姜涵騫，王撼辰，王海龍，胡金保，李紹振，劉鳳松，李 麗，李 斌*

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧沈陽 110000；2.上海本優(yōu)機械有限公司，上海 200000；3.北京匯源果汁飲料有限公司，北京 100000；4.無限極（營口）有限公司，遼寧營口 115000）

蘋果果膠是蘋果中的主要成分之一，是重要的商品果膠來源，也是食品生產(chǎn)加工過程中常見的食品原料。研究表明，蘋果果膠具有降血脂、抗腫瘤和抗肥胖等功能[1-2]，其廣泛應(yīng)用于食品、制藥和化工等行業(yè)。同時，蘋果果膠本身無毒無害，是優(yōu)良的天然食品添加劑，其凝膠性和穩(wěn)定性較強[3]，能夠顯著提高食品品質(zhì)。pH 值是蘋果果膠生產(chǎn)加工中重要的化學(xué)加工條件，武文潔等[4]以蘋果果膠為原料，ZnCl2為交聯(lián)劑，制成的復(fù)合凝膠球中包含果膠、吲哚美辛和卵磷脂，并發(fā)現(xiàn)pH 值顯著影響復(fù)合凝膠球的穩(wěn)定性。

蘋果多酚是植物多酚的一種，廣泛存在于未成熟的蘋果中，具有抗氧化、降血糖、降低膽固醇等多種生理功能[5]，常被用于制作功能性食品。同時，蘋果多酚可以與多糖結(jié)合，相互作用后形成的產(chǎn)物有助于提高多糖的穩(wěn)定性并改變微觀結(jié)構(gòu)，蘋果多酚與蘋果果膠相互作用后組成的復(fù)配物濃縮液，在降低膽固醇和提高脂質(zhì)率等方面明顯優(yōu)于單一的蘋果多酚和蘋果果膠[6]。

pH 在食品的生產(chǎn)加工過程中具有重要作用，其對果膠-多酚復(fù)合型食品相互作用的影響研究已經(jīng)成為熱點，有人提出，適宜的pH 環(huán)境能夠提高蘋果果膠的凝膠性和流變性[7]，本文以蘋果果膠和蘋果多酚為試驗材料，分別用不同的pH 處理蘋果果膠-蘋果多酚的復(fù)配物體系，從而探究pH 值對復(fù)配體系流變性和凝膠性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘋果果膠，食品級，購于深圳金富源生物科技有限公司，純度為99%；蘋果多酚，主要化學(xué)成分為綠原酸和兒茶素，購于四川華源盛泰生物科技有限公司，純度為92%；檸檬酸（純度99%）、檸檬酸鈉、2-甲基硅油、鹽酸、氫氧化鈉，均為分析純，由北京百靈威科技有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2204A 電子分析天平（精度為0.001 g），上海始恒儀器設(shè)備有限公司；pH S-25A 精密酸度計，上海右一儀器設(shè)備有限公司；Discovery 混合型變儀，美國TA 儀器公司；RCT basic 磁力攪拌器，德國IKA 儀器設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 蘋果果膠與蘋果多酚復(fù)配物樣品的制備

參考梁申[8]的方法有所改動。配制1 000 mL、0.1 mol/L的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液，用2 mol/L 的鹽酸和氫氧化鈉調(diào)整pH 至3.0，將配制完成的緩沖液倒入若干個容量為100 mL 的燒杯中，原料添加量參考張卉等[9]的方法，并有所改動。取0.1 g 蘋果多酚和1 g 蘋果果膠，將其溶解于燒杯中，用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH，設(shè)置不同的復(fù)配物pH 梯度，分別為3.0、3.2、3.4、3.6 和3.8，將配制完成的復(fù)配物溶液分為甲乙兩組，甲組使用RCT 磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，初始溫度設(shè)定為65 ℃，初始轉(zhuǎn)速設(shè)定為300 r/min，20 min 后將轉(zhuǎn)速勻速提升至600 r/min 進(jìn)行攪拌，并將溫度勻速提高10 ℃，再過20 min 后將轉(zhuǎn)速勻速提升至900 r/min 繼續(xù)攪拌，溫度再勻速提高10 ℃，攪拌30 min 后，將轉(zhuǎn)速勻速提升至1 100 r/min 進(jìn)行攪拌，溫度設(shè)定為92 ℃，攪拌30 min，得到不同pH 處理的蘋果果膠多酚復(fù)配物樣品，放到冰箱中4 ℃冷藏24 h，測定其凝膠性和流變性；乙組經(jīng)過上述操作后，放入-80 ℃超低溫冰箱中處理48 h 備用。

