提取温度对亚麻籽胶流变性质的影响

邢 星，魏安池*，王瑛瑶

（1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001；2.国家粮食局 科学研究院，北京 100037）

0 引言

亚麻全籽除了含油30%～50%、含蛋白质20%左右以外[1]，籽粒表层上还含有占整籽质量8%～12%（约占皮壳质量的25%）的胶状物质[2]，即亚麻籽胶.亚麻籽胶是一种以多糖为主，含有少量蛋白质和矿物元素的天然高分子植物胶，具有黏性、持水性、乳化及乳化稳定性、发泡及泡沫稳定性等多种功能特性，在食品、日用化工、制药等行业具有广泛用途.

亚麻籽胶是一种亲水胶体，有很强的吸水溶胀能力，能够与水形成黏稠的溶液.亲水胶体的流变性质对其在食品中的应用至关重要，能够影响到食品的口感、质构及其他感官品质[3].亚麻籽胶水溶液也是一种假塑性流体，其表观黏度会随着剪切速率的增加而降低，这种剪切变稀现象对于食品加工的过程有重要意义.亚麻籽胶的各种性质受温度影响很大，提取温度与应用过程中的温度不同，其所表现出的性质也不尽相同.作者对不同温度下提取的亚麻籽胶的组成、色泽及黏度进行比较，初步研究探讨了不同温度下提取的胶在不同应用条件下的流变性质，并采用流变学方法对其胶凝性质进行测定，以期为亚麻籽胶的提取和应用提供技术支持.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

亚麻籽：新疆绿旗（集团）有限公司；所用试剂均为分析纯.

1.2 仪器与设备

FE20 型实验室pH 计：梅特勒-托利多仪器（上海）公司；LGJ -10C 真空冷冻干燥机：北京四环科学仪器厂有限公司；TA AR2000ex 流变仪：美国TA 仪器；CM-5 分光测色仪：日本柯尼卡美能达.

1.3 试验方法

1.3.1 亚麻籽胶的提取与制备

亚麻籽原料直接加水浸泡提取，在不同温度下，浸提一定的次数，每次浸提时间为45 min.提取液用旋转蒸发器真空浓缩，经冷冻干燥后研磨成粉，即得亚麻籽胶.

1.3.2 亚麻籽胶多糖含量的测定

采用苯酚-硫酸法.

1.3.3 亚麻籽胶总蛋白含量的测定

采用考马斯亮蓝法（Bradford 法）[4].

1.3.4 亚麻籽胶流变性质的测定

亚麻籽胶溶液样品的制备：亚麻籽胶在一定温度下用蒸馏水溶解一定时间，制成质量分数为2%的溶液.

亚麻籽胶溶液静态流变性质的测定：采用直径40 mm 不锈钢平板测量系统，平行板间距为1 mm，设定温度25 ℃，在剪切速率0～400 s-1的范围内，测定亚麻籽胶溶液黏度随剪切速率的变化.

亚麻籽胶溶液在升温降温过程中黏度变化的测定：采用直径40 mm 不锈钢平板测量系统，平行板间距为1 mm，测定亚麻籽胶溶液温度从25 ℃上升至90 ℃以及从90 ℃下降至25 ℃的过程中，不同温度下的黏度.测定过程中用高温密封和硅油密封，以防止水分蒸发.

胶凝性质的测定：样品加到流变仪样品台上，用高温密封和硅油密封，以防止水分蒸发.采用直径40 mm 不锈钢平板测量系统，平行板间距为1 mm，从25 ℃快速升温至90 ℃（第一次升温），停留2 min，以5 ℃/min 的速度降至10 ℃，停留10 min，最后以5 ℃/min 的速度升至90 ℃（第二次升温）.测定降温和第二次升温过程中储能模量（G′）和损耗模量（G″）的变化.

2 结果与分析

2.1 提取温度对亚麻籽胶成分、色泽及黏度的影响

亚麻籽胶的基本成分为多糖，并含有少量的蛋白质和其他成分.测定不同温度下提取1 次（45 min）所得亚麻籽胶的色泽及多糖和蛋白含量，发现随着提取温度的升高，色泽逐渐加深（表现为L* 值降低），多糖含量与总蛋白含量均增加（表1）.这说明高温提取所得亚麻籽胶的蛋白杂质增加，纯度降低.

