張志平,彭　帥,牛麗紅,黃軼群,樊玉霞,賴克強(qiáng)

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 201306)

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蔗糖和果糖對(duì)羅非魚(yú)皮明膠流變性質(zhì)的影響

張志平,彭帥,牛麗紅,黃軼群,樊玉霞,賴克強(qiáng)*

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 201306)

以羅非魚(yú)皮明膠為原料,探討了添加不同濃度(5.0%、10.0%、15.0%，w/w)的蔗糖和果糖對(duì)明膠溶液(1.5%、2.0%、4.0%、6.67%，w/w)pH、黏度、凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:蔗糖和果糖基本不改變明膠溶液的pH;隨著明膠濃度的增加,其黏度值分別為1.7、2.2、5.0、13.3 mPa·s,二者之間呈二項(xiàng)式增大趨勢(shì)(R2=0.9994),其凝膠點(diǎn)(TG)和熔化點(diǎn)(TM)分別為11.7、14.6、18.8、21.2 ℃和26.0、26.7、27.8、28.9 ℃,呈對(duì)數(shù)增大趨勢(shì)(R2=0.9949、1);加入糖后,明膠體系的黏度隨明膠濃度的增加呈二項(xiàng)式增大趨勢(shì)(R2=0.9993～0.9997),其凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)也隨之增大,相同濃度的蔗糖對(duì)凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)的影響比果糖強(qiáng);添加糖前后明膠熔化點(diǎn)或凝膠點(diǎn)絕對(duì)溫度的倒數(shù)與明膠濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系(R2=0.9772～0.9886),符合Eldridge-Ferry模型,可根據(jù)該模型求得明膠凝膠過(guò)程或熔化過(guò)程焓中的值。

明膠,蔗糖,果糖,流變性質(zhì)

明膠是一種天然蛋白質(zhì),可從哺乳動(dòng)物的皮、骨和結(jié)締組織中提取獲得,并且具有良好的膠凝性、熱可逆性和“入口即化”等性質(zhì),因此常作為穩(wěn)定劑、增稠劑和膠凝劑被廣泛應(yīng)用在食品工業(yè)中[1-2]。但由于宗教信仰或素食主義等原因,傳統(tǒng)牛皮膠和豬皮膠產(chǎn)品的應(yīng)用受到限制,因此人們開(kāi)始尋求從魚(yú)類(lèi)組織中提取明膠[3-4]。

我國(guó)是水產(chǎn)品生產(chǎn)和貿(mào)易大國(guó),總量居世界第一位[5]。羅非魚(yú)由于具有生長(zhǎng)快、肉質(zhì)好、易養(yǎng)殖和產(chǎn)量高等特點(diǎn),成為養(yǎng)殖的主要魚(yú)種之一。目前,羅非魚(yú)產(chǎn)量中的大部分用于加工成冷凍魚(yú)片出口,生產(chǎn)加工過(guò)程剩下的大量魚(yú)皮、魚(yú)鱗等下腳料是提取明膠潛在的良好原料[6],而且羅非魚(yú)皮明膠的理化性質(zhì)(如凝膠強(qiáng)度和黏度等)更接近哺乳動(dòng)物明膠,使其成為一種良好的哺乳動(dòng)物明膠替代品[7]。流變性質(zhì)是反映有些食品品質(zhì)的重要指標(biāo),在一些食品(如甜點(diǎn)、果凍、酸奶等)的生產(chǎn)過(guò)程中除了加入明膠外,也常加入蔗糖和果糖等作為甜味劑以改善風(fēng)味,而且糖的加入也影響著膠體的流變性能。Choi Y H[8]等研究了蔗糖、葡萄糖和果糖對(duì)2.0%(w/w)明膠溶液動(dòng)態(tài)粘彈性質(zhì)的影響,指出明膠的儲(chǔ)能模量隨糖的含量而變化,糖分子中的羥基可與明膠蛋白質(zhì)分子形成氫鍵,提高明膠體系穩(wěn)定性。Choi S S[9]報(bào)道蔗糖可提高明膠的熔化溫度。Naftalin R J[10]等研究了糖類(lèi)對(duì)明膠穩(wěn)定性的影響,但很少有文獻(xiàn)報(bào)道糖-明膠體系的流變性質(zhì)與明膠濃度變化之間關(guān)系。

