魔芋中富含魔芋葡甘聚糖（KGM）。魔芋制品大都是利用KGM的凝胶性质制成的凝胶类食品，但单一的KGM凝胶存在稳定性不足、口感单一和难赋色等问题。通过利用成分之间的协同作用，复合凝胶可以弥补和改善单一成分凝胶的局限性。大豆分离蛋白（SPI）是一种优质的植物蛋白，具有乳化、凝胶化等特性。红薯淀粉（SPS）资源丰富，具有高黏度、高聚合度等特点。目前关于SPS和SPI对KGM凝胶品质影响的研究较少，且三元复合体系的研究鲜有报道。
南京农业大学食品科技学院的贺隆基、李世奇、陈志刚 *等先通过研究不同添加量的SPS和SPI对KGM凝胶质构特性、水分分布、流变学特性等的影响，测定复合凝胶的质构品质、感官品质、色泽等指标，再在单因素试验的基础上运用综合评分法得到SPS-SPI-KGM三元复合凝胶的最佳配比，并进行微观结构观察，以期为多元复合KGM凝胶的应用提供理论依据和实践基础，增加KGM凝胶应用的多样性，满足市场需求。
01
SPS和SPI对KGM凝胶色度值的影响
魔芋凝胶的颜色对于消费者来说没有统一标准，KGM凝胶本身就具有良好的色泽。由表3可知，随着SPS添加量的增加，凝胶L*值由最初的41.41升至42.97，变化幅度很小，在外观上没有很大差异。此外，a*值和b*值从未添加时的0.93和1.42降低至0.64和0.91，变化幅度不大。这说明SPS添加量对于KGM凝胶的色度值没有显著影响。随着SPI添加量的增加，KGM凝胶的L*值和b*值显著增加，由未添加时的41.41和1.42上升至60.93和5.02，但a*值没有显著变化，由0.93升至0.95。这说明SPI的添加显著影响KGM凝胶的L*值和b*值，对a*值影响不大，SPI添加量的增加能够提升KGM凝胶的色泽，改善凝胶颜色。总的来说，SPS的添加对KGM凝胶色泽变化影响不显著，SPI的添加显著提高KGM凝胶的L*值和黄蓝值。
02
SPS和SPI对KGM凝胶质构特性的影响
由表4可知，随着SPS添加量的增加，KGM凝胶的硬度和咀嚼性呈现先增大后减小的趋势，弹性逐渐上升，胶黏性和内聚性变化不显著。复合凝胶的硬度（5.75～10.72 N）、弹性（0.65～0.83）和咀嚼性（6.98～16.96 mJ）随着SPS的添加均显著上升，硬度和弹性分别上升了86.43%和27.69%。这与SPS中直链淀粉的含量有关，浸出的直链淀粉和KGM形成复合物，较好地填充凝胶网络结构，填补多余的孔隙。同时，高KGM浓度的凝胶几乎不会影响淀粉糊化，复合物的数量和体积随着浓度增加而增加，不断填充并增强凝胶网络结构，从而表现出更好的质构特性。当SPS添加量过大时可能会影响KGM与水分的充分结合，因此导致硬度和弹性的下降。由表4可知，随着SPI添加量的增加，复合凝胶的硬度、咀嚼性、胶黏性和弹性均呈现先上升后下降的趋势，内聚性变化不显著，硬度和弹性分别上升13.41%和15.38%，但胶黏性降低54.19%。这表明一定浓度的SPI能够提高凝胶的质地特性，过高浓度会破坏原来的质构。总体来说，添加量在2.5%以下的SPS和2%以下SPI有利于保持较好的凝胶品质，使得凝胶弹性、硬度和咀嚼性保持在较高水平。
03
SPS和SPI对KGM凝胶持水性和凝胶强度的影响
由图1A可知，随着SPS添加量的增加，KGM凝胶的凝胶强度和持水性呈现逐渐上升趋势，SPS添加量3%时开始下降。直链淀粉浓度与凝胶强度密切相关，SPS添加量的增加提高了体系中直链淀粉的浓度，提高了淀粉分子和KGM之间的相互作用和交联程度，而SPS添加量过高可能导致直链淀粉和KGM总量过多，从而不能充分溶解，相互之间结合不紧密，导致持水率的下降。随着SPI添加量的增加，KGM凝胶的持水性均呈现先上升后下降的趋势，总体高于未添加时的KGM凝胶（图1B）。胶凝剂Ca(OH) 2的添加可能会导致蛋白质变性，多肽链易通过氢键与水分子结合，从而提高持水性 。KGM的亲水性有助于SPI溶解，但SPI含量过高可能会影响KGM正常脱乙酰化和结合水分子的能力，导致凝胶强度和持水性下降。总的来说，低于3%的SPS和低于2%的SPI有助于凝胶网络结构和持水性的增强。
