檸檬酸及單糖復合鉀離子對大豆種皮多糖凝膠性質的影響

劉俊山，李清華，朱丹實，王 勃，何余堂，馬 濤，劉 賀

（渤海大學化學化工與食品安全學院，食品科學研究院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧省食品貯藏加工及質量安全控制工程技術研究中心，遼寧 錦州 121013）

檸檬酸及單糖復合鉀離子對大豆種皮多糖凝膠性質的影響

劉俊山，李清華，朱丹實，王 勃，何余堂，馬 濤，劉 賀*

（渤海大學化學化工與食品安全學院，食品科學研究院，遼寧省食品安全重點實驗室，遼寧省食品貯藏加工及質量安全控制工程技術研究中心，遼寧 錦州 121013）

主要考察葡萄糖、果糖、山梨醇等單糖、檸檬酸與鉀離子對大豆種皮多糖凝膠的透明度、持水性及凝膠強度的影響。通過Design-Expert軟件的分析結果表明：大豆種皮多糖質量濃度對凝膠的持水能力、透明度以及凝膠強度均產生顯著影響；檸檬酸對凝膠透明度的影響顯著；葡萄糖質量濃度對持水性和凝膠強度影響顯著，對透明度的作用不顯著；果糖的添加對透明度有改善作用；山梨醇的添加促使大豆多糖的凝膠強度與持水能力較好，但凝膠透明度較差，大豆種皮多糖質量濃度為3.00 g/100 mL，鉀離子濃度為0.20 mol/L和檸檬酸質量濃度為0.75 g/100 mL時，山梨醇質量濃度為2.50 g/100 mL條件下的凝膠持水力、強度均達到最大，分別為98%、37.74 g。

大豆多糖；葡萄糖；果糖；山梨醇；持水性；透明度；凝膠強度

果膠因其凝膠特性在食品、醫藥、紡織、化妝品工業及其他領域中都有廣泛的應用[1-3]。周艷紅[4]、鄭建仙[5]、孫元琳[6]、劉賀[7-10]和Gnanasambandam[11]等對大豆種皮多糖尤其是對大豆種皮的提取和性質進行了相關考察，對凝膠性質也做了初步分析。國外學者研究了單價陽離子Na+與K+對果膠凝膠性質的影響，結果表明添加K+的凝膠強度要好于Na+的凝膠強度[12-13]。近幾年國內外對食用膠的復配也倍加關注[2,14-15]，但主要集中于蔗糖與其他食用膠之間的復配[16-17]，對大豆多糖與果糖、葡萄糖及山梨醇單糖物質的復配效果卻鮮有報道。本實驗主要研究酸及單糖復合鉀離子對大豆種皮多糖持水能力、透明度及凝膠強度特性的影響，為開發這種新型的復合膠、拓寬大豆種皮多糖的應用領域提供有益的參考，從而為工業化應用大豆種皮多糖提供有力的支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆皮，采購自錦州大豆皮經銷公司。

葡萄糖（分析純） 天津市天力化學試劑有限公司；D-果糖（分析純） 天津市化學試劑廠；山梨醇（分析純） 連云港羅蓋特精細化工有限公司；99%乙醇、草酸銨（分析純） 天津市致遠化學試劑有限公司；KCl（分析純） 天津市大茂化學試劑廠；檸檬酸（分析純） 天津市風船化學試劑科技有限公司。

1.2 儀器與設備

RRH-100萬能高速粉碎機 歐凱萊英（香港）公司；JJ-1精密增力電動攪拌器 金壇市鑫鑫實驗儀器廠；電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科技有限公司；L-535R離心機 上海五久自動化設備有限公司；RE-3000旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器廠；PHS-3CW pH計 上海般特有限公司；HHS-2S電子恒溫不銹鋼水浴鍋 上海市南陽儀器有限公司；SZ-1快速混勻器江蘇金壇江南儀器廠；SH-3雙顯恒溫加熱磁力攪拌器北京金紫光科技發展有限公司；循環水式多用真空泵鄭州長城科工貿有限公司；RS-232精密電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司；AR224CN電子天平 奧豪斯儀器（上海）有限公司；TA-XTPluS質構儀 北京超技儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 大豆多糖的制備

