賀隆基，李世奇，陳志剛

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇 南京 210095）

隨著人們對(duì)營(yíng)養(yǎng)、健康食品的關(guān)注，魔芋制品被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在植物基食品和預(yù)制食品當(dāng)中[1-2]。魔芋中富含魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM），KGM作為一種膳食纖維，在食品和中藥等領(lǐng)域的應(yīng)用有著很長(zhǎng)的歷史[3]。將魔芋制品作為日常飲食具有抑制膽固醇升高、改善腸道運(yùn)動(dòng)、延遲胃排空和控制血糖等功效[4-5]，這些健康益處讓魔芋制品越來(lái)越受歡迎。魔芋制品大都是利用KGM的凝膠性質(zhì)制成的凝膠類食品[6]，但單一的KGM凝膠存在穩(wěn)定性不足、口感單一和難賦色等問(wèn)題[7]。通過(guò)利用成分之間的協(xié)同作用，復(fù)合凝膠可以彌補(bǔ)和改善單一成分凝膠的局限性[8]。

當(dāng)前，KGM 復(fù)合凝膠體系的制備已有研究。Liu Jinjin等[9]通過(guò)制備KGM和蛋清蛋白復(fù)合凝膠表明復(fù)合凝膠顯著提高單一凝膠的保水能力、熱穩(wěn)定性、彈性和咀嚼性。Ran Xinli等[10]以KGM和大豆分離蛋白（soy protein isolate，SPI）為研究對(duì)象開發(fā)植物基食品，發(fā)現(xiàn)KGM形成的氫鍵和SPI的酰胺鍵改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度、硬度和嚼勁。徐曉萍等[11]通過(guò)響應(yīng)面法優(yōu)化制備KGM-SPI混合凝膠，使得混合凝膠性能得到改善。Han Lihong等[12]將KGM添加到蕎麥粉中制備面條，研究表明KGM顯著改善面團(tuán)熱性能和穩(wěn)定性，提高面條拉伸強(qiáng)度和硬度，獲得更好的感官品質(zhì)。Fang Fang[13]研究發(fā)現(xiàn)隨著KGM的添加，馬鈴薯淀粉凝膠的儲(chǔ)能模量和彈性逐漸增加，淀粉凝膠的物理和流變性能得到提升。

SPI是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，具有乳化、凝膠化等特性[14]。紅薯淀粉（sweet potato starch，SPS）資源豐富，用途廣泛，具有高黏度、高聚合度等特點(diǎn)[15]。目前關(guān)于SPS和SPI對(duì)KGM凝膠品質(zhì)影響的研究較少，且三元復(fù)合體系的研究鮮有報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)先通過(guò)研究不同添加量的SPS和SPI對(duì)KGM凝膠質(zhì)構(gòu)特性、水分分布、流變學(xué)特性等的影響，測(cè)定復(fù)合凝膠的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)、感官品質(zhì)、色澤等指標(biāo)，再在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用綜合評(píng)分法得到SPS-SPI-KGM三元復(fù)合凝膠的最佳配比，并進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察，以期為多元復(fù)合KGM凝膠的應(yīng)用提供理論依據(jù)和實(shí)踐基礎(chǔ)，增加KGM凝膠應(yīng)用的多樣性，滿足市場(chǎng)需求。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

魔芋精粉（KGM 74.85%、水分7.59%、粗蛋白1.00%、灰分6.29%）鎮(zhèn)江市智農(nóng)食品有限公司；SPI山東德信康生物科技有限公司；SPS（水分12.38%、灰分0.12%、蛋白質(zhì)0.23%、脂肪0.63%、直鏈淀粉24.3%）山東生物陽(yáng)光股份有限公司；Ca(OH)2南京甲乙信維化工有限公司。使用試劑均為分析級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

MCR301智能型高級(jí)流變儀 蘇州塞恩斯儀器有限公司；TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀 美國(guó)FTC公司；HPG-2132色差儀 上海漢譜光電科技有限公司；JJ-1精密電動(dòng)攪拌機(jī) 常州金壇實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；NM120低場(chǎng)核磁共振成像儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；Quanta FEG 250掃描電子顯微鏡 美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 凝膠制備

