高酯柑橘果胶-大豆分离蛋白复合 凝胶制备及质构性质研究.pdf

2023年8 月第38 卷第8 期中国粮油学报Journal of the Chinese Cereals and Oils AssociationVol.38,No.8Aug.2023高酯柑橘果胶大豆分离蛋白复合凝胶制备及质构性质研究张慧敏，许馨予1，贾斌，王坤12，李（黑龙江八一农垦大学食品学院,大庆16 3119）（黑龙江八一农垦大学国家杂粮工程技术研究中心,大庆16 3119)（粮食副产物加工与利用教育部工程研究中心,大庆16 3119）摘要：以大豆分离蛋白（SPI)和高酯柑橘果胶(CP)为主要原料制备复合凝胶并对其质构特性进行了研究。对复合物稳定性研究发现：当SPI-CP体积比1:1时体系稳定性最好，此时复合物体系的浊度为（0.2 58 0.010)、平均粒径为（10 6 4)nm、电位为(39.6 0.5)mV。在单因素的基础上,采用响应面法优化凝胶质构特性发现：当复合物体系的pH为2.51、蔗糖质量分数为2 3.7 6%、SPI-CP复合物质量浓度为0.0 5g/mL,形成凝胶的硬度为6.58 N,是最佳形成凝胶条件，可以提高SPI-CP复合凝胶溶液的稳定性，改善复合凝胶质构特性。关键词：果胶；大豆分离蛋白；复合物；质构；凝胶中图分类号：TS201.1网络首发时间：2 0 2 3-0 2-2 7 17:34:2 2网络首发地址:https:/ and Texture Properties of High Ester Citrus Pectin-Soybean Protein Isolate Composite GelZhang Huimin,u Xinyu,Jia Bin,Wang Kune,Li Dan,Zuo Feng(School of Food Science,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing(National Coarse Grain Engineering Technology Research Center,Heilongjiang Bayi Agricultural University?,Daqing 163119)(Engineering Research Center of Grain By-products Processing and Utilization,Ministry of Education,Daqing163119)Abstract:In this paper,composite gels was prepared with soy protein isolate(SPI)and high-ester citrus pec-tin(CP)as the main raw materials,and its texture properties were studied.The study on the stability of the complexrevealed that the system had the best stability when the SPI-CP complex ratio was 1:1,the turbidity of the complexsystem was(0.258 0.010),the average particle size was(106 4)nm,and the potential was(39.6 0.5)mV.On the basis of single factor,response surface methodology was used to optimize the gel texture properties.It wasfound that when the pH of the complex system was 2.51,the concentration of sucrose was 23.76%,and the concen-tration of SPI-CP complex was 0.05 g/mL,the hardness of the gel formed under this condition was 6.58 N,thebest gel formation condition.It can improve the stability of