低甲氧基果胶流体质构特性研究

刘 刚，雷 激，芮光伟，郑睿行，3

（1.西华大学生物工程学院，四川成都610039；2.国家酒类及加工食品监督检验中心（泸州实验基地），四川泸州646000；3.衢州市质量技术监督检验中心，浙江衢州324002）

低甲氧基果胶流体质构特性研究

刘 刚1，2，雷 激1，*，芮光伟1，郑睿行1，3

（1.西华大学生物工程学院，四川成都610039；2.国家酒类及加工食品监督检验中心（泸州实验基地），四川泸州646000；3.衢州市质量技术监督检验中心，浙江衢州324002）

目的：研究影响低甲氧基果胶流体质构特性的主要因素。方法：用质构仪观察测定不同果胶浓度、蔗糖含量、pH、钙离子含量、温度下果胶溶液的流体质构特性。结果：各因素对低甲氧基果胶流体质构特性均有不同程度的影响，其中pH和钙离子浓度的改变对流体质构变化尤为显著。结论：pH和钙离子含量是决定低甲氧基果胶产品体系质构形态的关键因素。

低甲氧基果胶，流体，质构特性

果胶广泛地存在于高等植物组织当中，按酯化度的不同，可将果胶分为高甲氧基果胶和低甲氧基果胶两种。果胶作为食品胶重要成员之一，由于具有良好的增稠作用被广泛地运用于乳品、果汁饮料、果酱等食品的加工，赋予食品良好的质感与风味，其中低甲氧基果胶以其独特的微观结构特征，又被用于上述加工食品中低糖种类的研发。本文就影响低甲氧基果胶稠度（Consistency）和粘度（Index of viscosity）的主要因素进行了物性分析和研究，以获得对低甲氧基果胶流体影响的趋势，供同行参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

高甲氧基果胶 食品级，浙江衢州汇龙果胶有限公司；蔗糖 食品级，当地超市；浓盐酸、氢氧化钠、95%乙醇、氯化钙 均为分析纯，成都科龙化工试剂厂。

TA.XTPlus质构仪、A/BE模具 英国诺顿科技责任有限公司；HH-S数显恒温水浴锅 江苏省金坛市医疗仪器厂；78-1型磁力加热搅拌器 金坛市富华电器有限公司；PHS-25型pH计 上海雷磁仪器厂；DL-1型万用电炉 北京中兴伟业仪器有限公司。

1.2 实验方法

低甲氧基果胶的制备采用低温碱性条件下对柑橘高甲氧基果胶进行脱酯［1-2］，所得低甲氧基果胶平均酯化度为42.56%。

1.2.1 果胶浓度对果胶流体质构变化的影响［3］量取500mL去离子水于1000mL烧杯中，同时精确称量低甲氧基果胶30g。将果胶缓慢均匀撒入烧杯中，并不断搅拌，当果胶全部溶解之后，再向溶液中添加100mL去离子水，可获得浓度为5%的果胶溶液。分别量取5%的果胶溶液40、80、120、160mL于200mL烧杯中，均定容到200mL，可分别获得1%、2%、3%、4%的果胶溶液，保鲜膜封口备用。

1.2.2 蔗糖含量对果胶流体质构变化的影响［3］称取食用蔗糖20、40、80、120、160g，分别与4g低甲氧基果胶粉末混合，然后在200mL烧杯中加水充分搅拌溶解并定容至刻度，可获得含蔗糖10%、20%、40%、60%、80%的果胶溶液，保鲜膜封口待测。

1.2.3 pH对果胶流体质构变化的影响［3］取4g低甲氧基果胶7份，溶解制备成浓度为2%的果胶溶液，用pH计测定2%果胶的pH，并以其作为基准，利用一定浓度稀盐酸调节果胶溶液，以制备低于低甲氧基果胶自然pH的等浓度液态果胶；相反利用一定浓度稀氢氧化钠溶液调节，以获得高于自然pH的等浓度液态果胶。调配好后即可用于液态果胶质构测定。

1.2.4 钙浓度对果胶流体质构变化的影响［3］分别向7份已经配制好的200mL 2%的果胶溶液加入10、30、50、70、100、120、140mg的钙离子（以氯化钙为准）。迅速搅拌使钙离子与果胶均匀混合，同时避免预凝胶的出现，每制备好一个样品后即可用于质构测定。