首先，將一定量的SPI和SPS添加到100 mL去離子水中，用攪拌器以300 r/min速率攪拌10 min。之后，在相同的攪拌速率下緩慢加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.0%的魔芋精粉，待其充分溶脹后邊攪拌邊加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3‰的含有Ca(OH)2的膠凝劑30 mL。然后將混合凝膠在室溫下靜置2 h，形成熱不可逆凝膠。隨后將樣品在90 ℃水浴中加熱30 min，待其冷卻至室溫后切成8 cm×1 cm×1 cm左右的凝膠待測(cè)。

1.3.2 凝膠色差的測(cè)定

用色差儀測(cè)定凝膠表面的色度值，測(cè)定前使用儀器自帶的白板校正，測(cè)定時(shí)色差儀垂直、緊貼凝膠放置。測(cè)定凝膠的L*、a*、b*值。L*代表亮度（0表示黑色，100表示白色）；a*代表紅綠值，正值表示紅色，負(fù)值表示綠色；b*代表黃藍(lán)值，正值表示黃色，負(fù)值表示藍(lán)色。彩度值按式（1）計(jì)算。每個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品測(cè)量5 次，取平均值。

1.3.3 凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定

將凝膠樣品切割為統(tǒng)一大小的長(zhǎng)方體小塊，使用PLUS物性測(cè)試儀測(cè)量樣品的全質(zhì)構(gòu)特性。參照Wu Di等[16]的方法并加以改動(dòng)。

1.3.3.1 TPA模式測(cè)定凝膠質(zhì)構(gòu)特性

操作條件：鋁質(zhì)圓柱形探頭（SMP P/36R）測(cè)試樣品，測(cè)試的觸發(fā)力為0.05 N，測(cè)試前速率1 mm/s，測(cè)試速率2 mm/s，測(cè)試后速率1 mm/s，形變量50%，壓縮距離固定在25 mm，每個(gè)試樣均做5 個(gè)平行，測(cè)定黏性、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性等指標(biāo)。

1.3.3.2 凝膠強(qiáng)度測(cè)定

操作條件：P/0.5R探頭，力量感應(yīng)量程50 N，起始力0.100 N，測(cè)試前速率1 mm/s，測(cè)中速率1 mm/s，測(cè)后速率2 mm/s，穿刺距離9 mm，返回距離20 mm，每個(gè)試樣均做5 個(gè)平行，取其平均值。

1.3.4 凝膠感官評(píng)價(jià)

參考林致通等[17]方法并加以改動(dòng)。由15 人構(gòu)成的感官評(píng)定小組對(duì)樣品進(jìn)行感官評(píng)定。評(píng)定內(nèi)容包括包裝外觀、色澤、組織形態(tài)、氣味和滋味、總體可接受程度5 個(gè)方面。感官評(píng)分最高分10 分，最低分1 分。評(píng)定結(jié)果取15 人的算術(shù)平均值，當(dāng)綜合評(píng)分小于5時(shí)，認(rèn)定產(chǎn)品感官不可接受，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)見表1。

表1 KGM凝膠感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of KGM gels

1.3.5 低場(chǎng)核磁共振（low-field magnetic resonance，LF-NMR）

參考He Yijie等[18]方法并作修改。將樣品用封口膜包裹住表面后送至低場(chǎng)核磁共振腔體中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，測(cè)量T2水分橫向弛豫時(shí)間。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)1 000 次回波和32 次掃描獲取測(cè)量原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)反演后獲得弛豫峰和弛豫時(shí)間的數(shù)據(jù)，隨后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.3.6 凝膠持水性的測(cè)定

參考徐曉萍等[11]方法并稍作修改。將凝膠樣品切成均勻的矩形顆粒置于10 mL的離心管中，于冷凍離心機(jī)中12 000×g、4 ℃離心10 min，用濾紙吸干管內(nèi)可見水分和凝膠表面水分后稱其質(zhì)量。持水率按式（2）計(jì)算：

