多频脉冲超声对以赤藓糖醇为共溶质的桃浆-卡拉胶共混凝胶体系性质的影响.pdf
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1、58 2023,Vol.44,No.19 食品科学 食品工程多频脉冲超声对以赤藓糖醇为共溶质的桃浆-卡拉胶共混凝胶体系性质的影响吕明月1,2,吕 健1,谢 晋1,王凤昭1,2,毕金峰1,*(1.中国农业科学院农产品加工研究所,农业农村部农产品加工重点实验室,北京 100193;2.沈阳农业大学食品学院,辽宁 沈阳 110866)摘 要:本实验构建以赤藓糖醇为共溶质的桃浆-卡拉胶共混凝胶体系,系统研究了多频脉冲超声(20 kHz、2028 kHz和202840 kHz)对共混凝胶体系的影响。流变学分析结果表明所构建的共混凝胶体系为假塑性流体,随着脉冲超声频率的增加,体系稠度系数增大,流动指数减小
2、。动态流变学特性分析表明,单频和双频脉冲超声会使弹性模量(G)和损耗模量(G”)升高,三频脉冲超声则降低G和G”。多频脉冲超声处理产生的空化效应能够降低体系粒径,其中三频脉冲超声处理时下降最为显著,D50、D4,3、D3,2相比对照组分别下降了12.32%、9.80%和7.57%。多频脉冲超声会增大共混凝胶体系的相位角绝对值和电导率,降低阻抗;其中与对照组相比,三频脉冲超声处理样品的相位角绝对值升高35.82%,电导率升高10.15%,阻抗降低38.52%。随着脉冲超声频率的增加,共混体系与水的缔合性增强,出现结合水信号。脉冲超声处理后的样品傅里叶变换红外吸收光谱中未发现新吸收峰,表明超声没有
3、对体系的功能基团造成破坏,仅对氢键产生影响。单频和双频脉冲超声处理会使共混凝胶体系的微观孔隙变大,三频脉冲超声则会使孔隙更为致密和均匀。本研究可为改善卡拉胶共混凝胶制品特性及开发凝胶型桃浆制品应用提供参考。关键词:多频脉冲超声;频率;共混凝胶体系;桃浆;卡拉胶Effect of Multi-Frequency Pulsed Ultrasound on the Properties of Peach Pulp-Carrageenan Blend Gel System with Erythritol as CosoluteL Mingyue1,2,L Jian1,XIE Jin1,WANG Fen
4、gzhao1,2,BI Jinfeng1,*(1.Key Laboratory of Agro-products Processing,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Institute of Food Science and Technology,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100193,China;2.College of Food Science,Shenyang Agricultural University,Shenyang 110866,China)Abstra
5、ct:The effect of multi-frequency pulsed ultrasound(20 kHz,20+28 kHz,and 20+28+40 kHz)on characteristics of a peach pulp-carrageenan blend gel system containing erythritol as a cosolute was systematically studied.Rheological analysis showed that the blend gel system was a pseudoplastic fluid.With the
6、 increase in pulsed ultrasound frequency,the consistency coefficient increased and the flow index decreased.Dynamic rheological analysis showed that single-frequency and dual-frequency pulsed ultrasound could significantly enhance the elastic modulus(G)and viscosity modulus(G”),while triple-frequenc
7、y pulsed ultrasound had the opposite effect.The particle size was significantly reduced by the cavitation effect produced by multi-frequency pulsed ultrasound,the effect being most pronounced with triple-frequency pulsed ultrasound.Compared with the control group,D50,D4,3,and D3,2 of the samples tre
8、ated by triple-frequency pulsed ultrasound were decreased by 12.32%,9.80%and 7.57%,respectively.Additionally,multi-frequency pulsed ultrasound could increase the absolute value of the phase angle and conductivity,and reduce the impedance value.Compared with the control group,the absolute value of th
