κ-卡拉胶与可得然胶复合凝胶脂肪替代物的制备工艺优化

李莲微1,赵毓1,梁鹏1,2 *,姚闽娜1 *

(1.福建农林大学 食品科学学院,福建 福州 350002;2.闽台特色海洋食品加工及营养健康教育部工程研究中心,福建 福州 350002)

摘 要: 为改善κ-卡拉胶在脂肪替代物制备中存在的脆性大、力学性能差和高温易分解等问题,以κ-卡拉胶和可得然胶为原料制备复合凝胶脂肪替代物(compound gel fat substitutes,CGFS),筛选出κ-卡拉胶和可得然胶最佳质量比为3∶7,考察多糖浓度、热处理时间、热处理温度和初始pH 值对κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 质构和持水能力的影响。在此基础上,以硬度为响应值优化κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 的制备工艺。结果表明:κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 的最佳制备工艺为多糖浓度3.4%、初始pH6.3、热处理时间13 min,在此条件下CGFS 硬度值为(2 127.432±0.480) g。

关键词: κ-卡拉胶;可得然胶;质构;持水能力;脂肪替代物

随着人们健康饮食意识的增强,脂肪替代物逐渐发展成为膳食脂肪的理想替代品,其不仅可以减少食品中的总脂肪含量,还可以模仿脂肪的理化特性。碳水化合物基质的脂肪替代物能在保证口感、风味和质地的同时,减少脂肪的含量。在实际生产应用中,可以通过吸水形成凝胶体系使碳水化合物基质的脂肪替代物产生类似脂肪的口感和质地。碳水化合物基质的脂肪替代物种类比较多,包括各种来源的改性淀粉和麦芽糊精、菊粉、食品胶体(果胶、卡拉胶、魔芋胶)、聚葡萄糖和其他膳食纤维等[1]

上述多种碳水化合物中,卡拉胶(carrageenan)是一种硫酸酯线性多糖[2],提取自海藻类植物,按照硫酸酯结合状态的不同,可以将卡拉胶分为κ 型、I 型、λ 型等多种类型。其中由κ-卡拉胶形成的凝胶具有所需浓度低、适用性广和透明度高等优点[3],所以被广泛用作碳水化合物基质的脂肪替代物。然而,κ-卡拉胶也存在凝胶脆性大、力学性能差、易脱液收缩和高温易分解等问题,所得产品蒸煮损失较大,极大降低了产品得率,这限制了κ-卡拉胶在制备脂肪替代物中的使用[4]。有研究表明,可以利用κ-卡拉胶与其他食品胶的协同增效作用来制备复合凝胶,从而解决κ-卡拉胶存在的上述问题[5]。例如,κ-卡拉胶与明胶混合可以增加凝胶的弹性,改善凝胶的口感;加入低甲基化果胶,可以增加凝胶的黏稠度和黏度;添加复合壳聚糖可以增加凝胶的稳定性;羧甲基纤维素和κ-卡拉胶共混,其体系流变特性得到改善;κ-卡拉胶和琼脂复合,可以改善凝胶的结构稳定性[6]

可得然胶(curdlan)是由葡萄糖通过β-D-(1→3)糖苷键形成的线性大分子[7],具有良好的凝胶性、持水性、增稠性,对疏水性物质有着良好的包容性[8]。此外,将可得然胶悬浊液加热至80 ℃以上时,可以形成硬而有弹性的热不可逆性凝胶[9]。这些特性可以很好地弥补κ-卡拉胶在制备脂肪替代物中的局限性。将可得然胶与κ-卡拉胶复合,可以充分利用两者的特性,增强凝胶的硬度,改善凝胶的力学性能和高温易分解等问题,从而改善κ-卡拉胶在制备脂肪替代物时存在的问题,扩大其使用范围。例如,将可得然胶与κ-卡拉胶复合用于制作蛋黄酱,不仅可以提高产品品质,而且还可以改善产品奶油样的口感;在肉制品应用中,所形成的凝胶能够截留大量水分并显著提高肉制品的持水性能,从而降低其蒸煮损失,提高产品得率,改善产品的质构品质[10]

