葵盤果膠與羧甲基纖維素鈉復配及其在果醬中的應用

王 璐，葉玉穩，胡國華,2,*

(1.華東理工大學 生物工程學院，上海 200237；2.華東理工大學 蘇州工程技術研究院/食品技術研究中心，江蘇 蘇州 215011)

葵盤果膠(sunflower head pectin，SFHP)是從向日葵葵盤中(葵盤果膠質量分數為17%～25%)提取得到的一種低酯果膠(酯化度低于50%)，原料來源廣泛[1-3]。與高酯果膠主要用于高糖類食品不同，低酯果膠的凝膠主要依賴于Ca2+、Cu2+等二價金屬陽離子，且在有無固形物條件下均能形成性質優良的凝膠[4-5]。目前食品、化學等工業應用中主要以高酯果膠為主，但近些年隨著對低糖、低熱食品的需求日益增加，低酯果膠在低糖食品中的應用也越來越多，例如低糖果醬、酸奶、軟糖等。但低酯果膠凝膠在一定Ca2+含量下，易產生凝膠不均勻、脫水收縮、形成預凝膠等問題[6]。

羧甲基纖維素鈉(sodium carboxymethyl cellulose，CMC)是一種由天然纖維素經化學改性后得到的水溶性纖維素醚[7]，常在食品中用作增稠劑、穩定劑、乳化劑等，但其本身不具有凝膠特性。CMC常與其他膠進行復配，如CMC和結冷膠復配可提高凝膠彈性和內聚性[8]，與果膠復配可以提高飲料的穩定性等[9]。一些研究將CMC與低酯果膠復配應用在獼猴桃復合果醬中[10]，或研究CMC對低酯果膠流變學及凝膠形成的影響[11]，而目前關于CMC與葵盤果膠復配凝膠性質的研究與實際應用少有報道。本文在葵盤果膠凝膠性質的基礎上，研究CMC與葵盤果膠復配的凝膠性質，并將其應用在蘋果果醬的制備中，以期為低酯果膠的應用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

葵盤果膠(食品級)，內蒙古康斯特生物科技有限公司；羧甲基纖維素鈉(食品級)，重慶力宏精細化工有限公司；無水氯化鈣、一水合檸檬酸、檸檬酸鈉，均為分析純，上海凌峰化學試劑有限公司；蘋果(食品級)，山東產，市售；白砂糖(食品級)，符合GB/T 317—2018優選級標準。

1.2 儀器與設備

FA1204B型電子天平，上海精科天美科學儀器有限公司；HHS- 21- 4型數顯恒溫水浴鍋，上海博迅實業有限公司醫療設備廠；PHS- 3C型pH計，上海佑科儀器儀表有限公司；XW- 80A型旋渦混合器，上海精科實業有限公司；TDZ4- WS型臺式高速離心機，湘儀離心機儀器有限公司；LFRA 4500型質構儀，美國博勒飛公司。

1.3 實驗方法

1.3.1葵盤果膠及其復配凝膠的制備

1.3.1.1 葵盤果膠凝膠的制備

準確稱量一定質量的葵盤果膠，精確至0.000 1 g，加入適量水于60 ℃條件下進行充分溶解。80 ℃條件下，按照每克葵盤果膠添加40 mg CaCl2的比例加入CaCl2，即CaCl2添加量為40 mg/g，快速混勻，定容。靜置至室溫，置于4 ℃下貯存24 h，即制備得到不同葵盤果膠含量的凝膠[12]。按照上述方法制備不同CaCl2含量、pH值、糖添加量的葵盤果膠凝膠。

1.3.1.2 葵盤果膠與CMC復配凝膠的制備

根據葵盤果膠與CMC質量比為10∶0、10∶1、10∶2、10∶3、10∶4、10∶5，準確稱量葵盤果膠與CMC，利用旋渦混合器將兩者充分混勻，加入適量水于60 ℃條件下充分溶解。復配膠溶液于80 ℃、CaCl2添加量為60 mg/g條件下，快速混勻，定容。靜置至室溫，置于4 ℃下貯存24 h。即制備得到不同配比的葵盤果膠與CMC復配凝膠。

