圆苞车前子壳粉与瓜尔豆胶复配在增稠组件中的应用

贺玉香1,李雅慧2,吴艳1,李燕3*,宋立华1*

(1.上海交通大学农业与生物学院,上海 200240;2.国家市场监督管理总局食品审评中心,北京 100070;3.上海市市场监督管理局,上海 200040)

摘 要:该研究将瓜尔豆胶与圆苞车前子壳粉(psyllium husk powder,PHP)进行复配,通过单因素试验和正交试验,考察旋转黏度,建立达到中稠和高稠的最佳复配比例为圆苞车前子壳粉∶瓜尔豆胶=7∶8(质量比);进一步考察在不同常规食物温度、放置时间、pH 值、盐浓度介质环境下复配胶的黏度特性,结果表明:在30 ℃~60 ℃、0~5 h、pH3~6 及0.2%~1.0%的食盐浓度范围,复配胶表现出较好的稳定性。圆苞车前子壳粉与瓜尔豆胶复配,不但具有较好的协同增效作用,可使复配胶在不同常规食物温度、放置时间、pH 值及食盐浓度下保持较好的黏度特性,还可增强复配胶的功能营养特性,可作为吞咽障碍病人饮食的功能性增稠组件。

关键词:增稠组件;瓜尔豆胶;圆苞车前子壳粉;复配;黏度特性

随着我国人口老龄化程度上升,吞咽障碍(oropharyngeal dysphagia,OD)在老年人群高发,严重影响老年人的营养状况及身心健康。增稠组件是特殊医学用途配方食品(food for special medical purpose,FSMP)的一个产品类别,主要用于流体食物,提高流体食物的黏稠度或形成凝胶,从而改变食物的物理性状。在流体食物中加入增稠组件能够增加流体食物的黏稠度、降低其流动性,是延长流体食物吞咽时间、降低吞咽安全风险的一种重要方法,也是解决吞咽功能障碍患者进食困难的有效措施之一[1]。有研究表明,对吞咽障碍患者使用食品增稠剂干预饮食,可明显减少误吸、降低吸入性肺炎发生率、改善患者营养状况、提高其生活质量[2-3]。目前我国老年吞咽障碍病人使用增稠液体的研究仍处于起步阶段,因此有必要研究不同类型的增稠组件,以更好地应用于特殊饮食。

目前常用的增稠剂有黄原胶、刺槐豆胶、卡拉胶、瓜尔豆胶等。黄原胶具有极强的亲水性,若搅拌不充分,外层吸水膨胀成胶团,会阻止水分进入里层,需配合高剪切才能更快地达到较高黏度[4]。刺槐豆胶在冷水中只有部分溶解,且黏度较小[5]。研究发现卡拉胶能协同内毒素引起的肠道炎性损伤[6]。瓜尔豆胶属于水溶性聚合物,主要成分为半乳甘露聚糖[7],在低浓度下能形成高黏度的稳定水溶液,具有较强的酸碱稳定性,pH 值在3~11 范围变化对其黏度影响不明显。在酸性条件下,瓜尔豆胶溶液表现出很好的稳定性。瓜尔豆胶溶液对一定浓度的盐(如NaCl、KCl)具有良好的兼容性[8],但瓜尔豆胶对温度的稳定性有待提高。

圆苞车前子膳食纤维含量高达80%以上,可溶性和不可溶性膳食纤维含量比例约为7∶3,对便秘和腹泻有良好的效果[9]。李茂清等[10]用圆苞车前子壳复方治疗老年中风后遗症便秘,与阳性药物对照组相比,圆苞车前子壳复方制剂干预组患者缓泻剂总使用次数明显降低,疗效显著,安全性好,这主要是由于圆苞车前子壳多糖可润滑肠道、促进结肠内容物的推进、增加粪便含水量及体积[11]。此外,富含车前草纤维的固体食物还能强烈地改变胃肠道产生的餐后信号[12]。圆苞车前子多糖是一种阴离子多糖,具有良好的增稠、吸水和凝胶特性[13-14]。本研究将瓜尔豆胶与圆苞车前子壳粉(psyllium husk powder,PHP)进行复配,通过单因素试验和正交试验,考察两种胶体的最佳复配比例,开发功能性增稠组件,并研究温度、放置时间等不同因素对复配胶的影响,以期为开发适合吞咽障碍老年人食用的功能性增稠组件提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