然而,目前鲜有关于可得然胶与κ-卡拉胶复合凝胶脂肪替代物(compound gel fat substitutes,CGFS)的研究报道,本文通过将κ-卡拉胶与可得然胶以不同质量比混合,测定CGFS 的质构特性和持水能力,筛选出最佳混合质量比,并进一步以硬度为响应值,通过响应面法优化CGFS 的制备工艺条件,以期为κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 的开发提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

猪肉背脂:市售;可得然胶、κ-卡拉胶(均为食品级):浙江省杭州鑫尔瑞生物科技有限公司;氢氧化钠、盐酸(均为分析纯):国药集团化学试剂有限公司。

HJ-4A 恒温磁力加热搅拌器:江苏金坛市宏华仪器厂;ST2100 试验室pH 计:奥豪斯仪器(常州)有限公司;DL-5-B 型离心机:上海安亭科学仪器厂;TA-XT Plus型质构分析仪:英国Stable Micro System 公司;AL-104-精密电子天平:广州森美特轻工机械制造有限公司。

1.2 方法

1.2.1 样品制备、质构特性和持水能力测定

1.2.1.1 样品制备

常温下,称取一定量κ-卡拉胶和可得然胶于烧杯中,加入一定量蒸馏水后搅拌均匀至无颗粒,再放入80 ℃水浴中恒温加热搅拌20 min,取出,冷却至室温形成凝胶后,放入4 ℃冰箱中保存24 h 备用。

1.2.1.2 质构特性测定

本试验制备的CGFS 指标优化以猪肉背脂作为参比。测试前将猪肉背脂和CGFS 样品恢复至室温,将样品剪切成2 cm×2 cm×2 cm 的块状,在室温下进行全质构分析(texture profile analysis,TPA)。测量时固定模式和参数如下:探头P/36R;测试前速度1.00 mm/s;测试速度5.00 mm/s;测试距离30.00 mm;返回速度5.00 mm/s;触发力5.00 g;压缩比为75%。每组试验平行3 次,测定猪肉背脂和CGFS 的硬度、弹性、内聚性和咀嚼性。

1.2.1.3 持水能力测定

测试前将样品温度恢复至室温。称取一定量的样品放入15 mL 离心管中,于室温下3 000 r/min 离心15 min,用滤纸吸取CGFS 表面水分后再次称重,每组试验平行3 次,CGFS 持水率计算公式如下。

式中:w 为持水率,%;m0 为离心管的质量,g;m1 为离心前样品和离心管的总质量,g;m2 为离心后样品和离心管的总质量,g。

1.2.2 κ-卡拉胶和可得然胶质量比的选择

取若干个的烧杯,分别称取一定质量的κ-卡拉胶和可得然胶,选取κ-卡拉胶和可得然胶的质量比为1∶9、3∶7、5∶5、7∶3、9∶1,制备总质量分数为2% 的CGFS,其他条件保持一致。测定样品的质构特性和持水能力,以CGFS 的硬度、弹性、内聚性、咀嚼性和持水率为评价指标,选择最佳质量比进行后续试验。

1.2.3 单因素试验

以κ-卡拉胶与可得然胶质量比3∶7 为最佳质量比,其它条件保持一致,分别研究多糖浓度、热处理温度、热处理时间、初始pH 值对CGFS 质构特性和持水能力的影响。

1.2.3.1 多糖浓度对κ-卡拉胶和可得然胶CGFS 质构和持水率的影响

在热处理温度 90.0 ℃、加热时间15.0 min、初始pH7.0 的条件下,分别取多糖浓度为1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%,探究不同多糖浓度对κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 质构特性和持水能力的影响,从而确定最佳的多糖浓度。

1.2.3.2 热处理温度对κ-卡拉胶和可得然胶CGFS 质构和持水率的影响

在多糖浓度3.0%、热处理时间15.0 min、初始pH7.0的条件下,分别取加热温度为80、85、90、95、100 ℃,探究不同热处理温度对κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 质构特性和持水能力的影响,从而确定最佳的热处理温度。