1.3.2 流變特性的測定

本實驗中，靜態(tài)剪切和動態(tài)頻率掃描代表復(fù)配物體系的流變特性。

靜態(tài)剪切的測量：取不同pH 處理的蘋果果膠-蘋果多酚復(fù)配物質(zhì)，對流變性的測量采用雙平板測量系統(tǒng)，平板寬度設(shè)置為40 mm，并將間距設(shè)置為2 mm，用藥匙精確舀取試樣，并置于流變儀平板中心處，用棉簽蘸取適量的2-甲基硅油溶液，并將其涂刷于試樣周圍，從而減少非線性流變檢測時水分揮發(fā)，掃描溫度固定為20℃，剪切速度由靜止提高到270 s-1，測量此過程中剪切應(yīng)力的轉(zhuǎn)變，重復(fù)測量3 次，取平均值。Power-Law 方程具體如（1）所示。

式中，σ為剪切應(yīng)力，Pa；K為黏度系數(shù)，Pa·sn；γ為剪切速率，s-1；n為流體運動指標(biāo)。

動態(tài)頻率掃描測量：取經(jīng)不同梯度pH 處理的蘋果果膠-多酚復(fù)配物質(zhì)，對流變性的測量采用雙平板測量系統(tǒng)，平板寬度設(shè)置為40 mm，并將間距設(shè)置為2 mm，用藥匙精確舀取試樣，并置于流變儀平板中心處，用棉簽蘸取適量的2-甲基硅油溶液，將其涂刷于試樣周圍，從而減少非線性流變檢測時水分的揮發(fā)。數(shù)字化掃描應(yīng)變設(shè)定為1%，數(shù)字化掃描溫度設(shè)置為20 ℃，初始頻率為0.1 Hz，終止頻率為100 Hz，測量頻率升高過程中3 個指標(biāo)儲能模量（G′）、損耗模量（G″）以及損耗角正切值（tanδ）的改變，重復(fù)測量3 次，取平均值。

1.3.3 平均凝膠形成速率的測定

有研究人員指出，維持同樣速度降溫有助于更直觀地認(rèn)識凝膠在生成過程中體系結(jié)構(gòu)的變化程度[10-11]。取不同pH 處理的蘋果果膠-多酚復(fù)配物質(zhì)，對流變性的測量采用雙平板測量系統(tǒng)，平板寬度設(shè)置為40 mm，并將間距設(shè)置為2 mm，用藥匙精確舀取試樣，并置于流變儀平板中心處，用棉簽蘸取適量的2-甲基硅油溶液，將其涂刷于試樣周圍，從而減少非線性流變檢測時水分的揮發(fā)。數(shù)字化掃描應(yīng)變設(shè)定為1%，凝膠的初始溫度和終止溫度分別設(shè)置為5、95 ℃，計算試樣從初始溫度升至終止溫度的平均凝膠形成速率，計算公式見式（2）。

式中，SDRa為平均凝膠形成速率，Pa/s；G′End為冷卻初始階段時，復(fù)配物的彈性模量，Pa；G′lst為冷卻終止階段時，復(fù)配物的彈性模量，Pa；tEnd為冷卻初始階段時間，s；tlst為冷卻終止時間，s。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗重復(fù)3 次，每次測試均需要更換樣品，采用Power-Law、Origin 9.0、Microsoft Excel 2020 等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 流變特性分析

2.1.1 靜態(tài)剪切變化結(jié)果

如圖1 所示，蘋果果膠-多酚復(fù)配體系經(jīng)不同pH 處理后，剪切速度的增大導(dǎo)致剪切應(yīng)力呈規(guī)律性改變，各種復(fù)配物體系樣品的剪切應(yīng)力隨pH 的增加而增大，在同樣剪切速度下，pH 值穩(wěn)定在3.6 時，剪切應(yīng)力達(dá)到最大值。出現(xiàn)這一結(jié)果的原因是處于酸性環(huán)境時，當(dāng)蘋果果膠-多酚復(fù)配物樣品溶液pH 值從3.0 增加到3.6 時，蘋果果膠的半乳糖醛酸（C6H10O7）電離度遞增，復(fù)配物樣品的粒子半徑逐漸減小，復(fù)配物體系穩(wěn)定性變強，流變性呈剪切變稀的趨勢[12]；當(dāng)復(fù)配作用物質(zhì)pH 值高于3.6時，因為pH 的變化程度大，破壞了蘋果果膠的半乳糖醛酸電離平衡的穩(wěn)定狀態(tài)，復(fù)配作用物質(zhì)在樣品水溶液中的總電荷含量逐漸下降，破壞溶液穩(wěn)定性，使復(fù)配物系統(tǒng)的溶液穩(wěn)定性逐漸變差[13]。

圖1 蘋果果膠-多酚復(fù)配物體系剪切應(yīng)力隨剪切速率變化曲線Fig.1 Curve of shear stress of apple pectin-apple polyphenol complex with shear rate

