基于磷酸酯化魔芋葡甘聚糖的熱可逆凝膠性能

鄧利玲,鐘耕,劉丹,彭詠波,朱照靜

1(重慶醫藥高等?？茖W校 科技產業部,重慶,401331)2(重慶醫科大學 藥學院,重慶,400016) 3(西南大學 食品科學學院,重慶,400715)

魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan, KGM)是我國西南貧困山區重要經濟作物魔芋的主要成分,是一種優質的膳食纖維,具有高分子材料特性和多種生理活性功能,廣泛應用于食品、醫藥、生物材料等領域[1-2]。然而,KGM水溶膠穩定性較差,其凝膠制品易脫水收縮,這些缺點限制了其應用范圍[3]。為更好滿足生產需求,改性是重要技術手段,其中化學改性最為普遍。磷酸魔芋葡甘聚糖酯(konjac glucomannan phosphate ester, KGMP)是KGM經過化學改性獲得的衍生物,具有良好的生物相容性、親水性及生物可降解性,逐漸在一些功能材料中使用,且其穩定性、持水性、成膜性和抗霉菌能力均較好,pH適用范圍廣泛,在食品工業應用前景廣闊[4-5]。KGM和KGMP的應用主要是利用其在水中加熱溶脹表現的性質,如KGM作為膠凝劑或增稠劑添加于果凍、果醬、膠基糖果、火腿腸等,就需要產品具有適宜的流變性能和較好的透明度;添加于冰激凌、速凍水餃、湯圓等冷凍食品中,就需要保持較好的質構又不影響口感。因此,于水溶液中溶脹的透明度、流變性、凝膠產品的析水率等,是KGM和KGMP生產應用的重要特性。

單一多糖作為食品添加劑往往只能滿足食品部分性能要求,多糖膠之間的共混合性對研究多元體系中大分子交互作用及其流變學性質、改良膠的功能特性、降低成本、擴大其應用領域具有重要的理論和實際意義[6]。本團隊前期經過真空-微波聯合輔助半干法制備了不同取代度(degrees of substitution, DS)的KGMPs, DS值分別為 0.046、0.131、0.201,并發現KGMP水溶液黏度隨DS的增加而降低,透光率隨DS增加而增加[7]。流變特性分析發現,KGMPs的黏度對溫度敏感,具有較好的抗剪切性能,原因是KGMPs的改性基團磷酸根是親水性強的基團,具有較強的吸濕性和保濕性,在開發凝膠食品和保水劑方面具有潛在應用前景[4]。溫成榮等[8]研究了磷酸鹽酯化改性KGM的穩定性及其在果凍中的應用,表明酯化改性KGM能降低果凍的脫液收縮率,提高果凍的質量。KGMP較KGM具有更好的保水性和保濕性能,其與卡拉膠的復配溶液在KCl共混作用下,是否能形成凝膠,其性能(如硬度、彈性、保水性及透明度)如何,都還未知。因此,研究KGMP與卡拉膠復配的性質,為開發一種高保水、彈性好、透明度高的軟凝膠型果凍產品具有重要的現實意義。

本文通過KGM、KGMP1(DS 0.046)、KGMP2(DS 0.131)、KGMP3(DS 0.201)分別與卡拉膠復配,添加KCl后在加熱-冷卻條件下形成凝膠,采用FTIR、流變儀、質構儀等分析復配體系的凝膠性能,篩選出凝膠應用價值較好的KGMP及其在不同陰陽離子和蔗糖溶液中流變性能的變化。旨在為開發KGMP新的應用領域,提高熱可逆凝膠產品保水性和品質提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

魔芋精粉(KGM含量為78.98%,符合NY/T 494—2010魔芋粉),重慶康佳客有限公司?？ɡz、KCl、蔗糖、檸檬酸均為食品級,山東中森生物技術有限公司;其他化學試劑均為分析純,成都科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設備

