菊粉凝胶性能的研究

任妍娜，席 路，肖安红

(1.武汉工业学院食品科学与工程学院，湖北武汉430023;2.内蒙古商贸职业学院工程系，内蒙古呼和浩特010010)

菊粉凝胶性能的研究

任妍娜1，2，席 路1，肖安红1

(1.武汉工业学院食品科学与工程学院，湖北武汉430023;2.内蒙古商贸职业学院工程系，内蒙古呼和浩特010010)

采用X-T2l型质构仪，研究了菊粉浓度、pH、金属离子、剪切速率对聚合度9－11的菊粉凝胶性能的影响。浓度超过40%、温度达到40℃，菊粉开始形成凝胶，随浓度和温度的提高，凝胶性能显著改变;Cu2+浓度0.20 mg/mL、pH5－7、剪切速度2000 r/min，凝胶性能最佳。在几种金属离子中，铜离了促进凝胶形成的能力最强，但其离子浓度必需适中，否则过量的离子会对凝胶性能产生负面影响;加热和低酸性环境下菊粉易水解，对凝胶结构产生一定破坏作用。

菊粉;凝胶性能;影响因素

菊糖又称菊粉，是由D-果糖经β(1→2)键连接而成的线性直链多糖，末端常带有一个葡萄糖残基，聚合度(DP)为2-60，平均 DP在10-12，DP2-9则称为低聚果糖［1］。由于菊粉具有良好的凝胶体性质，故在食品中得到广泛应用起。因此，如何根据产品特点制备理想的凝胶体系是菊粉在应用过程中的重要问题。菊糖形成凝胶的质构性能与聚合度有关，聚合度不同所得到凝胶体系差异也比较显著。但国内外学者对此进行了相关研究，但多集中在聚合度大于23的高纯度菊粉［2-6］。以平均DP为9-11菊粉为研究对象，系统研究了其凝胶形成条件及浓度、pH、金属离子等因素对其凝胶性能的影响，为菊粉的实际应用提供一些理论依据。

1 材料与仪器

菊粉(菊粉含量大于90%，DP9-11);无水Cu-SO4、无水 CaCl2、FeCl3、AlCl3·6H2O、NaH2PO4·2H2O、NaHPO4·12H2O，均为分析纯(国药集团);Texture Analyser X-T2l型质构仪(英国TA公司);CLJB-02(85-1)型磁力搅拌器。

2 菊粉凝胶性能测定实验方法

2.1 质构仪测定条件及参数定义

测定条件：探头直径为10 mm;采用 measure force in compression测定模式;测定选项为Return to the start;实验速度为1.0 mm/s;初始速度为5.0 mm/s;插入样品深度为15 mm;上提5mm/s;温度为25℃。

质构仪测定的典型曲线如图1所示，测定参数定义如下。凝胶稳定度(脆性)：a1，曲线中出现第一个明显的断裂值;凝胶弹性：A1，凝胶破裂点下的峰面积(Area)1∶2;硬度a2，第一次压缩循环中出现峰值所代表的力;凝胶强度：A2，压缩总正峰面积(Area)1∶3;黏度：A3，第一次压缩的负峰面积(Area)3∶4，代表探头从食品中离开时难易程度;黏滞力：a3，第一次压缩负峰的峰值。

图1 典型的质构仪测定曲线

2.2 温度、浓度对菊粉凝胶性能影响的实验方法

称取一定量菊粉于100 mL烧杯中，配成20%、30%、40%、50%、60%、70%浓度，分别在20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃下水浴加热以剪切速率为250 r/min搅拌15 min，使菊粉充分溶解后，室温(25±1℃)下静置24 h，待凝胶形成后，于质构仪上测定其凝胶性能。

2.3 金属离子对菊粉凝胶性能影响的实验方法

菊粉浓度 50%、pH 6.0，分别加入 0.20 mg/mL Fe3+、Ca2+、Cu2+和 Al3+;分别加入浓度 0.09、0.20、0.36、0.50 mg/mL Cu2+，在60 ℃水浴加热，以剪切速率为250 r/min搅拌15 min，室温(25±1℃)下静置24 h，待凝胶形成后，于质构仪上测定其凝胶性能。

2.4 pH值对菊粉凝胶性能影响的实验方法

菊粉浓度50%、Cu2+浓度为 0.20 mg/mL，采用磷酸盐缓冲溶液分别调体系 pH 2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、8.0，同2.3 条件测定其凝胶性能。

2.5 剪切速率对菊粉凝胶性能影响的实验方法

菊粉浓度50%、pH6，Cu2+浓度0.20 mg/mL，在60℃水浴加热分别以剪切速率为250 r/min和2000 r/min下搅拌15 min，同2.3条件测定其凝胶性能。

3 实验结果与分析

不同加热温度和浓度对菊粉凝胶性能的影响结果见表1。

不同因素(金属离子、pH值、剪切速率)对菊粉凝胶性能的影响结果见表2。

由表1可知，菊粉浓度不超过40%，室温下可完全溶解。但浓度在30%以下，无法形成凝胶;随着浓度增加溶解度降低，加热后会使溶解度增加。但加热温度超过一定温度后，虽然可以完全溶解，但无法形成胶体。