9、e phase angle and the conductivity were increased by 35.82%and 10.15%in the triple-frequency pulsed ultrasound group,respectively;and the impedance value was reduced by 38.52%.As the pulsed ultrasound frequency 收稿日期:2022-10-20 基金项目:国家桃产业技术体系建设专项(CARS-30-5-02)第一作者简介:吕明月(1998)(ORCID:0000-0001-5341-537
10、1),女,硕士研究生,研究方向为果蔬加工。E-mail:*通信作者简介:毕金峰(1970)(ORCID:0000-0001-8664-8788),男,研究员,博士,研究方向为果蔬精深加工 与副产物综合利用技术。E-mail:食品工程 食品科学 2023,Vol.44,No.19 59increased,the association between the blend system and water was enhanced,so that a bound water signal appeared.No new absorption peaks were found in the Four
11、ier transform infrared spectra of ultrasound-treated samples,indicating that ultrasound treatment did not destroy the functional groups,but instead only strengthened hydrogen bonding.The micropores of the blend gel system were enlarged by both single-frequency and dual-frequency pulsed ultrasound tr
12、eatments,while triple-frequency pulsed ultrasound treatment resulted in denser and more uniform pores.This study can provide a reference for improving the quality of blend gels of-carrageenan and developing gel-like peach pulp products.Keywords:multi-frequency pulsed ultrasound;frequency;blend gel s
13、ystem;peach pulp;carrageenan DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221020-194中图分类号:TS201.7 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2023)19-0058-07引文格式:吕明月,吕健,谢晋,等.多频脉冲超声对以赤藓糖醇为共溶质的桃浆-卡拉胶共混凝胶体系性质的影响J.食品科学,2023,44(19):58-64.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221020-194.http:/L Mingyue,L Jian,XIE Jin,et al.Effect of multi-frequency pul
14、sed ultrasound on the properties of peach pulp-carrageenan blend gel system with erythritol as cosoluteJ.Food Science,2023,44(19):58-64.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221020-194.http:/桃(Amygdaluspersica Linn),蔷薇科(Rossaceae)李属(Prunus),肉质鲜美,含有碳水化合物、膳食纤维、维生素等营养素1。一方面,桃浆作为
15、终产品能够较好地保留鲜果的可溶性固形物、风味和营养成分;另一方面,桃浆作为果蔬加工产业的重要中间基料,辅以天然多糖等基材,可构建果浆-多糖共混凝胶体系,用于半固体可食性凝胶食品的开发。基于多糖分子与桃浆原料中的大分子组分的交互作用,可以改善使用单一食品高分子基材制备可食性凝胶食品存在的质构等品质缺陷问题2。随着提取和纯化技术的发展进步,天然多糖(如淀粉、卡拉胶、果胶、海藻酸钠等)呈现出普遍性和低成本的特点,加之其优良的生物相容性,使天然多糖在共混凝胶体系类食品制造中得到广泛应用3。其中,卡拉胶是从海藻中提取出的天然亲水线性硫酸多糖,由半乳糖和3,6-脱水半乳糖通过-1,3和-1,4糖苷键交替连
16、接而成4,因其良好的凝胶性、增稠性及抗氧化性等多重属性而在共混凝胶体系中具有广泛的应用。根据双糖重复单元中所含硫酸酯基团数量的不同,可将卡拉胶分为-型、-型、-型。其中,-型卡拉胶(-carrageenan,-C)的每个双糖重复单元仅有1 个硫酸酯基团5,因而具有更优的胶凝能力,多被用于改善食品的黏度、流变性等质构特征。-C有助于食品形成更为致密的凝胶结构,从而可制备具有更高硬度、刚度及一定脆性的胡萝卜泥 产品6;-C与土豆泥中的马铃薯淀粉产生协同作用有助于增强样品的三维网络结构,形成黏稠度更高的土豆 泥7;-C的胶凝性可以使白菜、豌豆等蔬菜泥的微观结构更致密,改善其3D打印性能8。由此可见,
17、利用-C的凝胶性是制造加工可食性凝胶食品的关键,但是其在食品中单独使用可能会导致凝胶食品出现脆性增加、易析水等缺陷9,可以通过优化加工参数或辅以糖分子等食品成分的方式改善-C的凝胶特性。蔗糖有助于-C凝胶形成更粗更致密的纤维束网络结构,从而改善其凝胶强度和持水性10;环糊精的加入影响-C无规则线圈的重新排列,从而改善-C的质构特性和冻融稳定性11。超声处理可以使-C多糖的链状结构被降解,增加-C的溶解度从而提升其黏稠度12。顺应“大营养大健康”的社会发展需求,降低蔗糖等游离糖的摄入,赤藓糖醇因其甜味爽净且具有高稳定性、低糖醇类物质,低升糖指数和低热值等特性在食品中的应用研究不断深入13。超声波
