dynamic rheological properties of TFP solutions (A) and GG solutions (B) at different concentrations, as well as their mixtures at different mass ratios (C) (75 ℃)

凝膠體系的動態黏彈性與其實際應用性能直接相關。儲能模量G’能反映黏彈性物質的類固體性質即彈性和剛性，而損耗模量G”能反映黏彈性物質的類液體性質即黏性和流動性[21-22]。如圖2A、B所示，TFP溶液和GG溶液G’和G”隨角頻率的增加而增加，且不同質量濃度下均為G”先高于G’，角頻率達到一定值后G’高于G”，GG溶液的曲線交點低于TFP溶液。其原因可能是TFP、GG的分子構象、分子鏈間作用力以及分子質量的不同所致[17]。

如圖2C所示，TFP/GG復配體系的G’和G”也隨角頻率的增加而增加，在低頻率下G’小于G”，體系以黏性為主；角頻率達到一定值后G’大于G”，此時體系以彈性為主，呈現一定的弱膠性。而G’和G”曲線的交點隨著TFP比例的增加表現出先增大后減小的趨勢，這說明TFP對復配體系的動態黏彈性影響較大，在適當質量比下可提高復配體系的黏性和流動性。

表3 不同質量濃度TFP溶液G’和G”隨角頻率的變化Table 3 Variation in G’ and G” of TFP solutions with different concentrations as a function of angular frequency

表4 不同質量濃度GG溶液G’和G”隨角頻率的變化Table 4 Variation in G’ and G” of GG solutions with different concentrations as a function of angular frequency

表5 TFP/GG復配體系G’和G”隨角頻率的變化Table 5 Variation in G’ and G”of TFP-GG mixtures with different mass ratios as a function of angular frequency

通過公式（1）、（2）對各樣品體系線性黏彈區域的數據進行擬合，計算得到的參數如表3～5所示。從動態流變數據可以看出，隨著質量濃度的增加，TFP溶液和GG溶液的n’和n”減小，而K’和K”增大，說明樣品溶液的黏性增強，這與靜態流變性的分析結果一致。

由表5可以看出，隨著TFP質量比例的增加，TFP/GG復配體系的n’從0.270 80降至0.115 90，n”從0.199 40降至0.068 80，說明復配體系的彈性增強；而K’和K′隨著TFP比例的增加而增大，這可能是由于TFP的增稠性提高了TFP/GG復配體系中連續相的黏彈性[20]。以上結果表明，TFP質量濃度對TFP/GG復配體系的動態流變性質起到決定性的作用。

2.3 不同質量濃度TFP溶液、GG溶液和不同質量比TFP/GG復配體系的觸變性

圖3 不同質量濃度TFP溶液（A）、GG溶液（B）和不同質量比TFP/GG復配體系（C）的觸變性（75 ℃）Fig. 3 Thixotropic curves of TFP solution (A), GG solution (B) at different concentrations, as well as their mixtures at different mass ratios (C) (75 ℃)

由圖3可知，各樣品溶液剪切應力上升過程與下降過程不重合，在曲線下方形成了明顯的觸變環，這表明體系屬于觸變體系。TFP溶液的觸變環面積隨質量濃度的變化較小（圖3A），而GG溶液、TFP/GG復配溶液的觸變環面積隨GG質量濃度的增加而增大（圖3B、C）。觸變環面積大小反映觸變性的大小，若觸變環面積大，則表示此體系經外力作用后黏度變化大，外力撤除后，體系恢復到未經外力作用狀態所需的時間長，該過程即觸變性反應物料經長時間剪切后在靜止時重新稠化的過程[23-24]。食品制作過程中希望觸變環面積越小越好，這樣有助于食品保型，易于食品的加工制作。添加TFP可以改善GG的觸變性，因此在食品中應用時可以根據不同情況使用不同質量比的TFP/GG復配體系。

2.4 不同質量濃度TFP溶液、GG溶液和不同質量比TFP/GG復配體系的凝膠性和質構特性

表6 不同質量濃度TFP溶液、GG溶液和不同質量比TFP/GG復配體系的質構特性Table 6 Textural characteristics of TFP solutions, GG solutions at different concentrations, as well as their mixtures at different mass ratios

質構特性對于固體食品尤為重要，因為加工過程中其質地比液體食品更容易改變[25]。由表6可知，隨著TFP比例的增加，復配凝膠的凝膠強度、硬度、咀嚼性和回復性降低。由此可見，TFP的添加明顯降低了復配凝膠的硬度，這種現象在GG和其他多糖復配的研究中也有報道[15,26]，因此，在復配體系中，凝膠硬度主要來自于GG的網絡結構，而不是聚合物的重排，GG是決定凝膠硬度的關鍵性因素[27]。

另外，各比例TFP/GG復配凝膠的彈性和黏性均大于單獨使用的GG凝膠，當復配質量比為1.6∶0.4、1.2∶0.8、0.8∶1.2、0.4∶1.6時，其凝膠彈性為28.15%、35.77%、38.08%、43.87%，均高于GG凝膠。說明TFP與GG分子間的纏繞使其復配體系形成了質地更優的彈性凝膠，為開發凝膠類食品提供參考依據。GG溶液和TFP/GG復配體系均可形成良好的凝膠結構。