MCR302流變儀,奧地利安東帕公司;SY-10真空冷凍干燥機,北京松源華興科技發展有限公司;Spectrum 100傅立葉紅外光譜儀,美國Perkin Elmer公司;DHG-9140電熱恒溫培養箱,上海齊欣科學儀器有限公司;TA.Plus物性測定儀,英國stable micro system 公司;UV-2450紫外分光光度計,日本島津公司;HWS-24電熱恒溫水浴鍋,上海齊欣科學儀器有限公司;Spectrum 100 紅外光譜儀,美國Perkin Elmer公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 KGMP的制備

按實驗室方法自制[7]。磁力攪拌器100 r/min,將NaH2PO4和Na2HPO4(摩爾比2∶1)與質量分數6%的尿素加入蒸餾水攪拌均勻。用3 mol/L HCl和NaOH溶液調節pH值至5.0,將溶液均勻噴射到攪拌的KGM,混合均勻,混合量比例分別為n(磷酸鹽)∶n(KGM)=0.52、0.62、0.72。所得混合物真空處理29 s,置于微波反應器300 W, 100 ℃ 處理7 min,然后用體積分數為50% 乙醇洗滌3～4次,再分別用體積分數70%、80%、100%乙醇梯度洗滌,濾去洗液。將濾餅于45 ℃鼓風干燥箱烘干過夜,經粉碎過100目篩獲得不同DS的KGMPs。經測定,KGMP1、KGMP2、KGMP3DS 分別為0.046、0.131、0.201。將樣品置于變色硅膠的干燥器中儲存,備用。

1.3.2 復配凝膠的配制

KGM/KGMPs(DS 0.046、0.131、0.201)、卡拉膠和KCl分別按質量比1∶1∶1,配制成質量分數0.5%膠液,水浴加熱30 min,充分溶解成均勻復配溶膠。靜置片刻,用隔離網去除表面泡沫并過濾去混合膠液內氣泡和雜質,分裝至塑膠杯,置于25 ℃恒溫箱形成凝膠,并在測試前保持6 h。將混合凝膠分別編碼為KGM-KC、KGMP1-KC、KGMP2-KC和KGMP3-KC。

1.3.3 復配膠的透光率測定

將KGM/KGMPs(DS 0.046、0.131、0.201)、卡拉膠和KCl按質量比1∶1∶1,配制成質量分數為1%溶液,沸水浴溶脹30 min,冷卻至25 ℃。以蒸餾水為空白對照,用紫外分光光度計全波長掃描,選取最大吸收波數測定樣品透光率。

1.3.4 復配凝膠性能測定

1.3.4.1 紅外光譜測定

將上述樣品真空冷凍干燥72 h,粉碎過篩,收集200目篩下物,與KBr混合研磨。采用KBr壓片法,以空氣為對照,掃描波長400～4 000 cm-1,分辨率4 cm-1,掃描累加32次。

1.3.4.2 動態溫度掃描

流變儀配備幾何傳感器和錐板(50 mm直徑,1° 錐角和1.0 mm間隙),使用應力控制流變儀評估復合凝膠的流變學特征。除特殊說明外,所有流變學測試在25 ℃進行。參考HU等[9]的方法修改,將上述樣品復配凝膠放入動態流變儀測定平臺,設置應變為1%[10],角頻率為1 Hz。程序設置:樣品先從60 ℃～100 ℃ 程序升溫,再從100 ℃～25 ℃降溫,速度變化速率均為2.5 ℃/min。溫度掃描參數包括儲能模量(G′)和損耗模量(G″)隨溫度的變化。

1.3.4.3 質構特性測定[11]

采用TPA模式,測定復配凝膠樣品及在28 ℃儲藏1、3、5、7、10 d硬度變化。探頭P/0.5;測試前速度2.00 mm/s,測試速度1.00 mm/s,測試后速度1.00 mm/s;測試形變40%;測試循環次數2。

