高?；Y(jié)冷膠與κ-卡拉膠復(fù)配膠的質(zhì)構(gòu)特性研究

許永濤，童群義

（江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214122）

高?；Y(jié)冷膠與κ-卡拉膠復(fù)配膠的質(zhì)構(gòu)特性研究

許永濤，童群義*

（江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214122）

用抗壓實(shí)驗(yàn)和全質(zhì)構(gòu)測(cè)試對(duì)高?；Y(jié)冷膠（HA）與κ-卡拉膠（CA）復(fù)配膠的凝膠強(qiáng)度、形變性以及硬度進(jìn)行分析。研究了Ca2+、Mg2+、K+、Na+四種離子以及HA與CA的質(zhì)量比對(duì)復(fù)配膠質(zhì)構(gòu)特性的影響。實(shí)驗(yàn)中，總膠濃度控制為1%（w/v），離子濃度為2～80mmol/L，HA和CA的質(zhì)量比為25∶75、50∶50、75∶25。結(jié)果表明，二價(jià)離子較一價(jià)離子作用效果顯著，其中Ca2+效果最為顯著，復(fù)配膠在HA∶CA=75∶25時(shí)有顯著的協(xié)同作用，HA與CA的復(fù)配膠有著較強(qiáng)的形變性。

高?；Y(jié)冷膠，κ-卡拉膠，復(fù)配膠，質(zhì)構(gòu)特性

結(jié)冷膠是一種由伊樂(lè)藻單胞菌發(fā)酵生產(chǎn)的凝膠型微生物多糖[1]，于1992年首先由美國(guó)食品及藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)應(yīng)用于食品中。根據(jù)分子鏈上是否含有乙酰基和甘油?；壳笆惺劢Y(jié)冷膠一般分為天然結(jié)冷膠（高?；Y(jié)冷膠，HA）和低?；Y(jié)冷膠（LA）。自結(jié)冷膠被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人們已經(jīng)用不同的手段對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究，例如：用光散射技術(shù)[2]、粘度計(jì)[3]、核磁共振[4]以及流變儀[5]等對(duì)結(jié)冷膠水溶液特性進(jìn)行過(guò)研究；用示差掃描量熱儀（DSC）[6-8]、流變儀[7-10]、電子自旋共振[11]、核磁共振[12]等方法對(duì)結(jié)冷膠的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)化過(guò)程進(jìn)行過(guò)研究；利用流變儀、質(zhì)構(gòu)儀[13-16]等設(shè)備對(duì)結(jié)冷膠凝膠的質(zhì)構(gòu)特征進(jìn)行了更加深入和廣泛的研究，而且還有不少關(guān)于離子、蔗糖、pH等條件對(duì)結(jié)冷膠分散體系影響的報(bào)道以及結(jié)冷膠與其他膠凝劑作用機(jī)理的報(bào)道。然而，前人的研究絕大多數(shù)都是致力于低?；Y(jié)冷膠性能的研究，而關(guān)于高?；Y(jié)冷膠的研究和報(bào)道還相當(dāng)缺乏。目前食品工業(yè)中對(duì)高酰基結(jié)冷膠的應(yīng)用也相當(dāng)有限，原因主要是高?；Y(jié)冷膠的提取過(guò)程較為困難，應(yīng)用成本高。但不可否認(rèn)高?；Y(jié)冷膠具有良好的凝膠性能，在食品與醫(yī)藥工業(yè)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。為了促進(jìn)這一微生物多糖的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用，筆者認(rèn)為對(duì)其性能進(jìn)行更深入地研究、尋求更廉價(jià)的應(yīng)用方法還是很有必要的。本實(shí)驗(yàn)研究了Ca2+、Mg2+、K+、Na+四種離子以及高?；Y(jié)冷膠與κ-卡拉膠的重量比對(duì)二者復(fù)配膠的質(zhì)構(gòu)特征的影響，為對(duì)復(fù)配膠的進(jìn)一步研究和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

高?；Y(jié)冷膠LT100（HA） 美國(guó)CP Kelco公司，食品級(jí)；κ-卡拉膠（CA） 滕州市海藻工程技術(shù)有限責(zé)任公司，食品級(jí)；氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀、氯化鈉上海市國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司，分析純。

