可得然膠凝膠特性改變的研究

吉武科,張永剛,武 琳,嚴(yán)希海,萬(wàn)麗萍

(1.山東省食品發(fā)酵工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)南 250013;2.山東省微生物膠工程技術(shù)研究中心，山東 濰坊 261061)

可得然膠(Curdlan)是由產(chǎn)堿桿菌屬(Alcaligenessp.)的一些變種產(chǎn)生的一種新型的微生物胞外多糖，由于其具有在加熱條件下形成凝膠的獨(dú)特性質(zhì)，所以又被稱作熱凝膠?？傻萌荒z是由單一的D-葡萄糖在C1和C3位置以β-1,3-糖苷鍵連接而成的無(wú)分支的均一多糖聚合物，屬于β-1,3-葡聚糖家族中較為特殊的一種。可得然膠的分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 可得然膠的分子結(jié)構(gòu)

可得然膠加熱至不同溫度時(shí)，可以形成性質(zhì)完全不同的凝膠。其懸浮液在54～80℃溫度范圍內(nèi)加熱后冷卻可以形成凝膠，這種凝膠稱為低強(qiáng)度凝膠(Low set gel)或低硬化凝膠，對(duì)溫度具有可逆性，重新加熱凝膠會(huì)變成溶膠，強(qiáng)度較低，性質(zhì)介于瓊脂的脆性與明膠的彈性之間；將懸浮液在80℃以上加熱時(shí)不經(jīng)冷卻就可以直接形成凝膠，這樣形成的凝膠稱為高強(qiáng)度凝膠(High set gel)或高硬化凝膠，對(duì)溫度具有不可逆性，結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)并具有高彈性[1]。兩種類型凝膠的強(qiáng)度取決于成膠的濃度、溫度、加熱時(shí)間。熱不可逆膠的過(guò)渡溫度與其濃度有關(guān)，而熱可逆膠的過(guò)渡溫度則與濃度無(wú)關(guān)。濃度增大，會(huì)降低熱不可逆膠的成膠溫度(80℃)，減少終了膠體中熱可逆成分的量，這說(shuō)明溫度低于80℃時(shí)，可得然膠濃度的增大會(huì)加大膠體粒子在連接區(qū)中憎水基之間的相互作用[2]。

可得然膠目前已應(yīng)用于食品工業(yè)，新的工業(yè)用途也正在開(kāi)發(fā)。隨著可得然膠在非食品行業(yè)應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)展，亟待開(kāi)發(fā)適應(yīng)性較強(qiáng)的可得然膠產(chǎn)品或通過(guò)復(fù)配其它物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)可得然膠熱不可逆凝膠初始溫度的可變性和高溫狀態(tài)凝膠強(qiáng)度的顯著提高，從而使可得然膠對(duì)一些特殊應(yīng)用條件更具適應(yīng)性。作者通過(guò)添加兩種鹽類(PS、NS)，考察其對(duì)可得然膠凝膠性能的影響，擬為拓寬可得然膠應(yīng)用領(lǐng)域提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

可得然膠，山東中科生物科技股份有限公司。

鹽類添加劑PS、NS(均為氫鍵鍵合促進(jìn)劑)，分析純，市售。

CT3型質(zhì)構(gòu)儀，美國(guó)Brookfield公司；分析天平。

1.2 方法

在2%的可得然膠水懸液里加入一定量的PS，95℃水浴凝膠10min后(后續(xù)實(shí)驗(yàn)除特殊說(shuō)明外凝膠條件均相同)，立即用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定凝膠強(qiáng)度(高溫)；再將凝膠正常冷卻到室溫，測(cè)定凝膠強(qiáng)度(低溫)。以2%、3%的純可得然膠作為對(duì)照。分別添加一定量NS、PS-NS復(fù)合物，考察其對(duì)可得然膠凝膠性能的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 添加PS對(duì)可得然膠凝膠性能的影響(圖2)

圖2 添加PS對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

由圖2可知，加入PS后，無(wú)論是在高溫狀態(tài)或者是冷卻到室溫，均能顯著提高可得然膠的凝膠強(qiáng)度，高溫狀態(tài)下尤為突出。單純可得然膠在高溫狀態(tài)時(shí)形成的凝膠強(qiáng)度很低，加入PS后，其強(qiáng)度幾乎與其冷卻后的強(qiáng)度相同。隨著PS添加量的增加，可得然膠的凝膠強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，受PS溶解度的限制，其最高添加量在3%左右，宜選擇2%。