1.3.4.4 析水率測定

復配凝膠于28 ℃放置6 h、1、3、5、7、10 d,測定其析水率。待測凝膠精確稱重,其質量為m1(g);從杯中倒出放置紗布上,用紗布包裹,輕輕擠壓除去水分,再次精確稱重,其質量為m2(g)。復配凝膠的析水率計算見公式(1):

1.3.5 KGMP水溶膠抗介質特性

參考ZHONG等[12]的方法,準確稱取0.500 g KGM和KGMP,分別配成質量分數為1%的溶液,60 ℃水浴溶脹1 h,在25 ℃保溫備用。分別將0.02 mol/L的MgCl2、KCl、CaCl2和FeCl3加入到100 g KGMP溶液,研究不同陽離子對KGMP流變性質的影響;0.02 mol/L NaCl、Na2SO4、NaNO3和NaH2PO4分別加入100 g KGMP溶液,研究不同陰離子對KGMP流變性影響;KGMP與蔗糖摩爾比分別設置為3∶1、3∶2、3∶3,研究小分子糖對KGMP流變性能影響。靜態剪切流變特性及動態黏彈性的測定參照前期試驗方法[4]。

1.3.6 數據處理

所有試驗結果平行測定3次,分析結果表示為平均值±標準偏差。利用t-檢驗或單方差分析進行方差分析,采用SPSS 17.0 和Origin 8.1軟件分析數據。所有的統計分析中,P<0.05為顯著差異。

2 結果與分析

2.1 復配膠透光率分析

透明度的高低一定程度上影響著產品的用途,通常透明度的高低由溶膠的透光率表示。KGM、KGMPs與卡拉膠復配膠的透光率如圖1所示。

圖1 KGM-KC和KGMPs-KC復配膠的透光率比較Fig.1 Comparison on transmittance of mixtures of KGM-KC and KGMPs-KC

與KGM-KC相比,KGMPs-KC的透光率顯著增加(P<0.05),且隨著DS的增大,KGMP-KC的透光率逐漸升高(P<0.05)。劉丹等[7]研究發現,KGMP的透光率高于KGM,且隨著DS的增加而增加?？ɡz透明度高,在500 nm透光率為83.5%,且復配膠液隨KGM濃度增加而降低[13]。溶液的透明度直接反映復配膠與水分子之間親和力的大小,KGMP是陰離子型魔芋衍生物,帶負電荷的磷酸基團引起相鄰KGMP分子之間產生排斥作用,降低鏈間締合,增加了水與KGMP相互作用,故與卡拉膠復配后仍形成具有高透光率的膠液[14]。夏玉紅等[15]采用微波法制備的羧甲基魔芋葡甘聚糖極易溶于水形成透明溶液,主要是因為—CH2COOH基團的引入,氫鍵增多,使得改性產物溶解性增加。

2.2 復配凝膠紅外光譜分析

KGMPs與卡拉膠復配凝膠的紅外光譜如圖2。KGM-KC、KGMP1-KC、KGMP2-KC、KGMP3-KC羥基伸縮振動峰分別為3 417、3 411、3 409和3 425 cm-1,KGMP1-KC、KGMP2-KC按酯化程度的增加向低波數方向發生位移,但KGMP3-KC向高波數方向發生一定的位移。2種高聚物復配后,羥基伸縮振動峰增強并向低波數方向位移,分子間的氫鍵必定增強,分子間相互作用一定增大[16-17]。魏玉等[17]研究發現魔芋膠與κ-卡拉膠復配后羥基伸縮振動峰處于κ-卡拉膠和魔芋膠的羥基伸縮振動峰之間,說明卡拉膠和魔芋膠分子間發生相互作用,協同增效形成凝膠。主要是卡拉膠殘基上有半酯式硫酸鹽基團而成為一種陰離子型分子電解質,分子中的 O-SO3-能與魔芋膠形成分子間氫鍵所致。最終形成以κ-卡拉膠網絡為主、魔芋膠穿插其中的結構。因此,氫鍵的存在對復配體系起到了非常重要的增容作用[10]。本實驗出現這一現象的原因是復配凝膠體系中磷酸基團增加到一定程度時,陰離子的磷酸根與卡拉膠的SO3H產生靜電排斥作用,增大KGMP與卡拉膠分子間距,減弱了KGMP與卡拉膠之間的相互作用,表現為復配體系的凝膠強度減弱。在3 200～3 400 cm-1處羥基伸縮振動峰更寬,表明隨著KGM酯化程度的增加,引入更多的磷酸基團,KGMP與卡拉膠復配凝膠的水分含量更高[18]。此外,復配體系中主要基團的峰位沒有變化,表明KGM/KGMP與卡拉膠之間沒有生成新的化學鍵。呼娜[19]對板栗淀粉的酯化改性研究也發現,酯化改性只在原板栗淀粉分子中添加了新的磷酸基團,其原有結構并沒有被破壞。