1.2.3.3 热处理时间对κ-卡拉胶和可得然胶CGFS 质构和持水率的影响

在多糖浓度3.0%、热处理温度90.0 ℃、初始pH7.0条件下,分别取热处理时间为5、10、15、20、25 min,探究不同热处理时间对κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 质构特性和持水能力的影响,从而确定最佳的热处理时间。

1.2.3.4 初始pH 值对κ-卡拉胶和可得然胶CGFS 质构和持水率的影响

在多糖浓度3.0%、热处理温度90.0 ℃、热处理时间10.0 min 条件下,分别取初始pH 值为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0,探究不同初始pH 值对κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 质构特性和持水能力的影响,从而确定最佳的初始pH 值。

1.2.4 响应面试验

由单因素试验结果分析可知,CGFS 硬度与猪肉背脂的差距较大,故在单因素试验结果的基础上,采用响应面Box-Behnken 试验设计,选择多糖浓度(A)、初始pH 值(B)、热处理时间(C)为响应面试验因素,以硬度为响应值,开展三因素三水平的响应面设计与分析。响应面试验因素及水平设计如表1 所示。

表1 响应面试验因素水平
Table 1 Factors and levels of response surface methodology

水平-1 0 1因素A 多糖浓度/%2.5 3.0 3.5 B 初始pH 值4.5 6.0 7.5 C 热处理时间/min 7 10 13

1.3 数据统计与分析

所有试验均平行测定3 次,采用SPSS 26.0 软件对数据进行Duncan 检验,多重比较进行差异显著性分析;采用Design-Expert 13.0.14 软件进行响应面分析;采用OriginPro 2018 软件作图,数据以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 猪肉背脂的质构特性数据分析

试验共测试了100 个猪肉背脂样品,对测试所得的猪肉背脂质构特性进行数据统计分析,结果如图1所示。

图1 猪肉背脂质构特性数据统计结果
Fig.1 Statistical results on the textural of back fat of pork

由图1 可知,测试所得的猪肉背脂质构特性数据呈近似正态分布。猪肉背脂的硬度平均值为2 290.34 g,弹性平均值为0.793,内聚性平均值为0.389,咀嚼性平均值为631.21 g。

2.2 κ-卡拉胶和可得然胶质量比的选择

不同质量比的κ-卡拉胶与可得然胶对CGFS 质构和持水能力的影响如表2 和图2 所示。

图2 不同质量比κ-卡拉胶与可得然胶对CGFS 持水能力的影响
Fig.2 Effect of different mass ratios of κ-carrageenan and curdlan on water holding capacity of CGFS

表2 不同质量比的κ-卡拉胶与可得然胶对CGFS 质构的影响
Table 2 Effect of different mass ratios of κ-carrageenan and curdlan on texture of CGFS

注:同列不同小写字母表示有显著性差异(P<0.05)。

κ-卡拉胶和可得然胶质量比1∶9 3∶7 5∶5 7∶3 9∶1硬度/g 1 131.170±0.330e 1 487.022±0.790a 1 268.910±0.401b 1 146.741±0.010c 1 135.36±0.22d弹性0.868±0.330b 0.873±0.120a 0.864±0.201c 0.861±0.090d 0.865±0.720c内聚性0.432±0.290ab 0.419±0.110c 0.427±0.980b 0.433±0.120a 0.432±0.180ab咀嚼性/g 424.162±0.320e 543.932±0.240a 468.141±0.110b 427.522±0.240c 424.260±0.260d

由表2 和图2 可知,不同质量比的κ-卡拉胶和可得然胶CGFS 的质构和持水能力之间差异性显著。当κ-卡拉胶和可得然胶的质量比为3∶7 时,CGFS 的硬度、弹性、咀嚼性和持水率最高,分别为(1 487.022±0.790) g、(0.873±0.120)、(543.932±0.240) g 和96.14%。当κ-卡拉胶和可得然胶的质量比大于3∶7 时,CGFS的硬度、弹性、咀嚼性和持水率逐渐下降。κ-卡拉胶和可得然胶分别形成凝胶所需条件不同,其凝胶特性也不同,如果混合质量比不合适,可能会导致凝胶特性无法达到所需的效果。故选择κ-卡拉胶和可得然胶的质量比3∶7 为最佳质量比进行后续试验。