1.3.2凝膠性質的測定

1.3.2.1 凝膠質構性能測定

測試條件[13]：測試探頭直徑12.7 mm，測試模式為TPA模式，測試速度0.5 mm/s，測試距離4 mm，觸發點為4 g。比較不同凝膠質構性能(凝膠強度、彈性、膠黏性、咀嚼性、黏結性)，進行3次重復實驗，計算平均值。

1.3.2.2 凝膠持水能力測定

凝膠于4 ℃貯存96 h后，稱量約10 g，精確至0.01 g。4 000 r/min離心30 min，去除上清液，計算凝膠質量差，根據式(1)確定凝膠的持水能力(water holding capacity，WHC)[14-15]。進行3次重復實驗，計算平均值。

(1)

式(1)中：m0,空白離心管質量，g；m1，裝入凝膠后離心管質量，g；m2，離心并去除上清液后離心管質量，g。

1.3.3蘋果果醬的制備

添加葵盤果膠及其復配凝膠的蘋果果醬的制備工藝見圖1[16-17]。

圖1 蘋果果醬的制備工藝Fig.1 Flowchart of apple jam making processes

1.3.4蘋果果醬品質評價

1.3.4.1 蘋果果醬感官評價

10名感官評價小組成員，根據蘋果果醬感官評價表(見表1)對果醬風味、色澤、口感、組織狀態進行打分。每項感官評價指標滿分均為10分，感官評價總分根據式(2)確定，計算平均值[18]。

表1 蘋果果醬感官品質評價Tab.1 Sensory evaluation of apple jam

感官品質得分=風味得分×20%+色澤得分×20%+口感得分×40%+組織狀態得分×20%。

(2)

1.3.4.2 果醬質構性能的測定

測定條件同1.3.2.1節，比較不同配方果醬的凝膠強度。進行3次重復實驗，計算平均值。

1.4 數據處理

實驗所得數據采用SPSS 18.0統計軟件進行方差分析，利用Origin 8.5繪圖，各實驗組間采用單因素方差分析法，P<0.01表示具有極顯著差異，實驗數據用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 單一葵盤果膠凝膠的凝膠性質

葵盤果膠作為一種低酯果膠，形成凝膠必要的因素是存在Ca2+，且葵盤果膠的凝膠強度與果膠含量、Ca2+含量、pH值、糖添加量均存在一定的關系(見圖2)。

圖2 各因素對葵盤果膠凝膠強度的影響Fig.2 Effect of different factors on gel strength of SFHP

在一定葵盤果膠含量范圍內，葵盤果膠的凝膠強度隨其含量的增加而增大，這主要是由于葵盤果膠分子與Ca2+在合適的比例條件下能形成較為穩定的網絡結構，隨著葵盤果膠含量的增加，形成的網絡結構數量增加，故而凝膠強度增大[19]。由于葵盤果膠含量過高時，會使葵盤果膠分子與Ca2+交聯不充分，使得凝膠結構不均勻，凝膠質地變脆，故隨著葵盤果膠含量的繼續增加，其凝膠強度反而降低。且葵盤果膠含量過高，凝膠過程中會產生預凝膠現象，不利于葵盤果膠凝膠的制備[20]。

Ca2+含量增加時，葵盤果膠的凝膠強度增大，當CaCl2為60 mg/g時，凝膠強度達到最大，但CaCl2含量繼續增加會降低凝膠強度，這可能是由于CaCl2含量增加，在一定程度上可以增強葵盤果膠分子與Ca2+的交聯作用，使得Ca2+與葵盤果膠分子之間交聯形成的網絡結構數量增加、結構更加致密，致使凝膠強度增大[21]。CaCl2添加量大于60 mg/g時，凝膠強度降低主要是由于過量的Ca2+會破壞果膠分子與Ca2+已經形成的配對結構，使得網絡結構的數目及結合的果膠分子之間的穩定性降低，從而導致凝膠強度降低[22]。