圖2 KGM/KGMPs與卡拉膠復配凝膠紅外光譜圖Fig.2 FTIR spectra of KGM and KGMPs with carrageenan mixture gels

2.3 復配凝膠的動態掃描分析

圖3為KGM/KGMPs-KC復配凝膠體系在降溫過程中的G′和G″隨溫度的變化。降溫掃描試驗,90 ℃時,復配體系G″>G′,此時膠液呈液態,為流膠。當溫度以2.5 ℃/min的速率勻速下降,復配體系的G′和G″快速升高,其中G′的增幅明顯大于G″,當G′=G″時,達到凝膠形成的臨界點,此時的溫度定義為凝膠溫度[19]。隨著溫度繼續下降,分子間逐漸呈現牢固的網絡結構,形成凝膠。KGMPs-KC凝膠復配體系的G′和G″變化趨勢與KGM-KC復配體系變化趨勢相同。復配膠分子在受熱狀態下,激活的分子激烈運動使黏彈性均處于較低水平,隨著溫度的逐漸降低,分子運動減慢,分子重排,最終成為具有穩定化合鍵的牢固凝膠網絡結構。

KGM-KC及KGMPs-KC凝膠均屬于熱可逆凝膠,在受熱后重新轉變為熔融態。圖3正方形連線為KGM/KGMPs-KC復配凝膠體系在升溫過程中的G′和G″隨溫度的變化。升溫掃描試驗的溫度變化范圍設定為25～90 ℃,在25 ℃時,G′遠大于G″,當溫度以2.5 ℃/min的升溫速率勻速上升后,G′和G″先是緩慢下降;當溫度達到60 ℃左右時,G′和G″快速下降,但G′的降幅明顯大于G″;當G′=G″時,達到凝膠融化的臨界點,此時的溫度定義為融化溫度[20]。進一步證明了KGMPs-KC凝膠復配體系的G′和G″變化趨勢與KGM-KC復配體系變化趨勢相同。KGM-KC及KGMPs-KC凝膠的融化溫度明顯高于凝膠溫度的現象,稱為滯后現象,復配凝膠的許多應用優越性就是因為它的這種高滯后性。

與KGM-KC相比,KGMPs-KC的凝膠溫度降低,從41 ℃降低到38 ℃,但隨著DS增加,KGMPs-KC凝膠溫度沒有顯著變化。且KGMP3-KC在25～100 ℃溫度范圍內有從固態轉為熔融態的過程,說明KGMPs-KC中也形成了以卡拉膠網絡結構為主、KGMP穿插其中的結構[7]。

a-KGM-KC;b-KGMP1-KC;c-KGMP2-KC;d-KGMP3-KC圖3 復配凝膠的升溫(正方形)和降溫(圓形)掃描時溫度對儲能模量G′(實心)和損耗模量G″(空心)的影響Fig.3 Temperature dependence of the storage (solid) and loss (open) moduli on heating (square) and cooling (circle) of mixtures