2.3 单因素试验

2.3.1 多糖浓度对κ-卡拉胶和可得然胶CGFS 质构和持水率的影响

不同多糖浓度对CGFS 质构和持水能力的影响如表3 和图3 所示。

图3 多糖浓度对CGFS 持水能力的影响
Fig.3 Effect of polysaccharide concentrations on water holding capacity of CGFS

表3 多糖浓度对CGFS 质构的影响
Table 3 Effect of polysaccharide concentrations on the texture of CGFS

注:同列不同小写字母表示有显著性差异(P<0.05)。

多糖浓度/%1.5 2.0 2.5 3.0 3.5硬度/g 885.931±0.170e 1 204.381±0.190c 1 506.130±0.110b 1 656.120±0.120a 928.282±0.620d弹性0.861±0.130d 0.865±0.260c 0.881±0.190b 0.894±0.270a 0.855±0.690e内聚性0.395±0.230f 0.412±0.310e 0.431±0.430c 0.435±0.140b 0.449±0.160a咀嚼性/g 301.302±0.210e 429.221±0.110c 571.891±0.320b 644.770±0.130a 356.361±0.540d

由表3 和图3 可知,多糖浓度低于3.0% 时,随着多糖浓度的增加,CGFS 的硬度、咀嚼性、弹性和持水率不断增加,在多糖浓度为3.0%时各指标均达到最大值,分别为(1 656.120±0.120)、(644.770±0.130) g、(0.894±0.270)和96.54%,3.0% 多糖浓度之后CGFS 的硬度、咀嚼性和弹性大幅度下降,内聚性随着多糖浓度的增加逐渐增大。这是由于当多糖浓度过高时,会出现多糖溶解不完全或不均匀的现象[11],导致凝胶形成不完全,从而影响凝胶品质,所以不宜选用过高的多糖浓度进行试验。故选择多糖浓度为3.0%进行后续试验。

2.3.2 热处理温度对κ-卡拉胶和可得然胶CGFS 质构和持水率的影响

不同热处理温度对CGFS 质构和持水能力的影响如表4 和图4 所示。

图4 热处理温度对CGFS 持水能力的影响
Fig.4 Effect of heat treatment temperature on the water holding capacity of CGFS

表4 热处理温度对CGFS 质构的影响
Table 4 Effect of heat treatment temperature on texture of CGFS

注:同列不同小写字母表示有显著性差异(P<0.05)。

热处理温度/℃80 85 90 95 100硬度/g 1 178.402±0.110e 1 447.291±0.120d 1 718.851±0.230c 1 722.402±0.330b 1 728.350±0.220a弹性0.892±0.150a 0.875±0.560b 0.856±0.540c 0.845±0.340d 0.844±0.460d内聚性0.429±0.520a 0.426±0.240b 0.424±0.550c 0.424±0.220c 0.424±0.210c咀嚼性/g 450.941±0.120e 539.481±0.240d 623.850±0.140a 617.102±0.150c 618.501±0.440b

由表4 可知,CGFS 的硬度随着热处理温度的增加呈上升趋势,热处理温度为80~90 ℃时快速上升,90 ℃后缓慢上升。随着热处理温度的增加,弹性逐渐下降;内聚性也随着热处理温度的增加逐渐降低,90 ℃起无显著性变化;咀嚼性随着热处理温度的增加先呈现出上升趋势,在90 ℃时达到最高,为(623.850±0.140) g,而后整体上呈现出缓慢下降趋势。由图4 可知,随着热处理温度的增加,CGFS 的持水率呈逐渐下降的趋势。研究表明,当可得然胶的分散液加热温度到达80 ℃或更高时,可以形成稳定的高热不可逆凝胶[12-14]。随着热处理温度的增加,凝胶形成速率不断加快,CGFS 的硬度和咀嚼性也随之增加,当热处理温度达到90 ℃,CGFS 已形成完全,继续增加热处理温度对CGFS 的形成无明显影响。故选择90 ℃为最佳温度进行后续试验。