參考劉賀等[18]的大豆種皮果膠類凝膠多糖的制備方法。

1.3.2 大豆多糖溶液的制備

分別配制質量分數為4%的大豆多糖儲備液、1.20 mol/L的氯化鉀儲備液、質量分數為12%的檸檬酸儲備液，根據具體實驗條件在使用前稀釋。分別向稀釋好的大豆多糖溶液中加入氯化鉀使其濃度達到0.2 mol/L、檸檬酸以及不同的單糖溶液（葡萄糖、果糖、山梨醇），在高溫下充分混勻。

1.3.3 大豆多糖凝膠持水能力測定[7]

將制備的凝膠溶液1.00 mL左右加入到2.00 mL塑料離心管中，待其凝膠后，于4 000 r/min離心30 min，吸去上層水，測量質量差，持水力（water holding capacity，WHC）計算公式如下。

式中：m0為空離心管質量/g；m1為離心前裝有凝膠的離心管質量/g；m2為吸去水分后離心管質量/g。

1.3.4 大豆多糖凝膠透明度實驗

將制備的凝膠溶液取2.00 mL加入到比色皿中，待其靜置一夜后，用721分光光度計進行測試，透明度以490 nm波長處吸光度表示。

1.3.5 大豆多糖凝膠強度實驗

將不同濃度的大豆多糖凝膠溶液倒入10.00 mL燒杯中冷卻，室溫放置觀察大豆多糖凝膠情況。質構儀參數：選擇P/0.5探頭，設置觸發力為5.00 g，探頭下降速率為1.50 mm/s，下壓距離為10.00 mm。

1.4 數據處理

利用Design-Expert 8.0軟件（試用版）對實驗數據進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 檸檬酸與葡萄糖及復合鉀離子對大豆多糖凝膠性質的影響

表1 檸檬酸與葡萄糖對大豆多糖凝膠性質的配制組別及結果Table 1 Effect of citric acid combined with glucose at different concentrations on properties of soybean pectin gel

表2 方差分析及參數估計表Table 2 Analysis of variance for combinations of citric acid with glucoseTable 2 Analysis of var

多糖凝膠的持水力是指凝膠體系網狀結構束縛水分能力的特性，持水力會影響產品的質構特性和加工損失[19]。食品的質構特性同樣對消費者的感官接受性有較大影響，本實驗研究了添加不同物質對所形成凝膠力學性質的影響，主要考察凝膠強度。由表1可知，當大豆多糖質量濃度為3.00 g/100 mL，檸檬酸質量濃度為0.75 g/100 mL，葡萄糖質量濃度為2.50 g/100 mL時，持水力與凝膠強度值都偏高，但同時透明度也偏高。由表2可知，模型持水力、透明度與凝膠強度的F值分別為47.86、94.85、101.32＞F0.05，表明實驗初始階段的方案設計是具備可行性的。大豆多糖質量濃度與持水性、透明度與凝膠強度均呈高度顯著正相關（P＜0.001），可能是因為當大豆多糖質量濃度逐漸增加時，體系中的多糖分子逐漸增多，網狀結構在增加，對束縛水分子的能力在增強，此時主要是靠氫鍵與疏水相互作用產生的凝膠體系。澄清度是影響感官評定的一個非常重要的指標[7]。檸檬酸質量濃度只對凝膠透明度有顯著影響（P＜0.05），其原因可能在于，檸檬酸在體系中只是起到了輔助性的作用，如降低pH值和提供溶液中的氫鍵，當檸檬酸增加時，增加的氫鍵數目不足以影響持水性和凝膠強度。葡萄糖質量濃度對持水性和凝膠強度影響顯著（P＜0.05），而對透明度的影響作用不顯著。原因可能是由于葡萄糖、果糖與山梨醇具有多羥基的結構對水分子產生了很好的吸附力，從而增強了凝膠的持水能力?？疾靸蓛梢蛩叵嗷プ饔脮r發現，檸檬酸與葡萄糖的結合對增強體系的凝膠效果有一定提升，尤其是對透明度方面起到了高度顯著的影響（P＜0.001）。

2.2 檸檬酸與果糖及復合鉀離子對大豆多糖凝膠性質的影響

表3 檸檬酸與果糖對大豆多糖凝膠性質的配制組別及結果Table 3 Effect of citric acid combined with fructose at different concentrations on properties of soybean pectin gel