2.4 復配凝膠的質構特性

KGM-KC和KGMPs-KC復配凝膠在28 ℃放置1 d的質構特性結果見表1。由表可知,KGMPs-KC復配凝膠的黏附性和內聚性高于KGM-KC,且隨DS增大而不斷增大。原因是隨DS增加,引入KGM中親水性磷酸基團不斷增多,KGMP分子體積不斷增大[18]。此外,高溫下,伴隨副反應交聯反應,少量磷酸基團使得KGM分子交聯在一起形成一個空間網絡結構,使黏附性和內聚性提高[19]。KGMPs-KC的硬度、膠黏性和咀嚼性低于KGM-KC,且隨著DS的增加而降低。原因是磷酸基團取代了KGM分子羥基上的氫,阻礙了KGM分子間的締合作用,降低了KGM分子的結晶度,使得KGM結構變得松弛,原有的緊密結構被破壞。此外,劉芳[21]研究表明,不帶電荷的KGM在與卡拉膠發生競爭性反應時,KGM與卡拉膠要優于卡拉膠的自交聯,這種交聯發生會增強網絡結構,提高凝膠強度。對于此復配體系,卡拉膠的冷卻過程中,分子鏈經歷了從卷曲到雙螺旋的構象轉換過程,在與K+結合后變得更穩定。然后發生競爭性反應,螺旋結構可自交聯或與KGM分子鏈交聯。因KGM酯化改性后引入帶負電荷的磷酸基團,卡拉膠與卡拉膠的交聯要優于卡拉膠與KGM的交聯,這樣的交聯發生,網絡結構降低[21-22]。因此KGMPs-KC凝膠的硬度、膠黏性和咀嚼性降低。嚴文莉[3]的研究也發現添加DS為0.005 7的磷酸酯化魔芋葡甘聚糖可一定程度改善魚糜凝膠的質構特性,添加DS為0.002 1的羧甲基魔芋葡甘聚糖可顯著提高魚糜凝膠的持水力,使魚糜凝膠中水分分布具有更好的均一性和網絡結構的致密性。

表1 KGM-KC、KGMP1-KC、KGMP2-KC和KGMP3-KC復配凝膠的質構分析結果Table 1 TPA parameters of mixtures of KGM-KC, KGMP1-KC, KGMP2-KC, and KGMP3-KC

圖4表示KGM/KGMPs-KC復配凝膠硬度隨時間的變化。形成的復配凝膠在放置10 d,與KGM-KC相比,KGMP1-KC和KGMP2-KC的硬度更好。原因是KGM分子改性后引入了親水性強的磷酸基團,能夠提升KGMP的保水性[8],故在較長時間的放置過程中,其硬度變化緩慢。

圖4 KGM-KC和KGMPs-KC復配凝膠的硬度Fig.4 Hardness of KGM-KC and KGMPs-KC

2.5 復配凝膠的析水率

如圖5所示,與KGM相比,KGMP與卡拉膠復配凝膠的析水率隨DS的增加顯著降低(P<0.05)。原因是KGMP引入親水性磷酸基團,能與水分子形成氫鍵,結合能力較強,失水速率減緩[8,15]。這與我們前期的研究結果一致,即KGMP的吸濕率和保濕率隨DS的增加而上升[4]。也有研究表明,微波改性KGM所得產物羧甲基葡甘聚糖吸濕性和保水性均顯著性提高[3]。本研究形成的復配凝膠放置10 d,與KGM-KC相比,KGMPs-KC穩定性更好,且隨DS增加,效果更明顯。

圖5 KGM-KC和KGMPs-KC復配凝膠的析水率Fig.5 Syneresis of KGM-KC and KGMPs-KC

綜上所述復配凝膠特性分析,KGMP3是比較適合用于制備果凍等凝膠制品的原料。

2.6 KGMP3水溶膠抗介質特性

2.6.1 不同陰陽離子對KGMP3流變特性的影響

2.6.1.1 靜態剪切流變分析

不同陰陽離子對KGMP3溶膠穩態剪切流變行為的影響如圖6。

圖6 不同陰陽離子與KGMP3的表觀黏度 隨剪切速率變化曲線Fig.6 Apparent viscosity as a function of shear rate for KGMP3with various cations and anions melts