SPI-CP composite gel solution and improve the texturecharacteristics of composite gel.Key words:pectin;soybean protein isolate;compound;texture;gel基金项目：多豆源特色豆制品品质调控关键技术研究与产业化应用项目（GA21B011），引进人才启动计划项目（XDB-2017-13）收稿日期：2 0 2 2-0 7-13第一作者：张慧敏，女，1996 年出生，硕士，植物蛋白及农副产品加工利用，通信作者：左锋，男，197 9年出生，教授，植物蛋白及农副产品加工利用，zuofeng-李丹2，左锋1.3文献标识码：A文章编号：10 0 3-0 17 4(2 0 2 3)0 8-0 16 3-0 6163119)164果胶是一种从天然植物中提取出的阴离子型多糖,具有较高营养价值的功能性成分1。CP主要是从柑橘的皮渣中提取制备，具有良好的凝胶性、乳化稳定性,因此常被作为胶凝剂广泛用在果汁饮料、果酱、乳制品、蜜饯食品中2 。根据酯化程度，通常可将果胶分为高甲氧基（HM）果胶酯化度（DE）50%和低甲氧基（LM)果胶（DE 90%）、蔗糖（食品级）；盐酸、柠檬酸：分析纯。1.2仪器与设备TA-XT2i质构仪，UV-2910紫外分光光度计，Nano-v4 电位仪，Nano-v4 粒度仪。1.3方法1.3.1复合物制备取10 g的SPI溶解在蒸馏水(50 0 mL)中,搅拌均匀，制备SPI溶液(2 0 mg/mL)溶液在90 下加热30 min,在4 保存过夜。将CP取10 g溶解在50 0 mL蒸馏水中搅拌均匀，制备果胶溶液（2 0 mg/mL），在4保存过夜。将SPI和CP的体积比分别为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3,将溶液调pH至4.5后，搅拌均匀备用。1.3.1.1复合物浊度测定采用分光光度法12】,将配制好的复合物溶液在吸光度550 nm处测定吸光度值，浊度值被定义为：一式中T为浊度值/cm;L为1 cm;lo;l,分别为入、透射光光强，测3次取平均值。1.3.1.2复合物粒径测定采用MalvernNano-v4电位仪，将样品添加到配备有电极的反应杯中，温度保持在2 5下,测定平均粒径。将待测复合物用磷酸盐缓冲液稀释至蛋白质质量浓度为2 mg/mL,所有样品测定3次。1.3.1.3复合物Zeta电位测定采用MalvernNano-v4电位仪，将样品添加到配备有电极的反应杯中，温度保持在2 5下测定Zeta电位。将待测复合物用磷酸盐缓冲液稀释至蛋白质质量浓度为2 mg/mL,所有样品测定3次。1.3.2凝胶的制备参考喻靖13 的实验方法，选取SPI-CP体积比1:1的冻干样品，将SPI-CP复合物分别配制成0.0 2、0.03、0.0 4、0.0 5g/m L的溶液，于8 0 水域条件下加热1h,补充水分维持样品浓度,再用柠檬酸调节pH,2023年第8 期第38 卷第8 期加人蔗糖并搅拌均匀后在室温下静置10 min。1.3.2.1单因素实验以硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性为测定指标，探究不同pH（2.4、2.6、2.8、3.0、3.2）、蔗糖质量分数（2 0%、2 5%、30%、35%、40%）、复合物质量浓度（0.0 1、0.0 2、0.0 3、0.0 4、0.0 5g/m L）对复合物凝胶质构的影响,采用质构仪对凝胶体系进行测定,测定参数A0AC12.7mm凝胶专用柱形探头，测定时探头速度6 0 mm/min，形变10%，触发力5g，测试3次,取平均值。1.3.2.2响应面优化实验在单因素实验结果的基础上，设计响应面实验，选择pH、蔗糖和复合物质量浓度进行响应面实验，以硬度作为响应值，探究凝胶制备最佳工艺条件，响应面因素水平见表1。表1因素水平编码表水平因素-1A(pH)2.4B（蔗糖质量分数）/%20C(果胶质量浓度)/g/mL0.031.4数据处理所有数据测定3次，使用SPSS软件进行显著性分析。采用Origin2018软件和Excel绘图。2绍结果与分析2.1SPI-CP复合物稳定性分析2.1.1浊度分析浊度大小能够表征复合物中颗粒的分散状态，也是评价分子间是否相互聚集形成稳定复合物的重要指标,SPI-CP复合物在不同体积比下的浊度变化如图1所示。