式中：m1為離心管＋離心后凝膠質(zhì)量/g；m2為離心管與離心前凝膠總質(zhì)量/g；m3為離心管質(zhì)量/g。

1.3.7 凝膠流變學(xué)特性的測(cè)定

參考Huang Qing等[19]方法并稍作修改，使用高級(jí)流變儀測(cè)量樣品的流變特性。使用平行板測(cè)量系統(tǒng)，將樣品放置在直徑為35 mm的光滑平板上，測(cè)量間距為1 mm。探針下壓后將多余的凝膠刮去。為排除樣品中殘余機(jī)械作用力對(duì)結(jié)果造成的影響，測(cè)試前先對(duì)樣品進(jìn)行20 min穩(wěn)定平衡。在25 ℃條件下，用動(dòng)態(tài)掃描模式確定線性黏彈區(qū)。在區(qū)域內(nèi)設(shè)置測(cè)試參數(shù)為溫度25 ℃，恒定壓力1 Pa，頻率變化范圍0.1～80 Hz。

1.3.8 掃描電子顯微鏡觀察

將樣品在-80 ℃進(jìn)行冷凍干燥，取凍干樣品在真空蒸發(fā)器中涂上一層金。根據(jù)Fang Huicheng等[20]的研究，在10.0 kV的加速電壓下，采用掃描電子顯微鏡在放大3 000 倍下觀察樣品的橫截面狀態(tài)結(jié)構(gòu)。

1.3.9 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.9.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

經(jīng)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)，選擇SPS質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%）和SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%），研究SPS和SPI添加量對(duì)KGM質(zhì)構(gòu)、色差、凝膠強(qiáng)度等的影響。

1.3.9.2 綜合評(píng)分試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)4因素3水平正交試驗(yàn)（表2），并進(jìn)行綜合評(píng)分，以確定復(fù)合凝膠最佳配比。

表2 L9（34）正交試驗(yàn)因素與水平Table 2 Factors and levels used for L9(34) orthogonal array design

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用IBM SPSS 20軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，并利用Origin Pro 2021 SR0進(jìn)行繪圖。使用單因素方差分析（oneway ANOVA）進(jìn)行顯著性分析，P＜0.05，差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 SPS和SPI對(duì)KGM凝膠色度值的影響

色澤是影響消費(fèi)者購(gòu)買產(chǎn)品的主要因素[21]，而魔芋凝膠的顏色對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，KGM凝膠本身就具有良好的色澤。由表3可知，隨著SPS添加量的增加，凝膠L*值由最初的41.41升至42.97，變化幅度很小，在外觀上沒(méi)有很大差異。此外，a*值和b*值從未添加時(shí)的0.93和1.42降低至0.64和0.91，變化幅度不大。這說(shuō)明SPS添加量對(duì)于KGM凝膠的色度值沒(méi)有顯著影響。Zhang Qibo等[22]研究表明當(dāng)SPS添加量超過(guò)40%時(shí)能夠顯著改變顏色參數(shù)，L*值顯著增加，這可能與淀粉未充分糊化有關(guān)。由表3可知，隨著SPI添加量的增加，KGM凝膠的L*值和b*值顯著增加，由未添加時(shí)的41.41和1.42上升至60.93和5.02，但a*值沒(méi)有顯著變化，由0.93升至0.95。這說(shuō)明SPI的添加顯著影響KGM凝膠的L*值和b*值，對(duì)a*值影響不大，SPI添加量的增加能夠提升KGM凝膠的色澤，改善凝膠顏色。Huang Lu等[23]研究表明大豆蛋白含量增加能夠顯著增加凝膠黃度值，添加5% SPI時(shí)的凝膠色澤最佳。總的來(lái)說(shuō)，SPS的添加對(duì)KGM凝膠色澤變化影響不顯著，SPI的添加顯著提高KGM凝膠的L*值和黃藍(lán)值。

表3 SPS和SPI對(duì)KGM凝膠色度值的影響Table 3 Effects of SPS and SPI on color parameters of KGM gels

