对魔芋葡甘聚糖凝胶—一种新型食品模拟的研究

对魔芋葡甘聚糖凝胶—一种新型食品模拟的研究 对魔芋葡甘聚糖凝胶—一种新型食品模拟 的研究 研究与寐讨 食品,盐斜妓 Vo1.28,No.05,2007 对一莩?甘聚奠廒一 一 印品拟的 高毅,邓力,金征字 (江南大学食品科学与安全教育部重点实验室,江苏无锡214036) 籀耍:利用魔芋葡甘聚糖凝胶热不可逆的特殊性质,制作成用 于食品热处理研究的新型食品模拟物.通过优化制作工 艺.改善了其质构特性(硬度和压缩变形v/v).对比研究 了魔芋葡甘聚糖凝胶和海藻胶在高温下的持水性和质构 特性.结果表明,魔芋葡甘聚糖凝胶在以上两方面的性质 上不但达到食品模拟物的要求,而且明显优于海藻胶,是 一 种用于食品热处理研究的新型,优良的食品模拟物. 关键词:魔芋葡甘聚糖凝胶,食品模拟物,热处理验证,海藻胶颗粒 Abstract:Koniacglucomannanwithuniqueheatresistence characteristicswasproducedasafoodmodel systemt0studythermalprocessing0ffood.T0 obtainexcellenttexture(hardnessandspringiness v/v)characteristics,themanufacturingtechniques forkonjacglucomannanwereoptimized.Thewater— holdingcapacityandtexturecharacteristicsof koniacglucomannangelCansatisfyrequirements forfoodmodelsystemandiSbetterthanalginate qelbeingusedasafoodmodelsysteminrelevant researchesabroad.So,ftiSakindofnewand satisfactoryfoodmodelsystemthatcanbeapplied tostudythermalprocessingoffood. Keywords:ko凸cucomanmm;foodmodelsystem;thermal processingverification;alginategel 中图分类号:TS201.7文献标识码:A 文章编号:1002—0306(2007)05-0107—04 热处理广泛地用于食品加工,在杀菌和预煮过 程中,大多数食品的质量是由时间一温度关系确定 的,决定这一关系的传热通常是非稳态的,导致对热 收稿日期:20o6—09—08通讯联系人 作者简介:高毅(1978-),男,硕士研究生,研究方向:食品科学与安全. 基金项目:国家自然基金重点项目(20436020). l995.146:697-706. [7】AbeF,HorikoshiK.TryptophanpermeatesgeneTAT2 confershigh-pressuregrowthinSaccharomyceseerevisiae[J].Mol CellBiol,2o00,20:8098-8102. [8】王岁楼,吴晓宗,等.超高压在工业微生物诱变选育中的应 用初探[J】.中国生物工程杂志,2005,25(6):7-9. 处理过程的研究很困难n】.随着传热学,品质动力学 的发展以及计算机技术的进步,从上世纪七十年代 起研究中开始采用数学模型.以数学模型进行全面 的评估分析,结合实验进行验证的方法,使研究经济 和全面,并能够处理一些难以进行实验研究的热处 理过程.1989年在颗粒低酸性食品的致死率的研究 这一领域中上述研究方法得到了美国食品药品委员 会(FDA)的认可[2-41.数学模型中,样品的热物性和几 何形状是关键参数,真实食品难以保持一致,在一些 实验中,如Hfp测量中,就难以作为验证模型.因此, 各种食品模拟物被引入热处理研究中.食品模拟物 应具有均一良好的热物性和稳定的几何形状阁. Choi和Sweat等人的研究表明问,水分含量是影 响食品热物性的主要因素,因此热处理条件下良好 的持水性是食品模拟物必备的条件.食品模拟物还 需要在温度变化范围内具有良好耐受热处理条件的 强度和弹性以及良好的几何形状稳定性,因此质构(texture)特性也是衡量的重要的标准[71.邓力在研究 中建立了固体食品流态化超高温杀菌技术[81,将强制 对流加热,减压闪急蒸发引入杀菌过程,这些强烈的 加212过程使食品模拟物的选择非常困难.为了制作 适用于该技术的食品模拟物,利用魔芋葡甘聚糖 (ko伽c0,n肌)热不可逆凝胶(g—KGM)的独特 性质,将其制作为固体食品模拟物,并在高温下对 其热处理模拟相关特性进行了初步的比较和评估nq, 并与海藻胶(alginategel,SAG)制作的食品模拟物进 行了比较[21. [9】柯为.