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降解瓜胶与降解黄原胶的协同凝胶化及其流变性研究

发布日期:2015-01-24 11:29:49

降解黄原胶

首次用降解瓜胶与降解黄原胶在一定条件下共混,形成凝胶体系。考察了总胶浓度、氯化钾浓 度、制备温度、放置时间、苯甲酸钠及降解食品多糖的分子量等因素对共混凝胶体系黏度的影响,并 对其流变特性进行研究。结果表明,降解瓜胶与降解黄原胶可以形成凝胶体系,该体系具有显著的黏 弹性和触变性。

瓜胶因其具有良好的增稠能力、悬浮能力和改善 食品品质的特性而广泛应用于食品行业W。并且可与 其它食用胶复配使用,其使用量大大低于单独使用其 它增稠剂或稳定剂。近年来有关多糖间的交互作用 (凝胶化)的研究逐渐成为研究的热点[2-3],且目前国 内外已开展黄原胶与瓜胶凝胶化的研究与应用[4-6]。
但由于黄原胶和瓜胶分子量过大,其应用方面 受到了很大限制。且有研究表明[7],降解黄原胶寡糖 拥有较强的抑制真菌生长的能力及抗病毒活性。而 有关降解多糖的协同凝胶化及其流变特性研究尚未
见报道。
本文尝试使用酸降解法,制备得到降解黄原胶 与降解瓜胶,并将两者在一定条件下共混,得到良 好的凝胶体系,并进一步考察其流变特性。
降解黄原胶与降解瓜胶的制备
取20g瓜胶或黄原胶置于500mL烧瓶中,加入 100mL95%的乙醇溶液。加入一定量3mol/L盐酸,在 60C恒温水浴,搅拌使之均匀分散[8]。反应1h后,用 3mol/L NaOH溶液调整至pH7以中止反应,抽滤后置 于60 C烘箱中烘干,研磨制得降解瓜胶或黄原胶。
表1降解瓜胶与降解黄原胶的制备条件
名称胶浓度
(%)HCl浓度 (mol/L)反应温度 (C)反应时间 (min)
3#降解瓜胶200.25060
9#降解瓜胶200.26090
1#降解黄原胶200.26060
1.5共混凝胶的流变性测定
利用TA企业的ARES流变仪对各共混凝胶体系进 行流变性研究,主要考察体系的弹性模量、黏性模 量随应变的变化及各体系的触变性。
2结果与讨论
2.1共混比对凝胶性能的影响
总胶浓度为1%,降解瓜胶(质量为m〇与降解黄 原胶(质量为m2)按不同的质量分数[pmAmi+m^)],在 60C共混并恒温1h,制得共混凝胶。用NDJ-79型旋 转黏度计测其黏度。其黏度与共混比例的关系如图1 所示。
600 r 
1.3酸降解前后瓜胶与黄原胶分子量测定
配制0.1%瓜胶溶液与0.1%黄原胶溶液,用乌式 黏度计测得在25 C时的黏度,利用半经验的麦克(H. Mark)非线性方程求得相对分子量。
瓜胶的半经验麦克非线性方程为[9]: [q]=3.04>40-4^M).747
黄原胶的半经验麦克非线性方程为[10]: [n]=1.7^10-4>M1.14
瓜胶原粉和降解瓜胶、黄原胶原粉和降解黄原 胶的相对分子量如表2所示。
表2各降解瓜胶与降解黄原胶的相对分子量
样本名称
相对分子量
瓜胶原粉1189000
3#降解瓜胶17354
9#降解瓜胶5780
黄原胶原粉228367
1#降解黄原胶29143
1.4降解多糖共混凝胶的制备
称取一定量的降解黄原胶与降解瓜胶溶于50mL 去离子水中,置于60C水浴中共混并恒温一定时间, 得共混凝胶。
表3各凝胶体系的制备方法
100 •<1J■»<■1J
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.91
r
图1共混比例与黏度的关系
由图1可见,随着降解瓜胶的比例下降及降解黄 原胶比例的上升,共混凝胶的黏度增大。当降解瓜胶 与降解黄原胶的比例为3:7时,黏度达到最大值。若 继续改变两者共混比例,凝胶黏度下降。这说明两者 共混有一最佳共混比例,才能达到最大的协同作用, 其凝胶化能力最强。
2.2放置温度对凝胶性能的影响
总胶浓度为1%,降解瓜胶(质量为m〇与降解黄 原胶(质量为m2)按不同的质量分数[Fm/Cmi+m^)],在 60°C共混并恒温1h,制得共混凝胶,分别于室温及 6°C 放置 24h。
制备温度对降解瓜胶与降解黄原胶 复配胶的黏度影响很大,随着加热温度的升高,复 配胶的黏度有较高幅度的增加,其中60C是复配胶的 最佳加热温度,超过60C加热使复配胶的黏度有所降 低。据文献报道[n由于黄原胶从有序态变到无序态的 转变温度(Tm)为42C。只有当共混凝胶的制备温度(Tp) 大于42C,黄原胶中的无序分子才慢慢增多,这种无 序分子就可与瓜胶分子的主链充分绞合。温度不断 升高,无序分子也不断增多,两者协同相互作用增 强,凝胶化能力提高,表现为黏度增大。在60C时, 黏度达到最大值;再继续升高温度,食品胶发生降 解,黏度下降。