2.2 SPS和SPI對(duì)KGM凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

質(zhì)構(gòu)分析儀能夠客觀地對(duì)樣品的質(zhì)地特性做出分析，在一定范圍內(nèi)，凝膠的硬度、彈性越大，凝膠的品質(zhì)越優(yōu)[24]。由表4可知，隨著SPS添加量的增加，KGM凝膠的硬度和咀嚼性呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，彈性逐漸上升，膠黏性和內(nèi)聚性變化不顯著。復(fù)合凝膠的硬度（5.75～10.72 N）、彈性（0.65～0.83）和咀嚼性（6.98～16.96 mJ）隨著SPS的添加均顯著上升，硬度和彈性分別上升了86.43%和27.69%。這與SPS中直鏈淀粉的含量有關(guān)，浸出的直鏈淀粉和KGM形成復(fù)合物，較好地填充凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，填補(bǔ)多余的孔隙[25]。同時(shí)，高KGM濃度的凝膠幾乎不會(huì)影響淀粉糊化[26]，復(fù)合物的數(shù)量和體積隨著濃度增加而增加，不斷填充并增強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出更好的質(zhì)構(gòu)特性[27]。當(dāng)SPS添加量過(guò)大時(shí)可能會(huì)影響KGM與水分的充分結(jié)合，因此導(dǎo)致硬度和彈性的下降。由表4可知，隨著SPI添加量的增加，復(fù)合凝膠的硬度、咀嚼性、膠黏性和彈性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，內(nèi)聚性變化不顯著，硬度和彈性分別上升13.41%和15.38%，但膠黏性降低54.19%。這表明一定濃度的SPI能夠提高凝膠的質(zhì)地特性，過(guò)高濃度會(huì)破壞原來(lái)的質(zhì)構(gòu)。Wang Meng等[28]通過(guò)對(duì)KGM和SPI進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬說(shuō)明了兩者的混合體系氫鍵數(shù)目顯著增加，說(shuō)明KGM和SPI以氫鍵方式結(jié)合，增強(qiáng)凝膠結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。當(dāng)SPI添加量超過(guò)2.5%后，SPI充分吸水膨脹，可能會(huì)影響KGM凝膠結(jié)構(gòu)的形成[29]。Liu Xiangyu等[30]的研究表明SPI可能會(huì)改變?cè)戏植记闆r導(dǎo)致魚糜香腸的硬度降低?？傮w來(lái)說(shuō)，添加量在2.5%以下的SPS和2%以下SPI有利于保持較好的凝膠品質(zhì)，使得凝膠彈性、硬度和咀嚼性保持在較高水平。

表4 SPS和SPI對(duì)KGM凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 4 Effects of SPS and SPI on texture characteristics of KGM gels

2.3 SPS和SPI對(duì)KGM凝膠持水性和凝膠強(qiáng)度的影響

凝膠強(qiáng)度和持水性能夠直觀反映凝膠的性質(zhì)，形成凝膠的物質(zhì)之間通過(guò)共價(jià)鍵、氫鍵和疏水作用等分子間作用力發(fā)生交聯(lián)、纏繞和聚集形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，凝膠強(qiáng)度由三維結(jié)構(gòu)的致密程度決定[11]。持水性與三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的束縛作用、體系的pH值和氫鍵等作用力有關(guān)[30]。由圖1A可知，隨著SPS添加量的增加，KGM凝膠的凝膠強(qiáng)度和持水性呈現(xiàn)逐漸上升趨勢(shì)，SPS添加量3%時(shí)開始下降。直鏈淀粉濃度與凝膠強(qiáng)度密切相關(guān)[31]，SPS添加量的增加提高了體系中直鏈淀粉的濃度，提高了淀粉分子和KGM之間的相互作用和交聯(lián)程度，而SPS添加量過(guò)高可能導(dǎo)致直鏈淀粉和KGM總量過(guò)多，從而不能充分溶解，相互之間結(jié)合不緊密，導(dǎo)致持水率的下降。隨著SPI添加量的增加，KGM凝膠的持水性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，總體高于未添加時(shí)的KGM凝膠（圖1B）。膠凝劑Ca(OH)2的添加可能會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，多肽鏈易通過(guò)氫鍵與水分子結(jié)合，從而提高持水性[32]。KGM的親水性有助于SPI溶解，但SPI含量過(guò)高可能會(huì)影響KGM正常脫乙?；徒Y(jié)合水分子的能力，導(dǎo)致凝膠強(qiáng)度和持水性下降?？偟膩?lái)說(shuō)，低于3%的SPS和低于2%的SPI有助于凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和持水性的增強(qiáng)。

