1.本发明属于食品加工技术领域，特别涉及一种魔芋多糖微凝胶及其制备方法和应用。
背景技术：
2.大量食用富含脂肪的食物导致人类慢性疾病的发病率增加，包括肥胖、糖尿病、冠心病等。比如，蛋黄酱是一种水包油乳液，通常通过混合蛋黄、醋、油和香料制成，传统的蛋黄酱含有70～80％的脂肪，会对人体健康造成风险。因此，迫切需要开发有利于公众健康的低脂产品。但是，由于脂肪在高脂食品的流变学性质和口感上起着重要作用，所以脂肪含量的降低往往伴随着产品体系粘度、润滑感等指标的下降，容易导致产品的市场接受度下降。
3.常规的脂肪替代品包括魔芋多糖(又称魔芋葡甘露聚糖，konjac glucomannan，简称kgm)，它是一种膳食纤维，具有良好的功能特性，得到了广泛的应用。同时，因其具备良好的溶胀、凝胶等特性，在食品工业中可作为脂肪替代品使用。但是，由于魔芋多糖本身的润滑特性不佳，其作为脂肪替代品添加后，产品的口感让人会受到较大影响。
4.因此，基于魔芋多糖的营养功能和物理特性，进一步开发一种具有良好润滑性能的脂肪替代物，具有迫切的市场需求和重要的健康意义。
技术实现要素：
5.针对现有技术的不足之处，本发明旨在提出一种魔芋多糖微凝胶及其制备方法和应用，即通过构建特定结构和粒径的魔芋多糖微凝胶，得到了一种具备良好流变性、润滑性和口感的脂肪替代品。
6.为达到上述目的，一方面，本发明提供一种魔芋多糖微凝胶，所述微凝胶包括油膜，所述微凝胶的粒径为1-15μm；按重量计，所述油膜占所述微凝胶的比例为10％～20％。优选的，按重量计，所述油膜占所述微凝胶的比例为10％、11％、12％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％。
7.进一步地，所述魔芋多糖微凝胶为球状或接近球状。
8.第二方面，本发明提供一种魔芋多糖微凝胶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
9.s1.魔芋多糖储备液的制备：配置碱性溶液，边搅拌边加入魔芋多糖，制得魔芋多糖溶液；
10.进一步地，所述碱性溶液为质量浓度0.8％～1.5％的碳酸钠溶液；更进一步地，所述碳酸钠溶液的质量浓度为0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％或1.5％。
11.进一步地，所述魔芋多糖溶液的质量浓度为3.0％～6.0％；更进一步地，所述魔芋多糖溶液的质量浓度为3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5％、5.5％或6.0％。
12.s2.w/o乳液的制备：将步骤s1制得的魔芋多糖溶液加入载有聚甘油蓖麻醇酸酯的植物油体系，边加入边搅拌，然后进行高速剪切和高压均质，制得w/o乳液；
13.进一步地，所述载有聚甘油蓖麻醇酸酯的植物油体系中聚甘油蓖麻醇酸酯的质量浓度为3.0％-5.5％；更进一步地，所述载有聚甘油蓖麻醇酸酯的植物油体系中聚甘油蓖麻醇酸酯的质量浓度为3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％或5.5％；
14.进一步地，所述植物油为大豆油、花生油、葵花籽油、玉米油、菜籽油中的一种或两种以上；
15.进一步地，所述搅拌的转速为400～700rpm；更进一步地，所述搅拌的转速为400rpm、500rpm、600rpm或700rpm；
16.进一步地，所述高速剪切的条件为15000～20000rpm，高速剪切5～10min；更进一步地，所述高速剪切的转速为15000rpm、16000rpm、17000rpm、18000rpm、19000rpm或20000rpm；更进一步地，所述高速剪切的时间为5min、6min、7min、8min或10min；
