精制对魔芋葡甘聚糖及其与<i>κ</i>-卡拉胶复配凝胶性质的影响

焦晓佳; 邓坤鑫; 魏慧婷; 许玲玲; 朱艳冰; 林坤城; 姜泽东; 倪辉; 李清彪; 郑明静

doi:10.13386/j.issn1002-0306.2021110184

精制对魔芋葡甘聚糖及其与κ-卡拉胶复配凝胶性质的影响

焦晓佳^1,,
邓坤鑫¹,
魏慧婷¹,
许玲玲¹,
朱艳冰^{1, 2, 3},
林坤城⁴,
姜泽东^{1, 2, 3},
倪辉^{1, 2, 3},
李清彪^{1, 2, 3},
郑明静^{1, 2, 3, ,}

1.
集美大学海洋食品与生物工程学院，福建厦门 361021
2.
福建省食品微生物与酶工程重点实验室，福建厦门 361021
3.
海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，辽宁大连 116034
4.
福建省绿麒食品胶体有限公司，福建漳州 363107

基金项目: 漳州市科技计划项目（ZZ2019ZD15）；国家自然科学基金青年基金项目（32001713）；福建省教育厅中青年教育科研项目（JAT200288）。

详细信息

作者简介:
焦晓佳（1996−）（ORCID：0000-0001-7867-7212），女，硕士研究生，主要从事食品加工技术方面的研究，E-mail：290424986@qq.com

通讯作者:
郑明静（1990−）（ORCID：0000-0003-3791-4976），女，博士，讲师，主要从事功能性碳水化合物结构表征、改性及功能方面的研究，E-mail：zmjfst@163.com

中图分类号: TS201.7
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出版历程
- 收稿日期: 2021-11-15
- 网络出版日期: 2022-06-07
- 刊出日期: 2022-08-14

Effects of Refining on Konjac Glucomannan and Gel Properties of Its Blend with κ-Carrageenan

JIAO Xiaojia^1,,
DENG Kunxin¹,
WEI Huiting¹,
XU Lingling¹,
ZHU Yanbing^{1, 2, 3},
LIN Kuncheng⁴,
JIANG Zedong^{1, 2, 3},
NI Hui^{1, 2, 3},
LI Qingbiao^{1, 2, 3},
ZHENG Mingjing^{1, 2, 3, ,}

1.
College of Ocean Food and Biological Engineering, Jimei University, Xiamen 361021, China
2.
Fujian Provincial Key Laboratory of Food Microbiology and Enzyme Engineering, Xiamen 361021, China
3.
Collaborative Innovation Center of Seafood Deep Processing, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China
4.
Fujian Green Kirin Food Colloid Co., Ltd., Zhangzhou 363107, China

摘要

摘要: 本论文主要研究魔芋葡甘聚糖（Konjac glucomannan，KGM）的精制条件及精制前后的KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的理化性质和结构表征，并进一步解析KGM的理化性质与其复配体系凝胶特性之间的相关性。结果表明，KGM的最佳精制条件为：乙醇浓度为60%，溶胀时间为2 h，溶胀温度为50 ℃；在此精制条件下的KGM的葡甘聚糖含量、粘度、亮度和白度分别增加了34.43%、128.55%、17.94%和28.29%，其与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度、硬度、咀嚼性和胶着性分别显著提高了47.39%、60.47%、55.44%和45.87%（P < 0.05），复配体系的氢键作用力增强，凝胶网络结构更加平滑紧密；相关性分析结果表明，精制后KGM的葡甘聚糖含量、粘度、色泽、气味是提高复配体系凝胶特性等品质的关键因素。本论文为开发高凝胶强度的KGM与卡拉胶复配凝胶的研究提供了一种高效简单的精制KGM的方法，并为后续精制KGM的工业化生产奠定了理论基础。
- 魔芋葡甘聚糖 /
- 精制 /
- κ-卡拉胶 /
- 结构 /
- 凝胶特性
Abstract: Refined conditions of konjac glucomannan (KGM), physicochemical properties and structural characterization of KGM before and after refining and its blend with κ-carrageenan were explored in this study. Furthermore, the correlation between physicochemical properties of KGM and gel properties of the blend was also determined. The result showed that refined conditions of KGM were as follows: Refined ethanol concentration 60%, swelling time 2 h, swelling temperature 50 ℃. With this treatment, the glucomannan content, viscosity, brightness and whiteness of KGM were increased by 34.43%, 128.55%, 17.94% and 28.29%, respectively. Gel strength, hardness, chewiness and gumminess of its blend with κ-carrageenan were significantly increased by 47.39%, 60.47%, 55.44%, and 45.87%（P < 0.05）, respectively. The best gel properties of the blend were obtained with the enhanced hydrogen bond force, smoother and tighter gel network structure. In addition, physicochemical properties of KGM e.g. glucomannan content, viscosity, color and flavor were considered to be the key factors to improve quality of the blend gel. This study could provide an efficient and simple refined method for development of KGM and carrageenan blend with high gel strength, and lay a theoretical foundation for the industrial production of refined KGM in future.
- konjac glucomannan /
- purification /
- κ-carrageenan /
- structure /
- properties