表1 不同温度下1 次提取所得亚麻籽胶的成分与色泽Table 1 The components and color of flaxseed gums extracted once under different temperatures

在不同温度下分别对亚麻籽进行3 次浸提，分析测定所得到胶的成分，发现总蛋白含量仍随着提取温度的升高而增加，但提取温度超过70 ℃后，多糖含量有所下降（表2）.比较提取1 次和提取3 次时所得亚麻籽胶的测定数据，可以看出，70 ℃提取时，产品中多糖的含量比较稳定，随提取次数（提取时间）增加（延长）无显著变化.由于亚麻籽胶中含有蛋白，这有利于亚麻籽胶的功能性质如乳化性、乳化稳定性和增稠稳定性等，在食品工业中可用作增稠剂、稳定剂、乳化剂和发泡剂等[5].

表2 不同温度下3 次提取所得亚麻籽胶的多糖和总蛋白含量Table 2 The polysaccharide and protein contents of flaxseed gums extracted for 3 times under different temperatures

对不同温度下提取所得到的亚麻籽胶进行黏度测定，发现不同温度下提取的亚麻籽胶黏度差别显著，提取温度越高，胶的黏度越大；并且不同温度下提取的胶均表现出剪切变稀的现象（图1）.

图1 不同温度下提取所得胶在不同剪切速率下的黏度（70 ℃溶解3 h，25 ℃测定）Fig.1 The viscosity of flaxseed gums extracted under different temperatures at different shear rates(Dissolved at 70 ℃for 3 h，determined at 25 ℃)

2.2 亚麻籽胶的应用流变性质

不同温度提取的亚麻籽胶，除了在组成、色泽及黏度方面有差异外，其在不同的溶解温度下以及在应用时的升温降温过程中也表现出了不同的流变性质.

2.2.1 溶解温度对黏度的影响

图2 为不同温度下提取1 次的胶经冷冻干燥成粉末后，在不同的温度下溶解3 h 后黏度随剪切速率的变化.由图2 可以看出，除了80 ℃提取的胶在70 ℃和80 ℃溶解黏度无明显差异外，其他温度提取的胶在其提取温度下再溶解后，黏度均比在70 ℃溶解的要高.不同温度下提取的胶溶液的稠度系数和流动指数也表明了同样的现象（表3）.猜测可能是由于不同温度提取的胶对温度的耐受力不同，提取温度越高，越能经得起高温长时间的溶解.而且90 ℃提取的胶在90 ℃溶解，因经受高温时间长，冷却后有形成弱凝胶趋势，因此测得的黏度较大.这些都可能与不同温度下提取的胶的成分不同有关.多糖的溶解性质依赖于温度和时间，其溶解程度对其功能性质影响较大，这方面尚需进一步的深入研究.

亚麻籽胶溶液流动时的剪应力σ 与剪切速率ε 的关系服从幂定律σ=K·εn，其中K 是稠度系数，n 是流动指数，二者为与液体性质有关的经验常数[6-8].幂律流体的稠度系数是和流变行为指数结合在一起的.流体的黏度在定量上规定为剪应力σ 和剪切速率ε 的比值.非牛顿流体的流变特性由表观黏度、液态特性系数即K 和n 来表示.K是液体黏稠的度量，K 越大，表示液体越黏稠.n是表征非牛顿流体与牛顿流体之间的差异程度[9]，当0

图2 不同提取温度与溶解温度下亚麻籽胶黏度随剪切速率的变化Fig.2 The viscosity changes of flaxseed gums with the shear rate changes under different extracted and dissolved temperatures

表3 不同温度下提取所得亚麻籽胶的稠度系数和流动指数Table 3 The consistency coefficient and flow index of gums extracted under different temperatures

2.2.2 升温降温过程中不同温度提取的胶黏度的变化

亚麻籽胶对温度有很强的依赖关系.黏度会随着温度的升高而降低.因温度升高，亚麻籽胶分子运动加剧，分子流动阻力降低，所以黏度下降.加热后再降温对胶溶液黏度影响很大.从胶的分子结构来分析，升温后再降温使胶分子开始逐步缠结成网络结构.温度越低，这种网络结构越强，使得胶液黏度不断增加，所以在降温过程中胶液黏度上升幅度很大，有形成弱凝胶的现象.