不同pH值會對葵盤果膠主鏈上羧基的解離程度產生影響。pH值較低時，葵盤果膠主鏈上的羧基解離程度低，葵盤果膠鏈中COO-數量較少，導致Ca2+與COO-作用的位點數量降低，故形成的網絡結構的數量較少，凝膠強度較小。pH值較高時，葵盤果膠主鏈上的羧基解離程度高，與Ca2+的作用位點顯著增加，網絡結構的數量較多，但隨之葵盤果膠分子之間的靜電排斥作用增強，且靜電排斥作用的效應大于解離羧基與Ca2+相互作用的效應，故凝膠強度也較低[22]。當pH值為2.6時，葵盤果膠的凝膠強度達到最大。

可溶固形物含量的高低是葵盤果膠形成凝膠的非必要條件。在一定程度上，可溶固形物糖的添加會降低葵盤果膠凝膠的強度，不利于葵盤果膠形成凝膠。這可能是由于糖的羥基與葵盤果膠鏈上的未解離羧基及甲氧基產生氫鍵作用，從而葵盤果膠分子與Ca2+的相互作用降低，最終導致添加糖的葵盤果膠凝膠強度明顯低于未添加糖的凝膠強度[23]。糖的添加量由10 g/100 mL增加至20 g/100 mL時，凝膠強度增大；而糖的添加量大于20 g/100 mL，其凝膠強度反而降低，這可能是由于糖會產生競爭性的氫鍵作用，從而降低凝膠強度[24]。

綜上所述，1.4 g/100 mL的葵盤果膠，在CaCl2添加量60 mg/g，pH值2.6時，凝膠強度可達到最大值。

2.2 葵盤果膠與CMC復配凝膠的凝膠性質

葵盤果膠與CMC進行復配，在配比為10∶1至10∶4時，CMC加入至葵盤果膠中會增加其凝膠強度，見圖3。主要是由于CMC分子中存在大量的羥基，與葵盤果膠分子之間易形成氫鍵，且隨著CMC比例增加，氫鍵數量增加，使得復配凝膠體系中的網絡結構增強，故而凝膠強度增加[10]。其中，當配比為10∶4時，復配凝膠的凝膠性質最佳。

圖3 復配凝膠的凝膠強度與持水能力變化Fig.3 Effect of different ratio on gel strength and WHC of mixed gel

當m(SFHP)∶m(CMC)為10∶5時，CMC的加入會降低葵盤果膠的凝膠強度，這可能是由于CMC分子中的羧基與葵盤果膠分子競爭Ca2+，使得葵盤果膠與Ca2+形成的網絡結構減少，從而導致復配凝膠的強度減小[25]。故葵盤果膠與CMC的復配比為10∶1至10∶4，在食品中具有應用價值。

葵盤果膠與CMC配比為10∶1至10∶5時，隨著CMC比例增加，復配凝膠的持水能力增加，這主要是由于CMC與葵盤果膠分子形成的網絡結構將水分子鎖定在該復配凝膠網絡結構中，并且在一定程度上降低了水的流動性，同時致使葵盤果膠與CMC復配凝膠體系結構更加致密，故在高速離心條件下，凝膠的持水能力提高。另外復配凝膠的彈性、咀嚼性、膠黏性、黏結性測定結果見表2。

表2 不同配比對復配凝膠凝膠性質的影響Tab.2 Effects of different ratio on properties of mixed gel

不同字母表示同列數據之間差異極顯著(P<0.01)。

2.3 葵盤果膠在蘋果果醬中的應用

將葵盤果膠應用在蘋果果醬中，葵盤果膠含量與CaCl2含量對蘋果果醬凝膠強度的影響見圖4。隨著葵盤果膠質量分數的增大，果醬的凝膠強度增大；但當葵盤果膠質量分數高于1.0%時，果醬的感官評價得分顯著降低(見表3)，這主要是由于葵盤果膠含量增大一方面會影響果醬的口感，導致果醬的凝膠口感嚴重，另一方面致使果醬在短時間內汁液流失嚴重，醬體呈現部分流散狀態，從而降低果醬的感官品質。故高質量分數的葵盤果膠不利于蘋果果醬的制備。

圖4 蘋果果醬的凝膠強度隨葵盤果膠和CaCl2含量的變化Fig.4 Effects of SPHP and CaCl2 concentration on gel strength of apple jam

表3 葵盤果膠含量對蘋果果醬感官品質的影響Tab.3 Effects of SFHP concentration on sensory quality of apple jam