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魔芋（Amorphophallus rivieri Durieu）是一种主要分布于东南亚的魔芋属植物^[1]。魔芋葡甘聚糖（Konjac glucomannan，KGM）是从魔芋中提取的中性多糖，由D-甘露糖和D-葡萄糖以1.6:1.0 的比例通过β-1,4糖苷键连接而成^[2]。KGM具有良好的增稠性和凝胶性，被用于食品胶体的生产。但是，单一的KGM需要在高浓度和强碱性条件下才可形成凝胶，存在成胶能力弱、胶用量大、口感差等问题^[3]。因此，KGM总是通过与亲水性胶体复配来改善其凝胶特性，从而提高其应用价值。在亲水性胶体中，κ-卡拉胶是最常用与KGM复配的胶体之一，由D-半乳糖-4-硫酸酯和3,6-脱水-D-半乳糖交替连接而成的线型凝胶多糖^[4-5]。研究表明，KGM与κ-卡拉胶之间能够发生相互作用，改善了复配体系的凝胶性能^[6-7]。近年来，在香肠、鱼丸等肉制品中添加适量的κ-卡拉胶与KGM等复配食品胶体，可起到黏结、爽口、降低脂肪、增加体积等作用^[8-9]。然而，为了满足火腿和鱼丸等高凝胶强度食品的需求，KGM与κ-卡拉胶复配体系的凝胶特性（如硬度、凝胶强度）仍有待改进。

大量文献报道，对KGM进行脱乙酰基等化学改性能够提高KGM与κ-卡拉胶复配体系的凝胶特性^[10-12]。但是，化学改性仍存在许多缺点，如耗时长、污染环境，增加后期醇洗成本等^[13]。对KGM进行简单的加热与醇沉处理，可避免以上问题。现有研究聚焦于通过改善KGM的理化特性来精制和改性魔芋原料^[14-15]，而对于不同精制条件下的KGM如何影响复配体系的凝胶特性尚需研究。因此，本论文研究了KGM精制的工艺条件（乙醇浓度、溶胀温度和溶胀时间）对KGM与κ-卡拉胶复配体系凝胶特性的影响，进一步通过质构仪、红外光谱以及电镜等测定最优工艺条件精制的KGM与κ-卡拉胶复配体系的理化性质与结构表征；并结合相关性分析从KGM精制前后理化性质的变化解析复配凝胶形成的关键因子，以期为KGM与κ-卡拉胶复配食品添加剂的开发利用奠定理论基础。

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

KGM（纯度55%，分子量67 kDa）　食品级，福建省绿麒食品胶体有限公司；κ-卡拉胶（纯度 > 98%）　食品级，西班牙category有限公司；其他试剂CaSO₄、KCl、NaOH、柠檬酸、无水乙醇　均为分析级，北京化学试剂有限公司。

DV-C数显粘度计　美国Brookfield公司；Quanta FEG 250扫描电子显微镜　美国FEI公司；8400S傅立叶变换红外光谱仪　日本岛津公司；LyoQuest-85真空冷冻干燥机　西班牙Telstar公司；FE20K pH计　Mettler Toledo公司；磁力搅拌器　德国IKA公司；TA.TOUCH质构仪　上海保圣实业发展有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 精制KGM的制备

1.2.1.1 工艺流程

配制0.50%（w/ v）的KGM水溶液，利用磁力搅拌器使其在不同的溶胀温度下溶胀不同时间。随后，采用120 μm滤布过滤，滤液与不同浓度的乙醇按1:1.25（v/ v）比例混合，搅拌至沉淀全部析出。进一步采用120 μm滤布过滤，沉淀经无水乙醇洗涤5次后70 ℃热风干燥，粉碎过100目筛，得到的精制KGM置于4 ℃贮藏备用。

1.2.1.2 精制条件

以KGM的得率及其与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度为指标，在KGM溶胀温度为60 ℃、溶胀时间为2 h时^[16]，研究不同乙醇浓度（50%、60%、70%、80%、90%）对KGM的得率及其与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度的影响；采用最优的乙醇浓度，保持其他因素不变，分析不同KGM溶胀时间（1、1.5、2、2.5、3 h）对KGM的得率及其与复配体系凝胶强度的影响；在最优的乙醇浓度和溶胀时间下，确定不同溶胀温度（40、50、60、70、80 ℃）对KGM的得率及其与复配体系凝胶强度的影响。据此，得出KGM的精制条件。

1.2.2 KGM精制前后性质的比较

以未精制的KGM为对照，针对1.2.1方法获得最佳精制条件下的KGM进行理化和结构特性分析，对比精制前后葡甘聚糖含量、粘度、色泽参数、感官分析、红外光谱和微观结构（电镜）的变化。

1.2.3 KGM与κ-卡拉胶复配体系的制备

参照林瑞君^[8]的方法并稍作改动，室温下将0.7% κ-卡拉胶、0.5% KGM、0.4%氯化钾和0.1%硫酸钙溶于蒸馏水中充分混匀，微波加热（700 W、5 min至胶液透明，然后分装至25 mL小烧杯中，室温下凝胶12 h。另外，在氯化钾和硫酸钙添加量不变的情况下，以胶体浓度为1.2%的κ-卡拉胶为对照组K1，以总胶浓度为1.2%的未精制的KGM与κ-卡拉胶复配凝胶为对照组K2。考察了不同精制条件对复配体系的凝胶强度的影响，进一步研究了精制前后KGM对复配体系质构特性、色泽、红外光谱及微观结构（电镜）的变化。