圖1 SPS（A）和SPI（B）添加量對(duì)KGM凝膠持水性和凝膠強(qiáng)度的影響Fig.1 Effects of SPS (A) and SPI (B) on water-holding capacity and gel strength of KGM gels

2.4 SPS和SPI對(duì)KGM凝膠感官評(píng)價(jià)的影響

由圖2A可知，復(fù)合凝膠的總體可接受度隨著SPS添加量的增加而增加，說(shuō)明SPS對(duì)KGM凝膠帶來(lái)積極影響。凝膠的色澤、氣味和滋味在SPS添加量小于1.5%時(shí)得分變化較小，在添加量大于1.5%后變化較大。SPS能夠給凝膠帶來(lái)更多風(fēng)味，增加凝膠的口感層次，同時(shí)增加凝膠的彈韌性，改善其組織形態(tài)，這與質(zhì)構(gòu)中彈性和硬度的變化趨勢(shì)符合。隨著SPI添加量增加，凝膠總體可接受度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)（圖2B），添加2%以下SPI能改善凝膠的色澤，使表面更加光澤，帶來(lái)較為明顯的豆香味。多余的SPI會(huì)降低感官得分，同時(shí)較高濃度SPI展現(xiàn)出較強(qiáng)的發(fā)泡性能，導(dǎo)致凝膠內(nèi)部出現(xiàn)氣泡，影響凝膠外觀，也會(huì)帶來(lái)輕微的咸腥味。

圖2 SPS（A）和SPI（B）對(duì)KGM凝膠感官評(píng)價(jià)的影響Fig.2 Effects of SPS (A) and SPI (B) on sensory evaluation of KGM gels

2.5 SPS和SPI對(duì)KGM凝膠流變學(xué)特性的影響

儲(chǔ)能模量（G′）和損耗模量（G″）分別反映凝膠體的彈性和黏性特性，tanδ可反映出凝膠體中彈性組分的相對(duì)含量。由圖3可知，樣品的G′和G″均隨著頻率的增加而增加，且所有樣品的G′值始終大于G″值，表現(xiàn)出弱凝膠特性[33]。隨著SPS和SPI添加量的增加，G′和G″顯著增加（P＜0.05），且tanδ＜1且逐漸降低，說(shuō)明彈性組分的相對(duì)含量逐漸升高，凝膠性質(zhì)趨于穩(wěn)定。SPS添加量增加促進(jìn)了淀粉分子和KGM之間的相互作用和交聯(lián)，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊湊[34]，KGM與淀粉浸出的直鏈淀粉結(jié)合形成更強(qiáng)的凝膠結(jié)構(gòu)[35-36]，黏彈性增強(qiáng)。SPI能夠增強(qiáng)KGM凝膠的剛性和強(qiáng)度，減弱流動(dòng)性，表現(xiàn)出典型的彈性凝膠特點(diǎn)，這與龔加順等[37]的研究一致。

圖3 SPS（A）和SPI（B）對(duì)KGM凝膠流變學(xué)特性的影響Fig.3 Effects of SPS (A) and SPI (B) on rheological properties of KGM gels

