不同温度下水热脱硫处理对Gracilaria藻类凝胶的物理化学性质和结构变化的影响

《Food Chemistry》:The effect of hydrothermal desulfation of Gracilaria on the physicochemical and structural alterations of gel by different temperatures

【字体: 时间:2026年02月06日 来源:Food Chemistry 9.8

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  本研究探究了90-130℃热处理对Gracilaria凝胶理化性质、结构变化及凝胶特性的影响,发现120℃处理时凝胶强度、弹性及结合水含量最高,同时硫酸含量最低,表明热处理可调控脱硫与凝胶性能,为开发安全有效的天然凝胶提供依据。

  
姚云双|邱伟杰|傅宝尚|姜鹏飞|齐丽波|尚珊
大连工业大学食品科学与技术学院,中国大连116034

摘要

本研究探讨了加热温度(90–130?°C)对Gracilaria凝胶的物理化学性质、结构变化及凝胶特性的影响。随着加热温度的升高,从90?°C到120?°C,凝胶的粘弹性、强度和结合水含量均有所提高,其中120?°C组的微观结构最为致密。皮尔逊相关性分析表明,凝胶特性的增强与3,6-脱氢半乳糖含量呈正相关。脱硫作用也促进了这种改善,这从硫酸盐含量的降低中得到了验证。尽管130?°C组的硫酸盐含量最低,但由于3,6-脱水半乳糖含量急剧下降,凝胶性能有所减弱。结合感官评价,120?°C条件下制备的Gracilaria凝胶在弹性方面获得了较高的认可度。本研究揭示了一种通过热处理调控的水热脱硫策略,用于生产无需化学脱硫的Gracilaria凝胶,从而提高了食品的安全性和工业应用性。

引言

大型藻类是海洋生态系统中的主要初级生产者(Pham, Thomas, Schwab, Martinez, & Vidal, 2024)。Gracilaria(Gracilaria gracilis)是红藻门(Rhodophyta)中的一个重要属,包含超过200个已知的物种(Guiry et al., 2014)。它主要分布在温带和亚热带地区(Ahmad et al., 2011)。Gracilaria含有丰富的生物活性化合物,如萜类化合物、多糖和多酚(Torres, Santos, Chow, & dos Santos, 2019),这些化合物具有多种健康益处,例如抗炎、抗肿瘤、降血糖和调节血脂的作用(Chen et al., 2020)。Gracilaria富含蛋白质,特别是藻类蓝蛋白,这些蛋白质在剂量高达500?mg/kg时表现出清除羟基自由基的能力,同时具有显著的抗氧化和增强免疫的作用(Grover et al., 2021)。Gracilaria多糖的主要成分是琼脂,这是一种天然存在的水溶性聚合物,具有凝胶化、稳定化、改善质地和增稠的特性。目前,琼脂被广泛用作多种食品中的热可逆凝胶剂、稳定剂、增稠剂和冷冻保护剂。
琼脂主要由琼脂糖和琼脂胶质组成(Lee et al., 2017)。琼脂糖与琼脂胶质的比例差异是影响琼脂凝胶特性的关键因素。琼脂糖是琼脂凝胶的主要成分,负责其结构完整性和强度。琼脂糖由重复的琼脂二糖单元(LA-G)n构成(Knutsen, Myslabodski, Larsen, & Usov, 1994),由β-D-半乳糖和3,6-脱水-L-半乳糖单元交替组成。这种琼脂的凝胶化特性高度依赖于多糖结构,3,6-脱水-L-半乳糖含量越高,凝胶强度越高。琼脂胶质是琼脂中的非凝胶化成分,可调节凝胶的物理化学性质(Swarup Roy & Jong-Whan Rhim, 2021)。然而,这种线性多糖由交替的3,6-脱水-α-L-半乳糖和D-半乳糖单元组成,它们通过α-1,3和β-1,4糖苷键连接。相比之下,异质性多糖虽然具有相似的主链结构,但其3,6-脱水-α-L-半乳糖残基的部分或全部羟基被硫酸盐和/或丙酮酸基团取代(Zhu, Liang, Li, Ni, Li, Li, et al., 2020)。影响琼脂凝胶化的另一个因素是糖类上的硫酸盐浓度,高浓度的硫酸盐会对凝胶结构产生负面影响(导致螺旋结构变形)。降低琼脂中的硫酸盐含量可以增强凝胶强度(Shukla, Kumar, Prasad, Reddy, & Jha, 2011)。高浓度的硫酸盐会通过破坏凝胶化过程中的交联作用而降低凝胶强度,从而扭曲螺旋结构。随着温度的降低,多糖链从无序状态转变为有序的双螺旋结构,最终形成三维多孔网络(Martínez-Sanz et al., 2020)。琼脂具有许多优点,例如能够在不同pH值下形成凝胶,无需离子的存在,具有较高的热稳定性,并能生成质地坚韧的凝胶(H. Zhang, Zhang, & Yuan, 2020)。目前关于琼脂的研究主要集中在提取方法、改性及其作为增稠剂或稳定剂的应用方面。琼脂可以通过过氧化氢进行脱硫、氧化和降解(C. Zhang, An, Xiao, Weng, Zhang, Yang, et al., 2020)。通过混合三种水胶体——琼脂、槐豆胶和黄原胶,制备了一种复合水凝胶,这种组合使得最终凝胶的硬度降低、弹性增加且咀嚼性增强(Khoobbakht et al., 2024)。然而,提取和改性琼脂的过程会导致大量Gracilaria的浪费,因为Gracilaria含有琼脂糖、琼脂胶质、其他多糖和生物活性物质。关于Gracilaria的凝胶特性,现有研究还不够充分。
随着人们对天然健康食品的兴趣日益增加,海藻的营养价值和加工价值逐渐受到重视。除了提取琼脂外,红藻还可以直接作为冷盘食用(“海藻沙拉”)。目前尚未有关于类似凝胶的Gracilaria浆料作为冷盘的研究。因此,系统地研究了热处理对凝胶整体性质、结构特性和食用性的影响。通过90?°C、100?°C、110?°C、120?°C和130?°C的热处理,首次表征了Gracilaria的凝胶特性,包括其质地、凝胶强度、流变性质和低场核磁共振(LF-NMR)结果。结构变化通过硫酸盐含量、3,6-脱水-L-半乳糖(3,6-AG)含量、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)来确定。此外,还进行了皮尔逊相关性分析,以揭示影响Gracilaria凝胶形成的机制。