1.2.4 指标测定

1.2.4.1 KGM得率测定

KGM得率以获得精制KGM的重量与原KGM的重量比值计算。

得 率 精 制 的 重 量 原 的 重 量

$\mathrm{K}\mathrm{G}\mathrm{M}\mathrm{得}\mathrm{率}(\text{%})=\frac{\mathrm{精}\mathrm{制}\mathrm{K}\mathrm{G}\mathrm{M}\mathrm{的}\mathrm{重}\mathrm{量}}{\mathrm{原}\mathrm{K}\mathrm{G}\mathrm{M}\mathrm{的}\mathrm{重}\mathrm{量}}\times 100$

1.2.4.2 KGM含量测定

准确称量一定量精制后的KGM，按GB/T 18104-2000《魔芋精粉》附录A中的《魔芋精粉中葡甘聚露聚糖含量的测定》进行测定^[17]。

1.2.4.3 KGM粘度测定

参照GB/T 18104-2000《魔芋精粉》标准方法^[17]，配制质量分数为1%的KGM溶液，在25 ℃温度条件下搅拌溶液，每10 min测定一次粘度，直到粘度达到最大值，即最终粘度。

1.2.4.4 KGM感官评价

参照农业行业标准NY/T 494-2010 魔芋粉标准方法^[18]，对精制前后的KGM进行感官评价。

1.2.4.5 KGM与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度测定

选用质构仪测定凝胶强度，室温下使用P/5s球形探针测定复配体系的凝胶强度。设定测试速度和返回速度为1 mm/s，测试距离为10 mm，触发力为5 g，凝胶样品高度约40 mm^[19]。

1.2.4.6 KGM与κ-卡拉胶复配体系的质构特性测定

参照文献[20]的方法并稍作改动。压缩试验选用质构仪TPA（texture profile analysis）模型进行分析，使用直径为36 mm的圆柱形探头进行测试。压缩力为5 g，压缩速率为1 mm/s，压缩距离为5 mm，样品高度约40 mm。测定了KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的硬度、弹性、咀嚼性、胶着性、黏聚性和回复性。

1.2.4.7 色泽测定

使用测色仪测定KGM（放置于培养皿中）和不同凝胶样品（40 mm）的色泽参数（L^*、a^*、b^*值）^[21]，仪器采用标准白板校正。白度值的^[22]计算公式：

${\rm{W}}=100-\sqrt{（100-{L}^{{\text{*}}^{2}}）+{a}^{{\text{*}}^{2}}+{b}^{{\text{*}}^{2}}}）。$

式中：L^*表示样品亮度；a^*正值表示样品偏红，负值表示样品偏绿；b^*正值表示样品偏黄，负值表示偏蓝。

1.2.4.8 红外光谱分析

参照文献[23]的方法并稍作改动。将KGM与κ-卡拉胶复配体系真空冷冻干燥处理，粉碎过筛（120目）。KGM及其复配体系通过KBr压片法制样，用傅立叶红外变换光谱仪进行检测，测试范围4000~400 cm⁻¹。

1.2.4.9 电镜观察

在液氮环境中对KGM与κ-卡拉胶复配体系样品进行冷冻破碎，以避免水分迁移。然后将冷冻的样品置于真空冷冻干燥机中冷冻干燥48 h得到所需冻干样品。对冻干样品进行喷金处理30 s，最后采用Quanta FEG 250扫描电子显微镜在15 kV的加速电压下捕获图像以观察样品的表面形态^[24]。

1.3 数据处理

试验数据平行测定5次，数据采用Origin 8.5数据处理系统和Microsoft Excel、SPSS软件进行处理，显著性检验为Duncan检验，显著水平为P < 0.05。

2. 结果与分析

2.1 不同精制条件对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响

2.1.1 不同乙醇浓度对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响

乙醇浓度对KGM的得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响如图1所示。50%乙醇浓度条件下精制KGM的得率约为6.90%；随着乙醇浓度增加为60%，精制KGM的得率显著提高至21.65%左右（P < 0.05）；乙醇浓度高于70%，精制KGM的得率大幅度提高为40%左右。大量的研究报道KGM与κ-卡拉胶具有协同提高复配凝胶的特性^[7,10,19]。同样地，在本研究中，相比与单一的κ-卡拉胶，添加未精制KGM便能提高κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度（P < 0.05）。不同乙醇浓度（50%~90%）精制KGM对其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响结果显示：随着乙醇浓度的增加，精制KGM与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度先增加后降低。在精制KGM的乙醇浓度为60%时，复配体系的凝胶强度最高（达到312 g），且显著高于未精制KGM与κ-卡拉胶复配体系（212 g，P < 0.05）。然而，进一步增大精制KGM的乙醇浓度，其复配体系的凝胶强度降低；当乙醇浓度为80%和90%时，其复配体系的凝胶强度甚至低于未精制KGM与κ-卡拉胶复配体系（P < 0.05）。这可能是因为高浓度的乙醇溶液不利于KGM中杂质的洗脱^[16]。董晓等^[25]研究发现卡拉胶与蛋白质会发生相互作用，说明杂质（如蛋白质）某些活性基团的暴露和存在阻碍了KGM分子与κ-卡拉胶分子之间相互作用与三维网络结构的形成，从而降低了KGM对κ-卡拉胶复合体系的凝胶特性的改善作用。综合考虑，本研究确定KGM精制时的乙醇浓度采用60%，该条件能够显著提高KGM与κ-卡拉胶复配体系的凝胶特性（P < 0.05）。