2.5 不同質量濃度GG凝膠和不同質量比TFP/GG復配凝膠的持水性

由圖4可知，GG凝膠持水力能隨GG質量濃度的增加而增加（圖4A），TFP/GG復配凝膠均呈現良好的持水力（圖4B），均大于90%，且隨著TFP比例的增加而增加，均優于GG持水性能。由此可知，TFP可以顯著提高復配體系的持水性能，其原因可能是當TFP穿插在TFP/GG復配凝膠體系中時，與GG形成了良好的凝膠網絡結構[28]，有利于將TFP/GG復配體系應用于凝膠類食品制作當中。

圖4 不同質量濃度GG凝膠（A）和不同質量比TFP/GG復配凝膠（B）的持水性Fig. 4 Water-holding capacity of GG gels at different concentrations (A),and TFP/GG gels (B) at different mass ratios

2.6 TFP凝膠、GG凝膠及不同質量比TFP/GG復配凝膠的FTIR分析

圖5 TFP凝膠、GG凝膠和不同質量比TFP/GG復配凝膠的FTIR圖Fig. 5 FTIR spectra of gel TFP gel, GG gel and TFP/GG gels at different mass ratios

由圖5可見，TFP凝膠的FTIR譜圖中的主要表現為3 202 cm－1和2 926 cm－1的吸收峰，分別來自糖類分子O—H和C—H的伸縮振動[29]。1 643 cm－1和1 416 cm－1處的吸收峰分別對應于糖醛酸中C＝O振動和C—O伸縮振動[30]。1 026 cm－1和1 250 cm－1處的吸收峰分別是由于糖環中的C—O—C伸縮振動和C—H可變角振動[31]。806 cm－1處的吸收峰為α-型吡喃糖的C—H彎曲振動或硫酸鹽組中的C—O—S[30,32]。對于GG凝膠，其在2 926、1 159、1 029 cm－1和611 cm－1處觀察到主要吸收峰。

TFP凝膠和TFP/GG復配凝膠的特征吸收峰位置基本相同，復配凝膠中隨著TFP比例的增加，峰的振幅相應增加。在3 202～3 288 cm－1區域間O—H伸縮振動變化不大，說明氫鍵作用力在復配體系中不占主導作用，可能是TFP與GG之間的靜電作用。隨著TFP比例的減小，復配凝膠吸收峰由1 643 cm－1（1.6∶0.4）輕微紅移，分別移動至1 614、1 604、1 614 cm－1和1 599 cm－1，表明有序結構增加[33]。與GG凝膠吸收峰（2 926 cm－1）相比，質量比為1.6∶0.4、1.2∶0.8、0.8∶1.2、0.4∶1.6復配凝膠吸收峰分別轉移至2 854、2 856、2 854 cm－1和2 911 cm－1低波數段，表明—CH2基團更可能與其他側鏈相互作用。此外，質量比為1.6∶0.4、1.2∶0.8、0.8∶1.2、0.4∶1.6復配凝膠中的硫酸鹽基團分別轉移至1 147、1 149、1 139 cm－1和1 148 cm－1。這些結果表明TFP與GG之間發生相互作用，導致聚電解質復合物的形成。

2.7 TFP凝膠、GG凝膠及不同質量比TFP/GG復配凝膠的微觀結構

圖6 TFP凝膠、GG凝膠及不同質量比TFP/GG復配凝膠的微觀結構（2 000×）Fig. 6 Microstructure of TFP gel, GG gel and TFP/GG gels at different mass ratios (2 000 ×)

由圖6可知，不同質量比TFP和GG復配的各凝膠微觀結構具有明顯差異。TFP凝膠微觀結構均一，孔隙排列整齊規律，呈立體多邊形蜂窩狀（圖6A），這主要是水合作用下TFP分子間交聯的結果。隨著GG比例的增加（圖6B～E），復配凝膠結構發生明顯變化，孔隙變大，立體蜂窩狀結構逐漸削弱；當GG比例增加至1.6∶0.4（圖6E）時，復配凝膠的微觀結構變得十分致密，呈現出連續的絲狀和片狀結合的聚集體，表明TFP和GG之間具有很好的相容性和交聯性；這與質構分析及持水性的分析結果一致。圖6F顯示，GG凝膠結構主要是由絲狀鏈和小顆粒組成的網狀平面，掃描電子顯微鏡下沒有觀察到立體的空間結構。綜上可知，復配體系中，TFP和GG分子之間存在相互作用，且可以形成良好的凝膠網絡結構。

3 結 論

本實驗對不同質量濃度（0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 g/100 mL）的TFP溶液、GG溶液及不同質量比（1.6∶0.4、1.2∶0.8、0.8∶1.2、0.4∶1.6）的TFP/GG復配體系的流變和凝膠特性進行研究，結果表明，TFP對復配體系的動態流變特性有決定性作用，TFP可以降低復配凝膠的硬度及彈性，有效提高其持水性能。因此，可在食品加工中添加適當比例的TFP/GG復配混合物，來滿足不同產品對黏稠度、凝膠及持水特性的需求，在提高產品營養價值同時還可減少食用膠的使用量，提升產品品質，拓寬TFP的應用范圍。