低甲氧基果膠流體質(zhì)構(gòu)特性研究

劉 剛，雷 激，芮光偉，鄭睿行，3

（1.西華大學生物工程學院，四川成都610039；2.國家酒類及加工食品監(jiān)督檢驗中心（瀘州實驗基地），四川瀘州646000；3.衢州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗中心，浙江衢州324002）

低甲氧基果膠流體質(zhì)構(gòu)特性研究

劉 剛1，2，雷 激1，*，芮光偉1，鄭睿行1，3

（1.西華大學生物工程學院，四川成都610039；2.國家酒類及加工食品監(jiān)督檢驗中心（瀘州實驗基地），四川瀘州646000；3.衢州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗中心，浙江衢州324002）

目的：研究影響低甲氧基果膠流體質(zhì)構(gòu)特性的主要因素。方法：用質(zhì)構(gòu)儀觀察測定不同果膠濃度、蔗糖含量、pH、鈣離子含量、溫度下果膠溶液的流體質(zhì)構(gòu)特性。結(jié)果：各因素對低甲氧基果膠流體質(zhì)構(gòu)特性均有不同程度的影響，其中pH和鈣離子濃度的改變對流體質(zhì)構(gòu)變化尤為顯著。結(jié)論：pH和鈣離子含量是決定低甲氧基果膠產(chǎn)品體系質(zhì)構(gòu)形態(tài)的關(guān)鍵因素。

低甲氧基果膠，流體，質(zhì)構(gòu)特性

果膠廣泛地存在于高等植物組織當中，按酯化度的不同，可將果膠分為高甲氧基果膠和低甲氧基果膠兩種。果膠作為食品膠重要成員之一，由于具有良好的增稠作用被廣泛地運用于乳品、果汁飲料、果醬等食品的加工，賦予食品良好的質(zhì)感與風味，其中低甲氧基果膠以其獨特的微觀結(jié)構(gòu)特征，又被用于上述加工食品中低糖種類的研發(fā)。本文就影響低甲氧基果膠稠度（Consistency）和粘度（Index of viscosity）的主要因素進行了物性分析和研究，以獲得對低甲氧基果膠流體影響的趨勢，供同行參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高甲氧基果膠 食品級，浙江衢州匯龍果膠有限公司；蔗糖 食品級，當?shù)爻?；濃鹽酸、氫氧化鈉、95%乙醇、氯化鈣 均為分析純，成都科龍化工試劑廠。

TA.XTPlus質(zhì)構(gòu)儀、A/BE模具 英國諾頓科技責任有限公司；HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；78-1型磁力加熱攪拌器 金壇市富華電器有限公司；PHS-25型pH計 上海雷磁儀器廠；DL-1型萬用電爐 北京中興偉業(yè)儀器有限公司。

1.2 實驗方法

低甲氧基果膠的制備采用低溫堿性條件下對柑橘高甲氧基果膠進行脫酯［1-2］，所得低甲氧基果膠平均酯化度為42.56%。

1.2.1 果膠濃度對果膠流體質(zhì)構(gòu)變化的影響［3］量取500mL去離子水于1000mL燒杯中，同時精確稱量低甲氧基果膠30g。將果膠緩慢均勻撒入燒杯中，并不斷攪拌，當果膠全部溶解之后，再向溶液中添加100mL去離子水，可獲得濃度為5%的果膠溶液。分別量取5%的果膠溶液40、80、120、160mL于200mL燒杯中，均定容到200mL，可分別獲得1%、2%、3%、4%的果膠溶液，保鮮膜封口備用。

1.2.2 蔗糖含量對果膠流體質(zhì)構(gòu)變化的影響［3］稱取食用蔗糖20、40、80、120、160g，分別與4g低甲氧基果膠粉末混合，然后在200mL燒杯中加水充分攪拌溶解并定容至刻度，可獲得含蔗糖10%、20%、40%、60%、80%的果膠溶液，保鮮膜封口待測。