樣品在陰陽離子溶液中均表現出非牛頓流體的性質。采用Carreau模型將不同陰陽離子對KGMP3溶膠穩態剪切流變曲線進行擬合,擬合參數結果如表2。K+對KGMP3溶膠的零表觀黏度(η0)影響不大,而Ca2+和Mg2+降低了KGMP3溶膠的η0,原因可能是KGM酯化改性后,羥基被親水性更強的磷酸基團取代,陽離子的加入屏蔽了KGMP上磷酸基團產生的排斥作用,當親水基團與陽離子結合后,KGMP與水的結合程度迅速降低,無法形成穩固的結構,在一定的剪切速率條件下,導致KGMPη0降低,且η0隨著離子的價數增加而降低[12]。Cl-和NO3-顯著增加了KGMP3溶膠的η0(P<0.05),而Cl-和NO3-之間無顯著性差異(P>0.05)。YIN等[23]研究表明NaCl和NaNO3產生的鹽析作用增強了水結構擾動或離子與聚合物上特定位點之間的強相互作用。由于改性后的KGM分子的親水性增強,且Cl-和NO3-的引入對磷酸基團無影響,因此溶膠的η0增加。H2PO4-顯著降低了KGMP3溶膠的η0(P<0.05),原因是NaH2PO4的存在,會對KGMP3產生鹽析作用,使KGM大分子的無規線團的末端距減小,分子鏈收縮,KGMP3在水中的流動性增強,黏度下降。有研究發現,不同改性方法和改性程度的KGM分子特性有顯著差異,與 KGM 相比,魔芋葡甘聚糖-丙烯酸接枝共聚物分子質量顯著增加,磷酸魔芋葡甘聚糖分子質量顯著降低,而羧甲基魔芋葡甘聚糖和脫乙酰魔芋葡甘聚糖的分子質量無顯著變化[3]。NaH2PO4在水中呈弱酸性,會引起KGM分子鏈的斷裂,分子質量降低,大分子的流動性提高,黏度下降[24]。

表2 不同陰陽離子與KGMP3的表觀黏度隨剪切 速率變化曲線Carreau模型擬合參數

2.6.1.2 動態掃描頻率分析

KGMP3分別與KCl、CaCl2和MgCl2的G′及G″隨頻率的變化如圖7-a和圖7-b。在較低頻率下,KGMP3分子鏈在長時間振蕩期間解開;而在較高頻率下,KGMP3分子在短暫的振蕩期間不能解開并形成臨時的網絡結構。因此,溶膠從低頻率的類似 “液體” 行為(即G′G″)[23]。從圖7-a和圖7-b可知,KCl和CaCl2對KGMP3溶膠的影響不大,其G′和G″的變化趨勢相同。角頻率在0.628～5.26 rad/s范圍內時,KCl和CaCl2對KGMP3溶膠的損耗因子(tanδ)大于1(即G′

a、b-陽離子;c、d-陰離子圖7 不同陰離子和陽離子與KGMP3的動態頻率變化曲線Fig.7 Dynamic frequency sweep of KGMP3 solution with various cations and anions

KGMP3分別與NaCl、NaNO3和NaH2PO4的G′和G″及tanδ隨頻率的變化如圖7-c和圖7-d。不同陰離子對KGMP3溶膠的G′和G″的變化趨勢相同。角頻率在0.628～4.16 rad/s范圍內,NaCl、NaNO3對KGMP3溶膠的tanδ>1(即G′1,表明KGMP3分子鏈的臨時網絡結構減弱。原因是KGMP3體系中存在大量親水性的磷酸基團,強烈的鹽析效應可以增加KGMP3的溶解度,因而溶膠呈現出趨向于 “液體” 的行為[23]。