表1　添加不同濃度的蔗糖和果糖對(duì)明膠pH的影響

本實(shí)驗(yàn)研究了添加不同濃度的蔗糖和果糖對(duì)不同濃度明膠溶液的pH、黏度、凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)的影響及其與明膠濃度的關(guān)系,旨在為蔗糖、果糖和明膠在食品加工中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

羅非魚(yú)皮海南翔泰漁業(yè)有限公司;羅非魚(yú)皮明膠參照Niu[11]等人的方法提取;pH緩沖試劑上海雷磁創(chuàng)益儀器儀表有限公司;D-(-)-果糖(99%)、蔗糖(99%)美國(guó)Sigma公司。

DV215CD分析天平美國(guó)Ohaus公司;PHS-3C pH計(jì)上海精密儀器有限公司;IS-RDD3型臺(tái)式恒溫振蕩器美國(guó)精騏有限公司;MCR301流變儀奧地利Anton Paar公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1樣品溶液的配制分別稱取不同質(zhì)量的明膠于4個(gè)燒杯(100 mL)之中,加入去離子水,在室溫下放置1 h使其充分溶脹,隨后置于50 ℃搖床中溶解30 min,配制成濃度為1.5%、2.0%、4.0%和6.67%(w/w)的明膠溶液。向上述制備好的明膠溶液中分別加入一定量的蔗糖或果糖,溶解、攪拌均勻后使明膠溶液中糖的濃度分別為5.0%、10.0%、15.0%(w/w),未加入糖的明膠溶液作為對(duì)照組。

1.2.2pH的測(cè)定pH的測(cè)定參照Avena-Bustillos R J[12]等人的方法。在25 ℃條件下使用pH計(jì)測(cè)定樣品溶液的pH,每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次。測(cè)定前使用兩點(diǎn)矯正法,即pH為6.68和4.0的緩沖溶液校正儀器。

1.2.3黏度的測(cè)定根據(jù)See S F[13]等人的方法使用流變儀測(cè)定樣品的黏度。測(cè)試前將樣品置于40 ℃下穩(wěn)定20 min,設(shè)定剪切速率從0.1 s-1升至100 s-1,進(jìn)行變剪切速率掃描得到流動(dòng)曲線,當(dāng)剪切速率為50 s-1時(shí)得到樣品的黏度值[14],每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次。

1.2.4凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)的測(cè)定根據(jù)Kosaraju S L[15]等人的方法使用流變儀測(cè)定樣品的凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)。具體過(guò)程如下:將樣品倒入測(cè)試圓筒,在40 ℃條件下穩(wěn)定10 min,再以0.5 ℃/min的速率降低至2 ℃,并在2 ℃條件下穩(wěn)定10 min,然后以相同的速率升溫至40 ℃。測(cè)試中使用的應(yīng)變?yōu)?.5%,頻率為1 Hz。以降溫過(guò)程和升溫過(guò)程中彈性模量與損耗模量的交點(diǎn)分別作為其凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn),樣品均重復(fù)測(cè)定3次。

1.3數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,用軟件Origin 8.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。

2　結(jié)果與討論

2.1蔗糖和果糖對(duì)明膠溶液pH的影響

蔗糖和果糖對(duì)明膠體系pH的影響如表1所示。在25 ℃條件下,1.5%～6.67%明膠溶液的pH范圍為5.21～5.23,添加5.0%～15.0%的蔗糖和果糖后明膠溶液的pH范圍分別為5.19～5.23和5.21～5.24,明膠溶液的pH略有變化,但并不顯著(p>0.05),這可能是因?yàn)樘?、明膠蛋白質(zhì)分子和水之間通過(guò)氫鍵形成糖-明膠-水三元體系,僅微弱地改變了明膠蛋白質(zhì)分子解離出H+的能力,對(duì)明膠溶液的pH基本無(wú)影響[10]。