圆苞车前子壳粉(食品级):印度RC 集团;瓜尔豆胶(食品级):广饶六合化工有限公司;样品1、样品2、样品3:市售。

1.2 试验仪器

DV2T 黏度计:美国博勒飞公司;ME3002 天平:梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;HWS-12 电热恒温水浴锅:上海慧泰仪器制造有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 对照样品配制

以样品1、样品2 和样品3 作为对照样品,配制低稠、中稠、高稠样品,加水量均为200 mL,常温水溶解,40 ℃水浴恒温,黏度测定的转子及转速分别为2号转子、60 r/min,每个对照样品的黏度平行测3 次。

对照样品配制方法见表1。

表1 对照样品配制方法
Table 1 Preparation of control samples
g

?

1.3.2 单因素试验

称取一定量瓜尔豆胶,溶于300mL 水,配制0.50%、1.00%、1.50%、2.00%的瓜尔豆胶溶液,边搅拌边慢慢加入,直至溶解完全。溶解后的样品置于40 ℃水浴锅中,用于黏度测试。

称取一定量圆苞车前子壳粉,溶于300 mL 水,配制0.50%、1.00%、1.50%、2.00%的圆苞车前子壳粉溶液,边搅拌边慢慢加入,直至溶解完全。溶解后的样品置于40 ℃水浴锅中,用于黏度测试。

黏度测定的转子和转速分别为2 号转子、60 r/min,每个试验重复3 次。

1.3.3 复配胶条件优化预试验

在明确瓜尔豆胶和圆苞车前子壳粉的浓度-黏度特性的基础上,进行复配胶预试验,称取一定量圆苞车前子壳粉,溶于300 mL 1.00%瓜尔豆胶溶液中,配制0.50%、0.60%、0.70%、0.80%的圆苞车前子壳粉溶液与瓜尔豆胶的复配胶体系,边搅拌边慢慢加入,直至溶解完全。溶解后的样品置于40 ℃水浴锅中,用于黏度测试。每个试验重复3 次。

1.3.4 复配胶配比优化试验

根据1.3.3 预试验结果,分别设计圆苞车前子壳粉和瓜尔豆胶粉的浓度比例,进行复配胶条件优化试试,试验设计见表2。

表2 复配胶体二因素三水平设计
Table 2 Two-factor and three-level design of mixed gum

?

分别称取两种胶体粉末,混合均匀,加入300 mL水,边搅拌边缓慢加入,直至溶解完全。溶解后的样品放在40 ℃水浴锅中恒温,用于黏度测定,每个试验重复3 次,选出最佳瓜尔豆胶和圆苞车前子壳粉复配比例,进行稀释以符合中稠和高稠的浓度范围。

1.3.5 复配胶体在不同条件下的黏度分析

1)浓度-黏度关系分析:考察复配胶体在不同稀释浓度下(90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%)的黏度变化情况。

2)温度-黏度关系分析:考察中稠和高稠两个稀释度的复配胶体在不同温度下(30、40、50、60、70 ℃)的黏度变化情况。

3)放置时间-黏度关系分析:考察中稠和高稠两个稀释度的复配胶体在不同放置时间(1、2、3、4、5 h)的黏度变化情况。

4)食盐浓度-黏度关系分析:考察中稠和高稠两个稀释度的复配胶体在不同食盐浓度下(0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)的黏度变化情况。