18、技术在液态或半固态体系中产生的空化效应伴随强烈的冲击波和微射流产生的剪切力有利于促进共混凝胶体系中大分子物质之间的相互作用,进而有效改善终产品的品质特性14。其中,超声波的空化效应能够增强共混乳液凝胶体系中大豆蛋白-果胶-大豆油三者之间的氢键、范德华力和疏水相互作用,使其形成更为均匀和致密的乳液凝胶15。超声波的微束流和空化作用能够诱导鸡血浆蛋白-魔芋葡甘聚糖凝胶共混体系中蛋白结构膨胀和构象变化,增加蛋白的疏水性和二硫键的数量,进而促进蛋白分子间的共价交联作用,并诱导魔芋葡甘聚糖在凝胶形成过程中交联到血浆蛋白凝胶网络中,赋予了最终产品优异的凝胶强度和保水性16。相比较单频脉冲超声处理,多频脉冲
19、超声因其更为强烈的空化效应、机械力和冲击波,可以有效促进酪蛋白酸钠和玉米醇溶蛋白之间的相互作用,制备更稳定的纳米颗粒17。此外,多频脉冲超声能够更强烈地促使淀粉溶解度的增加,使其结构和性质发生更明显的变化(如淀粉颗粒膨胀),从而改善淀粉在亚油酸中的分散性,增加淀粉与亚油酸之间接触反应的可能性18-19。本实验以桃浆为基料,辅以-C和赤藓糖醇构建共混凝胶体系,解析多频脉冲超声处理对其流变性能、粒径、电学特性、水分分布、微观结构等特性的影响,60 2023,Vol.44,No.19 食品科学 食品工程旨在为以桃浆为基质的复合凝胶共混体系产品的制造与加工提供理论依据。1 材料与方法1.1 材料与试剂
20、桃果实由北京市农林科学院林业果树研究所提供,采自北京平谷前芮营桃育种和试验示范基地。要求果实颜色、大小相近,成熟度基本一致、无明显病虫害和机械损伤。原料运回实验室后贮藏于4 冷库。-C(分析级,纯度99%,淡黄色粉末)、赤藓糖醇(分析级,纯度99%,白色粉末)上海源叶生物科技有限公司。1.2 仪器与设备WKS900B/3S三频超声波反应器 江苏江大五棵松生物科技有限公司;Microtarc S3500激光粒度分析仪 美国Microtarc公司;Physica MCR301流变仪 奥地利AntonPaar公司;TENSOR27傅里叶变换红外光谱仪 德国Bruker公司;SU8010扫描电子显微镜
21、 日本日立公司;S479-uMix 型多参数测定仪 梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司;PQ001低场核磁共振仪 苏州纽迈分析仪器股份有限公司;IM3570阻抗分析仪 日置(上海)商贸有限公司;BLK190613PD真空冷冻 干燥机 江苏博莱客冷冻科技发展有限公司。1.3 方法1.3.1 以赤藓糖醇为共溶质的桃浆/-C共混凝胶体系的制备根据前期预实验结果构建共混凝胶体系:桃果实经清洗、去皮、去核后,将果肉与蒸馏水以质量比4 1比例打浆,打浆时间为150 s,打浆机转速为32 000 r/min。称取2 g-C和10 g赤藓糖醇于烧杯中,加入88 mL蒸馏水搅拌溶解,后加入100 g桃浆,充
22、分搅拌使其混合均匀。1.3.2 多频脉冲超声处理超声频率设置为单频(20 kHz)、双频(2028 kHz)和三频(202840 kHz);设置脉冲条件为脉冲时间3 s,间隔2 s;超声功率300 W,超声时间30 min。以未进行超声处理的样品作为对照组。1.3.3 流变特性测定表观黏度:采用流变仪对样品的表观黏度进行测定。取2.3 mL样品于流变仪平行板(直径50 mm)之间,平板间隙尺寸1 mm,使用水循环系统控制样品测定温度为(251)。在剪切速率从0.1100.0 s1范围内测定样品的表观黏度随剪切速率的变化。采用Power-Law模型(下式)对实验数据点进行回归拟合。kn 式中:是
23、剪切应力/Pa;k是稠度系数/(Pasn);n是流动指数。弹性模量(G)和损耗模量(G”):通过在1 Hz下进行应变扫描测试,确定样品的线性黏弹区,设置扫描应变振幅0.1%,角频率()范围0.1100.0 rad/s,测定样品G和G”随的变化20。1.3.4 粒径的测定采用激光粒度仪对样品的颗粒粒径分布进行测定。样品粒径参数包括D4,3、D3,2和D50,分别代表样品的体积平均直径、表面平均直径和中值粒径。1.3.5 电学特性的测定电导率:采用多功能参数测定仪的电导率模式 测定。阻抗:采用阻抗分析仪测定样品的阻抗和相位角。进行开路、短路校正后,在检测频率1 kHz、电压1 V条件下进行测定。1
24、.3.6 水分分布的测定采用低场核磁共振仪测定样品中的水分分布。取2 mL样品注入核磁管中,使用多脉冲回波序列测试横向弛豫时间T2。参数设置如下:采样频率100 kHz,90脉宽5.40 s,180脉宽8.40 s,采样点数1 200 036,回波个数12 000,回波时间1 ms21。1.3.7 傅里叶变换红外吸收光谱测定样品经真空冷冻干燥后与KBr粉末混合,研磨均匀后压成透明薄片,于室温干燥环境下进行傅里叶变换红外光谱扫描。设置分辨率为4 cm1,扫描范围为 4004 000 cm122。1.3.8 微观结构观察样品经冷冻干燥后切成薄片用导电胶固定于样品台上进行喷金处理。利用扫描电子显微镜
25、在10 kV的加速电压下分别于200 倍和400 倍下进行观察并拍照23。1.4 数据处理与分析通过SPSS 26.0软件进行ANOVA差异显著性分析(P0.05),使用Origin 2022软件进行数据拟合和作图。每个实验均重复3 次,结果以平均值标准差表示。2 结果与分析2.1 多频脉冲超声对共混凝胶体系流变特性的影响初始状态时,共混凝胶体系的表观黏度高于对照组;随着剪切速率的增加,共混凝胶体系表观黏度逐步降低(图1A),呈现出典型的剪切稀化特性,即假塑性流体。进一步利用Power-Law模型(表1)对表观黏度结果进行拟合(R20.970.99)发现,随着脉冲超声频率的增加,样品的稠度系数
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