明胶与海藻酸钠的相互作用及其应用

NDJ 21 型旋转式粘度计 ( 上海天平仪器 厂生产) ; 电热鼓风干燥箱 CS101 ( 重庆试验
“ - ”表示口感脆而缺乏韧性 “ ; +” 表示 口感较脆 ,韧性一般 “ ; + +” 表示口感有良好 韧性 ,和鱼翅口感相近 “ ; + + + ”表示口感 韧性很好 ,很接近鱼翅的咬感 。 117 仿生鱼翅粗蛋白含量的测定[ 8 ] 凯氏定氮法 。
30 %的明胶和 3 %的海藻酸钠 、 40 %的明胶
212 明胶与海藻酸钠的相互作用对仿生鱼
翅品质影响的研究 在研究了明胶与海藻酸钠相互作用的基 础上 ,初步确定明胶与海藻酸钠在低离子强 度 ,p H 为 610 左右是仿生鱼翅较合理的条
图1 p H 值对明胶和海藻酸钠溶胶 粘酸体系粘度
的影响 通过添加不同浓度的 NaCl 来改变体系

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海藻酸钠
% 0. 0 1. 5 2. 0 2. 5 010 115 3. 0 × 10 0. 632 1. 292 2. 598
23
一般而言 ,2 种强亲水性的物质溶于水溶 液中 ,其溶液粘度主要由成分间结合或排斥 程度 、 大分子水合体积及各成分的浓度所决 定 ,倘若 2 种物质亲水性高且相溶 ,则彼此形 成之交互作用的键合会提高混合水溶液之粘 度 [ 9 ] 。表 1 为不同浓度明胶 、 海藻酸钠在 p H 值为 6 时所测粘度值 。
715 8. 7 × 10 2. 300 3. 568 12. 070
23
910 10. 4 × 10 4. 720 6. 375 16. 940
23
1015 20. 2 × 1023 4. 390 17. 880 25. 050
0
0. 52 1. 263 2. 324
从表 1 看出明胶与海藻酸钠混合后 , 粘 度大大升高 , 这说明明胶与海藻酸钠是相容 的 。随着明胶浓度的增加 , 溶胶体系粘度呈 明显的上升趋势 。且随着海藻酸钠浓度的上 升 ,其粘度升高亦较快 。这是由于海藻酸钠 浓度上升 ,溶胶体系中海藻酸钠含量也增加 , 因而其负电荷含量也增多 , 故与其明胶结合 的机会也增多 ,因而结合更紧密一些 ,从而粘 度上升更快 。 21112 p H 值对明胶与海藻酸钠体系粘度的 影响 对表 1 中一些有代表性的溶胶体系做实 验 。选择海藻酸钠为 115 % , 明胶浓度分别 为 310 % 、 610 % 、 715 % 和 910 % 在不同 p H (4 、 5、 6、 7、 8) 下来测定体系的粘度 ,结果见图 1 所示 。从图 1 可看出 , 随着 p H 值上升 , 粘 度先上升再下降 ,在 p H 值为 6 时 ,粘度达到 最高 。明胶与海藻酸钠交互作用的方式可能 为明胶侧链氨基与海藻酸钠负电荷间的静电 力作用 ,故操作时 p H 值显著影响交互作用 。 因 p H 值影响蛋白质 ( 明胶) 与阴电性多糖类 (海藻酸钠 ) 分子的净电荷[ 10 ] , 所以理论上 p H 值大于 p Ka 值而小于等电点 p I 值且在净 电荷最小时交互作用最大 。若 p H 值过高 , 如 p H 值为 8 时 ,B 型明胶 p I 值为 510 左 右 [ 11 ] ,使得明胶呈负电性 , 与阴电性多糖海
012
1 3 012 1 3 012 1 3
+ + + + + +
从表 2 可知 ,在 p H 为 610 的 CaCl2 溶液 中 ,浓度为 110 % ,固化时间为 45 min 时 ,所 得仿生鱼翅品质最佳 。固化时间太短将导致
Ca2 + 的渗透不足 , 使产品得率降低 ; 时间过
长 ,势必导 致 生 产 周 期 长 , 经 济 上 不 合 算 。
明胶和海藻酸钠单独在食品中的应用国 内外都进行了较深入的研究[ 1～4 ] 。而明胶 与海藻酸钠在适宜的比例 、 p H、 离子强度条 2+ 件下 , 通过 Ca 的桥架作用形成不可逆凝 胶 [ 5 ] ,可以制造出卫生且效益好的仿生食品 如鱼翅 、 燕窝和海蜇等的报道并不多 ,而且所 加工的仿生食品品质较差 , 特别是在口感方 面。本文在系统研究明胶与海藻酸钠交互作用 的基础上来探讨提高仿生鱼翅品质的方法。
116 仿生鱼翅口感
1 材料与方法
1. 1 实验材料 明胶 ( 广东省开平明胶厂提供) ; 海藻酸 钠 ( 山东省青岛市产 ) ; 其它常用试剂 : NaCl 、 NaH2 PO4 、 Na2 HPO4 、 浓 HCl 、 NaOH 、 CaCl2 等
均为分析纯 。 1. 2 主要仪器设备
型 → CaCl2 水溶液浸泡 →漂洗 →冷冻解冻 →脱 水 →干燥 →产品
1. 4 溶液体系粘度的测定 [ 7 ]
不同浓度 、 pH 值、 离子强度的体系粘度 在 65 ℃ 条件下应用 NDJ 21 型旋转粘度计测 定。 115 仿生鱼翅拉伸强度及粘弹特性的测定 凭手感的对比 “ : +” 表示拉伸强度一般 ; “ + + ”表示拉伸强度好 “ ; + + +” 表示拉伸 强度很好 “ ; - ”表示拉伸强度差 。