04
SPS和SPI对KGM凝胶感官评价的影响
由图2A可知，复合凝胶的总体可接受度随着SPS添加量的增加而增加，说明SPS对KGM凝胶带来积极影响。凝胶的色泽、气味和滋味在SPS添加量小于1.5%时得分变化较小，在添加量大于1.5%后变化较大。SPS能够给凝胶带来更多风味，增加凝胶的口感层次，同时增加凝胶的弹韧性，改善其组织形态，这与质构中弹性和硬度的变化趋势符合。随着SPI添加量增加，凝胶总体可接受度呈现先上升后下降的趋势（图2B），添加2%以下SPI能改善凝胶的色泽，使表面更加光泽，带来较为明显的豆香味。多余的SPI会降低感官得分，同时较高浓度SPI展现出较强的发泡性能，导致凝胶内部出现气泡，影响凝胶外观，也会带来轻微的咸腥味。
05
SPS和SPI对KGM凝胶流变学特性的影响
由图3可知，样品的G’和G”均随着频率的增加而增加，且所有样品的G’值始终大于G”值，表现出弱凝胶特性 。随着SPS和SPI添加量的增加，G’和G”显著增加（P＜0.05），且tanδ＜1且逐渐降低，说明弹性组分的相对含量逐渐升高，凝胶性质趋于稳定。SPS添加量增加促进了淀粉分子和KGM之间的相互作用和交联，使网络结构更加紧凑，KGM与淀粉浸出的直链淀粉结合形成更强的凝胶结构，黏弹性增强。SPI能够增强KGM凝胶的刚性和强度，减弱流动性，表现出典型的弹性凝胶特点。
06
SPS和SPI对KGM凝胶水分分布的影响
由表5可知，未添加SPS和SPI时A22的占比超过70%，因为KGM本身具有很强的亲水性和高持水能力，抑制水分子流动。随着SPS添加量的增加，凝胶的T21、T22和A22没有显著变化，而A21显著增加（P＜0.05），说明SPS增加了凝胶中结合水含量，原因可能是淀粉分子通过氢键等作用力与水分子紧密结合。随着SPI添加量的增加，凝胶的T21、T22和A22 没有显著变化，A21 显著增加（P＜0.05），说明SPI增加了凝胶中结合水的含量，SPI中的蛋白质通过氢键、疏水作用等与KGM凝胶结合，增强结合水的能力，进而提高结合水的比例。与此同时，KGM与SPI的结合使蛋白中含有极性和非极性氨基酸的与水结合的分子受到保护，增加结合水的含量。
07
添加剂的复配
7.1 正交试验复合凝胶的凝胶性质
用Z-score法对蒸煮品质指标进行无量纲化处理，将两个指标合并为综合指标以减小不同单位的影响，结果见表6。
由表7极差分析可得RA＞RB＞RC ，所以在正交试验所选的梯度中，SPS对凝胶性质的影响最大，其次是蒸煮温度，而SPI的影响最小，最佳配比为A2B3C1 ，即SPS添加量2.5%、蒸煮时间50 min、SPI添加量0.5%。此时制备得到的复合凝胶具有较好的凝胶强度和较高的持水率，凝胶性质综合评分最高。
7.2 正交试验凝胶的质构品质
正交试验中复合凝胶质构结果如表8所示。
令1、2、3、4、5、6、7分别为硬度、内聚性、弹性、胶黏性、咀嚼性、黏附性和彩度值，各主成分的特征值、方差贡献率、累计方差贡献率如表9所示，可知前两个公因子的特征值大于1，且累计方差贡献率达到88.61%，说明前两个主成分基本涵盖了正交试验中复合凝胶的质构品质信息。
根据主成分特征向量（表10），可构建主成分F1、F2 与复合凝胶质构指标的线性关系表达式：
主成分F1 ：y1＝0.46x1＋0.456x2－0.442x3＋0.438x4－0.362x5＋0.161x6＋0.186x7
主成分F2 ：y2 ＝0.058x1＋0.052x2－0.060x13－0.113x4＋ 0.117 x 5 －0.700 x 6 ＋0.688 x 7
由于各指标的单位不同，所以对其进行标准化处理，得到标准化后的评价值F1 、F2 （表11），以两个主成分与其方差贡献率和累计方差贡献率的商构建出复合凝胶质构品质的综合评价T2 ，T2 是主成分F1 、F2 的线性组合：T2 ＝0.733 4F1 ＋0.266 6F2 ，此公式为正交试验中质构 品质的综合评价结果。