17.进一步地，所述高压均质机条件为8000～10000psi，高压均质2～3次。更进一步地，所述高压均质机条件为8000psi、9000psi或10000psi；
18.s3.魔芋多糖微凝胶的制备：将步骤s2制得的w/o乳液经水浴加热后离心收集沉淀，制得魔芋多糖微凝胶。
19.通过亲水性的魔芋多糖与油包水乳化剂聚甘油蓖麻醇酸酯(pgpr)相互作用，形成稳定的油包水乳液，进一步通过高温处理，魔芋多糖分子发生缠绕，形成软凝胶。在pgpr的作用下，亲水性魔芋多糖微凝胶表面附着一层油膜，表面附着油膜占微凝胶总质量的范围为10～20％。
20.进一步地，所述水浴加热的条件为85～95℃，水浴加热1～2h；
21.进一步地，所述离心的转速为5000～8000rpm，离心时间为10～15min；更进一步地，所述离心的转速为5000rpm、6000rpm、7000rpm或8000rpm，离心时间为10min、11min、12min、13min、14min或15min；
22.进一步地，上述制备方法所制备的微凝胶的平均粒径为1-15μm；
23.第三方面，本发明提供一种包含魔芋多糖微凝胶的产品，按重量计，所述魔芋多糖微凝胶占所述产品的比例为20％～50％。进一步地，按重量计，所述魔芋多糖微凝胶占所述产品的比例为20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％
24.进一步地，所述产品为蛋黄酱。
25.第四方面，本发明提供一种所述的魔芋多糖微凝胶或包含魔芋多糖微凝胶的产品在食品、药品、保健品、化妆品、饲料制备中的应用。
26.第五方面，本发明提供一种低脂蛋黄酱，其中含有魔芋多糖微凝胶，按重量计，所述魔芋多糖微凝胶占所述低脂蛋黄酱的比例为20％～50％。
27.进一步地，所述低脂蛋黄酱的制备方法包括以下步骤：
28.步骤a.魔芋多糖微凝胶的重分散：将蛋黄、糖和盐放入容器中，搅打至混合均匀，加入魔芋多糖微凝胶，继续搅打分散；
29.步骤b.边搅打边交替加入植物油和冰乙酸水溶液，搅打均匀，制得低脂蛋黄酱；
30.更进一步地，按重量计，步骤b中的所述植物油与步骤a中的魔芋多糖微凝胶的添加量之和占蛋黄酱总重量的比例为60％～80％。优选的，步骤b中的所述植物油与步骤a中的魔芋多糖微凝胶的添加量之和占蛋黄酱总重量的比例为60％、65％、70％、75％或80％。
31.更进一步地，步骤a和步骤b中，所述搅打的转速为900～1100rpm；和/或
32.更进一步地，步骤b中，所述冰乙酸的浓度为0.8％～1.2％。
33.相对于现有技术，本发明至少具有如下优势：
34.(1)本发明的魔芋多糖微凝胶具备独特的粒径和结构，其作为脂肪替代品，能够在降低产品脂肪含量的同时，保证产品的流变学性质、润滑性和口感均接近甚至超过全脂产品。
35.(2)本发明的魔芋多糖微凝胶具备油包凝胶的壳核结构，在油相中，可以形成规则的球形微凝胶。并且，与常规的碱处理化学凝胶容易产生“沙粒感”不同的是，本发明的魔芋多糖微凝胶为物理凝胶，其凝胶强度较低，能够保证起到类似“滚珠轴承”原理的润滑作用，且不会产生“沙粒感”。
36.(3)本发明的魔芋多糖微凝胶与传统的脂肪替代品魔芋多糖相比，在食品中的脂肪替代作用有明显的差异，本发明的魔芋多糖微珠在粘度、润滑性和口感上均优于魔芋多糖，其在食品中的比例高达50％时仍能够赋予食品较好的润滑性，具有较佳的模拟脂肪口感。
37.(4)作为进一步优选的效果，本发明的魔芋多糖微凝胶的制备方法中，根据所采用的离心力的不同，可以获得不同厚度的油膜，进而可以适当调控魔芋多糖微凝胶的润滑性能。
38.(5)发明人惊喜地发现，添加魔芋凝胶微凝胶代替部分大豆油制作低脂蛋黄酱时，低脂蛋黄酱的润滑性都比全脂蛋黄酱好。
附图说明
39.图1所示为魔芋凝胶微珠在不同状态下的分布状态其中，(a)为均质后；(b)为离心后；(c)为离心后将大豆油染色的油膜表征；
40.图2所示为不同处理条件下魔芋凝胶微珠的粒径分布；