材料

Gracilaria由福建省福州市福建益达食品有限公司提供。BaCl2、间苯二酚和缩醛购自上海麦克林生化有限公司(上海)。浓盐酸购自广东省汕头市西龙化工有限公司。所有其他试剂均为分析级。

Gracilaria凝胶的制备

湿热处理:将Gracilaria用自来水冲洗,并按1:1.5的比例与水混合。然后将混合材料加热

流变性质

流变学描述了材料结构在外部压力下的行为,反映了它们的流动性和变形性(Yan et al., 2020)。凝胶系统的粘弹性特性可以通过储能模量(G′)和损耗模量(G″)来表征(Xu et al., 2024)。频率扫描分析常用于评估水凝胶微观结构与粘弹性行为之间的相关性。

结论

研究表明,加热温度对Gracilaria的凝胶特性有显著影响,120?°C被认为是最佳处理条件。凝胶强度和硬度与3,6-脱水半乳糖(3,6-AG)含量呈正相关,与硫酸盐含量和孔隙率呈负相关。在120?°C下处理的凝胶表现出最高的强度和硬度,同时硫酸盐含量最低,表明热脱硫减少了静电作用

感官评价伦理声明

与感官评价相关的实验已获得大连工业大学食品科学与技术学院的批准,遵循伦理准则,即在研究前需获得志愿者的书面同意并使用他们的信息。在本研究中,所有参与感官评价的参与者均签署了同意书。

CRediT作者贡献声明

姚云双:撰写——初稿,实验设计。邱伟杰:资源提供。傅宝尚:方法论设计。姜鹏飞:软件操作。齐丽波:监督指导。尚珊:撰写——审阅与编辑,概念构思。

未引用的参考文献

Negi, Naresh Kumar, Bhardwaj, Kapur and Ramakumar, 2022

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
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