2.2蔗糖和果糖對(duì)明膠黏度的影響

圖1所示為6.67%明膠的黏度,剪切速率-剪切應(yīng)力曲線隨蔗糖和果糖濃度的變化關(guān)系。在40 ℃時(shí),測(cè)得6.67%(w/w)明膠溶液的黏度為13.3 mPa·s,且不隨其剪切速率而改變(如圖1),表明其屬于牛頓流體,與Marcotte M[16]等人的報(bào)道結(jié)果一致。同樣的方法測(cè)得濃度為1.5%、2.0%和4.0%明膠溶液的黏度值分別為1.7、2.2、5.0 mPa·s,且黏度不隨剪切速率而改變,屬于牛頓流體。隨著明膠濃度增加,黏度呈二項(xiàng)式升高趨勢(shì)(圖2,R2=0.9994),與Yang[17]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。這主要是因?yàn)殡S著明膠濃度的增加,明膠蛋白質(zhì)分子的螺旋結(jié)構(gòu)含量越高,單螺旋鏈的連接點(diǎn)增加,使肽鏈聚集形成更強(qiáng)的交聯(lián)結(jié)構(gòu),增大其剪切應(yīng)力,明膠體系的黏度也隨之增大[18]。

圖1　6.67%明膠的黏度,剪切速率-剪切應(yīng)力曲線隨蔗糖和果糖濃度的變化Fig.1　Changes in viscosity,shear rate-shear stress curves of 6.67% gelatin with sucrose and fructose concentrations

加入蔗糖和果糖后溶液的黏度不隨剪切速率而改變(分別為圖1A和圖1B),仍屬于牛頓流體。隨著蔗糖濃度的增加,體系黏度和剪切速率-剪切應(yīng)力斜率也隨之增加。當(dāng)添加蔗糖的含量為5.0%、10.0%、15.0%時(shí),6.67%明膠溶液的黏度分別為15.8、19.0、24.4 mPa·s;當(dāng)添加果糖的含量為5.0%、10.0%、15.0%時(shí),6.67%明膠溶液的黏度分別為15.9、19.1、23.9 mPa·s。蔗糖和果糖對(duì)明膠體系黏度的改變相似,加入糖后明膠體系黏度與明膠濃度的關(guān)系也呈二項(xiàng)式增加趨勢(shì)(圖2,R2=0.9993～0.9997),這主要是因?yàn)檎崽呛凸侵械牧u基與明膠蛋白質(zhì)分子中的化學(xué)基團(tuán)作用生成氫鍵,有利于蛋白質(zhì)分子之間的聚集,削弱了體系的流動(dòng)性而使黏度增大;另外,蔗糖和果糖溶液本身的黏度也隨著濃度的增加而增大,因此明膠溶液的黏度隨蔗糖和果糖濃度的增加而增大,這些研究結(jié)果與有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)論一致[19-20]。

圖2　明膠黏度隨蔗糖和果糖濃度的變化Fig.2　Changes in viscosity of gelatin with various sucrose and fructose concentrations

2.3蔗糖和果糖對(duì)明膠凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)的影響

濃度為1.5%、2.0%、4.0%、6.67%明膠溶液的凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)為別11.7、14.6、18.8,21.2 ℃和26.0、26.7、27.8、28.9 ℃。明膠濃度越高,其凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)也越高,這是因?yàn)檩^高濃度的明膠溶液中含有較多的螺旋和無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu),分子間的交聯(lián)點(diǎn)增加,從而有助于蛋白質(zhì)分子間形成更致密的交聯(lián)結(jié)構(gòu)[21]。如圖3所示,明膠溶液的濃度與其熔化點(diǎn)和凝膠點(diǎn)之間呈對(duì)數(shù)關(guān)系(R2(TM)=0.9949,R2(TG)=1),由此可從建立的關(guān)系式中計(jì)算出其他明膠溶液的凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)。

圖3　明膠濃度與熔化點(diǎn)和凝膠點(diǎn)的關(guān)系Fig.3　Relationship between gelatin concentration and melting temperature or gelling temperature

圖4所示為明膠濃度、糖濃度與熔化點(diǎn)和凝膠點(diǎn)之間的關(guān)系。從圖4中可知,添加糖的濃度越高,明膠體系的熔化點(diǎn)和凝膠點(diǎn)也越大,明膠溶液(1.5%、2.0%、4.0%、6.67%，w/w)中添加15.0%的蔗糖和果糖后其熔化點(diǎn)分別增加4.8%,4.7%,4.7%,4.3%和2.2%,2.3%,2.4%,1.8%,蔗糖和果糖添加之后體系的熔化點(diǎn)都增加,但添加蔗糖后熔化點(diǎn)增加的幅度較為明顯,這主要是因?yàn)檎崽呛凸欠肿又械牧u基與明膠蛋白質(zhì)分子內(nèi)的羥基等基團(tuán)形成氫鍵,增強(qiáng)了明膠的網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性,因蔗糖分子的羥基比果糖多,形成的糖-明膠-水三元體系更穩(wěn)定,所以蔗糖對(duì)明膠熔化點(diǎn)的改變稍強(qiáng)于果糖[8,10]。Eldridge J E[22]等報(bào)道明膠濃度的對(duì)數(shù)與其熔化點(diǎn)絕對(duì)溫度的倒數(shù)呈線性關(guān)系,Eldridge-Ferry模型如下:

式(1)

其中c表示明膠濃度×100,ΔH表示熔化焓,R為氣體摩爾熱函數(shù),T為熔化點(diǎn)的絕對(duì)溫度。本研究中,將明膠濃度的對(duì)數(shù)與加入蔗糖或果糖后體系熔化點(diǎn)或凝膠點(diǎn)絕對(duì)溫度的倒數(shù)作圖(圖4),發(fā)現(xiàn)均存在很好的線性關(guān)系(R2=0.9772～0.9934),與Eldridge J E-Ferry J D模型相吻合。根據(jù)得到的數(shù)學(xué)模型,不但可求得添加糖后其它明膠體系的凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn),還可計(jì)算出熔化過(guò)程和凝膠過(guò)程焓的值。

圖4　明膠濃度及添加蔗糖或果糖后與熔化點(diǎn)和凝膠點(diǎn)的關(guān)系Fig.4　Relationship between gelatin concentration and absolute temperature of melting and gellingwith sucrose or fructose concentrations

3　結(jié)論

研究了蔗糖和果糖對(duì)羅非魚(yú)皮明膠pH、黏度、凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明添加蔗糖和果糖不影響明膠溶液的pH。明膠的黏度隨其濃度的增加均呈二次項(xiàng)增大趨勢(shì)(R2=0.9993～0.9997),加入糖后，這種趨勢(shì)不改變，蔗糖和果糖對(duì)明膠黏度的影響相似。添加糖后,明膠體系的凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)也隨之增大,且相同濃度的蔗糖對(duì)凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)的影響比果糖強(qiáng),凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn)絕對(duì)溫度的倒數(shù)與明膠濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系(R2=0.9772～0.9886),符合Eldridge -Ferry模型,根據(jù)得到的數(shù)學(xué)模型不但可求得添加糖之后其他明膠體系的凝膠點(diǎn)和熔化點(diǎn),還能計(jì)算出凝膠過(guò)程和熔化過(guò)程中焓的值。

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Effect of sucrose and fructose on the rheological properties of gelatin derived from tilapia skin

ZHANG Zhi-ping,PENG Shuai,NIU Li-hong,HUANG Yi-qun,FAN Yu-xia,LAI Ke-qiang*

(College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

The influence of sucrose or fructose(5.0%,10.0%,15.0% w/w)on pH,viscosity,gelling point and melting point of fish gelatin(1.5%,2.0%,4.0%,6.67%,w/w)was investigated in this paper. The results showed that the pH of gelatin solutions did not change with the addition of sucrose and fructose. The viscosity of gelatin(1.5%～6.67% w/w)were 1.7,2.2,5.0,13.3 mPa·s respectively,which were increased binomially(R2=0.9994)with the gelatin concentration went up. The gelling points(TG)were 11.7,14.6,18.8,21.2 ℃ and the melting points(TM)were 26.0,26.7,27.8,28.9 ℃ with the increase of gelatin concentration,both TGand TMwere increased logarithmically(R2=0.9949 and 1,respectively).After the addition of sucrose or fructose,the viscosity of solutions were also increased binomially(R2=0.9993～0.9997). The concentration effect of sucrose on TGand TMof gelatin was stronger than fructose. A nearly linear relation(R2=0.9772～0.9886)was found between the logarithm of the gelatin concentration and the reciprocal absolute temperature of melting or gelling,which was in line with Eldridge-Ferry model.

fish gelatin;sucrose;fructose;rheological properties

2016-01-12

張志平(1989-),男,碩士研究生,研究方向:功能性食品開(kāi)發(fā),E-mail:zhangzhiping1989@163.com。

賴克強(qiáng)(1976-),男,博士,副教授,主要從事食品質(zhì)量與分析及功能性食品開(kāi)發(fā),E-mail:kqlai@shou.edu.cn。

上海市教委創(chuàng)新項(xiàng)目(14YZ123)。

TS254.9

A

1002-0306(2016)13-0262-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.045