孟岳成，盧 晶，江一菲，邱 蓉

(浙江工商大學食品與生物工程學院，浙江 杭州 310035)

結(jié)冷膠是繼黃原膠之后開發(fā)的新一代微生物多糖，它是在有氧條件下由少動鞘脂單胞菌(Sphingomonas paucimobilis)產(chǎn)生的。我國于1996年批準其作為食品增稠劑、穩(wěn)定劑使用[1]。不管在溶膠還是凝膠狀態(tài)下，結(jié)冷膠都能呈現(xiàn)出優(yōu)越的流變特性和功能特性。目前，市售商品化結(jié)冷膠主要有高酰基結(jié)冷膠和低?；Y(jié)冷膠兩種，但由于兩者的不同結(jié)構(gòu)導致流變及功能特性上的差異。近20年來，國外對高?；Y(jié)冷膠進行了一系列研究，Chandrasekaran等[2]用X射線衍射方法提出了高?；Y(jié)冷膠的分子模型，Noda等[3]通過原子力顯微鏡對高?；Y(jié)冷膠的凝膠機理進行了探討，Mao等[4]對高低?；Y(jié)冷膠復配體系進行了研究，相比之下，國內(nèi)對高?；Y(jié)冷膠的研究尤其是機理方面的研究較少，成堅等[5]研究了濃度、溫度、熱處理溫度、熱處理時間、剪切速率、剪切時間、靜置時間等對結(jié)冷膠LT100溶液流變特性的影響。本實驗通過對高?；Y(jié)冷膠特性的研究以及結(jié)構(gòu)的初步分析，旨在為高酰基結(jié)冷膠在國內(nèi)食品工業(yè)中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高酰基結(jié)冷膠 LT100(HA)、低酰基結(jié)冷膠 Kelcogel(LA) 美國 CP Kelco 公司。

氫氧化鈉、鹽酸、酚酞、鹽酸羥胺、三氯化鐵、氯化乙酰膽堿、甲醇、冰乙酸等均為分析純 匯普化工儀器有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

90-1型強力磁力攪拌器 杭州儀表電機有限公司；UV2500紫外-可見分光光度計 日本島津公司；傅里葉紅外光譜儀 美國熱電公司；DHZ-C大容量恒溫振蕩器 太倉市實驗設(shè)備廠；Bruker 500 AVANCEⅢ 核磁共振波譜儀 瑞士Bruker公司；TA-XT2i 物性儀 英國Stable Micro System公司；Brookfield DV-Ⅱ+Pro旋轉(zhuǎn)黏度計 Brookfield Engineering Laboratories公司。

1.3 方法

1.3.1 表觀黏度測定

準確稱取一定量的高?；Y(jié)冷膠，溶解于70℃蒸餾水中，磁力攪拌器攪拌至完全溶解，室溫冷卻，靜置2h后，一定轉(zhuǎn)速條件下用2號轉(zhuǎn)子測定表觀黏度[5]。

1.3.2 凝膠強度測定

準確稱取一定量的高?；Y(jié)冷膠，溶解于70℃蒸餾水中，磁力攪拌器攪拌至完全溶解，加入一定質(zhì)量濃度的鹽離子，混勻，迅速冷卻，靜置2h后，利用質(zhì)構(gòu)儀測定凝膠強度[6]。

1.3.3 ?；繙y定

準確稱取一定量樣品于250mL具塞三角瓶中，加水50mL，使樣品溶解，加幾滴酚酞指示劑，用0.1mol/L NaOH溶液滴定至粉紅色剛好不褪為止；再準確加入25.0mL 0.5mol/L NaOH溶液，經(jīng)一定溫度和時間振蕩后，用0.3mol/L HCl標準溶液滴定體系中過量的堿直到粉紅色剛好消失，記下所用HCl溶液的體積V1(mL)；另外，用同一種HCl溶液標定0.5mol/L NaOH溶液作空白，記下所耗HCl溶液體積V2(mL)。計算公式[7]如下：