1.2.3 pH對果膠流體質(zhì)構(gòu)變化的影響［3］取4g低甲氧基果膠7份，溶解制備成濃度為2%的果膠溶液，用pH計測定2%果膠的pH，并以其作為基準，利用一定濃度稀鹽酸調(diào)節(jié)果膠溶液，以制備低于低甲氧基果膠自然pH的等濃度液態(tài)果膠；相反利用一定濃度稀氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)，以獲得高于自然pH的等濃度液態(tài)果膠。調(diào)配好后即可用于液態(tài)果膠質(zhì)構(gòu)測定。

1.2.4 鈣濃度對果膠流體質(zhì)構(gòu)變化的影響［3］分別向7份已經(jīng)配制好的200mL 2%的果膠溶液加入10、30、50、70、100、120、140mg的鈣離子（以氯化鈣為準）。迅速攪拌使鈣離子與果膠均勻混合，同時避免預凝膠的出現(xiàn)，每制備好一個樣品后即可用于質(zhì)構(gòu)測定。

1.2.5 溫度對果膠流體質(zhì)構(gòu)變化的影響［3］將溶解果膠的去離子水在5、25、40、60、80、90℃下恒溫，后將4g果膠分別均勻溶解在以上溫度的水中，制成濃度2%的果膠溶液，將溫度恒定后對液態(tài)果膠迅速進行質(zhì)構(gòu)測定。

1.3 果膠流體質(zhì)構(gòu)特性測定方法及參數(shù)

果膠液體屬于粘稠液體，故質(zhì)構(gòu)測定采用A/BE反擠壓模具：特制樣品容器（Sample Containers-50mm internal dia.）、擠壓碟（Compression Disc-35mm）、探測轉(zhuǎn)接器（150mm Long Probe Adapter）等。測定參數(shù)為：測試前速度1.5mm/s、測試速度2.0mm/s、返程速度2.0mm/s，測試距離20mm。測定例圖如圖1所示。

圖1 果膠流體質(zhì)構(gòu)圖

2 結(jié)果與分析

2.1 果膠濃度對果膠流體質(zhì)構(gòu)變化的影響

由質(zhì)構(gòu)分析數(shù)據(jù)可見，隨著果膠濃度的不斷提升，果膠溶液的稠度和粘度指標都有逐漸上升的趨勢，與果膠濃度形成一定正比關(guān)系。這是由于果膠在溶解于水中后，果膠分子鏈逐漸展開，隨著濃度提高，果膠分子密集，分子間氫鍵作用加強，憎水基團也同比增加［4-5］，從而造成果膠稠度和粘度指標與果膠濃度成正比的現(xiàn)象。對應(yīng)質(zhì)構(gòu)變化如圖2所示。

圖2 不同濃度下液態(tài)低甲氧基果膠溶液稠度和粘度指標的變化

2.2 蔗糖含量對果膠流體質(zhì)構(gòu)變化的影響

由圖3可見，低甲氧基果膠的稠度和粘度指標大小與蔗糖的加入量呈正比關(guān)系。由于蔗糖與果膠同屬于親水性物質(zhì)，能夠較容易地溶解于水中形成均勻的液相。在一定濃度的低甲氧基果膠溶液中，在一定范圍內(nèi)向其加入不等量的可溶性固形物如蔗糖，能夠不同程度地對果膠溶液起到增稠作用，這是由于蔗糖的親水性，隨著蔗糖量的加大，蔗糖與果膠爭奪水溶劑的趨勢愈加劇烈，果膠與水溶劑水合的程度大大下降，迫使果膠鏈彼此間的距離拉近，從而造成果膠溶液稠度和粘度指標的上升。但是個人認為隨著蔗糖含量達到一定程度，蔗糖占據(jù)水溶劑的優(yōu)勢將凸顯，實驗過程中發(fā)現(xiàn)，高于80%的蔗糖含量的果膠溶液已經(jīng)表現(xiàn)出蔗糖特有強烈的粘稠感，這時將對應(yīng)測得質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)用來表征果膠濃度隨蔗糖含量的變化已經(jīng)顯得不實際。