41.图3所示为不同处理条件制备的魔芋凝胶微珠的润滑性；
42.图4所示为转速20000rpm制备的魔芋凝胶微珠代替不同比例大豆油的低脂蛋黄酱的粘度；
43.图5所示为转速20000rpm制备的魔芋凝胶微珠代替不同比例大豆油的低脂蛋黄酱的粘弹性；
44.图6所示为转速20000rpm制备的魔芋凝胶微珠代替不同比例大豆油的低脂蛋黄酱的润滑性；
45.图7所示为不同处理条件下制备的魔芋凝胶微珠添加量占50％的蛋黄酱的润滑性；
46.图8所示为不同离心转速制备的魔芋凝胶微珠的润滑性；
47.图9所示为转速20000rpm制备的魔芋多糖微凝胶与魔芋多糖的添加量分别占50％的蛋黄酱的润滑性对比。
具体实施方式
48.下面结合具体实施例对本发明的构思及产生的技术效果作进一步阐述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。除非另有定义，本发明中所使用的所有科学和技术术语具
有与本发明涉及技术领域的技术人员通常理解的相同的含义。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
49.实验方法
50.1.润滑性能测试方法
51.测试摩擦系数以反映润滑性能，具体方法如下：
52.采用ta流变仪进行摩擦学特性的测定。选用三球板探头，以聚二甲基硅氧烷(pdms)模拟口腔表面，测量魔芋胶/卵磷脂复合体系的润滑性能。当装置转动时，仪器自动记录旋转速度和摩擦所产生的摩擦力。摩擦系数由公式得出：摩擦系数＝摩擦力/设定法向力。
53.通过混合基础流体和交联剂(10:1w/w)pdms，使用光滑的不锈钢模具作为地底座，然后在90℃下固化10h。
54.测试温度为37℃，法向力1n，将约4ml的样品铺于pdms膜上，研究滑动速度为0～100mm s-1的范围内的摩擦系数，得到stribeck曲线。分析样品润滑状态的转化关系，并根据不同润滑区的摩擦学参数，分析复合体系的摩擦学特性。
55.2.粘度测试方法
56.使用ta流变仪测定样品粘度数据。测试条件：温度37℃，4mm、2
°
不锈钢锥板探头，gap值：57μm；剪切速率0～100s-1。
57.将样品置于底板上，设置gap值59μm，修边，调整gap为57μm，进行测定。每个样品做三个平行。
58.3.粘弹性测试方法
59.使用ta流变仪进行样品的粘弹性测定。凝胶样品的频率扫描实验是在25℃下将频率从0.01提高到10hz，使用直径40mm的平行板和1mm的间隙进行测量，施加应变为0.5％(在线性粘弹性范围内)。用储能模量(g')和损耗模量(g”)分析试样的粘弹性特性。
60.实施例1制备魔芋多糖微凝胶
61.制备魔芋多糖微凝胶，包括以下步骤：
62.步骤1，魔芋多糖储备液的制备：配置碱性溶液，边搅拌边缓慢加入适量的魔芋胶粉末获得魔芋多糖储备液；
63.碱性溶液为1.0％的碳酸钠溶液，魔芋多糖的浓度为5.0％。
64.步骤2，w/o乳液的制备：将魔芋多糖储备液缓慢加入载有聚甘油蓖麻醇酸酯(pgpr)的大豆油体系，边添加边持续搅拌，然后进行高速剪切和高压均质，构建稳定的w/o乳液；
65.pgpr的浓度为4.0％，添加魔芋多糖储备液的过程中，磁力搅拌转速为500rpm，搅拌8min，添加完魔芋多糖储备液之后持续搅拌25min；高速剪切机以20000rpm剪切8min；高压均质机以9000psi均质3次。
66.步骤3，魔芋多糖微凝胶的制备和收集：将均质后的w/o乳液水浴加热处理，水浴加热的条件为85～95℃，1～2h；待溶液上下分层，5000rpm高速离心10min，收集沉淀，获得魔芋多糖凝胶。
67.如图1所示，通过显微镜观察的魔芋多糖凝胶在不同状态下的形态及分布状态。
68.图1(a)为经过步骤2中均质后的油包水结构的微观结构；
69.图1(b)为在高温诱导下球状魔芋多糖微凝胶形成之后，经过步骤3中离心后的微观结构；