由表3可知，當大豆多糖質量濃度為3.00 g/100 mL，檸檬酸為0.75 g/100 mL，果糖為2.50 g/100 mL時，與葡萄糖的凝膠性質相同，持水力與凝膠強度都偏高，但是其透明度也偏高。由表4方差分析可知，持水力、透明度與凝膠強度的F值分別為34.19、89.69、537.50＞F0.05，表明實驗初始階段的設計方案同樣是具備可行性的。由表4參數分析可知，大豆多糖和果糖質量濃度對凝膠持水力均體現正相關作用；而大豆多糖和果糖質量濃度的交互作用對凝膠的持水性卻起到了負相關作用，對其他指標的影響也各有特點，其原因較復雜，需要進一步研究其相關機制。

表4 方差分析及參數估計表Table 4 Analysis of variance for combinations of citric acid with fructose

2.3 檸檬酸與山梨醇及復合鉀離子對大豆多糖凝膠性質的影響

表5 檸檬酸與山梨醇對大豆多糖凝膠性質的配制組別及結果Table 5 Effect of citric acid combined with sorbitol at different concentrations on properties of soybean pectin gel

表6 方差分析及參數估計表Table 6 Analysis of variance for combinations of citric acid with sorbitolTable 6 Analysis of vari

由表5可知，當大豆多糖質量濃度為3.00 g/100 mL，檸檬酸為0.75 g/100 mL，山梨醇為2.50 g/100 mL時，大豆多糖的凝膠持水力與凝膠強度最大。可能是因為山梨醇的親水性很強，山梨醇與多糖爭奪水溶劑的趨勢愈加劇烈，多糖與水溶劑水合的程度大大降低，迫使多糖鏈彼此間的距離拉近，從而造成多糖溶液稠度和黏度指標的上升，流動性減弱，再加上金屬離子的作用，使得凝膠強度大大提高[20]。由表6可知，模型透明度的F值為5.45＜F0.05，說明實驗條件對透明度的影響是不顯著的。而在持水力與凝膠強度中，F值分別為14.78、786.12＞F0.05，因此持水力與凝膠強度的模型是顯著的，從參數分析方面來看，山梨醇的添加對透明度有改善作用，而隨著山梨醇的增加持水力和凝膠強度有下降趨勢，原因可能是過多的山梨醇，影響到大豆多糖之間的交聯作用，但適當的添加量可以起到積極的作用。

3 結 論

酸及單糖復合鉀離子的協同作用賦予大豆多糖凝膠體系較好的持水能力、透明度與凝膠強度。山梨醇促使大豆多糖的凝膠強度與持水能力較好，但凝膠透明度較差。葡萄糖則使大豆多糖凝膠的透明度較好。隨著葡萄糖與果糖質量濃度的增加，大豆多糖凝膠強度和持水能力都逐漸增強。隨著山梨醇質量濃度的增加，凝膠強度逐漸減小。檸檬酸在大豆多糖凝膠體系中具有重要作用，隨著檸檬酸質量濃度的增加，凝膠體系逐漸趨于穩定，當檸檬酸質量濃度為0.75 g/100 mL時，山梨醇作用下的多糖凝膠強度及持水力都最大。

[1] 高建華, 戴思齊, 劉家明. 六種果皮原料果膠的理化及凝膠特性比較[J]. 農業工程學報, 2012, 28(16): 288-292.

[2] 張亦瀾. 可溶性大豆多糖在酸性蛋白飲料中的應用研究[D]. 上海:華東師范大學, 2013.

[3] 楊曉泉, 齊軍茹, 司華靜. 大豆多糖的研究進展及在含乳飲料、米面等食品上的應用[J]. 中國食品添加劑, 2008(3): 135-139.

[4] 周艷紅, 金征宇. 大豆皮果膠多糖的提取工藝研究[J]. 食品工業科技, 2004, 25(3): 76-78.

[5] 鄭建仙, 丁霄霖. 大豆膳食纖維化學與工藝學的研究(Ⅱ)化學結構鑒定(上)[J]. 中國糧油學報, 1995, 10(3): 16-22.

[6] 孫元琳, 湯堅. 果膠類多糖的研究進展[J]. 食品與機械, 2004, 20(6): 60-63.

[7] 劉賀, 劉昊東, 郭曉飛. 大豆皮低酯-高酯復合果膠凝膠的持水能力及力學、光學特性[J]. 食品科學, 2010, 31(19): 111-114.

[8] 劉賀, 郭曉飛, 胡洋. 利用大豆皮果膠凝膠包埋保加利亞乳桿菌的初步研究[J]. 乳業科學與技術, 2011, 34(2): 51-54.

[9] 劉賀, 郭曉飛, 劉俊山. 大豆果膠類多糖組成特性及空間結 構的初步解析[J]. 中國糧油學報, 2012, 27(12): 12-16.