图3 为不同温度提取所得到的胶在70 ℃溶解3 h 后黏度在升温降温过程中的变化.可以看出，胶液在升温降温过程中表现出了不对称性，温度越高提取胶的不对称性越明显，例如90 ℃提取的胶在升温降温过程中呈现出了显著的温度滞后性.这说明高温下提取的胶更容易形成凝胶.

图3 不同温度下提取所得亚麻籽胶在升温降温过程中的黏度变化Fig.3 The viscosity changes of flaxseed gums extracted under different temperatures during cooling and heating

2.3 亚麻籽胶的胶凝性质

胶凝是亲水胶体的一个重要功能性质.亲水胶体在温热条件下为黏稠性流动液体，当温度降低时，高分子溶液形成网状结构，分散介质水被包含在网状结构中，形成了不流动的半固体状物，这一过程称为胶凝.由前面的研究结果可知，70 ℃提取的胶组成较为稳定，因此，选在70 ℃提取3 次的亚麻籽胶，冷冻干燥后配制成2%的胶液，在70 ℃溶解3 h，测其胶凝性质.

图4 和图5 为亚麻籽胶在降温和第二次升温过程中模量的变化.

图4 亚麻籽胶降温过程中模量变化Fig.4 Temperate dependence of modulus for flaxseed gums during cooling

图5 亚麻籽胶第二次升温过程中模量变化Fig.5 Temperate dependence of modulus for flaxseed gums during reheating

由图4 可知，在降温过程中，刚开始损耗模量（G″）大于储能模量（G′），亚麻籽胶呈溶液状态，体系以黏性为主；随着温度的降低，G′和G″逐渐增大，但G′增加程度比G″大；当温度降至40～45 ℃时，G′开始超过G″，出现交汇点，这说明体系中的弹性成分增加，体系开始胶凝，此交汇点的温度称为胶凝点Tgel.温度继续降低，G′始终大于G″，体系呈现弱凝胶的特性[10].这说明亚麻籽胶溶液在加热到足够高的温度后，进行冷却时会发生胶凝，属于冷致凝胶.

由图5 可知，在第二次升温过程中，随着温度的升高，亚麻籽胶凝胶的G′和G″逐渐降低，但G′降低程度比G″大，当温度升高至60 ℃左右时，G″超过G′出现交汇点，这说明体系中的黏性成分增加，体系开始熔化，此交汇点的温度为熔化点Tmelt.温度继续升高，G″始终大于G′，表现出黏弹流体的特性.这说明亚麻籽胶凝胶在加热到足够高的温度后，会发生熔化，属于热可逆凝胶.

表4 为亚麻籽胶溶液的胶凝点Tgel和熔化点Tmelt.

表4 亚麻籽胶的Tgel 和Tmelt*Table 4 Tgel and Tmelt of flaxseed gum

从表4 可以看出，凝胶的熔化点要高于其溶液的胶凝点，即亚麻籽胶的溶胶-凝胶转变具有温度上的滞后现象.这是因为胶凝是一个自发放热的过程，温度的降低有利于胶凝，而熔化是非自发的吸热过程，温度回升至胶凝温度需要增加更多能量来克服分子链间的相互作用，所以熔化点比胶凝点高.

3 结论

亚麻籽胶的成分和黏度与提取时所用的温度和时间有关.在较短的浸提时间内，温度升高，胶中多糖和总蛋白含量均增加；但高温下长时间浸提，多糖含量反而有所下降.

亚麻籽胶是一种剪切变稀的假塑性非牛顿流体.越高温度下提取的胶黏度越大.不同温度下提取所得的亚麻籽胶，其稠度系数和流动指数不同.稠度系数和流动指数也通常会随溶解温度的不同而变化.亚麻籽溶胶加热后再降温，胶液的黏度上升幅度很大，表现出明显的不对称性，胶的提取温度越高，这种不对称性越明显.亚麻籽胶是热可逆的冷致凝胶.亚麻籽胶的溶胶-凝胶转变具有温度上的滞后现象.

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