1.2.5 温度对果胶流体质构变化的影响［3］将溶解果胶的去离子水在5、25、40、60、80、90℃下恒温，后将4g果胶分别均匀溶解在以上温度的水中，制成浓度2%的果胶溶液，将温度恒定后对液态果胶迅速进行质构测定。

1.3 果胶流体质构特性测定方法及参数

果胶液体属于粘稠液体，故质构测定采用A/BE反挤压模具：特制样品容器（Sample Containers-50mm internal dia.）、挤压碟（Compression Disc-35mm）、探测转接器（150mm Long Probe Adapter）等。测定参数为：测试前速度1.5mm/s、测试速度2.0mm/s、返程速度2.0mm/s，测试距离20mm。测定例图如图1所示。

图1 果胶流体质构图

2 结果与分析

2.1 果胶浓度对果胶流体质构变化的影响

由质构分析数据可见，随着果胶浓度的不断提升，果胶溶液的稠度和粘度指标都有逐渐上升的趋势，与果胶浓度形成一定正比关系。这是由于果胶在溶解于水中后，果胶分子链逐渐展开，随着浓度提高，果胶分子密集，分子间氢键作用加强，憎水基团也同比增加［4-5］，从而造成果胶稠度和粘度指标与果胶浓度成正比的现象。对应质构变化如图2所示。

图2 不同浓度下液态低甲氧基果胶溶液稠度和粘度指标的变化

2.2 蔗糖含量对果胶流体质构变化的影响

由图3可见，低甲氧基果胶的稠度和粘度指标大小与蔗糖的加入量呈正比关系。由于蔗糖与果胶同属于亲水性物质，能够较容易地溶解于水中形成均匀的液相。在一定浓度的低甲氧基果胶溶液中，在一定范围内向其加入不等量的可溶性固形物如蔗糖，能够不同程度地对果胶溶液起到增稠作用，这是由于蔗糖的亲水性，随着蔗糖量的加大，蔗糖与果胶争夺水溶剂的趋势愈加剧烈，果胶与水溶剂水合的程度大大下降，迫使果胶链彼此间的距离拉近，从而造成果胶溶液稠度和粘度指标的上升。但是个人认为随着蔗糖含量达到一定程度，蔗糖占据水溶剂的优势将凸显，实验过程中发现，高于80%的蔗糖含量的果胶溶液已经表现出蔗糖特有强烈的粘稠感，这时将对应测得质构数据用来表征果胶浓度随蔗糖含量的变化已经显得不实际。

图3 不同蔗糖含量下低甲氧基果胶溶液稠度和粘度指标的变化

2.3 pH对果胶流体质构变化的影响

在室温下对同浓度低甲氧基果胶的pH在一定范围内进行调节，我们发现2%的果胶溶液pH在2.0时质构分析测得果胶溶液有相当显著的稠度和粘度指标的飙升，其状态几乎接近凝胶状（这时无法再对该样品pH作进一步下降调试），但是随着pH的逐步上调，果胶的稠度和粘度开始逐渐下降，在pH达到4.5以上时，果胶溶液的稠度和粘度指标趋于平稳，这是由于体系pH随外界因素影响，超越了果胶的等电点，果胶半乳糖醛酸羧基上氢逐渐流失，分子间氢键作用逐渐减小，从而造成低甲氧基果胶两个质构参数的剧降。在后期对果胶液体pH作进一步上升调节时发现，低甲氧基果胶的稠度和粘度指标即使在偏碱条件下也基本上维系不变，这可能是由于相比高甲氧基果胶，低甲氧基果胶上甲氧基含量已经比较低，不容易发生以甲氧基含量为前提的脱酯反应和其竞争反应β-消去反应［1-4］，从而在一定程度上维系了果胶的稠度和粘度。

图4 不同pH下低甲氧基果胶溶液稠度和粘度指标的变化

2.4 钙浓度对果胶流体质构变化的影响

钙添加量对低甲氧基果胶的稠度和粘度指标的影响情况如图5所示。在向浓度2%的果胶溶液中添加比例5mg/g的钙离子时，果胶的稠度和粘度相比同条件下未加钙离子的果胶溶液变化不大（见图2，2%果胶质构）。随着钙离子含量的逐渐增加，果胶的稠度和粘度系数开始逐步上升，当钙离子浓度达到60mg/g后果胶的稠度和粘度达到峰值，这时再向果胶中添加钙离子，如钙离子浓度在70mg/g果胶溶液中便开始逐渐出现类似豆沙一样的物质，稠度和粘度系数开始逐步下降。若继续增大钙离子浓度，将会出现果胶、水严重分层。