TA.XTPlus物性分析儀 英國(guó)SMS公司；85-2恒溫磁力攪拌器 金壇市新航儀器廠；HH-2K8恒溫水浴鍋 鞏義市予華儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 凝膠的制備 按照一定HA∶CA（25∶75，50∶50，75∶25）分別稱取混合膠體粉末1g，溶于盛有100m L去離子水的150m L燒杯中，在磁力攪拌器上充分?jǐn)嚢?0m in，使膠體充分水化并均勻分散于水中，然后放入90℃水浴中加熱20min，并不斷攪拌，使膠體充分溶解。記錄加熱過(guò)程中散失的水分，并用去離子水補(bǔ)充。將預(yù)先制備好的Ca2+、Mg2+、K+、Na+加入膠體熱溶液中，充分?jǐn)嚢瑁鼓z液中離子濃度分布在2～ 80mmol/L（2、4、6、8、10、15、20、40、60、80mmol/L），然后將膠體熱溶液倒入內(nèi)徑為34mm深度為10mm的小培養(yǎng)皿中（與培養(yǎng)皿上沿相平齊），蓋上蓋子，冷卻至室溫后轉(zhuǎn)入4℃冰箱中冷藏24h，待測(cè)。

1.2.2 抗壓實(shí)驗(yàn) 將凝膠從小培養(yǎng)皿中完整取出，放于物性測(cè)試儀鋁制平臺(tái)和鋁制圓柱形探頭（直徑50mm）之間，設(shè)定測(cè)試速度為3mm/s，壓縮應(yīng)變?yōu)?0%，進(jìn)行抗壓實(shí)驗(yàn)，獲得壓縮力學(xué)曲線（壓縮實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次），并從曲線上讀取凝膠破裂時(shí)所受的力和壓縮距離；為了將壓縮過(guò)程中凝膠橫截面積的增大計(jì)算在內(nèi)，破壞應(yīng)力σh和破壞應(yīng)變?chǔ)舎通過(guò)工程應(yīng)力σeng和工程應(yīng)變?chǔ)舉ng來(lái)計(jì)算[16-17]，計(jì)算公式如下：

1.2.3 凝膠硬度測(cè)定 凝膠硬度是通過(guò)全質(zhì)構(gòu)分析得到的。將凝膠從小培養(yǎng)皿中完整取出，放于物性測(cè)試儀鋁制平臺(tái)和鋁制圓柱形探頭（直徑50mm）之間，設(shè)定測(cè)試速度為3mm/s，壓縮應(yīng)變?yōu)?0%，進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)分析并獲得全質(zhì)構(gòu)曲線（全質(zhì)構(gòu)測(cè)定實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次），從曲線上讀取膠體硬度。

2 結(jié)果與討論

2.1 離子種類對(duì)復(fù)配膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.1.1 破壞應(yīng)變 從圖1中可以看出，隨著離子濃度從2mmol/L增大到80mmol/L，Ca2+、Mg2+、K+、Na+四種離子作用下的HA與CA復(fù)配膠破壞應(yīng)變始終處于1.4～ 1.6范圍之內(nèi)，波動(dòng)并不明顯，可見，HA與CA復(fù)配的破壞應(yīng)變受離子影響較小，四種離子對(duì)復(fù)配膠破壞應(yīng)變的影響也無(wú)顯著差異。

圖1 Ca2+、Mg2+、K+、Na+四種離子對(duì)HA與CA復(fù)配膠破壞應(yīng)變的影響Fig.1 Effectof Ca2+、Mg2+、K+、Na+on failure strain ofmixed gels of HA and CA

2.1.2 破壞應(yīng)力 從圖2中可以看出，在所研究范圍之內(nèi)，二價(jià)離子的作用效果明顯強(qiáng)于一價(jià)離子，而且在兩種價(jià)態(tài)離子的影響下，曲線的變化趨勢(shì)差別較大。二價(jià)金屬離子在低濃度范圍內(nèi)（2～15mmol/L）對(duì)HA與CA復(fù)配膠破壞應(yīng)力有顯著的影響，隨離子濃度增大，破壞應(yīng)力迅速增大，而在更高的二價(jià)離子濃度范圍內(nèi)（大于15mmol/L），隨著離子濃度的增加，凝膠的破壞應(yīng)力并無(wú)明顯增加，甚至達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定水平（Ca2+濃度大于60mmol/L時(shí)略有下降）；而在一價(jià)離子的作用下，凝膠的破壞應(yīng)力則隨著離子濃度的增大持續(xù)增大。這很可能與兩種價(jià)態(tài)離子對(duì)凝膠的作用機(jī)理有關(guān)，在水溶液中，一價(jià)離子與二價(jià)離子都能夠通過(guò)結(jié)冷膠分子上的羧基將結(jié)冷膠的雙螺旋結(jié)構(gòu)相互交聯(lián)，但是，二價(jià)離子是直接與雙螺旋結(jié)構(gòu)相交聯(lián)（雙螺旋-M2+-雙螺旋），而一價(jià)離子是間接與雙螺旋結(jié)構(gòu)相交聯(lián)（雙螺旋-M+-水-M+-雙螺旋）[18-19]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，二價(jià)離子在促進(jìn)凝膠形成時(shí)比一價(jià)離子更有效。