2.6 SPS和SPI對(duì)KGM凝膠水分分布的影響

通過(guò)LF-NMR的分析和反演能夠反映樣品的水流動(dòng)性，凝膠中的水有3 種狀態(tài)：結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水。橫向弛豫時(shí)間中0.01～3.05 ms之間表示與淀粉或蛋白質(zhì)緊密結(jié)合的水；3.05～75 ms之間表示不易在淀粉或蛋白質(zhì)之間流動(dòng)的水；75～500 ms之間表示游離水[27]，峰面積反映了凝膠中結(jié)合水、不易流動(dòng)水和游離水3 種狀態(tài)水的比例。A21、A22及A23和T21、T22及T23分別為凝膠中3 種狀態(tài)水的占比和弛豫時(shí)間，弛豫時(shí)間和水分流動(dòng)性呈正比[38]。由表5可知，未添加SPS和SPI時(shí)A22的占比超過(guò)70%，因?yàn)镵GM本身具有很強(qiáng)的親水性和高持水能力，抑制水分子流動(dòng)[18]。隨著SPS添加量的增加，凝膠的T21、T22和A22沒(méi)有顯著變化，而A21顯著增加（P＜0.05），說(shuō)明SPS增加了凝膠中結(jié)合水含量，原因可能是淀粉分子通過(guò)氫鍵等作用力與水分子緊密結(jié)合[39]。隨著SPI添加量的增加，凝膠的T21、T22和A22沒(méi)有顯著變化，A21顯著增加（P＜0.05），說(shuō)明SPI增加了凝膠中結(jié)合水的含量，SPI中的蛋白質(zhì)通過(guò)氫鍵、疏水作用等與KGM凝膠結(jié)合，增強(qiáng)結(jié)合水的能力，進(jìn)而提高結(jié)合水的比例[40]。與此同時(shí)，KGM與SPI的結(jié)合使蛋白中含有極性和非極性氨基酸的與水結(jié)合的分子受到保護(hù)，增加結(jié)合水的含量[41]。

表5 SPS和SPI對(duì)KGM凝膠水分分布的影響Table 5 Effects of SPS and SPI on water distribution of KGM gels

2.7 添加劑的復(fù)配

為了使凝膠品質(zhì)得到綜合改善，選擇在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同添加物的添加量進(jìn)行復(fù)配處理，確定最優(yōu)復(fù)配比。

2.7.1 正交試驗(yàn)復(fù)合凝膠的凝膠性質(zhì)

用Z-score法對(duì)蒸煮品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，將兩個(gè)指標(biāo)合并為綜合指標(biāo)以減小不同單位的影響，結(jié)果見表6。

表6 凝膠性質(zhì)正交試驗(yàn)結(jié)果（無(wú)量綱化）Table 6 Results of gel properties from orthogonal array design

由表7極差分析可得RA＞RB＞RC，所以在正交試驗(yàn)所選的梯度中，SPS對(duì)凝膠性質(zhì)的影響最大，其次是蒸煮溫度，而SPI的影響最小，最佳配比為A2B3C1，即SPS添加量2.5%、蒸煮時(shí)間50 min、SPI添加量0.5%。此時(shí)制備得到的復(fù)合凝膠具有較好的凝膠強(qiáng)度和較高的持水率，凝膠性質(zhì)綜合評(píng)分最高。

表7 L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果（凝膠品質(zhì)）Table 7 L9(34) orthogonal array design and experimental results for gel quality

2.7.2 正交試驗(yàn)?zāi)z的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)

利用主成分分析法將多個(gè)指標(biāo)組合成新的綜合指標(biāo)，對(duì)質(zhì)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)以及彩度值進(jìn)行分析，具體方法為：對(duì)9 組實(shí)驗(yàn)的各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，綜合得分表達(dá)式為：

式中：βk為各成分的方差貢獻(xiàn)率；Fk為主成分得分。

正交試驗(yàn)中復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)結(jié)果如表8所示。

表8 復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)品質(zhì)正交試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Texture quality of composite gels from orthogonal array design

令1、2、3、4、5、6、7分別為硬度、內(nèi)聚性、彈性、膠黏性、咀嚼性、黏附性和彩度值，各主成分的特征值、方差貢獻(xiàn)率、累計(jì)方差貢獻(xiàn)率如表9所示，可知前兩個(gè)公因子的特征值大于1，且累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到88.61%，說(shuō)明前兩個(gè)主成分基本涵蓋了正交試驗(yàn)中復(fù)合凝膠的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)信息。