5)pH 值-黏度关系分析:考察中稠和高稠两个稀释度的复配胶体在不同pH 值下(3、4、5、6、7)的黏度变化情况。

表3为不同pH 值缓冲溶液的配制方法。

表3 缓冲溶液配制比例
Table 3 Preparation of buffer solution

pH 值 10%柠檬酸溶液/g 10%柠檬酸钠溶液/g 水添加量/mL 3 6.51 1.58 291.910 4.69 4.02 291.289 5 2.66 6.75 290.590 4 6 1.08 8.87 290.049

6)增稠配方在代餐配方中的应用:在发芽糙米代餐配方中,加入不同剂量的复配增稠剂,冲调后的样品放在40 ℃水浴锅中恒温,用于黏度测定,每个样品平行测定3 次。

1.4 数据处理及统计分析

采用Origin 软件绘图,利用IBM SPSS Statistic 23进行统计分析,多组间比较采用单因素ANOVA 统计分析,两组间采用t 检验统计分析。P<0.05 表示组间有显著性差异;P<0.01 表示组间有极显著差异。

2 结果与分析

2.1 对照品黏度测定结果

我国目前没有明确的文件或标准界定食物质构等级及划分标准,临床上多用黏度来衡量增稠液体的流质属性[1,15],因此本研究以市售增稠组件黏度范围为参考依据,以瓜尔豆胶及圆苞车前子壳粉为原料,研究二者复配的黏度特性。

首先根据老年人流质饮食适宜温度,在40 ℃条件下测定对照品的黏度[16],结果如表4 所示。

表4 对照品不同稠度下黏度测定结果
Table 4 Viscosity determination of control sample at different consistencies mPa·s

?

由表4 可知,综合3 种参照品的黏度测定结果,本试验低稠、中稠及高稠范围分别为低稠黏度85 mPa·s~490 mPa·s、中稠黏度500 mPa·s~990 mPa·s、高稠黏度1 000 mPa·s~1 550 mPa·s。

2.2 单因素试验结果

根据对照样品低稠、中稠及高稠的黏度范围,研究不同浓度下单一组分的黏度,结果如表5 所示。

表5 不同浓度瓜尔豆胶及圆苞车前子壳粉黏度测定结果
Table 5 Viscosity determination of guar gum and psyllium husk powder with different concentrations

黏度/mPa·s瓜尔豆胶 圆苞车前子壳粉浓度/%0.5 57±3 43±0 1.0 615±9 235±18 1.5 2 302±10 704±132 2.0 6 674±512 2 254±333

由表5 可知,在相同浓度下圆苞车前子壳粉的黏度低于瓜尔豆胶。

2.3 复配胶条件优化试验结果

根据单因素试验中瓜尔豆胶和圆苞车前子壳粉的浓度-黏度特性,即瓜尔豆胶在1.50%浓度下即可超过高稠黏度,1.00%的瓜尔豆胶黏度表现为中稠特性,而圆苞车前子壳粉黏度为1.50%时表现为中稠特性。因此,从节约实际成本的角度考虑,本研究选择1.00%的瓜尔豆胶为基础,通过复配0.60%、0.70%、0.80%浓度的圆苞车前子壳粉,观察复配胶的黏度特性。结果如表6 所示。

表6 复配胶条件优化试验结果
Table 6 Optimization results of compounded system

圆苞车前子壳粉浓度/% 平均黏度/(mPa·s)0.50 1 877±46 0.60 2 155±91 0.70 2 457±164 0.80 2 652±83

由表6 可知,以1.00%的瓜尔豆胶为基础,复配较低浓度的圆苞车前子壳壳粉即可获得高稠特性的复配胶。

根据单因素试验和复配预试验结果,为进一步优化复配胶比例,以高稠黏度范围为依据进行复配胶配比优化(两两组合)试验,结果如表7 所示。

表7 复配胶配比优化试验结果
Table 7 Results of two-factor and three-level orthogonal test

?