圖2 Ca2+、Mg2+、K+、Na+四種離子對(duì)HA與CA復(fù)配膠破壞應(yīng)力的影響Fig.2 Effectof Ca2+、Mg2+、K+、Na+on failure stress of mixed gels of HA and CA

2.1.3 凝膠硬度 從圖3中可以看出，硬度曲線的變化趨勢(shì)與破壞應(yīng)力曲線極為相似，二價(jià)離子的作用效果較一價(jià)離子強(qiáng)，而且在二價(jià)離子中，Ca2+的作用效果較Mg2+強(qiáng)，這可能與二者離子大小相關(guān)。

圖3 Ca2+、Mg2+、K+、Na+四種離子對(duì)HA與CA復(fù)配膠凝膠硬度的影響Fig.3 Effectof Ca2+、Mg2+、K+、Na+on hardness of mixed gels of HA and CA

2.2 HA與CA質(zhì)量比對(duì)復(fù)配膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.2.1 破壞應(yīng)變 從圖4中可以看出，在一定的Ca2+濃度條件下，隨著HA含量的降低，復(fù)配膠的破壞應(yīng)變逐漸減小。這很可能與兩種膠的特性相關(guān)，HA所形成的凝膠柔軟而且形變性較好，而CA所形成的凝膠較為硬脆，不易變形。因此，將二者進(jìn)行復(fù)配，隨著HA含量的提高，所形成凝膠的形變性增強(qiáng)。從圖4中我們還可以發(fā)現(xiàn)：隨著HA∶CA的變化，復(fù)配膠的破壞應(yīng)變?cè)贑a2+影響下的變化趨勢(shì)是不同的。當(dāng)HA∶CA= 25∶75（0.25%∶0.75%）時(shí)，隨著Ca2+濃度的增大，凝膠的破壞應(yīng)變呈持續(xù)減小趨勢(shì)；而當(dāng)HA∶CA=50∶50或75∶25時(shí)，凝膠的破壞應(yīng)變則相對(duì)較為穩(wěn)定。這可能與HA的作用相關(guān)，HA∶CA=50∶50或75∶25時(shí)，HA含量較高，其中的甘油?；鶎?duì)凝膠性能的穩(wěn)定發(fā)揮了重要作用[20]。本實(shí)驗(yàn)中各組復(fù)配膠與R Mao等[21]在同樣條件下所做的HA與LA復(fù)配膠相比有著更大的破壞應(yīng)變，說(shuō)明HA與CA復(fù)配膠凝膠有著更好的形變性。

圖4 HA與CA質(zhì)量比對(duì)復(fù)配膠破壞應(yīng)變的影響Fig.4 Effectof HA∶CA ratios on failure stress ofmixed gels of HA and CA

2.2.2 破壞應(yīng)力 因?yàn)镠A形成的凝膠較柔軟，而CA所形成的凝膠比較硬脆，因此，人們一般會(huì)推測(cè)將二者復(fù)配所形成的破壞應(yīng)力很有可能隨著CA含量的增大而增大，但是圖5所顯示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，這一預(yù)期并不完全正確，從圖5中可以看出，盡管當(dāng)HA∶CA= 25∶75和50∶50時(shí)，隨著CA含量的增大，凝膠強(qiáng)度有著明顯的增大，但是當(dāng)HA∶CA=75∶25時(shí)，其凝膠強(qiáng)度卻遠(yuǎn)大于HA∶CA=50∶50的復(fù)配膠，甚至在Ca2+濃度較高（≥30mmol/L）時(shí)大于HA∶CA=25∶75的復(fù)配膠，可見當(dāng)HA∶CA=75∶25時(shí)，二者之間很可能存在著較強(qiáng)的協(xié)同作用。