表9 相關(guān)成分特征值、方差貢獻(xiàn)率與累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 9 Eigenvalues and cumulative contribution percentages of principal components

根據(jù)主成分特征向量（表10），可構(gòu)建主成分F1、F2與復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)指標(biāo)的線性關(guān)系表達(dá)式：

表10 主要指標(biāo)的特征向量Table 10 Eigenvectors of principal components for texture characteristics

由于各指標(biāo)的單位不同，所以對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的評(píng)價(jià)值F1、F2（表11），以兩個(gè)主成分與其方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率的商構(gòu)建出復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)T2，T2是主成分F1、F2的線性組合：T2＝0.733 4F1＋0.266 6F2，此公式為正交試驗(yàn)中質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

表11 復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)品質(zhì)正交試驗(yàn)結(jié)果分析（主成分分析法）Table 11 Results of PCA for texture quality of composite gels from orthogonal array design

利用主成分分析法對(duì)正交試驗(yàn)質(zhì)構(gòu)品質(zhì)進(jìn)行分析，將得到的綜合評(píng)分T2代入正交試驗(yàn)表中，由表12可知，RA＞RB＞RC，在正交試驗(yàn)所選的添加比例中，SPS對(duì)復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)綜合評(píng)分影響最大，其次是蒸煮時(shí)間，SPI的影響最小。從質(zhì)構(gòu)品質(zhì)指標(biāo)考察復(fù)合凝膠最佳配比為A2B1C2，即SPS添加量2.5%、蒸煮時(shí)間30 min、SPI添加量1%。此時(shí)復(fù)合凝膠具有質(zhì)構(gòu)特性和色澤。

表12 L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果（質(zhì)構(gòu)品質(zhì)）Table 12 L9(34) orthogonal array design and experimental results for texture quality

2.7.3 正交試驗(yàn)?zāi)z的感官評(píng)價(jià)

由表13可得，RC＞RB＞RA，SPI和蒸煮溫度對(duì)感官評(píng)分有較大影響，但SPS對(duì)感官評(píng)分的影響較小。以感官評(píng)價(jià)綜合指標(biāo)為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合凝膠最佳配比為A3B3C2，即SPS添加量3.0%、蒸煮時(shí)間50 min、SPI添加量1.0%，此時(shí)的復(fù)合凝膠感官評(píng)價(jià)得分高。

2.7.4 綜合評(píng)分法

采用隸屬度的綜合評(píng)分法，以凝膠性質(zhì)、質(zhì)構(gòu)品質(zhì)和感官評(píng)價(jià)3 項(xiàng)指標(biāo)對(duì)復(fù)合凝膠進(jìn)行綜合評(píng)分[42]。由于3 個(gè)指標(biāo)都是數(shù)值越大代表品質(zhì)越好，所以統(tǒng)一用下式計(jì)算：

式中：yM為該指標(biāo)的最大值；ym為最小值；yi為平均值。

在實(shí)際評(píng)價(jià)過(guò)程中，各指標(biāo)的正負(fù)和權(quán)重系數(shù)可視指標(biāo)的性質(zhì)和側(cè)重程度而定，只需確保權(quán)重系數(shù)為1即可[43]。添加SPS和SPI的目的是為了提升凝膠強(qiáng)度、質(zhì)構(gòu)品質(zhì)，得到更高的感官評(píng)價(jià)，能被消費(fèi)者接受。設(shè)定各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)分別為感官品質(zhì)0.4，凝膠性質(zhì)0.2，質(zhì)構(gòu)品質(zhì)0.4。綜合評(píng)分Y公式如下：

由表14可得，RA＞RC＞RB，通過(guò)綜合分析法可以發(fā)現(xiàn)SPS添加量對(duì)復(fù)合凝膠的品質(zhì)影響最大，其次是SPI添加量，蒸煮時(shí)間的影響相對(duì)較小。由正交試驗(yàn)綜合評(píng)分得到復(fù)合凝膠的最佳配比為A2B3C2，分別為SPS添加量2.5%、蒸煮時(shí)間50 min、SPI添加量1.0%。