图 1 KGM精制的乙醇浓度对得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响

注： K1为1.2%的κ-卡拉胶；K2为未精制KGM与κ-卡拉胶复配体系；不同的小写字母表示测试样品之间存在显著差异，P<0.05；图2~图3同。

Figure 1. Effects of different ethanol concentrations during refining konjac glucomannan on yield and gel strength of its blend with κ-carrageenan

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2.1.2 不同溶胀时间对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响

不同溶胀时间对KGM的得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响如图2所示。结果表明，溶胀时间对精制KGM得率的影响不显著（P > 0.05）。另外，从KGM与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度来看，相比与未精制的KGM，溶胀时间为1.5~2.5 h时，精制的KGM能够显著提高了其与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度（P < 0.05）。溶胀时间过短（1 h）降低了复配凝胶的凝胶强度，具体的原因有待进一步探究。溶胀时间为2 h时，KGM与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度最高，达到337 g。随着溶胀时间的延长，其复配体系的凝胶强度降低，可能是由在加热条件下较长的溶胀时间使得KGM分子发生部分降解引起的^[26]。由于链长的减短，降解的KGM仅起填充作用，与κ-卡拉胶分子之间的交联作用减弱^[27]。由此可见，KGM精制时最佳的溶胀时间为2 h。

图 2 KGM精制的溶胀时间对得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响

Figure 2. Effects of different swelling time during refining konjac glucomannan on yield and the gel strength of its blend with κ-carrageenan

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2.1.3 不同溶胀温度对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响

采用不同溶胀温度精制KGM，分析其对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度的影响，结果如图3所示。不同溶胀温度对精制KGM得率的影响较小（P > 0.05）。相比与未精制的KGM，溶胀温度为40 ℃时，精制KGM对其与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度影响不显著（P > 0.05）；溶胀温度为50和60 ℃时，精制的KGM能够显著提高其与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度（P < 0.05）；尤其是溶胀温度为50 ℃时，复配体系的凝胶强度最高，达到367 g；随着温度的增加至70和80 ℃，复配体系的凝胶强度降低，并且低于未精制的KGM与κ-卡拉胶的复配体系（P < 0.05）。王艳妮^[28]报道魔芋粉在37 ℃、8 h达到最佳溶胀效果，由此推测本文中较低温度短时间处理（2 h）会使KGM分子溶胀不完全，不利于后期乙醇洗脱出其中的杂质，进一步影响了KGM与κ-卡拉胶复配体系的凝胶特性。而溶胀温度过高时，会使KGM分子的β-1, 4糖苷键部分断裂，多糖链间的氢键和疏水作用被破坏^[26]；这可能阻碍了KGM分子与κ-卡拉胶三维网状结构的形成，导致复配凝胶体系凝胶强度的降低。基于此，本研究确定精制KGM的最优溶胀温度50 ℃。综上得出，最佳精制KGM工艺条件为：溶胀温度50 ℃，溶胀时间2 h，乙醇浓度60%。与未精制的KGM相比，最佳精制的KGM与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度显著提升了47.39%（P < 0.05）。

图 3 KGM精制的溶胀温度对得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响

Figure 3. Effects of different swelling temperatures during refining konjac glucomannan on yield and the gel strength of its blend with κ-carrageenan

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2.2 精制对KGM性质的影响

2.2.1 KGM精制前后的理化性质分析

分析KGM精制（溶胀温度50 ℃，溶胀时间2 h，乙醇浓度60%）前后理化性质的差异，结果如表1和图4，相比与未精制KGM，精制KGM的葡甘聚糖含量、粘度、亮度、白度分别增加了34.43%、128.55%、17.94%、28.29%（P < 0.05），颗粒更为细腻紧实且无异味；同时a^*和b^*值明显降低。这主要与乙醇水溶液对KGM中天然存在的酶、淀粉、有色及异味物质的脱除有关^[29]。另外，与现有文献相比，本研究最优精制条件下制备的KGM样品的亮度较孟凡冰等^[30]报道的样品增加12%。精制后KGM色泽的提升，一方面归因于在进行醇沉前，本研究对KGM进行溶胀处理，从而有利于杂质和色素后期在醇溶液中充分溶解；另一方面，冷冻干燥处理避免了碳水化合物发生褐变反应^[31]。另外，Galiba 等^[32]报道粒径小的粉末亮度通常高于粒径大的粉末。由此推测，本研究中精制的KGM粒径的减小可能有益于亮度的提升，与扫描电镜等观察的现象相一致。此外，精制KGM的葡甘聚糖含量及粘度指标均达到《GB/T 18104-2000》特级魔芋精粉的标准（葡甘聚糖含量≥70%，粘度≥22000 mPa·s）。由此可见，本研究精制工艺显著（P < 0.05）提升了KGM的理化性质。

表 1 精制前后KGM理化性质对比

Table 1. Comparison of physicochemical properties of konjac glucomannan before and after refinement