式中：c為HCl溶液的濃度/(mol/L)；m為樣品質(zhì)量/g。

1.3.4 紅外光譜掃描分析

在紅外燈照下，取lm g完全干燥的高酰基結(jié)冷膠，與100～200mg完全干燥的KBr粉末在瑪瑙研缽中研磨均勻，壓片后在400～4000cm-1波數(shù)范圍內(nèi)進行紅外掃描。

1.3.5 核磁共振1H-NMR分析

取樣品7mg溶于1.0mL D2O中，利用Bruker 500 AVANCEⅢ核磁共振儀進行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 高酰基結(jié)冷膠在低質(zhì)量濃度下的溶膠特性

2.1.1 膠體質(zhì)量濃度對溶液表觀黏度的影響

由圖1可知，在質(zhì)量濃度為0.05～0.08g/100mL時，表觀黏度隨質(zhì)量濃度增加趨勢較緩，而在質(zhì)量濃度大于0.08g/100mL時，表觀黏度迅速增加，這可能是由于質(zhì)量濃度低時，結(jié)冷膠分子鏈間的交互作用比較弱，而隨著質(zhì)量濃度的增加，分子間相互作用加強，因此在轉(zhuǎn)速不變的情況下測得的表觀黏度迅速增加。

圖1 高?；Y(jié)冷膠質(zhì)量濃度對溶液表觀黏度的影響Fig.1 Effect of HA gellan gum concentration on colloidal viscosity of the solution

2.1.2 轉(zhuǎn)速對溶液表觀黏度的影響

圖2 轉(zhuǎn)速對溶液表觀黏度的影響Fig.2 Effect of rotation speed on colloidal viscosity of HA gellan gum solution

由圖2可知，質(zhì)量濃度為0.1g/100mL的高?；Y(jié)冷膠溶液在較低轉(zhuǎn)速下表觀黏度很高，隨著轉(zhuǎn)速的增加，表觀黏度呈下降趨勢，由計算機擬合的冪律方程可知該流體具有剪切稀變的性質(zhì)，呈現(xiàn)假塑性流體的特性。

2.2 高?；Y(jié)冷膠在高質(zhì)量濃度下的凝膠特性

2.2.1 Ca2+質(zhì)量濃度及高低?；Y(jié)冷膠復配對凝膠強度的影響

圖3 Ca2+質(zhì)量濃度及高低?；Y(jié)冷膠復配對凝膠強度的影響Fig.3 Effects of Ca2+ concentration and HA/LA ratio on gel strength of HA/LA mixed gellan gum solution

由圖3可知，隨著Ca2+質(zhì)量濃度增大，復配膠的凝膠強度增大，當Ca2+質(zhì)量濃度達到0.04g/100mL之后凝膠強度不再升高。根據(jù)結(jié)冷膠凝膠理論，這是由于低?；Y(jié)冷膠由陽離子誘導形成凝膠，其羧基側(cè)鏈由于靜電相互作用而互相排斥，這阻礙了螺旋的緊密聚集，而陽離子的介入能屏蔽靜電排斥作用，一個陽離子連接一對羧基，因此隨著陽離子質(zhì)量濃度的提高，凝膠強度也隨之提高；但過多的陽離子又會阻礙結(jié)冷膠雙螺旋結(jié)構(gòu)的有序聚集，減弱凝膠，所以當質(zhì)量濃度超過一定限度，又會使凝膠強度下降[8]。

高低酰基結(jié)冷膠的比例對復配膠的凝膠強度有較明顯的影響，低酰基結(jié)冷膠的含量越高，復配膠體的凝膠強度越大，而增加高?；Y(jié)冷膠含量時，復配膠的硬度會相應(yīng)減小。這是由于高酰基結(jié)冷膠?；目臻g位阻作用阻止了雙螺旋鏈間的接近聚合，導致凝膠性質(zhì)減弱或改變[9]。