3 第一作者 : 博士 ,副教授 。 国家自然科学基金资助项目 (29772013) 收稿时间 :1999 - 07 - 22 ,改回时间 :1999 - 09 - 30
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第 26 卷 第 3 期 赵谋明等 : 明胶与海藻酸钠的相互作用及其应用
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但是 ,由于明胶与海藻酸钠都是大分子 ,空间 体积较大 , 因此其范德华力对两大分子之间 的相互作用又可忽略不计 ; 至于氢键 、 疏水作 用和静电作用中哪些为明胶与海藻酸钠之间 的相互作用提供作用力 ? 哪一个贡献大 ? 本 研究通过下列研究来提供判断依据 。 21111 明胶与海藻酸钠不同浓度配比对体 系粘度的影响
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食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Vol126 No 13
离子强度 。实验结果见图 2 所示 。从图 2 可 以看出由于 NaCl 的加入 , 粘度明显下 降 。 当 NaCl 大于 014 mol/ L 时明胶和海藻酸钠 体系有明显的分层现象 , 并有大量絮凝状物 质出现 ,故无法测出其粘度值 ,但搅拌时可明 显感到粘度的下降 。因此离子强度明显影响 明胶与海藻酸钠的相互作用 。故可推测出明 胶与海藻酸钠交互作用力主要为静电引力 。 离子强度对明胶和海藻酸钠体系的交互作用 的影响主要是 Na + 与明胶侧链基团氨基竞 争与海藻酸钠的羧基结合 , 而 Cl 与海藻酸 钠的羧基竞争与明胶侧链基团氨基的结合 , 使明胶和海藻酸钠所带静电荷减少 , 其结果 导致 2 者相互作用的强度下降 。另外 ,NaCl 的高亲水性也是影响因素之一 。在 NaCl 浓 度为 012 mol/ L 时由于离子强度较低 , 离子 之间的竞争不是十分强烈 , 同时也不足以排 斥低亲水性 ( 明胶与海藻酸钠复合物) 成分 , 故还没有凝聚和交缠现象出现 。但从所测体 系粘度迅速下降足以说明离子强度会抑制明 胶和海藻酸钠之交互作用 。当 NaCl 浓度继 续升高时 , 在盐离子作用下 , 水活度大大降 低 ,同时蛋白质 ( 明胶) 表面的电荷大量被中 和 ,导致明胶外表的水化膜被破坏相互聚集 而析出 ,即发生盐析作用 ,使得明胶与海藻酸 钠分离 ,出现凝聚现象 。
21212 不同浓度明胶 、 海藻酸钠按不同配比
图2 离子强度对明胶与海藻酸钠之交互 作用的影响
对仿生鱼翅品质的影响 在上述条件基础上 , 用不同浓度明胶和 不同浓度海藻酸钠按不同比例混合 ( 明胶∶ 海 藻酸钠在 40 ∶ 1～1∶ 1 之间变化 , 平均分为 5 个等级) ,从感官分析得出比例在 10 ∶ 1～2∶ 1 之间 成 型 较 好 。下 面 分 别 为 15 % 、 25 % 、
表2 固化条件对仿生鱼翅品质的影响
试验号 p H 值
1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 4 4 6 6 6 8 8 8 CaCl 2 %
时间
min 15 30 45 30 45 15 45 15 30
拉伸 强度
+ + + + + + + + + + -
口感 透明度
+ + + + + + + + + -
2 结果与讨论
211 明胶与海藻酸钠的交互作用的研究
设备厂) ; 电热三用水箱 BS60 ( 北京市医疗设 备厂) 。 1. 3 仿生鱼翅的工艺流程
明胶与海藻酸钠溶液混合 → 脱气 → 挤压成
明胶与海藻酸钠的交互作用可能是范德 华力 、 氢键 、 疏水作用和静电作用等多种力的 作用结果 。首先 , 两分子范德华力是肯定存 在的 ,两分子间的范德华力的存在是永久的 。
-
件 。再通过进一步实验确定仿生鱼翅的固化 条件和明胶浓度 、 海藻酸钠浓度以及它们的 比例对仿生鱼翅品质的影响 。
21211 固化条件对仿生鱼翅品质的影响
在单因素实验的基础上确定了影响固化 的 3 个因子 , 即 p H 值 、 CaCl2 浓度及固化时 间 ,然后用正交实验来确定生产仿生鱼翅的 最佳固化条件 。明胶浓度为 1010 % , 海藻酸 钠浓度为 210 % ,实验结果见表 2 所示 。
藻酸钠同时带净负电荷 , 二者产生静电吸引 作用较小 , 进而导致粘度下降 。若 p H 值过 低 ,如 p H 为 410 时 , 尽管其 p H 值小于 p I 值 ,但是 ,海藻酸钠的 p Ka 为 314 ～ 414 所带 负电 荷 较 少 , 或 部 分 形 成 海 藻 酸 盐 而 沉 淀 [ 3 ] 。根据文献 [ 12 ] 所提出的蛋白质与多糖 凝胶网络模式 , 应是海藻酸钠形成三维网络 的凝胶结构 ,明胶不参与凝胶网络的形成 ,而 以静电的作用吸附在其凝胶分子上 , 当 p H 过低时 ,由于海藻酸钠所含负电荷少 ,而使明 胶与海藻酸钠静电引力 的交互作用程度亦 降低 ,因而粘度下降是必然的 。