嗜极端生物中的嗜高压生物【J】.生物工程,2002, 18(4):515. [10】李桂双,白成科.静水高压处理对水稻植株生理特性的 影响[J】.高压物理,2003,17(2):122-127. [11】吴坤,朱显峰,张世敏,等.杂色云芝产漆酶的发酵条件 研究[J】.茵物系统,2001,20(2):207-213. 食品,盐斜枝 ScienceandTechnologyofFoodIndustry 1材料与方法 1.1材料与仪器 魔芋粉为武汉强森公司提供的花魔芋(A. konjac)精粉;海藻酸钠,马铃薯淀粉,所使用的化学 试剂均为分析纯. 质构分析仪(TA.XTi2,STABLEMICROSYSTEMS, UK),RW20N型机械搅拌器,pH仪(METTLER TOLEDO320s),分析天平,超级恒温水浴,恒温油槽. 1.2实验方法 1.2.1g—KGM与SAG的制作工艺 1.2.1.1g—KGM的制作工艺预热真空排气后的 200mLpH12.0溶液中缓慢加入魔芋精粉,至终浓度 为6%(w/v),30~C保温,及400r/min搅拌10min,然后 909C水浴,保温2h后形成胶体. 1.2.1.2SAG的制作工艺将20g马铃薯淀粉和7.2g 海藻酸钠搅拌均匀后加入85mLpH6.1的磷酸缓冲 液,然后在另一份85mL磷酸缓冲液中缓慢加入0.12g 柠檬酸钠和0.48g硫酸钙,搅拌至全部溶解,将两份溶 液混合,600r/min搅拌均匀,静置2,3min成胶【2J. 1.2.2凝胶pH的优化实验分别制备使用pH为6, 8,l0,l2,l3的溶液制作的g—KGM,利用质构测试仪 测定不同凝胶在80oC时的硬度与压缩变形(v/v). 1.2.3持水性测定方法将两种凝胶切割成相同的形 状,分别放人60,80oC(水浴)及100,120,140~(2(油 浴)中加热10min,测量前后重量损失. 持水性(%)=加热后质量/初重xlO0%l1] 根据上式算出两种凝胶不同温度下的持水性进 行比较. 1.2.4凝胶质构特性的测定方法将两种凝胶加工成 高30mm,直径40mm的圆柱,分别放人40,60,80oC (水浴),100,120,140oC(油浴)中加热,用热电偶测量 样品中心温度.待中心温度不再变化时,用质构测试 仪测量凝胶质构特性(硬度,压缩变形).质构测试仪 的参数为:P5(直径10mm)探头;探测深度10mm;探 测速度1mm/s,记录应力变化曲线.利用仪器自带软 件分析曲线,得到不同温度下两种凝胶的质构特性 的数据【121. 2结果与讨论 2.1对g—KGM制作时溶液pH的优化 成型时的pH对g—KGM硬度的影响如图1所 示,可以看出,随着pH的升高,凝胶的硬度呈线性增 加;而从图2可以看出,pill2时g—KGM的压缩变形 最好.综合硬度与压缩变形两方面的数据后,确定在 pH12时魔芋葡甘聚糖凝胶成型质构特性最好. P.Penr~等人的研究表日月I31,成型后的g—KGM的 质构性(强度和弹性)与魔芋葡甘聚糖分子的在碱性 条件下的脱乙酰基化的程度直接相关,因此研究了 讲究与摆{寸 /^, 嫖 pH 图1成型时的pH对g-KGM硬度的影响 pH 图2成型时的pH对g-KGM压缩变形v/v的影响 g—KGM成型时溶液的不同pH对凝胶质构性的影 响.综合硬度与压缩变形两方面的数据后,确定在 pill2时魔芋葡甘聚糖凝胶成型质构特性最好. 2.2不同温度下比较9一KGM和SAG的持水性 通过实验测定了g—KGM和SAG在不同温度下 的持水性,如图3可以看出,g—KGM的持水性随着温 度的升高下降,低于120oC时,持水性下降缓慢,维持 在90%以上.超过120oC后,持水性下降较快,140~(2 10min处理后持水性为69.1%,如果仅处理4rain,持 水性还有86.5%.SAG在低温下吸水,随着温度的升 高,持水性迅速下降.100oC以上处理后,持水性降到 90%以下.同时实验中发现,SAG在高温下表面容易 形成硬壳,致使结构和热物性不均一. / , * 啦 温度(?) 图3两种凝胶在不同温度下的持水性 Choi和Okos(1983)提出的测算比热容的公式嗍: C.=4.180w+1.7llw+1.574w+1.928Wf+0.837w~与 Sweat(1995)提出的测算导热系数的公式: k=0.58w+0.155w.+0.25w+0.16w0-0.135w(式中: W,W.,W,Wf,W一食品中水分,蛋白质,碳水化合物, 讲究与摆讨 Force(g) 食品,业斜枝 60.O Time(sec.) 图44g—KGM不同温度下的应力曲线 Force(g) 60.O Time(se(.) 图5海藻胶颗粒不同温度下的应力曲线 脂肪,灰分的质量分数),看出水分含量是决定热物 性的重要指标之一.