类别	葡甘聚糖含量（%）	粘度（mPa·s）	色泽参数				感官评价
类别	葡甘聚糖含量（%）	粘度（mPa·s）	L^*	a^*	b^*	白度	感官评价
精制前 KGM	61±3^b	10883±101^b	78.44±6^b	3.84±0.08^a	19.41±0.12^a	70.74±2^b	颗粒状；偏暗、偏黄；有鱼腥味；质地松散
精制后KGM	82±6^a	24873±378^a	92.51±8^a	0.57±0.023^b	5.40±0.09^b	90.75±5^a	粉末状；偏亮、少红、少黄；无异味；质地紧实
注：精制KGM前后，字母不同表示具有显著性差异P<0.05。

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图 4 精制前后的KGM

注：A：未精制的KGM；B：精制后的KGM。

Figure 4. Konjac glucomannan before and after refinement

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2.2.2 KGM精制前后的红外光谱分析

采用傅里叶红外光谱仪分析KGM精制前后的红外结构，结果如图5所示。890和808 cm⁻¹附近处出现的峰分别对应着β-葡萄糖苷键和β-甘露糖苷键的吸收特征谱带^[33]；与未精制的KGM相比，最优条件精制的KGM中这两个峰更加明显，推测与2.2.1处KGM含量的增加密切相关。另外，KGM样品在1645、1726 cm⁻¹以及3000~3600 cm⁻¹均有明显的吸收峰。1645 cm⁻¹处的吸收峰是由于水分子在平面内的变形引起的连接羟基C-O键的延伸峰，1726 cm⁻¹附近的吸收峰反映了乙酰基的存在，而3000~3600 cm⁻¹的吸收峰代表O-H伸缩振动^[34-35]。相较于未精制KGM（图5A），最优精制条件下制备的KGM（图5B）的O-H伸缩振动波数由3420 cm⁻¹降低至3416 cm⁻¹，说明分子间的有序性增强^[36]，这可能是去除杂质的结果^[35]。KGM精制前后的红外特征吸收峰没有增加或减少，表明本文精制工艺没有改变KGM的基本化学结构。

图 5 精制前后KGM的红外光谱分析

注：A：未精制的KGM；B：精制后的KGM。

Figure 5. FTIR analysis of konjac glucomannan before and after refinement

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2.2.3 KGM精制前后的微观结构分析

通过扫描电镜研究了精制前后KGM的形貌特征。如图6所示，各组间观察到显著的形态学差异。未精制的KGM（图6A~图6B）表面有碎片物附着，粒径相对较大且分布不均匀，呈不规则圆形；而精制后的KGM（图6C~图6D）表面有小凹坑，粒径变小且分布相对较均匀，呈不规则块状。据研究显示，碎片物质是滞留在多糖颗粒表面的淀粉、蛋白质、可溶性糖等杂质^[11]；由此可知，KGM加热溶胀后再经醇水溶液洗涤可以去除表面的杂质，从而导致上述小凹坑、粒径变小等表面形态的变化。Ye等^[37]在不同温度下添加不同浓度的二甲基亚砜改善魔芋粉品质的研究中，发现淀粉、可溶性糖、蛋白质得到了高效地去除，同时KGM精制前后的形貌结构变化与本文相似。与之相比，本研究提出的方法在有效去除KGM杂质的同时不引入硫离子（二甲基亚砜是一种含硫有机化合物），是一种提高KGM质量的绿色且有效的手段。

图 6 精制前后KGM的扫描电镜分析

注：未精制的KGM：A（50×）、B（300×）；精制后的KGM：C（50×）、D（300×）。

Figure 6. SEM analysis of konjac glucomannan before and after refinement

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2.3 精制对KGM与κ-卡拉胶复配凝胶性质的影响

2.3.1 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的质构特性的影响

采用上述条件（溶胀温度50 ℃，溶胀时间2 h，乙醇浓度60%）精制KGM，研究其对κ-卡拉胶复配体系的质构特性的影响。如表2所示，相比于未精制的KGM，最佳条件精制下的KGM与κ-卡拉胶复配体系的硬度、咀嚼性、胶着性、弹性分别显著提升了60.47%、55.44%、45.87%、13.76%（P < 0.05），而对黏聚性和回复性影响不显著（P > 0.05）。这可归因于溶胀和醇沉处理后KGM中杂质被去除，使其能更好地穿插在卡拉胶的双螺旋结构中^[27]，促进多糖链的靠近，增强了KGM与κ-卡拉胶的连接作用，从而与之形成致密的网络结构。李丹^[38]在不同类型卡拉胶对鱼糜性质影响的研究中发现，对鱼糜硬度提升效果最显著的是ι-卡拉胶，与对照组相比，添加0.6 g/组的ι-卡拉胶时，鱼糜硬度提升26%，本文添加1.2%精制后的复配凝胶，相比于κ-卡拉胶组，凝胶硬度值提升74%。由此推测，本论文精制的KGM和κ-卡拉胶复配体系对凝胶类产品的质构的改善作用更为明显，同时，KGM的加入也符合低脂食品的发展趋势。

表 2 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的质构特性

Table 2. Textural properties of κ-carrageenan blend with refined konjac glucomannan

质构特性	硬度（g）	弹性	咀嚼性（g）	胶着性（g）	黏聚性	回复性
κ-CA	1949±19.216^c	0.923±0.009^a	1321±21.151^c	1406±14.430^c	0.782±0.018^a	0.103±0.003^a
UPKGM/κ-CA	2120±351.425^b	0.814±0.073^b	1443±346.267^b	1598±271.973^b	0.674±0.030^b	0.087±0.002^b
PKGM/κ-CA	3402±28.490^a	0.926±0.072^a	2243±107.126^a	2331±29.045^a	0.683±0.024^b	0.087±0.005^b
注：κ-CA：κ-卡拉胶；UPKGM/κ-CA：未精制KGM与κ-卡拉胶复配体系；PKGM/κ-CA：精制条件下KGM与κ-卡拉胶的复配体系；表3同。