2.3.3 热处理时间对κ-卡拉胶和可得然胶CGFS 质构和持水率的影响

不同热处理时间对CGFS 质构和持水能力的影响如表5 和图5 所示。

图5 热处理时间对CGFS 持水能力的影响
Fig.5 Effect of heat treatment time on water holding capacity of CGFS

表5 热处理时间对CGFS 质构的影响
Table 5 Effect of heat treatment time on texture of CGFS

注:同列不同小写字母表示有显著性差异(P<0.05)。

热处理时间/min 5 10 15 20 25硬度/g 1 113.411±0.160e 1 859.081±0.330a 1 801.602±0.240b 1 793.381±0.320c 1 785.042±0.210d弹性0.866±0.520a 0.848±0.330b 0.842±0.530c 0.848±0.310b 0.844±0.210c内聚性0.450±0.340a 0.439±0.490b 0.437±0.570c 0.429±0.220d 0.425±0.710e咀嚼性/g 433.901±0.320e 692.081±0.230a 662.912±0.340b 652.421±0.250c 640.290±0.140d

由表5 可知,热处理时间小于10 min 时,随着热处理时间的延长,CGFS 的硬度、咀嚼性快速增加,10 min 时硬度最高,为(1 859.081±0.330)g;咀嚼性最高为(692.081±0.230) g,这是由于随着热处理时间延长,CGFS 逐渐凝胶完全化。当热处理时间大于10 min时,CGFS 的硬度、咀嚼性随着热处理时间的增加整体上呈现出缓慢降低趋势,这是由于过长的加热时间会导致可得然胶的分子链降解[15-16],从而影响其形成凝胶的品质。随着热处理时间的延长,弹性和内聚性小范围下降,说明热处理时间对弹性和内聚性的影响较小。从图5 中可以看出,热处理时间为10 min 时持水率最高为96.46%,随着热处理时间的延长CGFS 的持水率也逐渐下降。故选择热处理时间10 min 进行后续试验。

2.3.4 初始pH 值对κ-卡拉胶和可得然胶CGFS 质构和持水率的影响

不同初始pH 值对CGFS 质构和持水能力的影响如表6 和图6 所示。

图6 初始pH 值对CGFS 持水能力的影响
Fig.6 Effect of initial pH value on water holding capacity of
CGFS

表6 初始pH 值对CGFS 质构的影响
Table 6 Effect of initial pH value on texture of CGFS

注:同列不同小写字母代表有显著性差异(P<0.05)。

初始pH 值4.0 5.0 6.0 7.0 8.0硬度/g 1 288.641±0.710e 1 486.712±0.110c 1 708.881±0.330a 1 559.403±0.250b 1 447.021±0.220d弹性0.875±0.220a 0.872±0.120bc 0.870±0.230c 0.873±0.290ab 0.875±0.690a内聚性0.425±0.530b 0.427±0.110a 0.424±0.150b 0.419±0.170d 0.421±0.180c咀嚼性/g 479.212±0.360e 553.571±0.310c 630.372±0.540a 570.411±0.220b 533.052±0.110d

由表6 和图6 可知,当初始pH 值在4.0~8.0 时,CGFS 硬度、咀嚼性和持水率随着pH 值的增加整体上呈现出先上升后下降的趋势,当pH 值为6.0 时,CGFS 硬度最高,为1 (708.881±0.330) g;咀嚼性最高为(630.372±0.540) g;持水率最高为96.48%。随着初始pH 值的增加,弹性和内聚性无明显变化,说明初始pH 值对弹性和内聚性的影响较小。研究表明,κ-卡拉胶的凝胶形成受pH 值的影响[17]。在酸性条件下(低pH 值),κ-卡拉胶通常不会形成凝胶,随着pH 值的升高,κ-卡拉胶的凝胶性质逐渐增强。最适合形成坚固凝胶的pH 值范围通常在7.0~10.0。可得然胶在不同pH 值下的凝胶特性会有所不同。在强酸、强碱条件下,可得然胶的凝胶性能较差,最适合形成坚固凝胶的pH 值范围通常在6.0~8.0[18]。当pH 值<4.0 时CGFS 无法形成稳定的凝胶结构,分析原因可能是当pH 值≤4.0 时κ-卡拉胶易发生酸催化水解,且在强酸性条件下,可得然胶不易溶解[19]。当pH 值>6.0 时,CGFS 硬度值逐渐下降,且当pH 值>8.0 时CGFS 无法形成稳定的凝胶结构,分析原因可能是强碱性条件下,可得然胶的结构易从稳定的螺旋结构变为无规则的卷曲结构[20]。故选定初始pH6.0 进行后续试验。