随着复合物中CP浓度的增加,复合物的浊度值呈先下降后上升趋势,在SPI-CP体积比达到1:1时浊度值达到最小值（0.2 6 0.0 1），这主要是由于当复合物中SPI比例较高时,蛋白分子间相互作用形成大量不溶性复合物，此时溶液浊度值较高。随着CP比例的增加,SPI与CP之间发生较为强烈的静电相互作用，较强的静电排斥力抑制了蛋白分子间相互聚集，此时复合物体系稳定13。此时进一步提高SPI-CP复合物中CP比例,浊度值呈上升趋势,这主要是由于进一步提高复合物中CP比例，复合体系中与单位蛋白结合的CP分子增加,改变了蛋白原有的伸展结构，导致复合物光散射强度的增加14.15，当达到一定值后复合物浊度值趋于平缓。张慧敏等高酯柑橘果胶大豆分离蛋白复合凝胶制备及质构性质研究cdH重C0.2F0.13:1图1SPI-CP不同比例复合物浊度曲线2.1.2Zeta 电位分析复合物的稳定性是由颗粒间的静电排斥力决定，颗粒间静电排斥力越大，形成复合物不容易聚集,电位绝对值越大，溶液越稳定。SPI-CP复合物在不同体积比下的电位变化如图2 所示。在SPI-CP体积比为3:1和2:1时,复合物的电位差异不显著(P0.05）。随着复合物中CP浓度的增加，复合物的电位绝对值值呈现先增加后减小的趋势，0+12.62.825300.040.051650.40.3FdHH在SPI-CP体积比达到1:1时电位绝对值达到最大值（39.6 0.5)mV,这主要是由于蛋白质是两性电解质，在复合物中高比例SPI条件下，蛋白质分子间可发生以疏水作用为主体的聚集作用，但随着带负电荷果胶增加与蛋白质带负电荷聚集体结合，静电排作用逐渐增强并阻止蛋白质分子间的相互吸附,致使电位绝对值增大16 。当SPI-CP体积比达到1:2 和1:3时电位绝对值逐渐下降,复合物的电位差异显著（P0.05）,但随着复合b2:11:1SPI-CP体积比Cba2:11:1SPI-CP体积比1:21:21:3d1:3166物中CP浓度的增加,复合物的平均粒径呈现先下降后上升的趋势,在SPI-CP体积比达到1:1时平均粒径达到最小值(10 6 4)nm,这主要是由于较高比例的SPI分子聚集形成了大颗粒分子间的复合物，此时平均粒径较高。但是随着复合物果胶浓度增加,带有负电荷的SPI和CP发生静电排斥,抑制了SPI液滴间的聚集,复合物粒径减小,与喻靖13 对复合物粒径的研究结果一致。在复合物比例达到1:3时复合物粒径差异显著(P0.05）,平均粒径变大,这主要由于随着复合体系中CP浓度增多,体系中疏水作用增强导致分子颗粒聚集,并且CP通过疏水作用吸附在SPI颗粒的表面而使颗粒的粒径进一步变大18 300250Fb2001501005003:1图3SPI-CP不同体积比平均的粒径图2.2复合凝胶的质构特性分析2.2.1单因素结果2.2.1.1pH对复合凝胶质构的影响pH对复合凝胶质构影响如表2 所示。当pH为3.2时,形成较弱的凝胶体系,凝胶硬度、弹性、胶黏性和咀嚼性均较低,Siew等19 报道在较弱的酸性介质中，体系缺少氢键导致不能形成凝胶，说明此时凝胶网络结构较弱;随着pH 降低,复合凝胶性能显著升高(P0.05）,凝胶性能逐渐改善,在pH为2.6 时达到最优,产生静电相互作用,从而使凝胶性能都显著提高；当pH继续降低时,pH超出形成凝胶临界值条件之后,凝胶性质开始降低,因此选择最优pH为2.6。表2 pH 对凝胶质构特性的影响pH硬度/N2.46.30 0.50a2.66.94 0.63a2.83.79 0.19b3.00.64 0.06c3.20.59 0.04c2.2.1.2蔗糖浓度对复合凝胶质构的影响由表3可知，当蔗糖质量分数为2 0%时，凝胶性能较差,随着蔗糖浓度增加,凝胶性能有所提升，在中国粮油学报蔗糖质量分数为2 5%时，硬度、胶黏性和咀嚼性呈现最大值,此时凝胶性能最好，Mouna 等2 0 研究蔗糖浓度对凝胶的影响结果表明蔗糖浓度增大，凝胶强度增强;随着持续增加,体系凝胶性能复降低,过量蔗糖会改变果胶分子间立体的空间结构,最终致使凝胶变软，因此选择最优蔗糖质量分数为2 5%。表3蔗糖浓度对凝胶质构特性的影响燕糖质量硬度/N分数/%205.29 0.50b 3.41 0.01b 3.57 0.35b256.81 0.50a3.44 0.08b4.71 0.35a305.05 0.50b 3.63 0.08b 3.12 0.42c354.65 0.60b3.68 0.07a2.73 0.40c404.93 0.51b 3.76 0.15a 2.85 0.26b2.2.1.3复合物质量浓度对复合凝胶质构的影响C复合物质量浓度对复合凝胶质构影响见表4。