上行、下行是流動曲線圖中上行曲線、下行曲線的簡稱，n、K都是實驗中的關(guān)鍵指數(shù)，R2為擬合優(yōu)度。n為流體指數(shù)，代表流體運動指標(biāo)，是非牛頓流體穩(wěn)定程度的判定依據(jù)，假設(shè)n＜1，則該流體是假塑性的非牛頓流體，且n值越小，流體模型所顯示出來的假塑性特征就越強；比例系數(shù)K為稠度系數(shù)，K值的高低反映了流體的黏稠程度。如表1 所示，以Power-Law為基礎(chǔ)對所得的數(shù)值進(jìn)行擬合，所有的模型擬合優(yōu)度R2均超過95%，從而顯示出了較高的建模擬合準(zhǔn)確度。蘋果果膠-多酚復(fù)配物水溶液的流體指數(shù)均低于1，說明各種pH 值的復(fù)配物溶液都呈假塑性流體，當(dāng)pH 值上升時，流體指數(shù)緩慢下降，當(dāng)pH 值為3.6 時，n值最小，復(fù)配物K值最大，黏稠性最好。當(dāng)pH 值的繼續(xù)升高超過3.6 時，復(fù)配物體系的流體指數(shù)又開始出現(xiàn)回升，說明溶液pH 值高于3.6 后，復(fù)配物體系的稠度系數(shù)逐步減小，溶液稠度變?nèi)酢?/p>

表1 不同pH 值的復(fù)配物體系Power-Law 方程擬合參數(shù)Table 1 Fitting parameters of Power-Law equation for complex systems with different pH

2.1.2 動態(tài)頻率掃描

如表2 所示，在進(jìn)行動態(tài)頻率掃描過程中，pH 為3.0時，復(fù)配物的tanδ值最大，為0.699；當(dāng)pH 增加時，tanδ值逐漸下降，在pH 為3.6 時，tanδ值達(dá)到最小，為0.245。說明pH 值從3.0 增加到3.6 時，體系所對應(yīng)的相位角逐漸下降；而pH 值＞3.6 時，tanδ增加，說明pH 值＞3.6后，體系所對應(yīng)的相位角也增加，意味著pH 值為3.6 時，復(fù)配物系統(tǒng)整體最平衡。

表2 不同pH 值的復(fù)配物流變性指標(biāo)的動態(tài)頻率掃描Table 2 Dynamic frequency scanning of complex flow denaturation index at different pH

如圖2 所示，隨pH 值由3.0 增加到3.6，G′的增幅逐漸高于G″，復(fù)黏度呈上升態(tài)勢，當(dāng)pH 值為3.6 時，復(fù)黏度達(dá)到峰值24.6 Pa·s，意味著pH＜3.6 時，復(fù)配物體系更接近于黏性流體，動態(tài)的黏彈性能變好。pH 值＞3.6 后，tanδ又變大，復(fù)黏度呈下降趨勢，表明復(fù)配物體系近似非黏性流體，動態(tài)黏彈性減弱，復(fù)配物體系在pH 高于3.6后的溶液中難以形成凝膠[14-15]，因此在pH 為3.6 時，復(fù)配物的動態(tài)黏彈性最強，而后逐漸降低。當(dāng)蘋果果膠和蘋果多酚的復(fù)配體系物作為食品生產(chǎn)加工過程中主要原材料時，就要嚴(yán)格地將食品生產(chǎn)工藝的環(huán)境pH 值限制在3.6 附近，以便使成品具有良好的動態(tài)黏彈性能、黏度和穩(wěn)定性。

圖2 復(fù)配物體系損耗角正切值隨頻率的變化Fig.2 The loss angle tangent of the complex system varies with frequency

2.1.3 平均凝膠形成速率的測定結(jié)果

由圖3（見下頁）可知，隨著pH 值的升高，SDRa先升高后降低，當(dāng)pH 為3.6 時，達(dá)到最大值，為0.336 Pa/s。這可能是因為隨著復(fù)配物體系pH 值的不斷升高，蘋果果膠自身的凝膠性不斷增強[16]，當(dāng)pH 值繼續(xù)升高時，存在于蘋果果膠分子與蘋果多酚分子中的疏水相互作用被破壞，而這種疏水相互作用力決定著蘋果果膠與蘋果多酚復(fù)配物體系形成的凝膠強度，因此抑制了凝膠的形成，最終使SDRa大幅度降低[17]。

3 結(jié)論

通過對不同pH 蘋果果膠-多酚復(fù)配物體系的凝膠強度、動態(tài)黏彈性等流變性能分析得出，pH 穩(wěn)定在3.6時，復(fù)配物體系的凝膠強度最高、動態(tài)黏彈性最好、平均凝膠形成速率最快；pH 大于3.6 時，復(fù)配物的凝膠強度變?nèi)酰髯冃阅茏儾?，平均凝膠形成速率變慢。表明pH超過3.6 后，以蘋果果膠-多酚復(fù)配作用物質(zhì)體系為基料的食品，其品質(zhì)將會變差。因此，在此類食品的生產(chǎn)加工過程中，pH 值應(yīng)限制在3.6 最佳。通過pH 影響蘋果果膠-多酚復(fù)配物的相互作用，從而改良復(fù)配物體系流變性和凝膠性的技術(shù)能夠普及到食品領(lǐng)域，在后續(xù)試驗中，將研究其他化學(xué)加工條件對復(fù)配物體系中蘋果果膠-多酚性能的影響。