表14 L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 14 L9(34) orthogonal array and experimental results

由表15可得，A、C為極顯著因素（P＜0.01），B為顯著因素（P＜0.05），空列影響不顯著。由于最佳配比未出現(xiàn)在9 個(gè)實(shí)驗(yàn)組中，對(duì)最佳配比進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)最佳配比的復(fù)合凝膠品質(zhì)得到了明顯改善，凝膠表面有光澤感，具有較強(qiáng)的彈性和韌性。

表15 綜合評(píng)分方差分析Table 15 Analysis of variance of comprehensive scores

2.7.5 最佳配比復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)性能分析

選取SPS質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%、SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、蒸煮時(shí)間30 min條件制備的復(fù)合凝膠與優(yōu)化制備后的復(fù)合凝膠進(jìn)行質(zhì)構(gòu)對(duì)比。如表16所示，優(yōu)化制備后的凝膠其硬度、彈性、咀嚼性和凝膠強(qiáng)度分別提高了26.88%、10.62%、20.91%和21.30%，均顯著高于優(yōu)化制備前的復(fù)合凝膠。

表16 優(yōu)化后復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)性能分析Table 16 Texture properties of unoptimized and optimized composite gels

2.7.6 最佳配比復(fù)合凝膠掃描電子顯微鏡觀察分析

選取SPS添加量2.5%、SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%、蒸煮時(shí)間30 min制備的復(fù)合凝膠與優(yōu)化制備后的復(fù)合凝膠進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察分析。如圖4所示，優(yōu)化制備前后凝膠微觀結(jié)構(gòu)差異較大。優(yōu)化制備后的復(fù)合凝膠孔隙縮小，結(jié)構(gòu)連續(xù)，較為致密（圖4A）；優(yōu)化制備前的凝膠呈無(wú)規(guī)則多孔結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較疏松，孔隙較大且分布不均（圖4B）?？紫兜奶钛a(bǔ)與SPS和SPI有關(guān)，在復(fù)合凝膠制備過(guò)程中，SPS吸收水分，膨脹釋放出直鏈淀粉與KGM結(jié)合，在交聯(lián)過(guò)程中形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[44]。SPI在Ca(OH)2和加熱條件下變性，與KGM形成交聯(lián)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[45]。優(yōu)化制備后的復(fù)合凝膠體系內(nèi)部相互作用加強(qiáng)，穩(wěn)定性提高。因此，優(yōu)化制備后的配比有效改善了KGM凝膠的結(jié)構(gòu)和性能。

圖4 優(yōu)化制備前后復(fù)合凝膠的掃描電子顯微鏡觀察Fig.4 SEM observation of unoptimized and optimized composite gels

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)和綜合評(píng)分試驗(yàn)設(shè)計(jì)，探究SPS和SPI對(duì)KGM凝膠色澤、質(zhì)構(gòu)特性、凝膠強(qiáng)度、水分分布、持水性、流變學(xué)特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響，得出以下結(jié)論：添加SPS和SPI能夠改善KGM凝膠的外觀和口感，提高凝膠硬度、彈性和咀嚼性；G′和G″增加說(shuō)明提高KGM凝膠黏彈性；顯著提高結(jié)合水的含量。通過(guò)調(diào)整SPS和SPI質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以優(yōu)化KGM凝膠的質(zhì)地、外觀和口感，優(yōu)化配比后的復(fù)合凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密，穩(wěn)定性得到提高。

未來(lái)可以進(jìn)一步研究SPS和SPI對(duì)不同濃度KGM的影響，同時(shí)引入更多測(cè)量性指標(biāo)量化復(fù)合凝膠參數(shù)，探究KGM、蛋白質(zhì)和淀粉之間膠凝機(jī)制，為復(fù)合凝膠的研究應(yīng)用提供更多參考。