从表7 可以看出,配方1、配方2 和配方4 黏度均在高稠范围内,考虑到配方4 稳定性和重复性较好,选择配方4 作为最佳胶体复配比例,即圆苞车前子壳粉:瓜尔豆胶=7∶8(质量比)进行后续试验。

2.4 复配胶体黏度特性分析

2.4.1 浓度对复配胶黏度的影响

浓度对单一胶体及复配胶黏度的影响如图1 所示。

图1 浓度对复配胶黏度的影响
Fig.1 Effect of concentration on the viscosity of mixed gum

由图1 可知,80%稀释浓度复配胶黏度在高稠黏度范围,70%稀释浓度在中稠黏度范围,40%~60%稀释浓度黏度在低稠度范围区间。在较低浓度时,随着浓度增加,溶液的黏度增加,符合牛顿型液体的流变学特点。为进一步分析温度、放置时间、食盐浓度及pH 值对黏度的影响,分别选择增稠组件中较常使用的高稠度和中稠度复配胶进行黏度特性分析,后续试验均采用80%及70%复配胶及相同浓度单一组分作为对比。

2.4.2 温度对复配胶黏度的影响

30 ℃~70 ℃是日常食用习惯里食物的温度范围区间或者冲泡范围区间。本试验考察温度对复配胶(中稠和高稠)及组分圆苞车前子壳粉及瓜尔豆胶黏度的影响,结果如图2 所示。

图2 温度对复配胶黏度的影响
Fig.2 Effects of temperature on the viscosity of mixed gum

由图2 可知,温度在30 ℃~60 ℃范围内,中稠复配胶从30 ℃升温至40 ℃时黏度降低,但仍在中稠范围内,在40 ℃~60 ℃温度范围内,其黏度无明显变化;高稠度复配胶黏度在30 ℃~60 ℃区间随温度升高无明显变化,体现出复配胶黏度在一定温度范围内的稳定性。圆苞车前子壳粉黏度在30 ℃~60 ℃温度范围内随温度升高无显著变化,黏度在50 mPa·s 左右的范围内。

在70 ℃时,中稠和高稠复配胶黏度均低于30 ℃时的黏度,但仍分别处于中稠及高稠范围;圆苞车前子壳粉的黏度则增加至180 mPa·s 左右。

图3 为不同温度条件圆苞车前子壳粉黏度测定转子状态对比。

图3 不同温度下圆苞车前子壳粉溶液黏度测试转子状态
Fig.3 Rotor status of psyllium husk powder viscosity at different temperatures

由图3 可知,在70 ℃时,圆苞车前子壳粉溶液黏在黏度计的转子上,而30 ℃~60 ℃温度区间测试过程中,并无此现象。在30 ℃~70 ℃温度范围内,瓜尔豆胶黏度随温度升高而下降,这与已有研究结果一致[17]。以上结果表明,圆苞车前子壳粉与瓜尔豆胶复配使用可降低增稠组件对温度的敏感度,较好地维持黏度特性。

2.4.3 放置时间对复配胶黏度的影响

放置时间对单一胶体及复配胶黏度的影响如图4所示。

图4 放置时间对复配胶黏度的影响
Fig.4 Effects of time on the viscosity of mixed gum

从图4 可以看出,中稠复配胶黏度放置1 h 后黏度增加,放置2 h~3 h,黏度较稳定,无明显变化,放置4 h~5 h 后黏度下降;与中稠复配胶类似,高稠复配胶放置3 h,黏度无显著变化,放置4 h~5 h 时黏度降低,但最终黏度仍在中稠及高稠范围。圆苞车前子壳粉黏度在0~3 h,随着放置时间的延长其黏度呈增加趋势,继续放置则无明显变化。瓜尔豆胶随着放置时间的延长其黏度呈增加趋势,放置4 h 瓜尔豆胶的黏度明显增加,继续放置则变化不显著。