2.4 KCl对凝胶性能的影响
总胶浓度为1%,降解瓜胶与降解黄原胶的比例 为3:7,加入不同量的盐离子(KCl),使KCl浓度为0、 0.01mol/L、 0.02mol/L、 0.05mol/L、 0.1mol/L、 0.2mol/ L、0.4mol/L,在60°C共混并恒温1h,制得共混凝胶。 其黏度与盐离子浓度的关系如图4所示。
由图4可知,盐离子的存在使共混凝胶的黏度下 降。KCl通过与降解黄原胶分子侧链上基团的直接键 合或者是通过影响降解黄原胶分子的水化而改变了 分子构象和链的相互作用,进而改变了降解黄原胶 与降解瓜胶凝胶体系的黏度。
2.5放置时间
总胶浓度为1%,降解瓜胶与降解黄原胶的比例
由图5可见,90min时,共混凝胶的黏度最大。此 后黏度迅速下降,150min后,黏度缓慢下降。共混凝 胶的分子结构在一定时间内变为无序状态,两者协 同相互作用增强,凝胶化能力提高,表现为黏度增 大。此后,无序分子数减少,两者协同相互作用减 弱,黏度下降。
2.6苯甲酸钠对凝胶性能的影响
总胶浓度为1%,降解瓜胶与降解黄原胶的比例 为3 7,加入0.04%苯甲酸钠在60C共混1h,制得共混 凝胶。分别于1d和15d后测黏度。
表4 苯甲酸钠对凝胶性能的影响
时间黏度(mPa,s)
共混胶共混胶+0.04%苯甲酸钠
Id后320310
15d后70140
由表4可见,加入苯甲酸钠后,共混胶的黏度变 化不大。15d后,共混胶黏度大幅下降,加入苯甲酸 钠的共混胶黏度下降较小。说明苯甲酸钠的加入,对 两种胶的协同效应不产生影响,并能起到防腐剂的
作用。
蔗糖的添加使体系4的弹性模量与 黏性模量下降。体系1与体系4模量随应变变化的趋 势一致,弹性模量随应变增大逐渐下降,黏性模量 随应变增大逐渐增大,然而体系4的变化更为平缓, 说明蔗糖虽然对凝胶结构略有影响,但在应变较大 时体系结构较稳定,表现出良好的抗应变性能。故 少量蔗糖的添加对降解瓜胶与降解黄原胶凝胶体系 的黏弹性略有影响,体系可应用于含糖食品。
由图9可知,在总胶浓度较低时,体系5的弹性模 量与黏性模量均较小,表现为较弱的凝胶结构。将 总胶浓度增加一倍,体系1的弹性模量与黏性模量均 有大幅提高。总胶浓度对凝胶的黏弹性有较大的影 响,随着总胶浓度的增大,降解瓜胶与降解黄原胶相互作用的加强,三维网络结构更紧密,黏弹性增大。
在降解瓜胶与降解黄原胶凝胶体
系中,控制降解黄原胶的分子量一定,不同分子量 的降解瓜胶对体系黏弹性的影响不同。在降解瓜胶 分子量较低的情况下,体系6的弹性模量与黏性模量 均较小。随着降解瓜胶的分子量的增加,体系1的弹 性模量与黏性模量均有大幅提高,表现出较强的结 构和良好的黏弹性,证明降解瓜胶的分子量显著影 响凝胶体系的黏弹性。
2.9降解瓜胶与降解黄原胶凝胶体系触变性研究 触变性是含结构材料重要而复杂的依时特性, 反映出材料受力后结构随时间的变化过程,是非牛 顿流体特有的流变行为。通过对各体系触变性的研 宄,可以了解其结构在受到剪切后的变化。滞后环 是流体触变性的重要特征。在食品制作过程中,希 望触变环面积越小越好,这样保型性就好,易于食 品的加工制作[气
在变剪切速率模式下,设定剪切速率变化首先 由0升至100s-1,时间为60s,再由100s-1降至0,时间 也为60s。
由图11_图16可知,体系1、体系2、体系3、体系 4、体系5、体系6均为含有黏弹环的滞后环,说明其 均为具有黏弹性和触变性的凝胶体系。
由图11、图14可见,体系4的触变环面积小于体 系1。说明在共混凝胶体系中加入一定的蔗糖,可以 增强体系的抗触变性,增强其网络结构的恢复能力。
由图11、图15可见,与体系1相比,体系5的触变 环更为复杂,且上行线和下行线的应力明显小于体 系1。说明总胶浓度显著影响体系的触变性。
由图11、图16可见,体系6的触变环面积明显大 于体系1。说明降解瓜胶的分子量显著影响体系的触 变性。当瓜胶分子量较小时,体系受剪切后恢复速 率较慢,表现出更强的触变性。
3结论
降解黄原胶与降解瓜胶在一定条件下共混,通 过协同作用,得到新的凝胶体系。共混比例、总胶浓 度、共混时间、KCl浓度及分子量对共混凝胶的黏度 有显著影响。共混凝胶体系具有黏弹性和触变性。 共混比例、总胶浓度、共混时间、蔗糖浓度及分子量 对共混凝胶的黏弹性和触变性有一定影响。
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