魔芋葡甘聚糖胶粒稳定性的构建

魔芋葡甘聚糖胶粒稳定性的构建

陈涵;谭小丹;张甫生;庞杰;沈本澍;余培涛;唐秀清

【摘要】采用单因素实验方法探讨KGM用量、PULL用量、溶胀温度及溶胀时间对魔芋葡甘聚糖胶粒稳定性的影响,并以影响较显著的条件为因素,共混溶胶液粘度为响应值进行3因素3水平响应面优化设计.结果表明:KGM含量、PULL含量、溶胀时间是混合溶胶液粘度的显著影响因子;两两交互作用对溶胶粘度影响显著,其数值分别为0.28％,0.55％和1.9h时,模型预测最优粘度为19.237 1 Pa·s.

【期刊名称】《热带生物学报》

【年(卷),期】2015(006)004

【总页数】7页(P460-466)

【关键词】魔芋葡甘聚糖;普鲁兰多糖;溶胀特性;响应面设计

【作者】陈涵;谭小丹;张甫生;庞杰;沈本澍;余培涛;唐秀清

【作者单位】福建农林大学食品科学学院,福州350002;福建农林大学食品科学学院,福州350002;西南大学食品科学学院,重庆400716;福建农林大学食品科学学院,福州350002;福建农林大学食品科学学院,福州350002;福建农林大学食品科学学院,福州350002;福建农林大学食品科学学院,福州350002

【正文语种】中文

【中图分类】TS202

多糖在自然界分布很广，几乎存在于所有的生命体中，主要包括植物多糖、动物多糖、海洋生物多糖及微生物多糖[1-2]。近年来，随着研究的深入，有关多糖结构

与性质的研究已成为一门迅速发展的独立学科[3]。在食品加工工业中，许多天然

高分子多糖往往因具有增稠、助凝、稳定等性能而作为食品添加剂或生产原料应用到食品生产中，影响着食品的质构特性、外观和风味等感官品质，已成为食品的重要组成部分[4]。但在实际应用中，单一多糖的性能难以满足广泛的应用要求。在

一定条件下，通过2种或2种以上的多糖进行共混改性，进而改变其分子间或分

子内的相互作用，并产生新的性质，改善或提高单一多糖在某些方面的性能，拓宽了其应用领域。因此，多糖相互作用具有重大的应用及研究价值。魔芋葡甘聚糖(Konjac glucomannan，简称KGM)为魔芋中重要的功能活性成分，由于KGM

特殊的分子结构，其具有增稠、成膜[5]、胶凝[6-7]等理化特性。普鲁兰多糖(Pullulan，简称PULL)是以α-(1,4)糖苷键结合的麦芽三糖为多糖的基本结构单位，再相互以α- (1,6)糖苷键结合而成中性水溶性线性多糖[8-10]。由于PULL含有丰

富的羟基，易溶于水，且水溶液稳定性好，耐酸、耐碱、耐盐、耐高温[11-12]，

粘度低，具有优良的成膜性[13]，但不具有胶凝性[14]。笔者通过研究KGM 用量、PULL用量、溶胀温度和溶胀时间对魔芋葡甘聚糖胶粒稳定性的影响，探讨加强魔芋葡甘聚糖和普鲁兰多糖的分散性和相互作用的新方法，旨在为魔芋葡甘聚糖-普

鲁兰多糖复合凝胶在食品工业中的应用提供依据。

1.1 材料魔芋葡甘聚糖(食品级，云南三艾有机魔芋发展有限公司)，普鲁兰多糖(食品级，天津实发中科百奥工业生物科技有限公司)。

1.2 仪器 NDJ-8S型旋转数显粘度计(上海精密科学仪器有限公司)，AB-50电子分析天平(瑞士 Mette 公司)，HH-4数显电子恒温水浴锅(常州国华电器有限公司)，JJ-4六联电动数显搅拌器(常州国华电器有限公司)，TGL-10B高速离心机(上海安

亭科学仪器厂)。

1.3 方法

1.3.1 KGM/PULL共混溶胶液的制备称取一定量的PULL分散于去离子水中，待

PULL充分溶解，于45 ℃水浴条件下，边搅拌边加入一定量的KGM，以350 r·min-1的转速搅拌3.0 h，然后将其存放在45 ℃恒温水浴锅中，以备性能测试。