2.2 添加NS對(duì)可得然膠凝膠性能的影響(圖3)

圖3 添加NS對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

由圖3可知，添加NS對(duì)可得然膠在高溫狀態(tài)時(shí)的凝膠強(qiáng)度沒(méi)有顯著作用，而在凝膠冷卻后能夠顯著提高其強(qiáng)度，但是其效果較PS弱。研究還表明，NS隨其濃度的增加能夠顯著降低可得然膠的凝膠初始溫度。

2.3 添加PS-NS復(fù)合物對(duì)可得然膠凝膠性能的影響(圖4)

圖4 添加PS-NS復(fù)合物對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

由圖4可知，PS-NS復(fù)合物可明顯提高可得然膠凝膠強(qiáng)度，且與PS-NS添加量正向相關(guān)。就PS與NS對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響作用來(lái)看，PS居于主導(dǎo)地位，而NS則起顯著強(qiáng)化和穩(wěn)定PS的協(xié)同作用。通常2%純可得然膠的凝膠強(qiáng)度為400 g·cm-2左右，添加3%PS后凝膠強(qiáng)度為1000 g·cm-2左右，而加入不同量PS-NS復(fù)合物后，凝膠強(qiáng)度最高可提升至2000 g·cm-2左右。

2.4 添加PS-NS復(fù)合物對(duì)低濃度可得然膠凝膠性能的影響

從降低可得然膠使用成本考慮，研究了添加PS-NS復(fù)合物對(duì)低濃度可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響，以純2%和1%可得然膠凝膠強(qiáng)度作為對(duì)照，結(jié)果如圖5所示。

圖5 PS-NS復(fù)合物對(duì)低濃度可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

由圖5可知，通過(guò)添加PS-NS復(fù)合物，在不降低凝膠強(qiáng)度(即使用效果)的情況下可顯著降低可得然膠的使用濃度，即能夠顯著節(jié)約可得然膠的使用成本。當(dāng)PS添加量為2%、NS添加量為12%時(shí)，可得然膠的使用濃度可降低至1%，其使用成本降低40%以上。

2.5 添加PS-NS復(fù)合物對(duì)可得然膠凝膠初始溫度的影響

在可得然膠的應(yīng)用中，許多產(chǎn)品對(duì)溫度有特定的要求，而可得然膠要形成高強(qiáng)度凝膠則必須達(dá)到一定的溫度(80 ℃以上)，這在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。復(fù)合物2%PS-12%NS在不同的溫度下對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖6。以純可得然膠在95 ℃時(shí)的凝膠強(qiáng)度作為對(duì)照。

圖6 在不同溫度下添加PS-NS對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

由圖6可知，PS-NS復(fù)合物能夠在達(dá)到理想凝膠強(qiáng)度的同時(shí)顯著降低可得然膠的凝膠初始溫度，特別是對(duì)低濃度(1%)可得然膠的效果極為明顯。這在一定程度上拓展了可得然膠應(yīng)用的溫度范圍。

3 結(jié)論

PS能夠顯著地增強(qiáng)可得然膠在高溫狀態(tài)時(shí)的凝膠強(qiáng)度，而NS對(duì) PS有很好的協(xié)同作用，使可得然膠凝膠強(qiáng)度進(jìn)一步提升。PS-NS復(fù)合物能夠降低可得然膠的使用濃度從而降低其使用成本，能降低可得然膠的凝膠初始溫度從而拓展其應(yīng)用范圍?？傮w而言，PS-NS復(fù)合物是一種高效、低廉的可得然膠凝膠強(qiáng)度促進(jìn)劑，對(duì)于可得然膠在非食品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用具有非常高的價(jià)值。

[1] Mclntontosh M,Stone B A,Stanisich V A.Curdlan and other bacterial (1→3)-β-D-glucans[J].Appl Microbiol Biotechnol,2005,68(2):163-173.

[2] Funami T,Funami M,Yada H,et al.A rheological study on the effects of heating rate and dispersing method on the gelling characteristics of curdlan aqueous dispersions[J].Food Hydrocolloids,2000,14(5):509-518.