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2.3.2 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的色泽影响

不同食品领域对凝胶剂的色泽需求不同，本文采用色差仪分析不同KGM与κ-卡拉胶复配体系的色泽变化，结果如表3所示。与未精制的KGM相比，最优条件精制下的KGM显著降低了复配体系的a^*值（红度）和b^*值（黄度）（P<0.05）；但是对亮度L^*和白度影响不显著（P>0.05）这可能归因于本文复配体系中κ-卡拉胶与魔芋胶的比例为7:5，所以复配体系的亮度和白度受KGM的影响较小。与本文结果类似，王莹^[39]研究发现魔芋胶与黄原胶对鸡胸肉糜的色泽影响不大，本文优化的复配凝胶剂可以在不影响产品色泽的基础上，改善产品的其他品质。

表 3 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的色泽

Table 3. Color properties of κ-carrageenan blend with refined konjac glucomannan

色泽	L^*	a^*	b^*	白度
κ-CA	27.43±0.42^a	0.58±0.07^a	0.24±0.01^a	27.43±0.63^a
UPKGM/κ-CA	24.43±0.35^b	0.41±0.01^b	0.22±0.01^a	24.43±0.56^b
PKGM/κ-CA	24.65±0.38^b	0.33±0.01^c	-1.41±0.03^b	24.64±0.63^b

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2.3.3 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的红外光谱分析

利用FT-IR光谱，通过峰的位置及振动谱带的宽度、强度能够反映高分子聚合物的分子构象^[40]。不同KGM与κ-卡拉胶复配体系的FT-IR光谱如图7所示。κ-卡拉胶（图7A）在847、927和1253 cm⁻¹附近处显示了D-半乳糖-4-硫酸基、3，6-脱水-半乳糖基、硫酸酯基的特征吸收峰^[24]。在KGM与κ-卡拉胶复配体系的FT-IR光谱图中（图7B~图7C），可以发现，复配体系保留了以上3个κ-卡拉胶的特征吸收峰，整体红外吸收峰形与κ-卡拉胶相似。文献报道，890和808 cm⁻¹附近处的吸收峰是魔芋葡甘聚糖的吸收特征谱带^[33]，而在KGM与κ-卡拉胶复配体系的FT-IR光谱里面两个特征峰较弱。说明KGM与κ-卡拉胶复配体系形成了以卡拉胶为主，KGM穿插其中的网络结构^[41]，这可能归因于复配体系中κ-卡拉胶的占比较高（卡拉胶与KGM的复配比为7:5）。3000~3600 cm⁻¹的吸收峰代表O-H伸缩振动^[34]。与单一的κ-卡拉胶相比，KGM添加后κ-卡拉胶复配体系O-H伸缩振动波数均向低波数移动，归因于κ-卡拉胶中的-OSO₃⁻基与KGM的O-H基之间形成氢键^[34]。复配体系分子间形成氢键以后，基团的键力常数下降，因此含有氢键的基团伸缩振动频率减弱^[42]。据此，相比于未精制的KGM，精制KGM与κ-卡拉胶复配体系的O-H吸收峰波数更低，说明分子间氢键相互作用更强，这与上述其凝胶性能最优的结果相一致。

图 7 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的红外光谱分析

注：A：κ-卡拉胶；B：未精制KGM与κ-卡拉胶复配体系；C：精制条件下KGM与κ-卡拉胶的复配体系。

Figure 7. FTIR analysis of κ-carrageenan blend with refined konjac glucomannan

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2.3.4 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的凝胶微观结构分析

采用电镜观察不同KGM与κ-卡拉胶复配体系的凝胶微观结构，结果如图8所示。未精制的KGM与κ-卡拉胶复配体系（图8A~图8B）表面粗糙，褶皱丰富，凹凸不平；在3000×高倍放大图像中可以看到，它的凝胶网络结构不够紧密，表面有碎片物和大小不均匀的孔洞。相比之下，精制后的KGM与κ-卡拉胶复配体系（图8C~图8D）的凝胶网络结构更为紧密，表面光滑且没有孔隙，表明精制后的KGM能更好地填充在κ-卡拉胶的双螺旋结构中，并在氢键和疏水作用下形成更加致密的凝胶网络结构^[34]。这与其复配体系良好的凝胶强度和质构特性相一致。徐东彦^[24]发现，精制后的KGM与κ-卡拉胶复配体系的网状结构更加致密，壁面坚挺且连续性好，与本文结果一致。

图 8 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的扫描电镜分析

注：未精制KGM与κ-卡拉胶复配体系：A（300×）、B（3000×）；最优精制条件下KGM与κ-卡拉胶的复配体系：C（300×）、D（3000×）。

Figure 8. SEM analysis of κ-carrageenan blend with refined konjac glucomannan

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2.4 基于KGM精制前后的理化性质解析复配体系的凝胶形成的关键因素