圖3 不同蔗糖含量下低甲氧基果膠溶液稠度和粘度指標的變化

2.3 pH對果膠流體質(zhì)構(gòu)變化的影響

在室溫下對同濃度低甲氧基果膠的pH在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，我們發(fā)現(xiàn)2%的果膠溶液pH在2.0時質(zhì)構(gòu)分析測得果膠溶液有相當顯著的稠度和粘度指標的飆升，其狀態(tài)幾乎接近凝膠狀（這時無法再對該樣品pH作進一步下降調(diào)試），但是隨著pH的逐步上調(diào)，果膠的稠度和粘度開始逐漸下降，在pH達到4.5以上時，果膠溶液的稠度和粘度指標趨于平穩(wěn)，這是由于體系pH隨外界因素影響，超越了果膠的等電點，果膠半乳糖醛酸羧基上氫逐漸流失，分子間氫鍵作用逐漸減小，從而造成低甲氧基果膠兩個質(zhì)構(gòu)參數(shù)的劇降。在后期對果膠液體pH作進一步上升調(diào)節(jié)時發(fā)現(xiàn)，低甲氧基果膠的稠度和粘度指標即使在偏堿條件下也基本上維系不變，這可能是由于相比高甲氧基果膠，低甲氧基果膠上甲氧基含量已經(jīng)比較低，不容易發(fā)生以甲氧基含量為前提的脫酯反應(yīng)和其競爭反應(yīng)β-消去反應(yīng)［1-4］，從而在一定程度上維系了果膠的稠度和粘度。

圖4 不同pH下低甲氧基果膠溶液稠度和粘度指標的變化

2.4 鈣濃度對果膠流體質(zhì)構(gòu)變化的影響

鈣添加量對低甲氧基果膠的稠度和粘度指標的影響情況如圖5所示。在向濃度2%的果膠溶液中添加比例5mg/g的鈣離子時，果膠的稠度和粘度相比同條件下未加鈣離子的果膠溶液變化不大（見圖2，2%果膠質(zhì)構(gòu)）。隨著鈣離子含量的逐漸增加，果膠的稠度和粘度系數(shù)開始逐步上升，當鈣離子濃度達到60mg/g后果膠的稠度和粘度達到峰值，這時再向果膠中添加鈣離子，如鈣離子濃度在70mg/g果膠溶液中便開始逐漸出現(xiàn)類似豆沙一樣的物質(zhì)，稠度和粘度系數(shù)開始逐步下降。若繼續(xù)增大鈣離子濃度，將會出現(xiàn)果膠、水嚴重分層。

圖5 不同鈣離子濃度下低甲氧基果膠溶液稠度和粘度指標的變化

2.5 溫度對果膠流體質(zhì)構(gòu)變化的影響

由圖6可見，隨著溫度的上升，果膠溶液的稠度和粘度指標呈一定程度的下滑趨勢，但相比鈣離子、pH的影響較為溫和。出現(xiàn)隨溫度上升稠度和粘度指標沿反方向變化的原因，個人認為是由于果膠在溶液狀態(tài)下果膠鏈間彼此以氫鍵維系內(nèi)部穩(wěn)定，但氫鍵鍵能相當弱。在較低溫度下如5℃時，氫鍵可以保持穩(wěn)定維系果膠間的交聯(lián)作用，但是在較高溫度下，如95℃，氫鍵嚴重被破壞，從而使果膠溶液的穩(wěn)定性嚴重下降，即在質(zhì)構(gòu)上表現(xiàn)為稠度和粘度指標的下降。