果胶本身具有黏附性,不易溶于水,通过前期预实验得出dSPI-CP复合物最大溶解质量浓度为0.0 5g/mL,因此选择果胶质量浓度为0.0 1 0.0 5g/mL,随着SPI-CP复合物质量浓度升高，体系凝胶性能逐渐增强，复合2:11:11:21:3SPI-CP体积比弹性/mm胶黏性/N3.45 0.01 a4.16 0.22b3.44 0.08a4.71 0.35a3.30 0.03b2.57 0.13c1.93 0.040.37 0.03d1.76 0.03c0.32 0.01d2023年第8 期弹性/mm胶黏性/N12.19 1.21b16.23 1.55 a11.33 1.80b10.06 1.66b10.70 0.94b物质量浓度越高，分子间作用力增大,形成的凝胶网络的结点数变多,结构越紧密，凝胶质构强度变大，因此选择最优复合物质量浓度为0.0 5g/mL。表4SPI-CP复合物质量浓度对凝胶质构特性的影响复合物质量浓度硬度/N/g/mL0.011.19 0.150.021.24 0.24c0.033.39 0.21b0.043.73 0.37b0.056.94 0.63a32.2.2响应面实验2.2.2.1响应面设计结果从表5中分析可得，模型的回归方程Y=5.31-0.25A+0.24B+0.99C+0.43AB-0.13AC-0.19BC-咀嚼性/mj0.47A 0.70B+0.22C14.34 0.76b由表6 可知,模型极显著(P pH蔗糖浓度。结合实验，将凝胶硬度作为指标，进行响应面优化实验,结果见表5、表6。第38 卷第8 期表5复合凝胶硬度响应面实验设计与结果序号A102-131415-16071809-110011012013-1140150161170表6 复合凝胶硬度回归模型的方差分析表方差来源平方和自由度均方F值P值显著性模型12.94A0.51B0.45C7.78AB0.74AC0.063BC0.14A20.93B22.07C20.21残差0.36失拟项0.26纯误差0.11总误差13.31注：*表示差异极显著（P0.01）；*表示差异显著（P0.05)。2.2.2.2各因素之间的交互作用分析通过复合凝胶硬度响应面分析得到：复合凝胶硬度随着各因素的改变呈现先上升后下降，表明复合凝胶的硬度值存在最大值。此外，AB交互的响应面曲图向下趋势较大且等高线较接近于椭圆形，表明二者交互作用极显著;AC和BC间的二维响应面等高线向下曲折较小，表明二者交互作用不显著。因此,AB间的交互作用对 CP凝胶性能影响更大,二者的交互作用使复合凝胶性能网络结构更加稳定，凝胶性能增强。2.2.3验证实验响应面模型优化复合物凝胶最优工艺，在pH为2.51、蔗糖质量分数为2 3.7 6%、SPI-CP复合物质张慧敏等高酯柑橘果胶大豆分离蛋白复合凝胶制备及质构性质研究量浓度为0.0 5g/mL时硬度为6.58 N。为检验实验BC000-1100-10100-1011-1000-1100101-10001-0-191.4410.5110.4517.78149.28 pH蔗糖浓度，并且pH和蔗糖浓度间的交互作用对复合物凝胶性质构特性存在显著影响。SPI-CP 复合凝胶可以作为一种新型的凝胶，在食品应用领域具有广阔的发*展前景。*参考文献1KHEDMAT L,IZADI A,MOFID V,et al.Recent advancesin extracting pectin by single and combined ultrasound tech-niques:a review of techno-functional and bioactive health-promoting aspects J.Carbohydrate Polymers,2020,229(C):115-474 2陈晨,陈复生，刘伯业.蛋白质多糖复合物研究进展J.食品工业,2 0 19,40(2):2 2 5-2 2 9CHEN C,CHEN F S,LIU B Y.Research advances on pro-tein-polysaccharide compounds 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