2.4 响应面法优化κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 的制备工艺

2.4.1 试验设计方案及结果

根据表1 选定的响应面考察因素和水平,通过Box-Behnken 方法设计得到17 组试验,具体方案及结果如表7 所示。

表7 响应面试验设计方案及结果
Table 7 Experiment design and results of response surface methodology

试验号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 A 多糖浓度/%2.5 3.0 2.5 2.5 3.5 3.0 3.0 2.5 3.0 3.0 3.5 3.0 3.0 3.0 3.0 3.5 3.5 B 初始pH 值7.5 7.5 6.0 4.5 4.5 6.0 6.0 6.0 7.5 6.0 7.5 6.0 4.5 4.5 6.0 6.0 6.0 C 热处理时间/min 10 13 7 10 10 10 10 13 7 10 10 10 13 7 10 7 13硬度/g 1 496.302 1 910.251 1 641.250 1 691.503 1 697.251 2 005.250 1 985.252 1 766.503 1 421.252 2 029.753 1 832.501 2 005.253 1 850.000 1 488.752 2 028.251 1 502.352 2 084.000

2.4.2 模型建立与方差分析

利用Design-Expert 13.0.14 软件对表7 数据进行分析,得到CGFS 硬度值与各因素之间的二次多元回归拟合方程如下。

二次响应面回归模型方差分析如表8 所示。

表8 二次响应面回归模型方差分析
Table 8 Analysis of variance of quadratic response surface regression model

注:**表示影响极显著(P<0.01)。

方差来源模型A B C AB AC BC A²B²C²残差失拟项纯误差总和平方和7.804×105 33 871.540 564.480 3.031×105 27 299.300 52 075.240 4 080.020 66 000.170 1.790×105 79 056.210 7 629.220 6 251.220 1 378.000 7.880×105自由度9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 3 4 16均方86 712.890 33 871.540 564.480 3.031×105 27 299.300 52 075.240 4 080.020 66 000.170 1.790×105 79 056.210 1 089.890 2 083.740 344.500 F 值79.560 31.080 0.518 278.090 25.050 47.780 3.740 60.560 164.200 72.540 6.050 P 值<0.000 1 0.000 8 0.495 0<0.000 1 0.001 6 0.000 2 0.094 3 0.000 1<0.000 1<0.000 1 0.057 4显著性****************

由表8 可知,该二次多项模型P<0.000 1,表明此模型显著性极好,本试验方法可靠;失拟项的P=0.057 4>0.05,失拟项不显著,本试验无失拟因素存在,说明该二次多项模拟与实际拟合程度好;此模型的决定系数R2=0.990 3,R2 接近于1,说明此模型具有较好的拟合度,该模型可以更好地体现出试验结果;本试验的精密度=27.424 14>4,说明模型精密度良好,可以拟合试验结果,验证了该二次多项模型的可用性;变异系数=1.84%<10%,变异系数较低,说明本试验稳定性较好,可信度与精密度高,试验结果可靠有效。在此响应面试验中,ACABACA2B2C2 项均为极显著(P<0.01)。通过F 值可以看出各单因素对CGFS 硬度值的影响顺序为热处理时间>多糖浓度>初始pH 值。

2.4.3 响应面试验分析

多糖浓度和初始pH 值、多糖浓度和热处理时间、初始pH 值和热处理时间对硬度影响的响应面图及等高线图如图7 所示。

图7 各因素交互作用对硬度影响的响应面图及等高线图
Fig.7 Response surface and contour of the effect of interaction of various factors on hardness

