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1、魔芋胶与大豆分离蛋白相互作用研究魔芋胶与大豆分离蛋白相互作用研究 37摘 要：以魔芋胶与大豆分离蛋白为试材，研究两者之间的复合增稠性、乳化性及胶凝性，并对两者之间的作用机理进行了探讨。结果发现魔芋胶与大豆分离蛋白复配具有明显的协同增稠作用；魔芋胶对低浓度大豆分离蛋白的乳化性能具有显著的改善作用；魔芋胶与大豆分离蛋白复配具有较好的胶凝作用。显微结构观察表明魔芋胶与大豆分离蛋白复配后两者胶束间发生一定的相互作用；红外光谱分析表明复配后两者分子上的化学基团没有发生本质上的改变，但氢键作用增强；复配凝胶体系中作用力的研究结果表明体系中作用力主要为氢键作用，从而说明魔芋胶与大豆分离蛋白主要是通过分子间氢
2、键发生作用。关键词：魔芋胶；大豆分离蛋白；增稠；乳化；胶凝；作用机理魔芋（konjac）为天南星科（Araceae）魔芋属（Amorhophallus Blume）多年生草本植物，在我国主要分布于四川盆地、云贵高原、陕西南部、湖北西部和湖南等地的山区，资源十分丰富，是世界魔芋的主产地。2001年全国魔芋栽培面积110万亩，鲜魔芋年产数百万吨，是山区的主要经济作物，已成为贫困山区脱贫致富的主要资源和经济支柱。魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan），俗称魔芋胶（konjac gum），为天然高分子多糖，是魔芋块茎的主要成分。它具有极高的吸水溶胀能力，溶液具有很高的粘度，在碱性、加热条
3、件下能形成热不可逆凝胶。作为一种优良的水溶性膳食纤维，魔芋葡甘聚糖具有优异的保健功能，可预防和治疗高血压、高血脂、心血管病症、糖尿病、肥胖、便秘、结肠癌等症1。由于其独特的流变学性质和优良的保健功能，因此魔芋葡甘聚糖作为原料或添加剂，在食品工业中已得到日益广泛的应用，国际上对其需求量也越来越大。大豆分离蛋白（soybean protein isolate）是一种高纯度大豆蛋白产品，蛋白质含量高达90%以上。它具有两大特性：一是很高的营养价值；二是诸多加工功能，如乳化、吸水、吸油、粘结、胶凝、发泡、成膜等，可以改善食品的质量2，3，是一种应用较广泛的食品工业原料和添加剂。但也存在一些功能缺陷或由
4、于生产过程而导致性能下降，如溶解性差，性能不太稳定等，不能充分满足现代食品加工的要求。因此，加强或改善大豆蛋白的功能特性，成为食品工业中一个亟待解决的问题。目前关于魔芋葡甘聚糖与大豆蛋白的复合，已有一些应用上的研究，如Koo4将魔芋粉与大豆分离蛋白、瘦肉复合制低脂肉糜。但系统研究魔芋葡甘聚糖与大豆蛋白相互作用及机理的，尚鲜见报道。因此，本研究选用魔芋胶与大豆分离蛋白作为基材，研究两者间的相互作用及其作用机理，拟将两者复合，进行优势互补，以期进一步开发利用我国丰富的魔芋和大豆蛋白资源。1 材料与方法1.1 材料及仪器魔芋胶（简称KG，深圳市协力食品有限公司），大豆分离蛋白（简称SPI，黑龙江省三
5、江食品公司），黄原胶（xanthan gum，简称XG，江苏金坛），瓜尔豆胶（guar gum，简称GG，印度），花生油（广州粤皇食品有限公司），氢氧化钙（分析纯），氯化钠（分析纯），脲（分析纯）。FA2104上皿电子天平（上海），JB90-D型强力电动搅拌机（上海），电热恒温水浴锅（上海），PHS-3C型酸度计（上海），NDJ-1型粘度计（上海），JB-3J型定时恒温磁力搅拌器（上海），PHILIPS HR1700/07捣碎机，TDL-5型低速台式大容量离心机（上海），油标卡尺（上海），手提式压力蒸汽灭菌锅（广州），TA500质构仪（英国），JSM-T300扫描电子显微镜（日本电子），RFX
6、-65A傅里叶变换红外光谱仪（美国Analect公司）。1.2 实验方法1.2.1 粘度的测定配制150mL溶胶样液，强力电动搅拌机搅拌均匀，25恒温水浴静置5h，使用NDJ-1型粘度计测定粘度。1.2.2 乳化值的测定参考赖小玲5和蔡立志等人6的方法，并稍作改变。配制100ml样液，在定时恒温磁力搅拌器上搅拌30min，取50ml样液于PHILIPS HR1700/07捣碎机，再加入50ml花生油，1档匀质0.5min，静置1min，再匀质0.5min，2000r/min离心5min，用油标卡尺测量离心管中总的液体高度和乳化层高度，每样重复3次，计算出乳化值。乳化值（%）=乳化层高度/总液体
7、高度1001.2.3 凝胶强度的测定使用质构仪测定，直径12mm的圆柱压头，压头下降速率60mm/min，Trigger为0.5N，3次重复。1.2.4 凝胶粘着性的测定使用质构仪测定，直径12mm的圆柱压头，压头下降速率60mm/min，Trigger为0.05N，固定压力2.00N，保持10.0s，3次重复。1.2.5 扫描电子显微镜观察溶胶样品用滴管垂直滴于样品铜台，立即投入液氮速冻，以便形成柱状；凝胶样品切成小长方柱形，用固定胶粘于样品铜台，将铜台投入液氮中速冻。然后将样品铜台送入电镜中，轻轻碰断样品柱而形成断面，观察并选择有代表性的视野拍摄。1.2.6 红外光谱分析采用溴化钾压片法，