如图9所示，KGM的理化性质与复配体系的凝胶特性之间具有一定的相关性。KGM的黄值（b^*）、红值（a^*）与自身葡甘聚糖含量、复配体系的白度值、弹性之间呈负相关，其中，黄值（b^*）与以上参数呈显著负相关（P<0.05）；KGM的粘度与复配体系的硬度、咀嚼性、胶着性、凝胶强度之间呈显著正相关（P<0.05），亮度（L^*）与复配体系的胶着性、凝胶强度之间呈显著正相关（P<0.05）。结合2.2.1中KGM的a^*、b^*值变低，进一步说明本研究精制条件能够有效洗脱了KGM的色素等杂质，从而提升复配体系的白度和亮度；另外，精制提高了葡甘聚糖含量和粘度，促进了其与κ-卡拉胶复配体系中三维网络结构的形成和弹性增强。该结果证实了精制前后KGM颗粒色泽、葡甘聚糖含量、粘度的变化是影响复配体系凝胶特性的关键因素。

图 9 精制KGM品质指标与复配体系凝胶特性的相关性分析

注：κ-CA：κ-卡拉胶；KGM/κ-CA：KGM与κ-卡拉胶复配体系；黑色*号表示指标间呈显著正相关（P < 0.05）；白色*表示指标间呈显著负相关（P<0.05）。

Figure 9. Correlation analysis of quality index of refined konjac glucomannan and gel properties of compound system

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3. 结论

本论文基于KGM的得率及其与κ-卡拉胶复配体系的凝胶特性获得了KGM的精制工艺条件，具体为乙醇浓度60%、溶胀时间2 h、溶胀温度50 ℃。在该精制条件下，KGM的葡甘聚糖含量、粘度、亮度和白度分别增加了34.43%、128.55%、17.94%、28.29%（P<0.05），精制后KGM的颗粒物杂质、色素和异味明显脱除。KGM与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度、硬度、咀嚼性和胶着性分别显著提升了47.39%、60.47%、55.44%、45.87%（P<0.05）。复配体系的氢键作用力增强，凝胶网络结构更加平滑紧密。相关性分析结果表明，精制后KGM颗粒色泽、葡甘聚糖含量、粘度的变化是影响复配体系凝胶特性的关键因素。本论文为开发高凝胶强度的KGM与卡拉胶复配食品添加剂提供了一种高效简单的精制KGM的方法，并为后续精制KGM的工业化生产奠定了理论基础。KGM与不同类型卡拉胶之间的相互作用及其复配体系营养功能的研究还需要进一步探究。

图 1 KGM精制的乙醇浓度对得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响

注： K1为1.2%的κ-卡拉胶；K2为未精制KGM与κ-卡拉胶复配体系；不同的小写字母表示测试样品之间存在显著差异，P<0.05；图2~图3同。

Figure 1. Effects of different ethanol concentrations during refining konjac glucomannan on yield and gel strength of its blend with κ-carrageenan

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图 2 KGM精制的溶胀时间对得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响

Figure 2. Effects of different swelling time during refining konjac glucomannan on yield and the gel strength of its blend with κ-carrageenan

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图 3 KGM精制的溶胀温度对得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响

Figure 3. Effects of different swelling temperatures during refining konjac glucomannan on yield and the gel strength of its blend with κ-carrageenan

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图 4 精制前后的KGM

注：A：未精制的KGM；B：精制后的KGM。

Figure 4. Konjac glucomannan before and after refinement

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图 5 精制前后KGM的红外光谱分析

注：A：未精制的KGM；B：精制后的KGM。

Figure 5. FTIR analysis of konjac glucomannan before and after refinement

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图 6 精制前后KGM的扫描电镜分析

注：未精制的KGM：A（50×）、B（300×）；精制后的KGM：C（50×）、D（300×）。

Figure 6. SEM analysis of konjac glucomannan before and after refinement

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图 7 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的红外光谱分析

注：A：κ-卡拉胶；B：未精制KGM与κ-卡拉胶复配体系；C：精制条件下KGM与κ-卡拉胶的复配体系。

Figure 7. FTIR analysis of κ-carrageenan blend with refined konjac glucomannan

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图 8 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的扫描电镜分析

注：未精制KGM与κ-卡拉胶复配体系：A（300×）、B（3000×）；最优精制条件下KGM与κ-卡拉胶的复配体系：C（300×）、D（3000×）。

Figure 8. SEM analysis of κ-carrageenan blend with refined konjac glucomannan

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图 9 精制KGM品质指标与复配体系凝胶特性的相关性分析

注：κ-CA：κ-卡拉胶；KGM/κ-CA：KGM与κ-卡拉胶复配体系；黑色*号表示指标间呈显著正相关（P < 0.05）；白色*表示指标间呈显著负相关（P<0.05）。

Figure 9. Correlation analysis of quality index of refined konjac glucomannan and gel properties of compound system

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表 1 精制前后KGM理化性质对比

Table 1 Comparison of physicochemical properties of konjac glucomannan before and after refinement

类别	葡甘聚糖含量（%）	粘度（mPa·s）	色泽参数				感官评价
类别	葡甘聚糖含量（%）	粘度（mPa·s）	L^*	a^*	b^*	白度	感官评价
精制前 KGM	61±3^b	10883±101^b	78.44±6^b	3.84±0.08^a	19.41±0.12^a	70.74±2^b	颗粒状；偏暗、偏黄；有鱼腥味；质地松散
精制后KGM	82±6^a	24873±378^a	92.51±8^a	0.57±0.023^b	5.40±0.09^b	90.75±5^a	粉末状；偏亮、少红、少黄；无异味；质地紧实
注：精制KGM前后，字母不同表示具有显著性差异P<0.05。