70.图1(c)在魔芋多糖微凝胶形成之后对大豆油进行染色并观察的微观结构。图中红色部分为大豆油。结果表明魔芋多糖微凝胶为圆球形，球状魔芋多糖微凝胶外侧附着一层油膜，油膜内则是魔芋凝胶，具有一定形态。由于球状魔芋多糖微凝胶外侧附着一层油膜，因此其含有一定含量的油脂，通过测定，实施例1中魔芋凝胶微珠的油脂含量为19.0％。
71.实施例2
72.制备魔芋多糖微凝胶。相对于实施例1的步骤，仅步骤2中高速剪切机条件改变为：18000rpm，剪切8min。其他步骤与实施例1相同。
73.实施例3
74.制备魔芋多糖微凝胶。相对于实施例1的步骤，仅步骤2中高速剪切机条件改变为：15000rpm，剪切8min。其他步骤与实施例1相同。
75.对比例1
76.制备魔芋多糖微凝胶。相对于实施例1的步骤，仅步骤2中高速剪切机条件改变为：10000rpm，剪切8min。其他步骤与实施例1相同。
77.对实施例1-3及对比例1制备的魔芋多糖微凝胶进行观察和性能测试。如图2所示，是不同剪切条件制备的魔芋多糖球状微凝胶的粒径分布结果。从图中可以看出，通过控制乳液制备过程中的剪切条件，可以控制魔芋多糖球状微凝胶的粒径，其中15000～20000rpm转速下制备的魔芋多糖球状微凝胶的平均粒径小于15μm；转速下降后(比如对比例1采用15000rpm转速)，所得w/o乳液的粒径增加，凝胶后粒径也有所增加。
78.如图3所示，为不同剪切条件制备的魔芋多糖球状微凝胶的润滑性测试结果。通过测试摩擦系数，可以看出不同处理得到的球状微凝胶的润滑性能有所不同，10000rpm剪切条件处理所得微珠润滑性能相对较差，可能是由于其粒径较大的原因。高剪切速度制备的球状微凝胶粒径较小，润滑性能较好。
79.实施例4
80.制备魔芋多糖微凝胶。相对于实施例1的步骤，仅步骤3中高速离心的条件改变为：8000rpm，离心10min。其他步骤与实施例1相同。
81.对比例2
82.制备魔芋多糖微凝胶。相对于实施例1的步骤，仅步骤3中高速离心的条件改变为：10000rpm，离心10min。其他步骤与实施例1相同。
83.对实施例1、实施例4和对比例2所制备的魔芋多糖微凝胶润滑性能进行测试，结果如图8所示，可以看出，中低离心转速下样品的润滑性更好。
84.对不同的离心条件制得的魔芋多糖微凝胶体系的油脂含量进行测试可知，5000rpm所得样品油脂含量约为19％，8000rpm所得样品油脂含量约为15％，10000rpm所得样品油脂含量约为12％；高离心力作用的情况下，魔芋多糖微凝胶的聚集更为严重，分散性变差。另外，过低转速会导致样品中油脂含量太高，影响其油脂替代能力。
85.实施例5制备低脂蛋黄酱
86.采用实施例1所制备的魔芋多糖微凝胶制备蛋黄酱，步骤如下：
87.步骤1，魔芋多糖微凝胶的重分散：将蛋黄、糖和盐放入容器中，用旋转式打蛋器搅打2分钟使混合均匀，加入魔芋多糖微凝胶，继续搅打分散；
88.步骤2，在打蛋器转速保持在相同速度的情况下，交替加入大豆油和质量浓度为0.8％～1.2％的冰乙酸水溶液，转速设置为1000rpm，搅打均匀，获得低脂蛋黄酱。
89.按原料总重量计，蛋黄、糖和盐占比分别为15％，3％和1％，冰乙酸溶液占比11％，大豆油与魔芋多糖微凝胶的添加量之和占比70％，魔芋多糖微凝胶的占比为50％。
90.实施例6
91.采用实施例1所制备的魔芋多糖微凝胶制备低脂蛋黄酱，步骤与实施例5相同，仅将各原料添加量调整为：
92.按原料总重量计，蛋黄、糖和盐占比分别为15％，3％和1％，冰乙酸溶液占比11％，大豆油与魔芋多糖微凝胶的添加量之和占比70％，魔芋多糖微凝胶的占比为40％。
93.实施例7
94.采用实施例1所制备的魔芋多糖微凝胶制备低脂蛋黄酱，步骤与实施例5相同，仅将各原料添加量调整为：
95.按原料总重量计，蛋黄、糖和盐占比分别为15％，3％和1％，冰乙酸溶液占比11％，大豆油与魔芋多糖微凝胶的添加量之和占比70％，魔芋多糖微凝胶的占比为30％。