研究结果表明圆苞车前子壳粉与瓜尔豆胶复配,可使复配胶在一定放置时间(0~5 h)内较好地维持增稠体系的黏度,而0~5 h 可满足老年人的常规食物进食时间。

2.4.4 pH 值对黏度的影响

增稠组件通常应用于pH 值中性或酸性食品环境,因此本研究进一步考察不同pH 值对复配胶黏度的影响,结果如图5 所示。

图5 pH 值对复配胶黏度的影响
Fig.5 Effects of pH on the viscosity of mixed gum

由图5 可知,在pH3~6 范围内,低稠及高稠复配胶黏度基本无明显变化,但pH 值增加至7 时,黏度增加;圆苞车前子壳粉黏度变化跟复配胶体变化趋势类似;瓜尔豆胶在不同pH 值中虽有波动,但无明显差异,表明复配胶在酸性食品环境可较好地维持黏度的稳定性。

2.4.5 食盐浓度对复配胶黏度的影响

食盐是常用的必需调味料,因此本研究考察了食盐浓度对圆苞车前子壳粉与瓜尔胶复配胶黏度的影响,结果如表8 所示。

表8 食盐浓度对复配胶黏度的影响
Table 8 Effects of salt concentration on mixed gum mPa·s

注:同行不同字母表示差异显著,P<0.05。

?

从表8 可以看出,食盐对复配胶及圆苞车前子壳粉的黏度有一定影响,加入0.2%的食盐时,黏度均显著降低(P<0.05),当食盐浓度增加至0.4%时,二者黏度无显著变化,再继续增加,呈迟缓降低趋势。瓜尔豆胶在本试验食盐浓度范围(0.2%~1.0%)内,黏度较稳定,将圆苞车前子壳粉与瓜尔豆胶复配,可充分发挥两个组分各自的优势,一方面增强了复配胶在食盐作用下黏度的相对稳定性,另一方面还可增强复配胶的功能特性。

2.5 复配胶在糙米粉配方食品中的应用

添加不同浓度的复配增稠剂对糙米粉配方食品的黏度影响如表9 所示。

表9 不同浓度复配增稠剂对糙米粉配方食品黏度的影响
Table 9 Effects of different concentrations of compound thickeners on the viscosity of brown rice flour formula food

注:糙米配方食品含部分稳定增稠剂。

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从表9 可以看出,随着复配增稠剂浓度增加,糙米粉配方的黏度增大,起到了很好的增稠作用,无添加增稠剂的糙米粉黏度在低稠度范围内,添加1.0%及2.0%复配增稠剂的糙米配方食品,黏度分别在中稠度及高稠范围内,添加3.0%复配增稠剂的糙米粉配方,黏度超过了高稠范围。

3 讨论与结论

增稠液体流质属性衡量标准以黏度标准为主,增稠剂类型、组成成分和浓度,被增稠介质质构、唾液、温度、烹制后放置时间等均可影响增稠流体的黏度特性。圆苞车前子壳粉近年来作为新资源食品被开发和利用,瓜尔豆胶是黏度最强的天然胶,本研究将圆苞车前子壳粉与食品加工常用的增稠剂瓜尔豆胶复配,结果表明二者复配表现出与单一组分不尽相同的黏度特性。首先,二者复配表现为较好的协同增效作用;其次,对于多数增稠剂,随着温度升高,分子运动速度加快,增稠剂黏度降低,长时间高温处理会导致瓜尔豆胶本身降解,使黏度下降;此外,在强酸性条件下,大部分胶体水解速度加快,高分子胶体解聚时,黏度也会下降[18],一般在pH3.5~6.0 范围内,瓜尔豆胶的黏度会随pH 值的降低有所降低[19],瓜尔豆胶与圆苞车前子壳粉复配后,复配胶(尤其是高稠度情况下)在30 ℃~60 ℃及pH3~6 范围表现出较好的稳定性。增稠过程涉及构象无序链的非特异性缠结结构化胶凝。多糖分散体的黏度主要来自于构象无序的无规卷曲的物理缠结[20],瓜尔豆胶与圆苞车前子壳粉多糖复配可能增加了这种构象的无序状态,导致二者复配的协同增效作用,并在一定温度和pH 值条件下保持较好的稳定性。