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表 2 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的质构特性

Table 2 Textural properties of κ-carrageenan blend with refined konjac glucomannan

质构特性	硬度（g）	弹性	咀嚼性（g）	胶着性（g）	黏聚性	回复性
κ-CA	1949±19.216^c	0.923±0.009^a	1321±21.151^c	1406±14.430^c	0.782±0.018^a	0.103±0.003^a
UPKGM/κ-CA	2120±351.425^b	0.814±0.073^b	1443±346.267^b	1598±271.973^b	0.674±0.030^b	0.087±0.002^b
PKGM/κ-CA	3402±28.490^a	0.926±0.072^a	2243±107.126^a	2331±29.045^a	0.683±0.024^b	0.087±0.005^b
注：κ-CA：κ-卡拉胶；UPKGM/κ-CA：未精制KGM与κ-卡拉胶复配体系；PKGM/κ-CA：精制条件下KGM与κ-卡拉胶的复配体系；表3同。

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表 3 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的色泽

Table 3 Color properties of κ-carrageenan blend with refined konjac glucomannan

色泽	L^*	a^*	b^*	白度
κ-CA	27.43±0.42^a	0.58±0.07^a	0.24±0.01^a	27.43±0.63^a
UPKGM/κ-CA	24.43±0.35^b	0.41±0.01^b	0.22±0.01^a	24.43±0.56^b
PKGM/κ-CA	24.65±0.38^b	0.33±0.01^c	-1.41±0.03^b	24.64±0.63^b

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1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.2 实验方法
1.2.1 精制KGM的制备
1.2.1.1 工艺流程
1.2.1.2 精制条件
1.2.2 KGM精制前后性质的比较
1.2.3 KGM与κ-卡拉胶复配体系的制备
1.2.4 指标测定
1.2.4.1 KGM得率测定
1.2.4.2 KGM含量测定
1.2.4.3 KGM粘度测定
1.2.4.4 KGM感官评价
1.2.4.5 KGM与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度测定
1.2.4.6 KGM与κ-卡拉胶复配体系的质构特性测定
1.2.4.7 色泽测定
1.2.4.8 红外光谱分析
1.2.4.9 电镜观察
1.3 数据处理
2. 结果与分析
2.1 不同精制条件对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响
2.1.1 不同乙醇浓度对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响
2.1.2 不同溶胀时间对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响
2.1.3 不同溶胀温度对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响
2.2 精制对KGM性质的影响
2.2.1 KGM精制前后的理化性质分析
2.2.2 KGM精制前后的红外光谱分析
2.2.3 KGM精制前后的微观结构分析
2.3 精制对KGM与κ-卡拉胶复配凝胶性质的影响
2.3.1 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的质构特性的影响
2.3.2 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的色泽影响
2.3.3 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的红外光谱分析
2.3.4 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的凝胶微观结构分析
2.4 基于KGM精制前后的理化性质解析复配体系的凝胶形成的关键因素
3. 结论

1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.2 实验方法
1.2.1 精制KGM的制备
1.2.1.1 工艺流程
1.2.1.2 精制条件
1.2.2 KGM精制前后性质的比较
1.2.3 KGM与κ-卡拉胶复配体系的制备
1.2.4 指标测定
1.2.4.1 KGM得率测定
1.2.4.2 KGM含量测定
1.2.4.3 KGM粘度测定
1.2.4.4 KGM感官评价
1.2.4.5 KGM与κ-卡拉胶复配体系的凝胶强度测定
1.2.4.6 KGM与κ-卡拉胶复配体系的质构特性测定
1.2.4.7 色泽测定
1.2.4.8 红外光谱分析
1.2.4.9 电镜观察
1.3 数据处理
2. 结果与分析
2.1 不同精制条件对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响
2.1.1 不同乙醇浓度对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响
2.1.2 不同溶胀时间对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响
2.1.3 不同溶胀温度对KGM得率及其与κ-卡拉胶复配体系凝胶强度的影响
2.2 精制对KGM性质的影响
2.2.1 KGM精制前后的理化性质分析
2.2.2 KGM精制前后的红外光谱分析
2.2.3 KGM精制前后的微观结构分析
2.3 精制对KGM与κ-卡拉胶复配凝胶性质的影响
2.3.1 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的质构特性的影响
2.3.2 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的色泽影响
2.3.3 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的红外光谱分析
2.3.4 精制KGM与κ-卡拉胶复配凝胶的凝胶微观结构分析
2.4 基于KGM精制前后的理化性质解析复配体系的凝胶形成的关键因素
3. 结论

参考文献(42)

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精制对魔芋葡甘聚糖及其与κ-卡拉胶复配凝胶性质的影响

作者简介: 焦晓佳（1996−）（ORCID：0000-0001-7867-7212），女，硕士研究生，主要从事食品加工技术方面的研究，E-mail：290424986@qq.com

通讯作者: 郑明静（1990−）（ORCID：0000-0003-3791-4976），女，博士，讲师，主要从事功能性碳水化合物结构表征、改性及功能方面的研究，E-mail：zmjfst@163.com

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