96.实施例8
97.采用实施例1所制备的魔芋多糖微凝胶制备低脂蛋黄酱，步骤与实施例5相同，仅将各原料添加量调整为：
98.按原料总重量计，蛋黄、糖和盐占比分别为15％，3％和1％，冰乙酸溶液占比11％，大豆油与魔芋多糖微凝胶的添加量之和占比70％，魔芋多糖微凝胶的占比为20％。
99.对比例3
100.制备全脂蛋黄酱，制备步骤为：在旋转式打蛋器搅拌的情况下，交替加入大豆油和质量浓度为0.8％～1.2％的冰乙酸水溶液，转速设置为1000rpm，搅打均匀，获得低脂蛋黄酱。不添加魔芋多糖微凝胶，各原料添加量为：
101.按原料总重量计，蛋黄、糖和盐占比分别为15％，3％和1％，冰乙酸溶液占比11％，大豆油占比70％。
102.测试实施例5-8及对比例3中制备的蛋黄酱的粘度、粘弹性和润滑性能。
103.通过对蛋黄酱的粘弹特性进行分析，由图4可知，当添加量在低于50％时，弹性模量显著大于全脂蛋黄酱，说明一定添加量的魔芋多糖微凝胶使蛋黄酱的整体结构更加紧密。魔芋多糖微凝胶的添加对蛋黄酱粘性模量的影响很小，全脂蛋黄酱与低脂蛋黄酱的粘性模量几乎没有区别。
104.由图5可知，与对比例3所制备的全脂蛋黄酱相比，实施例5-8中添加魔芋多糖微凝胶替代部分油脂会使蛋黄酱的表观粘度有所下降；并且，随着魔芋多糖微凝胶的添加量增多，粘度增大，所以本发明的魔芋多糖微凝胶可以有效控制低脂蛋黄酱的粘度。
105.由图6可知，低脂蛋黄酱的润滑性优于全脂蛋黄酱，即，添加魔芋凝胶微凝胶代替部分大豆油制作低脂蛋黄酱时，低脂蛋黄酱的润滑性都比全脂蛋黄酱好。
106.感官评价结果显示，与全脂蛋黄酱相比低脂蛋黄酱的光滑度、粘度、稠度不存在显
著性差异。
107.表1不同感官指标的f值
[0108][0109]
根据评价员人数为30、样品数量为3，计算f值。f值近似服从自由度为2的x2分布，对应df＝2的临界值为5.99(在0.05的显著水平)。所有指标的f值均小于临界值，说明三个样品间光滑度、粘度、稠度不存在显著性整体差异。
[0110]
实施例9
[0111]
采用实施例2所制备的魔芋多糖微凝胶制备低脂蛋黄酱，步骤与实施例5相同。
[0112]
实施例10
[0113]
采用实施例3所制备的魔芋多糖微凝胶制备低脂蛋黄酱，步骤与实施例5相同。
[0114]
对比例4
[0115]
采用对比例1所制备的魔芋多糖微凝胶制备低脂蛋黄酱，步骤与实施例5相同。
[0116]
如图7所示，为实施例5、实施例9、实施例10和对比例4所制备的蛋黄酱的润滑性能。可以看出采用不同高速剪切条件制备的魔芋多糖微凝胶占比50％的蛋黄酱的润滑性能有所不同。10000rpm剪切条件处理所得魔芋多糖微凝胶所制备的蛋黄酱的润滑性能相对较差，提高剪切速度后所制备的粒径较小的魔芋多糖微凝胶作为脂肪替代品制备的蛋黄酱的润滑性能明显提升。
[0117]
对比例5
[0118]
魔芋多糖为常规的脂肪替代品，本对比例采用魔芋多糖制备低脂蛋黄酱，步骤如下：
[0119]
步骤1.将蛋黄、糖和盐放入容器中，用旋转式打蛋器搅打2分钟使混合均匀，加入魔芋多糖，继续搅打分散；
[0120]
步骤2.在打蛋器转速保持在相同速度的情况下，交替加入大豆油和质量浓度为0.8％～1.2％的冰乙酸水溶液，转速设置为1000rpm，搅打均匀，获得低脂蛋黄酱。
[0121]
按原料总重量计，蛋黄、糖和盐占比分别为15％，3％和1％，冰乙酸溶液占比11％，大豆油与魔芋多糖的添加量之和占比70％，魔芋多糖的占比为50％。
[0122]
对实施例5和对比例5所制备的低脂蛋黄酱的润滑性能进行测试，结果如图9所示。可以看出，添加魔芋多糖微凝胶的蛋黄酱的摩擦系数显著低于添加普通魔芋多糖的蛋黄酱，本发明制备的魔芋多糖微凝胶具有更好的油脂替代效果。
[0123]
上文所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。