凝胶是介于固体和液体之间的物质形式,凝胶的形成涉及分散体中无规则分散的聚合物链段的缔合,从而形成在空隙中包含溶剂的三维网络。被称为接合区的相关区域可以由两条或更多条聚合物链形成。胶凝过程本质上是这些连接区的形成,网络中这些连接区的物理排列可能会受到各种参数(如离子的存在以及增稠剂的固有结构)的影响。本研究结果表明复配胶在0.2%~1.0%的食盐溶液中保持较好的稳定性,这可能与瓜尔豆胶具有良好的无机盐类兼容性能和耐受性有关[20]。因此,将瓜尔豆胶与圆苞车前子壳粉复配,可发挥二者的优势,一方面复配胶在常规食物温度、放置时间、pH 值、盐浓度介质环境下具有较好的黏度稳定性,另外还具有一定的功能特性,可作为吞咽障碍病人饮食的功能性增稠组件。

本研究将圆苞车前子壳粉与瓜尔豆胶复配,具有较好的协同增效作用,可使复配胶在不同温度、pH 值及食盐浓度下保持较好的黏度特性,同时由于圆苞车前子壳粉对便秘和腹泻有良好的效果,还可增强复配胶的功能营养特性,可作为吞咽障碍病人饮食的功能性增稠组件。

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Application of the Compound of Psyllium Husk Powder and Guar Gum in Thickening Components

HE Yu-xiang1,LI Ya-hui2,WU Yan1,LI Yan3*,SONG Li-hua1*
(1.College of Agriculture and Biology,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China;2.Center for Food Evaluation of State Administration for Market Regulation,Beijing 100070,China;3.Shanghai Municipal Administration for Market Supervision,Shanghai 200040,China)

Abstract:In the present study,guar gum and psyllium husk powder were mixed,and viscosity was analyzed by the single factor experiment and orthogonal experiment.The optimal mixture mass ratio was psyllium husk powder:guar gum=7∶8.Furthermore,the viscosity properties of the mixed gum were investigated under different conventional food temperature,storage time,pH value,and salt concentration. The results showed that the compound demonstrated good stability at the temperature of 30 ℃-60 ℃,0-5 h,pH value of 3-6,and salt concentration of 0.2%-1.0%. Combined with the functional properties of the psyllium husk powder,the combination system of the psyllium husk powder and guar gum not only exhibited synergistic effect and good viscosity characteristics under different temperature,storage time,pH value and salt concentration,but also enhanced the functional nutritional characteristics of the compound glue.It can be used as a functional thickening component of the diet of patients with oropharyngeal dysphagia.

Key words:thickening component;guar gum;psyllium husk powder;compound;viscosity

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2023.12.012

基金项目:上海市科技兴农项目(2019-02-08-00-08-F01154)

作者简介:贺玉香(1984—),女(汉),硕士研究生,研究方向:食品加工与营养。

*通信作者:李燕(1976—),女(汉),博士,研究方向:特殊食品与营养;宋立华(1970—),女(汉),教授,研究方向:食品加工与营养。

引文格式:

贺玉香,李雅慧,吴艳,等.圆苞车前子壳粉与瓜尔豆胶复配在增稠组件中的应用[J].食品研究与开发,2023,44(12):82-88.

HE Yuxiang,LI Yahui,WU Yan,et al. Application of the Compound of Psyllium Husk Powder and Guar Gum in Thickening Components[J].Food Research and Development,2023,44(12):82-88.

加工编辑:张璐

收稿日期:2022-02-27