表1 加热温度对菊粉凝胶质构参数的影响

在相同温度条件下，随着菊粉浓度的增加，凝胶强度、凝胶弹性、凝胶稳定度、硬度、黏滞力与黏度等参数也随之增加，由此可以认为，在特定条件下，增加菊粉浓度是改善体系凝胶性能的有效手段。当浓度一定，增加体系温度时，在一定范围内凝胶强度、凝胶弹性、凝胶稳定度与硬度等参数先增大，之后继续升高温度，参数值随之减小。其原因可能是由于高温有利于水解反应的进行，聚合度下降，凝胶性能变差。

由表2可知，金属离子的存在会改变菊粉凝胶性质。在相同金属离子浓度(0.20 mg/mL)条件下，改变金属离子种类制备凝胶，考察其对凝胶性能的影响。实验结果表明：Ca2+、Cu2+、Fe3+和Al3+添加至菊粉溶液室温放置24 h后均能形成凝胶，其中Cu2+的凝胶形成能力最强，得到的凝胶性能也最好。以Cu2+为例，考察金属离子浓度对凝胶性能的影响。实验结果表明，随着体系中钙离子量的增加，凝胶黏性逐渐降低，当同铜离子浓度达到0.20 mg/mL时，凝胶稳定度和凝胶弹性达到最佳。继续加大体系铜离子总量后，过量的铜离子使凝胶发生脱水化作用，凝胶稳定度、硬度和弹性下降。

表2 不同因素对菊粉凝胶质构参数的影响

由于酸性条件促进菊粉水解，不利于菊粉凝胶的形成。pH值2—3时，菊粉水解，无法形成凝胶;随着pH值的增大，胶体性质开始改善，凝胶强度、凝胶弹性和凝胶稳定度等参数有所增加，在pH5.0时凝胶强度达到最大;pH6.0时凝胶弹性达到最大。碱性条件下同样使菊粉开始水解，凝胶性质参数开始下降。因此，弱酸性至中性利于菊粉形成性能良好的凝胶。

在高剪切速率条件下，更容易形成凝胶。在低剪切速率条件下，大的菊粉颗粒相聚集，粒径较大，粒径分布范围较广，表现为沙状质地，使得网状结构难以形成，故不容易形成凝胶，且形成的凝胶强度小。高的剪切速率条件下，菊粉颗粒可以均匀的分布在溶液中，不易聚集，粒径小，粒径分布范围宽，有利于空间网状结构的形成，表现出良好的凝胶性能。

4 结论

对于聚合度9—11的菊粉：浓度、温度过高或过低，不能形成凝胶。只有在适当的浓度(＞50%)、温度(＞60℃)下，才可看形成性能良好的凝胶。浓度提高，需提高温度方可形成凝胶。适当浓度和种类的金属离子的存在有利于形成性能良好的菊粉凝胶。其中0.20 mg/mL Cu2+对菊粉凝胶形成最有利。弱酸性至中性利于菊粉形成性能良好的凝胶;提高剪切速率，有利于菊粉形成性能良好的凝胶。

［1］ 孙艳波，颜敏茹，徐亚麦.菊糖的生理功能及其在乳制品中的应用［J］.中国乳品工业，2005，33(8)：43 －44.

［2］ Wendy J，Susan M Se，Whiting J，et al.Effects of thickened beverages fortified with inulin on beverage acceptance，gastroiniestinal function，and bone resorption in institutionalized adults［J］.Nutrition，2005(21)：308－311.

［3］ Kim Y，Faqih M N，Wangs S S.Factor affecting gel formation of inulin［J］.Carbohydrate Polymers，2001(46)：135 －145.

［4］ Pawel G.Effect of thermal and mechanical factors on rheological properties of high performance inulin gels and spreads［J］.Journal of Food Engineering，2010(99)：106 －113.

［5］ Pawel G，Stanislaw P.Amorphous and crystal inulin behavior in a water environment［J］.Carbohydrate Polymers，2010，83(2)：635－639.

［6］ Se'bastien N R，Michel P，Claude D.Development of gelling properties of inulin by microfluidization［J］.Food Hydrocolloids，2010(24)：318－324.

The study on gel properties of inulin

REN Yan-na1，2，XI Lu1，XIAO An-hong1
(1.College of Food Science and Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，China;2.Faculty of Engineering，Inner Mongolia Business Vocational College，Huhehaote 010010，China)

Purpose and method：this paper is to study concentration of inulin ，pH，metal ions and shear rate impacting upon inulin gel properties of 9－11 polymerization degree by the x－t2l texture analyzer.Results：concentration is over 40%，temperature is up to 40℃，and then it started to form a gel.Increasing with the concentration and temperature，the gel properties of significant changes;In the condition of 0.20mg/mLCu2+，pH5 －7，the shear speed is 2000rpm，the gel properties is the best.Conclusion：the appropriate concentration and temperature can form a gel with good performance;the appropriate kind and concentration of metal ions，weak acid to neutral，increased shear rate，is beneficial to forming inulin gel with good performance.

inulin;gel properties;factors

TS 201.7

A

1009-4881(2011)03-0014-04

10.3969/j.issn.1009-4881.2011.03.004

2011-04-13.

2011-06-15.

任妍娜(1984)，女，硕士研究生，E －mail：yanna－841125@163.com.

肖安红(1963)，女，教授，E －mail：1090106395@qq.com.

湖北省自然科学基金重点项目(2008CDA077).