可得然膠凝膠性能影響因素的研究

張永剛，吉武科，武 琳，嚴希海，萬麗萍

（1.山東省食品發(fā)酵工程重點實驗室，山東 濟南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）是微生物發(fā)酵糖質(zhì)原料產(chǎn)生的一種新型微生物胞外多糖，具有在加熱條件下形成凝膠的獨特性質(zhì)，所以又被稱作熱凝膠?？傻萌荒z的凝膠特性對溫度具有顯著的分段特征，當(dāng)其懸浮液加熱至不同溫度時，可以形成性質(zhì)完全不同的凝膠：懸浮液在54～65℃范圍內(nèi)加熱后冷卻可以形成低強度凝膠（Low set gel，或稱低硬化凝膠），對溫度具有可逆性，重新加熱凝膠會轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z，強度較低，其性質(zhì)介于瓊脂的脆性與明膠的彈性之間；懸浮液加熱到80℃以上時不經(jīng)冷卻就可以直接形成高強度凝膠（High set gel，或稱高硬化凝膠），對溫度具有不可逆性，結(jié)構(gòu)堅實并具有高彈性[1］。研究表明，影響可得然膠凝膠強度的因素主要有成膠的濃度、溫度、加熱時間等?？傻萌荒z在實際應(yīng)用過程中會發(fā)生脫水現(xiàn)象，也稱脫水效應(yīng)[2］，特別是持續(xù)高溫狀態(tài)下的脫水效應(yīng)更加明顯，脫水效應(yīng)對所應(yīng)用的目標產(chǎn)品會帶來外形變化和體系的不穩(wěn)定，進而影響產(chǎn)品質(zhì)量和預(yù)期使用效果，已成為可得然膠工業(yè)應(yīng)用亟待解決的問題。

通常采用復(fù)配的方法來克服可得然膠的脫水效應(yīng)，也可以通過控制發(fā)酵條件，使聚合分子量達到一定數(shù)量級，然后直接進行化學(xué)修飾，得到適應(yīng)性更強、凝膠形成更穩(wěn)定的可得然膠產(chǎn)品，但目前還難以實施。

為同時提高可得然膠的凝膠強度與高溫狀態(tài)穩(wěn)定性，拓展可得然膠的應(yīng)用適應(yīng)性，作者通過考察幾十種物質(zhì)對可得然膠凝膠強度與凝膠高溫狀態(tài)脫水率的影響，最終篩選出能夠滿足實驗?zāi)康牡?種物質(zhì)——PS、DS、WG，其中PS為常見鹽類，DS與 WG為大分子有機物。在此，就三者單獨使用及復(fù)配時對可得然膠凝膠性能的影響進行了研究。

1 實驗

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。

PS（分析純）、DS（工業(yè)級）、WG（工業(yè)級），市售。

CT3型質(zhì)構(gòu)儀，美國Brookfield公司；分析天平；高溫老化罐，青島海通達儀器有限公司。

1.2 方法

實驗用可得然膠的質(zhì)量濃度均為2.5%。在添加一定濃度的PS／DS／WG后，先于95℃凝膠10min，測定凝膠強度；再將凝膠轉(zhuǎn)入高溫老化罐中，于120℃靜置24h，測定高溫狀態(tài)脫水率。

2 結(jié)果與討論

2.1 PS對可得然膠凝膠性能的影響（圖1）

由圖1可知，PS在一定添加量范圍內(nèi)可顯著提高可得然膠的凝膠強度，而且隨著PS添加量的增加其對可得然膠的高溫狀態(tài)脫水率也有一定的降低作用。綜合考慮對凝膠強度的促進作用與保水效果，選擇PS的最佳添加量為3.0%～4.0%。

2.2 DS對可得然膠凝膠性能的影響（圖2）

由圖2可知，DS對可得然膠的凝膠強度沒有顯著影響，只在高濃度時有一定的降低作用；而對可得然膠的高溫狀態(tài)脫水率有非常顯著的降低作用，隨著DS添加量的增加，高溫脫水率可降低2／3，表明DS可以在不影響可得然膠凝膠性能的前提下降低其高溫狀態(tài)脫水率。因此，選擇DS的最佳添加量為4.0%～6.0%。

2.3 WG對可得然膠凝膠性能的影響（圖3）

圖3 WG對可得然膠凝膠性能的影響Fig.3 Effect of WG on curdlan gel performance

由圖3可知，WG添加量較低時，對可得然膠的凝膠強度影響不顯著，但可顯著降低其高溫狀態(tài)脫水率；當(dāng)WG添加量增加時，對可得然膠凝膠強度有非常顯著的降低作用。這可能是由于，WG分子具有一定的阻斷可得然膠分子凝膠成束的作用。因此，選擇WG的最佳添加量為0.05%～0.10%。

2.4 PS－DS－WG復(fù)配體對可得然膠凝膠性能的影響

由單因素實驗可以看出，PS、DS、WG對可得然膠凝膠強度和高溫狀態(tài)脫水率的影響不同。為了探究提高可得然膠凝膠強度與降低高溫狀態(tài)脫水率的更好效果，進行了PS－DS－WG復(fù)配體的3因素3水平正交實驗，以期能夠得到較理想的PS－DS－WG復(fù)配體。正交實驗結(jié)果與分析見表1 。

表1 正交實驗結(jié)果與分析Tab.1 Results and analysis of orthogonal experiment

PS－DS－WG復(fù)配體對可得然膠凝膠強度與高溫狀態(tài)脫水率影響的因素分析見圖4。

由圖4a可知，PS對可得然膠凝膠強度有顯著的影響，這與單因素實驗結(jié)果基本一致，DS、WG添加量范圍是在對可得然膠凝膠強度影響不顯著的區(qū)段。由圖4b可知，PS、DS、WG對可得然膠的高溫狀態(tài)脫水率均有一定的影響，復(fù)配后各自的作用具有疊加效應(yīng)，使得凝膠高溫狀態(tài)脫水率顯著降低。綜合PS－DS－WG復(fù)配體對可得然膠凝膠強度與高溫狀態(tài)脫水率的作用效果以及實際應(yīng)用成本，選擇PS－DS－WG復(fù)配體最佳配比為4.0%∶4.0%∶0.10%。

3 結(jié)論

圖4 PS－DS－WG復(fù)配體對可得然膠凝膠強度（a）與高溫狀態(tài)脫水率（b）的影響Fig.4 Effect of PS－DS－WG complex on curdlan gel strength（a）and dehydration rate of high－temperature state

研究了PS、DS、WG 3種物質(zhì)對可得然膠凝膠強度與高溫狀態(tài)脫水率的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PS對凝膠強度具有顯著的提高作用，PS、DS、WG均可降低可得然膠的高溫狀態(tài)脫水率，這可能與分子的空間填充作用有一定關(guān)系。PS－DS－WG復(fù)配體能夠在顯著提高可得然膠凝膠強度的同時，降低其高溫狀態(tài)脫水率，為可得然膠在非食品應(yīng)用領(lǐng)域特別是高溫狀態(tài)下長時間的極端環(huán)境應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)，對可得然膠應(yīng)用范圍的拓展具有促進作用。

[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]胡國華.功能性食品膠[M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：270－271.