圖5 HA與CA質(zhì)量比對(duì)復(fù)配膠破壞應(yīng)力的影響Fig.5 Effectof HA∶CA ratios on failure strain ofmixed gels of HA and CA

2.2.3 凝膠硬度 從圖6中可以看出，三種配比的復(fù)配膠硬度都先隨著Ca2+濃度的增加而增加并達(dá)到一個(gè)最大值，然后又隨著Ca2+濃度的增大而逐漸減小。這與R Mao等[21]研究的HA與LA復(fù)配膠硬度隨Ca2+濃度變化趨勢(shì)相一致，可見，由于CA與LA同屬雙螺旋線形膠體，二者在與HA復(fù)配時(shí)還是有一定相似之處的。從圖6中我們還可以看出，在一定的Ca2+濃度條件下，復(fù)配膠的硬度隨HA∶CA的增大而減小，這可能與兩種凝膠的特性相關(guān)，HA形成的凝膠較柔軟，而CA形成的凝膠較硬脆，因此，將二者復(fù)配隨著CA含量的減小，復(fù)配膠的硬度自然會(huì)減小。通過(guò)與圖5比較我們也可以看出凝膠硬度與凝膠的破壞應(yīng)力所遵循的規(guī)律并不相同，如當(dāng)HA∶CA=75∶25時(shí)，復(fù)配膠的破壞應(yīng)力比HA∶CA=25∶75和HA∶CA=50∶50時(shí)都大，而HA∶CA=75∶25時(shí)復(fù)配膠的硬度卻比另外兩者都小?？梢姡z硬度與凝膠強(qiáng)度并非同一概念，相同凝膠強(qiáng)度的膠，其硬度可能有著較大的差異。

圖6 HA與CA質(zhì)量比對(duì)復(fù)配膠凝膠硬度的影響Fig.6 Effectof HA∶CA ratios on hardness ofmixed gels of HA and CA

3 結(jié)論

二價(jià)金屬離子對(duì)HA與CA復(fù)配膠凝膠強(qiáng)度和凝膠硬度的影響較一價(jià)離子顯著，Ca2+對(duì)HA與CA復(fù)配膠破壞應(yīng)力和凝膠硬度的影響較Mg2+更顯著；Ca2+、Mg2+、K+、Na+四種離子對(duì)HA與CA復(fù)配膠破壞應(yīng)變的影響無(wú)顯著差異；在相同Ca2+濃度條件下，HA與CA復(fù)配膠的破壞應(yīng)變隨HA∶CA比的增大而增大；HA∶CA= 75∶25時(shí)，總膠濃度為1%HA與CA復(fù)配膠有較強(qiáng)的協(xié)同作用；在一定的Ca2+濃度條件下，HA與CA復(fù)配膠的硬度隨HA∶CA的增大而減小。

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Texture properties of high acylgellan andκ-carrageenan m ixed gels

XU Yong-tao，TONG Qun-yi*
（School of Food Science&Technology，Jiangnan University，Wuxi214122，China）

Comp ression tests and texture p rofile analysis（TPA）were used to test the streng th，deformability and hardness ofm ixed gels w ith high acylgellan andκ-carrageenan.The influences of Ca2+，Mg2+，K+，Na+and different HA∶CA ratios on the texture p roperties of the m ixed gels were investigated.The total polymer concentrations of the gels in our study were all at 1%（w/v）.Ion concentrations of the sam p les were set as 2～ 80mmol/L，and the ratios of HA∶CA were 25∶75，50∶50 and 75∶25.The result showed that divalent cations significantly influenced the texture of the m ixed gels compared w ith monovalent cations，and Ca2+was the most effective cations in the study.The strongest synergistic interac tion occurred when the ratio of HA∶CA was 75∶25 and the m ixed gels of high acylgellan andκ-carrageenan had a good deformability.

high acylgellan；κ-carrageenan；m ixed gel；texture p roperties

TS201.7

A

1002-0306（2012）20-0159-04

2012－05－09 *通訊聯(lián)系人

許永濤（1987-），男，碩士研究生，研究方向：碳水化合物科學(xué)與工程。