8、溶胶样品先经涂膜烘干，然后再置于样品池中，以空气为参比，用红外光谱仪进行检测。2 结果与分析2.1 KG与SPI的复合增稠性2.1.1 KG与SPI的复合增稠作用不同SPI浓度下SPI及SPI-0.5%KG体系粘度如表1所示。不同KG浓度下KG及KG-2.0%SPI溶胶体系的粘度如表2所示。表1 不同SPI浓度下SPI及SPI-0.5%KG体系粘度比较表SPI (%)00.51.02.03.04.05.06.0粘度(mPa.s)SPI5.06.57.58.510.016.050.0SPI-0.5%KG270057006100650014300168002450034500V复配/（VKG+VS
9、PI）1.002.112.252.405.286.209.0212.54表2 不同KG浓度下KG及KG-2.0%SPI体系粘度比较表KG (%)0.000.100.200.300.501.00粘度(mPa.s)KG10.562.5350270037000KG-2.0%SPI7.530.0247.51340650054500V复配/（VKG+VSPI）1.001.673.543.772.401.47注：表中V复配、VKG、VSPI、分别表示复配胶粘度、KG溶胶粘度、SPI溶胶粘度相对KG而言，单独SPI体系的增稠性很差。在0.5%KG溶胶中添加SPI后体系的粘度有很大的变化，复合体系的粘度显著上
10、升，超过KG和SPI单独溶胶体系粘度之和，且随SPI添加量的增加，其粘度与KG及SPI单独溶胶体系粘度之和的比值上升幅度越大（表1）。在2.0% SPI溶胶中添加KG，随KG浓度的增加，复合体系的粘度亦呈明显上升趋势，不过复合体系的粘度与KG及SPI单独溶胶体系的粘度之和的比值则先随KG浓度的增加而上升，当KG达0.30%时，比值达最大值，此后逐渐下降（表2）。综合表1和表2的结果，说明KG与SPI之间存在着协同增稠作用。2.1.2多因素组合对复合体系增稠性影响保持KG浓度0.5%、SPI浓度2.0%，研究pH、氯化钠、温度对该复合体系粘度的影响，实验采用均匀设计表U12（1226）7。结果见
11、表3。表3 多因素对复合体系乳化性能组合影响结果pHX1氯化钠（mol/L）X2温度（）X3粘度（mPas）标准误20.1070310036.324231.0050562026.034240.0890220023.333350.8060492030.550560.0625668035.276770.6080420072.721780.0450668037.859490.4090242020.2759100.0270480060.0925110.2025520054.8483120.0180100034.1971130.1560 10 0.1155运用SAS统计分析软件对实验结果进行回归分析，建
12、立粘度与各参试因子的回归模型：Y=2866.7663+1525.4554X1-117.7850X1*X1-0.5457X3*X3（其中对粘度影响不显著的参数因子X2氯化钠浓度已被剔除）。对该模型及回归系数进行显著性检验结果如表4。表4 粘度模型及各回归项系数的显著性检验项目模型常数项X1项X1*X1项X1*X2项P0.00010.02700.00090.00030.0002模型的P值为0.0001，达到极显著水平，表明回归方程可信。各影响因素项系数均达到极显著水平，表明回归方程系数可信。由回归方程可见，对复合体系粘度影响最显著的因素为pH，其次是温度，氯化钠浓度对复合体系粘度影响并不显著。2.
13、2 KG对SPI乳化性的影响2.2.1 KG对SPI乳化性的影响在0.50%SPI中添加不同浓度的KG，体系乳化性能变化如表5。表5 KG对0.50%SPI乳化性能的影响KG添加量（%）00.010.030.050.100.150.200.250.30乳化值（）14.0251.2452.8454.5862.3867.6180.9285.2490.87标准误差0.1980.1120.1600.1250.2770.1621.1400.3750.545SPI分子链中分布着许多-N+H3、-COO-、-CON-H等亲水基团和许多脂肪烃基、芳香烃基、甲硫基等疏水基团6。这种特殊的结构决定了蛋白质分子的表
14、面活性特征。但是由于SPI中主要为球状蛋白，常规条件下其在水中的溶解性并不好，分子中的许多基团特别是疏水基团并未能充分外露，因而在低浓度下，SPI表现出的乳化值很低，当SPI浓度为0.5%时乳化值仅为14.02%，基本不能满足实际生产上的需要。添加KG后，溶液乳化性能有着极显著的提高，随KG浓度增大，乳化性能不断增强。这可能是添加KG后，一方面由于KG与SPI发生作用，促进SPI球状分子的伸展，疏水基团不断暴露；另一方面由于KG在体系中的增稠作用，使伸展的SPI分子处于较为稳定的状态，从而大大提高了溶液的乳化性能。2.2.2不同增稠剂对SPI乳化性的影响分别以0.10%的KG溶液的粘度为准，测定出相近粘度的黄原胶XG、瓜尔豆胶GG浓度（见表6）。然后比较了3种增稠剂在相同浓度及相近粘度条件下对0.50%的SPI的乳化性能的影响，结果见图1。在相同浓度下，KG对SPI的乳化性能的提高程度皆大于黄原胶与瓜尔豆胶；而在相近粘度下，仍以KG对SPI的乳化性能提高最大，瓜尔豆胶与KG的影响相近，但此时瓜尔豆胶浓度已高达0.18%，而黄原胶虽然粘度高于KG，但对SPI乳化性能的提高仍明显小于KG。由此可见，KG对SPI乳化性的提高，不仅仅是由于KG的增稠作用，还因为两者分子之间发生了其它作用。表6 不同增稠剂的粘度表增稠剂KGXGGG