水的流失会引起材料的热物性 质发生变化,引起传热学研究的误差.为了准确地验 证数学模型,食品模拟物在热处理前后必须保证水 分没有大量流失,因此持水率是衡量食品模拟物的 指标之一【0.,-. g—KGM分子是由吡喃型G1u和吡喃型Man以 G一1,4一糖苷键连接而成的;它可以形成柔软的螺条, 在螺条上带有十分精致的,维持其构象的修饰基团 一 乙酰基,使之形成具有空隙的双螺旋结构;这些糖 链是游离的,可移动的,能保持大量水分,使g—KGM 具有非常好的持水性}104]. 2.3比较g—KGM和SAG不同温度下的质构性 g—KGM和SAG在不同温度处理后,用质构测定 仪测得一系列应力曲线. 用仪器自带软件分析得到了硬度和压缩变形的 数据,见图6,图7. 图6显示g—KGM的硬度从60,120?随温度升 高而平缓升高,高于120~C后硬度快速升高.而SAG 的出发硬度远高于g—KGM,80~C之前硬度变化与温 度变化的相关性不明显,80~C之后硬度随温度升高而 z.28,N0.o5,2007 快速升高,但在100~C后反而出现明显下降. 3500 3000 2500 警2000 1500 4080120160 温度CC) 图6两种凝胶在不同温度下的硬度 图7数据显示g—KGM从40-140?范围内凝胶 的压缩变形保持在90%以内,即无明显形变,几何形 状保持得很好.而SAG的明显不如g—KGM,尤其是 温度升高到80?后出现明显形变,140?时压缩变形 达至U了73.7%. 100 90 80 70 60 50 4080120160 温度(?) 图7两种凝胶在不同温度下的弹性 在碱性条件下魔芋葡甘聚糖发生脱乙酰基的反 应,乙酰基脱除后,分子的糖链螺旋结构被破坏,螺 条相互交织成网状结构,在浓度较高时,形成不可逆 的,高强度,可拉伸的凝胶(g—KGM).温度的升高引 起分子问的振动加剧,故g—KGM硬度会随温度升高 而升高}l41.SAG的主要成分是淀粉【2],淀粉的硬度高于 葡甘聚糖,所以SAG的出发硬度远高于g—KGM. SAG在温度高于1OO?后硬度反而明显下降,推测是 与淀粉糊化有关,导致SAG在高温下的质构特质发 生了部分变化.可以看出,g—KGM的质构特性综合要 优于SAG,更适合作为高温下的食品模拟物. 3结论 3.1首次利用魔芋葡甘聚糖作为材料制作固体高温 技术中的食品模拟物,优化了制作g—KGM的溶液 pH,结果显示pH12的溶液为最优. 3_2对新型的高温食品模拟物g—KGM的持水性与 国外相关研究中使用SAG进行了比较,g—KGM在高 温条件下显示出良好的持水性,基本达到高温食品 模拟物的要求. 3.3在相同条件下与SAG的硬度与压缩变行进行了 比较,结果表明,g-KGM在硬度与压缩变形的综合评 价上优于海藻胶颗粒,是可以准确验证数学模型的 食品模拟物. (下转第112页) ,-, 吕 1 斟 5 0 ScienceandTechnologyofFoodIndustry CK1#2#3# 样品 图5不同的粗毒素浓度对玉金香甜瓜种子发芽的影响 注:CK-水,5mL;1#-0.1g/mL,5mL;2#一0.05g/mL,5mL; 3}}一0.02g/mL,5mL. 3.1根据李金花等的报道,有利于roseum产生毒 素的条件是PSC和PSC+5%白兰瓜种子汁的培养基[41, pH7.0;但是,该报道中没有设计PDA培养基.在本实 验中,PSC液体培养基中产生的毒素较PDA液体培 养基中的少. 3.2在PSC液体培养基中所设计的三个pH中, pH7.0时产生的毒素较多,这一结果与李金花等报道 的结论相符. 3.3本实验仅初步探讨了粗毒素的活性,毒素的分 离,纯化及鉴定需进一步研究. 4结论 4.1不同条件下的培养滤液处理玉金香甜瓜种子 后,其发芽率均有下降;有利于粉红单端孢体外产毒 的培养基是PDA液体培养基,pH4.5. 4.2粉红单端孢体外产毒的较好时间为17d,随着培 养时间的延长,培养滤液对胚根的抑制呈现上升一 (上接第109页) 参考文献: 讲究与探{寸 下降一上升的趋势. 4.3培养滤液对种子发芽的影响与滤液的浓度有 关,浓度越大影响越大,反之,影响越小. 4.4粗毒素对玉金香种子发芽的抑制率与浓度有 关,浓度越大,抑制率越大,反之,抑制率小.浓度小 到一定的范围时,粗毒素对种子的发芽几乎没有抑 制作用. 参考文献: 【1]Byoung—MogKwon,Ji—YounNam,Seung—HoLee,eta1. KRIBB—BP005m:ANewInhibitorofCholesterylEsterTransfer Protein(CEVr)ProducedfromTrichotheciumroseumF1064[J]. 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