1.3.2 KGM/PULL共混溶胶液粘度测试用NDJ-8S型旋转粘度计在60 r·min-1下，测定KGM/PULL共混溶胶液在常温下的粘度。

1.3.3 单因素试验设计选取KGM用量、PULL用量、溶胀温度及溶胀时间4个因

素进行单因素实验。

1.3.4 响应面设计及数据分析在单因素试验的基础上，运用响应面优化方法(response surface methodology，RSM)，以KGM用量、PULL用量、溶胀时

间为因素，以共混溶胶液粘度为响应值，进行3因素3水平响应面优化设计，运

用Design-Expert.V8.0.6 软件，根据Box-Behnken Design(BBD)，对结果进行

分析[15]。

2.1 单因素实验及其分析

2.1.1 KGM对KGM/PULL共混溶胶液粘度特性的影响 PULL含量为0.50%、溶胀温度45 ℃、溶胀时间3 h时，探讨不同浓度的KGM对溶胶液粘度的影响，结果如图1所示。

从图1可知，KGM用量对KGM/PULL共混溶胶液粘度特性影响明显。随着KGM 用量的增大，KGM/PULL共混溶胶体系粘度有明显增大趋势。产生这一现象可能

是因为KGM是高粘度组分，PULL是低粘度组分，在低粘度组分含量较高时，体

系粘度与低粘度组分的粘度接近；而在高粘度组分含量较高时，体系粘度会随高粘度组分含量明显上升[16]。当KGM含量达0.25%时，溶胶液粘度随KGM含量变化的速度放缓，而后KGM含量继续增加，溶胶液粘度变化不大，但是体系过于粘稠，不易搅拌均匀，且较易产生气泡，随着KGM 含量的继续增大，这种现象愈加明显。

2.1.2 PULL对KGM/PULL共混溶胶液粘度特性的影响 KGM含量为0.15%，溶胀

温度45 ℃，溶胀时间3 h时，探讨不同浓度的PULL对溶胶液粘度的影响，结果如图2所示。

从图2可知，PULL含量对KGM/PULL共混溶胶液粘度特性影响明显。随着PULL用量的增大，混合溶胶液粘度先增大后持续降低。产生这一现象可能是因为少量添加PULL，体系形成两相连续的互穿/互锁结构，增大流动阻力，使溶胶液

粘度增大；随着PULL这一低粘度组分成为主成分时，PULL分子与水分子的结合使得KGM分子和水分子的相互作用逐渐减弱，而KGM分子间结合力逐渐加强，导致KGM分子链收缩，分子尺寸大大减小，而且大量PULL覆盖在KGM胶粒表面，达到一个较高或相对饱和的状态，使整个体系胶粒间的迟滞力和粘滞力减小，流动性增大，粘度大幅度降低[17]。

2.1.3 溶胀温度对KGM/PULL共混溶胶液粘度特性的影响 KGM含量为0.15%，PULL含量为0.50%，溶胀时间3 h时，探讨不同的溶胀温度(Swelling temperature)对溶胶液粘度的影响，结果如图3所示。

从图3可知，溶胀温度对KGM/PULL共混溶胶液粘度特性影响不明显。随着溶胀温度的上升，混合溶胶液粘度持续减小，当热水浴温度≥55 ℃时，减小速率放缓。产生这一现象可能是因为温度的升高，使分子运动加剧，能逐渐挣脱分子间氢键的束缚，改变分子间的相互作用，导致共混液的粘度减小[18]。

2.1.4 溶胀时间对KGM/PULL共混溶胶液粘度特性的影响 KGM含量为0.15%、PULL含量为0.50%、溶胀温度45 ℃时，探讨不同的溶胀时间(Swelling time)对溶胶液粘度的影响，结果如图4所示。

从图4可知，溶胀时间对KGM/PULL共混溶胶液粘度特性影响明显。随着溶胀时间的延长，溶胶液粘度先增大后下降。当溶胀时间为2.0 h 时，凝胶强度达到最大值，而后随着溶胀时间增长，将会使分散于溶胶中的KGM，PULL之间的分子链

打断，从而使溶胶液粘度降低[19]。