如图7 所示,多糖浓度和初始pH 值交互作用的等高线呈椭圆形,响应面坡度较为陡峭,当多糖浓度为3.0% 和初始pH 值为6.0 时,CGFS 的硬度值最高,说明多糖浓度和初始pH 值两者交互作用极显著。多糖浓度和热处理时间交互作用的等高线呈椭圆形,响应面坡度较为陡峭,CGFS 硬度值的最高值对应的多糖浓度范围为3.0%~3.5%、热处理时间范围为10~13 min,说明多糖浓度和热处理时间交互作用极显著。与方差分析结果一致。

2.4.4 验证试验

通过响应面分析法优化κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 的制备工艺,最终优化出的工艺参数为多糖浓度3.401%、初始pH 值6.319、热处理时间13.000 min,在此条件下CGFS 硬度的预测值可以达到2 141.088 g。考虑到实际情况,将上述最佳条件调整为多糖浓度3.4%、初始pH6.3、热处理时间13 min。为了验证此二次多项模型的可靠性,按照上述优化条件进行3 次重复性试验,得到的CGFS 硬度平均值为(2 127.432±0.480) g,与回归方程理论硬度预测值2 141.088 g 非常接近。说明该响应面模型可靠,该试验可行性良好。

3 结论

试验通过响应面法优化κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 的制备工艺,采用Box-Behnken 试验设计原理与响应面分析,建立了κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 的制备工艺的二次多项式数学模型。以κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 的硬度值为响应值进行响应面分析,结果表明,对κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 硬度值的影响,热处理时间>多糖浓度>初始pH 值;优化出的最佳工艺参数为多糖浓度3.4%、初始pH6.3、热处理时间13 min,此条件下得到的CGFS 硬度值为(2 127.432±0.480)g,与预测值2 141.088 g 十分接近,方法可靠。由此可知,该工艺条件的建立可为κ-卡拉胶与可得然胶CGFS 的开发利用提供技术参考。

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Optimization of Preparation Process of Gel Fat Substitutes by Compunding κ-Carrageenan and Curdlan

LI Lianwei1, ZHAO Yu1, LIANG Peng1,2 *, YAO Minna1 *
(1. College of Food Science, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, Fujian, China;2. Fujian-Taiwan Special Marine Food Processing and Nutrition Engineering Research Centre of Ministry of Education, Fuzhou 350002, Fujian, China)

Abstract: To improve the issues of high brittleness, poor mechanical properties, and thermal decomposition that κ-carrageenan exhibited in the preparation of fat substitutes. The optimal mass ratio of κ-carrageenan to curdlan in preparing compound gel fat substitutes (CGFS) using κ-carrageenan and curdlan as raw materials was determined to be 3∶7. The effects of polysaccharide concentration, heat treatment time, heat treatment temperature, and initial pH value on the texture and water-holding capacity of the κ-carrageenan and curdlan CGFS were investigated. On this basis, the optimal preparation process for κ-carrageenan and curdlan CGFS was determined by using hardness as the response value. The results showed that the optimal preparation process for κ-carrageenan and curdlan CGFS was a polysaccharide concentration of 3.4%, an initial pH value of 6.3, and a heat treatment time of 13 min. The hardness value of the CGFS under this condition is (2 127.432±0.480) g.

Key words: κ-carrageenan; curdlan; texture; water holding capacity; fat substitutes

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2024.17.016

基金项目:福建省自然科学基金项目(2022J01600)

作者简介:李莲微(1999—),女(汉),硕士研究生,研究方向:食品分析与安全检测。

*通信作者:梁鹏(1985—),男,副教授,研究方向: 水产油脂化学与营养;姚闽娜(1977—),女,教授,研究方向:食品营养与安全。

引文格式:

李莲微,赵毓,梁鹏,等. κ-卡拉胶与可得然胶复合凝胶脂肪替代物的制备工艺优化[J]. 食品研究与开发,2024,45(17):121-129.

LI Lianwei, ZHAO Yu, LIANG Peng, et al. Optimization of Preparation Process of Gel Fat Substitutes by Compunding κ-Carrageenan and Curdlan[J]. Food Research and Development,2024,45(17):121-129.

责任编辑:王艳

收稿日期:2023-12-12