图5 不同钙离子浓度下低甲氧基果胶溶液稠度和粘度指标的变化

2.5 温度对果胶流体质构变化的影响

由图6可见，随着温度的上升，果胶溶液的稠度和粘度指标呈一定程度的下滑趋势，但相比钙离子、pH的影响较为温和。出现随温度上升稠度和粘度指标沿反方向变化的原因，个人认为是由于果胶在溶液状态下果胶链间彼此以氢键维系内部稳定，但氢键键能相当弱。在较低温度下如5℃时，氢键可以保持稳定维系果胶间的交联作用，但是在较高温度下，如95℃，氢键严重被破坏，从而使果胶溶液的稳定性严重下降，即在质构上表现为稠度和粘度指标的下降。

3 讨论

影响低甲氧基果胶流体稠度和粘度指标的因素有果胶浓度、可溶性固形物蔗糖浓度、pH、钙离子浓度以及温度等，其中钙离子浓度和pH对果胶质构变化影响情况显得尤为剧烈，故果胶在运用于实际食品饮料生产加工中做增稠、均质，比如酸性乳饮料、果汁等，应在控制好果胶用量、固形物含量及生产加工温度的同时，加强对加工产品整体钙含量、酸碱度的严格控制，避免出现由于这些影响因子所造成的稠度过低不能起到增稠均质或由于添加过量引起产品出现局部粥状的不均匀体出现，影响产品外观和使用价值。

图6 不同温度下低甲氧基果胶溶液稠度和粘度指标的变化

4 结论

由实验质构数据可得，本次所采用的低甲氧基果胶流体的稠度和粘度指标随着果胶浓度的增加而上升；在一定范围内（蔗糖含量高于10%）果胶液体的稠度和粘度与加入的蔗糖浓度的大小呈正比；在其它因素不变的前提下，钙离子浓度为60mg/g时，液态果胶的稠度和粘度指标最大，低于或高于60mg/g则均出现两指标的减小。液态果胶在pH较低时表现出较高的稠度和粘度指标，随着pH的升高，两指标直线下滑，当达到pH4.5以上，两指标趋于稳定，变化较小。温度对果胶稠度和粘度指标亦有一定影响，实验表明果胶稠度和粘度与温度呈反比，果胶稠度和粘度指标随温度的升高而降低。

［1］S A Black，C J B Smit.The effect of demethylation procedures on the quality of low-ester pectins used in dessert gels［J］. Journal of Food Science，1972，37：730-735.

［2］雷激，马力，赵义梅.低温碱法脱酯制取低酯果胶的研究［J］.食品与发酵工业，2005（12）：45-48.

［3］S A El-Nawawi，Y A Heikal.Factors affecting the production of low-ester pectin gels［J］.Carbohydrate Polymers，1995，26：189-193.

［4］詹晓北.食用胶的生产性能与应用［M］.北京：中国轻工业出版社，2003：58-113.

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Study on fluid characteristics of low methoxyl pectin

LIU Gang1，2，LEI Ji1，*，RUI Guang-wei1，ZHENG Rui-xing1，3
（1.Bioengineering College，Xihua University，Chengdu 610039，China；2.China National Quality Supervision and Inspection Center for Alcoholic Beverage Products and Processed Food（Luzhou Lab），Luzhou 646000，China；3.Quality and Technical Supervision Bureau of Quzhou，Quzhou 324002，China）

Objective：To probe into factors affecting the texture characteristics of pectin fluid.Method：Fluid characteristics of low methoxyl pectin was tested using texture analyser under different pectin concentration，sugar content，pH，calcium ion content and temperature.Results：The experimental results indicated that the texture characteristics of low methoxyl pectin fluid changed with the above factors，especially with pH and calcium ion. Conclusion：lt was evident that pH and calcium content were important factors to the texture status of low methoxyl pectin processed foods.

low methoxyl pectin；fluid；texture characteristics

TS201.7

A

1002-0306（2011）01-0253-03

2009-11-18 *通讯联系人

刘刚（1981-），男，硕士，研究方向：食品生物技术。

四川省科技厅攻关项目（04NG003-008）；四川省科技厅应用基础项目（05JY029-90-1）；四川省教育厅重点项目（2005A114）；四川省重点学科建设项目（SZD0803-09-0）。