3 討論

影響低甲氧基果膠流體稠度和粘度指標的因素有果膠濃度、可溶性固形物蔗糖濃度、pH、鈣離子濃度以及溫度等，其中鈣離子濃度和pH對果膠質(zhì)構(gòu)變化影響情況顯得尤為劇烈，故果膠在運用于實際食品飲料生產(chǎn)加工中做增稠、均質(zhì)，比如酸性乳飲料、果汁等，應(yīng)在控制好果膠用量、固形物含量及生產(chǎn)加工溫度的同時，加強對加工產(chǎn)品整體鈣含量、酸堿度的嚴格控制，避免出現(xiàn)由于這些影響因子所造成的稠度過低不能起到增稠均質(zhì)或由于添加過量引起產(chǎn)品出現(xiàn)局部粥狀的不均勻體出現(xiàn)，影響產(chǎn)品外觀和使用價值。

圖6 不同溫度下低甲氧基果膠溶液稠度和粘度指標的變化

4 結(jié)論

由實驗質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)可得，本次所采用的低甲氧基果膠流體的稠度和粘度指標隨著果膠濃度的增加而上升；在一定范圍內(nèi)（蔗糖含量高于10%）果膠液體的稠度和粘度與加入的蔗糖濃度的大小呈正比；在其它因素不變的前提下，鈣離子濃度為60mg/g時，液態(tài)果膠的稠度和粘度指標最大，低于或高于60mg/g則均出現(xiàn)兩指標的減小。液態(tài)果膠在pH較低時表現(xiàn)出較高的稠度和粘度指標，隨著pH的升高，兩指標直線下滑，當達到pH4.5以上，兩指標趨于穩(wěn)定，變化較小。溫度對果膠稠度和粘度指標亦有一定影響，實驗表明果膠稠度和粘度與溫度呈反比，果膠稠度和粘度指標隨溫度的升高而降低。

［1］S A Black，C J B Smit.The effect of demethylation procedures on the quality of low-ester pectins used in dessert gels［J］. Journal of Food Science，1972，37：730-735.

［2］雷激，馬力，趙義梅.低溫堿法脫酯制取低酯果膠的研究［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2005（12）：45-48.

［3］S A El-Nawawi，Y A Heikal.Factors affecting the production of low-ester pectin gels［J］.Carbohydrate Polymers，1995，26：189-193.

［4］詹曉北.食用膠的生產(chǎn)性能與應(yīng)用［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2003：58-113.

［5］胡國華.功能性食品膠［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2003，11：115-134.

Study on fluid characteristics of low methoxyl pectin

LIU Gang1，2，LEI Ji1，*，RUI Guang-wei1，ZHENG Rui-xing1，3
（1.Bioengineering College，Xihua University，Chengdu 610039，China；2.China National Quality Supervision and Inspection Center for Alcoholic Beverage Products and Processed Food（Luzhou Lab），Luzhou 646000，China；3.Quality and Technical Supervision Bureau of Quzhou，Quzhou 324002，China）

Objective：To probe into factors affecting the texture characteristics of pectin fluid.Method：Fluid characteristics of low methoxyl pectin was tested using texture analyser under different pectin concentration，sugar content，pH，calcium ion content and temperature.Results：The experimental results indicated that the texture characteristics of low methoxyl pectin fluid changed with the above factors，especially with pH and calcium ion. Conclusion：lt was evident that pH and calcium content were important factors to the texture status of low methoxyl pectin processed foods.

low methoxyl pectin；fluid；texture characteristics

TS201.7

A

1002-0306（2011）01-0253-03

2009-11-18 *通訊聯(lián)系人

劉剛（1981-），男，碩士，研究方向：食品生物技術(shù)。

四川省科技廳攻關(guān)項目（04NG003-008）；四川省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)項目（05JY029-90-1）；四川省教育廳重點項目（2005A114）；四川省重點學科建設(shè)項目（SZD0803-09-0）。