利用主成分分析法对正交试验质构品质进行分析，将得到的综合评分T2 代入正交试验表中， 由表12可知，RA＞RB＞RC ，在正交试验所选的添加比例中，SPS对复合凝胶质构综合评分影响最大，其次是蒸煮时间，SPI的影响最小。从质构品质指标考察复合凝胶最佳配比为A2B1C2 ，即SPS添加量2.5%、蒸煮时间30 min 、SPI添加量1%。此时复合凝胶具有质构特性和色泽。
7.3 正交试验凝胶的感官评价
由表13可得，RC＞RB＞RA，SPI和蒸煮温度对感官评分有较大影响，但SPS对感官评分的影响较小。以感官评价综合指标为评判标准的复合凝胶最佳配比为A3B3C2 ，即SPS添加量3.0%、蒸煮时间50 min、SPI添加量1.0%，此时的复合凝胶感官评价得分高。
7.4 综合评分法
由表14可得，RA＞RC＞RB，通过综合分析法可以发现SPS添加量对复合凝胶的品质影响最大，其次是SPI添加量，蒸煮时间的影响相对较小。由正交试验综合评分得到复合凝胶的最佳配比为 A2B3C2 ，分别为SPS添加量2.5%、蒸煮时间50 min、SPI添加量1.0%。
由表15可得，A、C为极显著因素（P＜0.01），B为显著因素（P＜0.05），空列影响不显著。由于最佳配比未出现在9 个实验组中，对最佳配比进行验证，结果发现最佳配比的复合凝胶品质得到了明显改善，凝胶表面有光泽感，具有较强的弹性和韧性。
7.5最佳配比复合凝胶质构性能分析
如表16所示，优化制备后的凝胶其硬度、弹性、咀嚼性和凝胶强度分别提高了26.88%、10.62%、20.91%和21.30%，均显著高于优化制备前的复合凝胶。
7.6 最佳配比复合凝胶扫描电子显微镜观察分析
选取SPS添加量2.5%、SPI质量分数0.5%、蒸煮时间30 min制备的复合凝胶与优化制备后的复合凝胶进行扫描电子显微镜观察分析。 如图4所示，优化制备前后凝胶微观结构差异较大。优化制备后的复合凝胶孔隙缩小，结构连续，较为致密（图4A）；优化制备前的凝胶呈无规则多孔结构，结构较疏松，孔隙较大且分布不均（图4B）。孔隙的填补与SPS和SPI有关，在复合凝胶制备过程中，SPS吸收水分，膨胀释放出直链淀粉与KGM结合，在交联过程中形成三维网状结构 。SPI在Ca(OH) 2 和加热条件下变性，与KGM形成交联产生网络结构 。优化制备后的复合凝胶体系内部相互作用加强，稳定性提高。因此，优化制备后的配比有效改善了KGM凝胶的结构和性能。
结 论
通过单因素试验设计和综合评分试验设计，探究SPS和SPI对KGM凝胶色泽、质构特性、凝胶强度、水分分布、持水性、流变学特性和微观结构的影响，得出以下结论：添加SPS和SPI能够改善KGM凝胶的外观和口感，提高凝胶硬度、弹性和咀嚼性；G’和G”增加说明提高KGM凝胶黏弹性；显著提高结合水的含量。通过调整SPS和SPI质量分数可以优化KGM凝胶的质地、外观和口感，优化配比后的复合凝胶三维网络结构更加致密，稳定性得到提高。
未来可以进一步研究SPS和SPI对不同浓度KGM的影响，同时引入更多测量性指标量化复合凝胶参数 ，探究KGM、蛋白质和淀粉之间胶凝机制，为复合凝胶的研究应用提供更多参考。
本文《红薯淀粉和大豆分离蛋白对魔芋凝胶特性的影响及复合凝胶的制备》来源于《食品科学》2023年44卷第24期58-67页，作者：贺隆基, 李世奇, 陈志刚。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230106-036。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。
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