圖4 高?；Y(jié)冷膠的質(zhì)量濃度對凝膠強度的影響Fig.4 Effect of HA gellan gum concentration on its gel strength

2.2.2 膠體質(zhì)量濃度對凝膠強度的影響由圖4可知，凝膠強度隨著質(zhì)量濃度的增加而增加。高?；Y(jié)冷膠凝膠形成是由于其分子鏈之間相互交聯(lián)形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，質(zhì)量濃度增加使得分子交聯(lián)增強，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越致密，故表現(xiàn)出凝膠強度的增強。

2.3 高酰基結(jié)冷膠?；康臏y定

圖5 高酰基結(jié)冷膠?；康臏y定結(jié)果Fig.5 Acyl content of HA gellan gum shaked for different times at different temperatures

由圖5可知，隨著溫度的升高，所測得?；棵黠@增高，在25℃條件下振蕩60min?；炕緵]有增加，而60℃、20min?；久摮?。這是由于在常溫條件下，高?；Y(jié)冷膠分子鏈長，在空間形成三級或四級網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，多數(shù)?；话衿渲?，使堿不能充分與之作用。高溫條件下，高?；Y(jié)冷膠分子一方面由于獲取熱能，加快分子的振動，分子鏈發(fā)生伸展，使包埋的酰基暴露出來，增加了反應(yīng)的概率；另一方面，伸展的長分子鏈被堿作用斷開，形成較短的分子鏈，使更多的?；┞冻鰜?，進一步促進反應(yīng)的進行，隨著時間的推移，堿與酰反應(yīng)充分，從而最終將?；棵摮齕7]。

2.4 紅外光譜掃描分析

圖6 高?；Y(jié)冷膠的紅外光譜圖Fig.6 Infrared spectrum of HA gellan gum

由圖6可知，在3700～3200cm-1處出現(xiàn)一個吸收較強的寬峰，3629.78cm-1和3423.84cm-1為羥基(—OH)的伸縮振動；在3000～2800cm-1范圍出現(xiàn)的2928.25cm-1的吸收峰較弱，為C—H的伸縮振動。這兩組吸收峰是糖的特征吸收峰。1725.74cm-1和1624.39cm-1是—C＝O的吸收峰，表明該結(jié)構(gòu)中含有?；?。

2.5 核磁共振1H-NMR分析

圖7 高酰基結(jié)冷膠氫譜譜圖Fig.7 NMR spectrum of HA gellan gum

根據(jù)圖7可以分析出：共振頻率對應(yīng)的化學位移分別為：5.360、3.915、3.797、3.659、3.601、3.363、1.266，δ5.360為糖端基C1質(zhì)子信號，δ3.915～3.363為糖非端基質(zhì)子信號，δ1.266為鼠李糖上的甲基。δ5.360表明組成高酰基結(jié)冷膠的單糖的異頭碳只有α型存在。

3 結(jié) 論

高?；Y(jié)冷膠在低質(zhì)量濃度時呈溶膠狀態(tài)，溶膠是假塑性流體，表觀黏度隨膠體濃度增加而增加。質(zhì)量濃度較高時形成凝膠，凝膠的凝膠強度受離子質(zhì)量濃度影響顯著。結(jié)冷膠具有良好的復配性，高低?；Y(jié)冷膠復配可形成硬度不同的結(jié)冷膠，通過改變高低?；Y(jié)冷膠在復合膠中的比例可以調(diào)節(jié)復合膠的性質(zhì)，得到滿足需要的各種復配產(chǎn)品，組織結(jié)構(gòu)可從脆性到黏彈性方面任意調(diào)節(jié)，這些特性在實際應(yīng)用中有重大的意義[10]。

紅外光譜掃描和核磁共振技術(shù)驗證了高?；Y(jié)冷膠中酰基和羥基等特征基團以及高?；Y(jié)冷膠線性四糖重復單位中鼠李糖的存在，為今后的進一步研究提供基礎(chǔ)。

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