不同字母表示同列數據之間差異極顯著(P<0.01)。

在CaCl2質量分數為0.06%時，蘋果果醬的凝膠強度達到最大、感官評價得分最高(見表4)，與理論上葵盤果膠和CaCl2最佳配比相一致。CaCl2含量繼續增加對果醬的凝膠強度與感官品質均呈負作用，高質量分數的CaCl2會導致預凝膠的形成以及造成凝膠網絡結構的破壞，使凝膠強度降低，且醬體的汁液流失會在一定程度上影響果醬的感官品質。

表4 CaCl2含量對蘋果果醬感官品質的影響Tab.4 Effects of CaCl2 concentration on sensory quality of apple jam

不同字母表示同列數據之間差異極顯著(P<0.01)。

pH值與糖的添加量主要影響蘋果果醬的口感，而本實驗研究確定pH值3.0、糖質量分數為25.0%時，果醬酸甜味純正、滋味可口。

綜上所述，單一葵盤果膠制備果醬時，優化配方為葵盤果膠質量分數1.0%、CaCl2質量分數0.06%、pH值3.0、糖質量分數25.0%，但該配方制備得到的果醬凝膠強度略低。

2.4 葵盤果膠與CMC的配比優化

葵盤果膠與CMC按照質量比10∶0、10∶1、10∶2、10∶3、10∶4進行溶解并應用于果醬的制備中。葵盤果膠與CMC不同配比對果醬凝膠強度、感官品質的影響見表5。當配比為10∶1時，果醬的凝膠強度、口感、組織狀態與其他組均存在極顯著性差異(P<0.01)，而其風味與色澤較其他組無顯著差異。在該配比條件下，制備得到的果醬凝膠強度高于其他組，且感官品質明顯優于其他組。當配比為10∶2、10∶3、10∶4時，果醬的凝膠強度略低于不添加CMC組。

表5 葵盤果膠與CMC不同配比對果醬品質的影響Tab.5 Effects of different ratio of SFHP and CMC on quality of apple jam

不同字母表示同列數據之間差異極顯著(P<0.01)。*、**表示葵盤果膠質量分數為1.0%、1.4%。

在果醬感官品質方面，當m(SFHP)∶m(CMC)=10∶1時，較單一葵盤果膠(質量分數為1.0%)制備得到的果醬，添加CMC可以改善果醬的口感與組織狀態，制備得到的果醬口感更加細膩，凝膠效果好，汁液流出顯著減少。且該條件下果醬無明顯凝膠口感，凝膠強度高于葵盤果膠質量分數為1.4%時制備得到的果醬。

實驗結果表明，在果醬制備中葵盤果膠與CMC質量比10∶1為優化配比，與復配凝膠的優化復配配比存在差異，這主要是由于復配凝膠以凝膠強度、持水能力等指標進行表征，而蘋果果醬通過風味、色澤、口感、組織狀態等感官品質和凝膠強度對其進行表征，且果醬的表征指標受到果醬和糖的添加、溫度、pH值等諸多因素綜合影響，故兩者的優化配比存在差異。

綜上所述，m(SFHP)∶m(CMC)為10∶1時，果醬的凝膠強度達到最大值(40.55±0.68)g/cm2，且此時果醬的感官品質較優。

3 結 論

本文研究單一葵盤果膠凝膠以及與CMC復配對凝膠性質的影響，并將其應用在蘋果果醬中。研究結果表明在1.4 g/100 mL葵盤果膠、60 mg/g CaCl2、pH值2.6且不添加糖時，凝膠強度較佳。葵盤果膠與CMC復配比為10∶1至10∶4時均可提高葵盤果膠凝膠強度，且協同增效效果呈上升趨勢。將配比10∶1至10∶4的復配凝膠應用于果醬制備中，并與添加單一葵盤果膠凝膠的果醬進行對比，確定復配凝膠在蘋果果醬中的優化配方為m(SFHP)∶m(CMC)=10∶1、CaCl2質量分數0.06%，果醬感官品質較佳，凝膠強度達到(40.55±0.68)g/cm2。該研究期望為葵盤果膠及其復配凝膠在食品中的應用提供理論依據。