[10] LIU He, LI Qinghua, ZHU Danshi. Effects of sucrose and urea o n soy hull pectic polysaccharide gel induced by D-glucono-1,5-lactone[J]. Carbohydra te Polymers, 2013, 98(1): 542-545.

[11] GNANASAMBANDAM R, PROCTOR A.Preparation of soy hull pectin[J]. Food Chemistry, 1999, 65(4): 461-467.

[12] YOO S H, LEE B H, SAVARY B J. Characteristics of enzymatic allydeesterifi ed pectin gels produced in the presence of monovalent ionic salts[J]. Food Hydrocolloids, 2009, 23(7): 1926-1929.

[13] YOO S H, FISHMAN M L, SAVARY B J. Monovalent salt- induced gelation of enzymatically deesterifi ed pectin[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2003, 51(25): 7 410-7417.

[14] KHOTIMCHENKO M, KOVALEV V, KHOTIMCHENKO Y. Equilibrium studies of sorption of lead (ii) ions by different pectin compounds[J]. Journal of Hazardous Materials, 2007, 149(3): 693-699.

[15] BOLAND A B, BUHR K, GIANNOULI P. Infl uence of gelatin, starch, pectin and artifi cial saliva on the release of 11 fl avour compounds from model gel systems[J]. Food Chemistry, 2004, 86(3): 401-411.

[16] 何 東保, 詹東風. 黃原膠與槐豆膠協同相互作用及其凝膠化的研究[J].林產化學與工業, 1998, 18(1): 12-16.

[17] 毛成達, 雷激, 趙麗杰. 低甲氧基果膠凝膠影響因素研究[J]. 食品科技, 2009, 34(4): 100-104.

[18] 劉賀, 朱丹實, 何余堂. 一種大豆種皮果膠類凝膠多糖的制備方法:中國, 201110400583.3[P]. 2012-06-13. .

[19] HUANG Y Q, TANG J M, SWANSON B G. Effect of calcium concentration on textural properti es of high and low acyl mixed gellan gels[J]. Carbohydrate Polymers, 2003, 54(4): 517-522.

[20] 劉剛, 雷激, 芮光偉. 低甲氧基果膠流體質構特性研究[J]. 食品工業科技, 2011, 32(1): 253-255.

Combined Infl uence of Citric Acid, Monosaccharide and Potassium Ion on Properties of Soybean Pectin Gel

LIU Junshan, LI Qinghua, ZHU Danshi, WANG Bo, HE Yutang, MA Tao, LIU He*
(Engineering and Technology Research Center of Food Preservation, Processing and Safety Control of Liaoning Province, Food Safety Key Laboratory of Liaoning Province, Food Science Research Institute, College of Chemistry, Chemical Engineering and Food Safety, Bohai University, Jinzhou 121013, China)

In this manuscript, the combined effects of one of three monosaccharides (glucose, fructose or sorbitol), citric acid and potassium ion (at a fi xed concentration of 0.2 mol/L) on the transparency, water-holding capacity and gel strength of soybean hull pectin were studied. Statistical analysis with Design-Expert software showed that polysaccharide concentration had a signifi cant infl uence on water-holding capacity, transparency and gel strength. The highest water-holding capacity and gel strength (98% and 37.74 g, respectively) were observed for 3.00 g/100 mL soybean hull pectin gel with 0.20 mol/L potassium ion, 0.75 g/100 mL citric acid and 2.50 g/100 mL sorbitol. Citric acid and soluble solids also had signifi cant effects on the transparency. Pectin concentration was correlated negatively with the transparency but positively with the gel strength. Citric acid concentration only affected signifi cantly the gel transparency, while glucose concentration exerted signifi cant effects on both water-holding capacity and gel strength (P < 0.05) but not on the transparency.

soybean pectin; glucose; fructose; sorbitol; water-holding capacity; transparency; gel strength

TS201.7

A

1002-6630（2015）01-0027-04

10.7506/spkx1002-6630-201501005

2014-03-04

國家自然科學基金面上項目（31471621）；國家自然科學基金青年科學基金項目（31201385）；遼寧省高等學校優秀人才支持計劃項目（LR2014034）

劉俊山（1988—），男，碩士研究生，研究方向為糧食油脂與植物蛋白工程。E-mail：1804411203@qq.com

*通信作者：劉賀（1979—），男，副教授，博士，研究方向為食品大分子的結構與功能及其修飾。E-mail：liuhe2069@163.com