2.6.2 蔗糖對KGMP3流變特性的影響

2.6.2.1 靜態剪切流變分析

KGMP3與蔗糖在不同混合比例下的穩態剪切流變曲線如圖8所示。對于所有溶膠樣品,表觀黏度均隨著剪切速率的增大而降低,說明溶膠具有剪切變稀的性質。在同樣的剪切速率下,含蔗糖溶膠的表觀黏度小于純KGMP溶膠的表觀黏度,但隨著體系中蔗糖含量的增加,磷酸基團降低,表觀黏度增加,原因是蔗糖的強親水作用,和溶膠體系里的水分子以氫鍵結合,降低了水分活度[25]。

圖8 KGMP3與蔗糖不同混合比的表觀黏度 隨剪切速率變化曲線Fig.8 Apparent viscosity as a function of shear rate for KGMP3 solution and KGMP3/sucrose mixture at different mixing ratios

用Carreau模型對KGMP3與蔗糖在不同混合比例下的穩態剪切流變曲線進行擬合分析時,決定系數R2>0.99,說明Carreau模型和流變數據的相關性很好,擬合的流變參數見表3。所有溶膠樣品的流體行為指數均小于1,說明KGMP3溶膠是假塑性流體,具有剪切變稀的性質。蔗糖顯著降低KGMP的η0(P<0.05)。原因是糖的水化作用導致可利用水分子的減少,磷酸基團的排斥作用使得分子間距增大,減少KGMP分子間的相互作用,η0下降[26]。

表3 KGMP3與蔗糖不同混合比的表觀黏度隨剪切 速率變化曲線Carreau模型擬合參數Table 3 The fitting parameters of KGMP3 solution and KGMP3/sucrose mixture at different mixing ratios basing on the Carreau model

2.6.2.2 動態頻率掃描分析

KGMP3與蔗糖不同混合比下G′,G″及tanδ的變化如圖9。

a-G′, G″;b-tanδ圖9 KGMP3與蔗糖不同混合比的動態頻率變化曲線Fig.9 Dynamic frequency sweep of KGMP3 solution and KGMP3/sucrose mixture at different mixing ratios

溶膠均從低頻率的類似 “液體” 行為(即G′G″);隨著頻率的增加,KGMP3溶膠的G′逐漸增大;蔗糖的加入使KGMP3溶膠的G′和G″均降低;與G′相比,添加蔗糖到KGMP3溶膠后G″值變化更明顯,這表明蔗糖對KGMP3-蔗糖混合物的黏性特性的影響比彈性特性更明顯[27]。G′值降低的原因是糖和磷酸基團競爭水分,糖的水化作用導致可利用水分子的減少,磷酸基團的排斥作用使得分子間距增大,減少KGMP3分子間的相互作用,這是KGMP3溶膠彈性性質的基礎[28]。

3 結論

通過對不同DS的KGMPs與卡拉膠復配的凝膠特性及KGMP3在不同陰陽離子及蔗糖溶液中流變性能的變化研究,發現KGMPs與卡拉膠有明顯的協同增效作用,DS為0.201的KGMP3與卡拉膠復配后,共混凝膠體的硬度、內聚性、析水率、透光率等特性均具有較好的應用價值,且改善其脫液收縮的現象。KGMP3的黏度和假塑性受到陰陽離子類型和價態的影響,其中NaH2PO4對KGMP3溶膠影響最顯著,蔗糖能使KGMP3的η0降低,但隨著體系中蔗糖含量的增加,η0增加。后續在 KGMP-KC復配膠凝膠特性的分析試驗中,需進一步研究 KGMP、卡拉膠及KCl三者之間的相互作用機理及KGMP 用于果凍制作的安全性和防腐、殺菌手段,確定果凍的貨架期和保質期,為KGMP的實際應用奠定基礎。