可得然膠凝膠特性改變的研究

吉武科,張永剛,武 琳,嚴希海,萬麗萍

(1.山東省食品發酵工程重點實驗室,山東 濟南 250013;2.山東省微生物膠工程技術研究中心，山東 濰坊 261061)

可得然膠(Curdlan)是由產堿桿菌屬(Alcaligenessp.)的一些變種產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特性質，所以又被稱作熱凝膠。可得然膠是由單一的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。可得然膠的分子結構如圖1所示。

圖1 可得然膠的分子結構

可得然膠加熱至不同溫度時，可以形成性質完全不同的凝膠。其懸浮液在54～80℃溫度范圍內加熱后冷卻可以形成凝膠，這種凝膠稱為低強度凝膠(Low set gel)或低硬化凝膠，對溫度具有可逆性，重新加熱凝膠會變成溶膠，強度較低，性質介于瓊脂的脆性與明膠的彈性之間；將懸浮液在80℃以上加熱時不經冷卻就可以直接形成凝膠，這樣形成的凝膠稱為高強度凝膠(High set gel)或高硬化凝膠，對溫度具有不可逆性，結構堅實并具有高彈性[1]。兩種類型凝膠的強度取決于成膠的濃度、溫度、加熱時間。熱不可逆膠的過渡溫度與其濃度有關，而熱可逆膠的過渡溫度則與濃度無關。濃度增大，會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，這說明溫度低于80℃時，可得然膠濃度的增大會加大膠體粒子在連接區中憎水基之間的相互作用[2]。

可得然膠目前已應用于食品工業，新的工業用途也正在開發。隨著可得然膠在非食品行業應用范圍的逐漸擴展，亟待開發適應性較強的可得然膠產品或通過復配其它物質來實現可得然膠熱不可逆凝膠初始溫度的可變性和高溫狀態凝膠強度的顯著提高，從而使可得然膠對一些特殊應用條件更具適應性。作者通過添加兩種鹽類(PS、NS)，考察其對可得然膠凝膠性能的影響，擬為拓寬可得然膠應用領域提供參考。

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。

鹽類添加劑PS、NS(均為氫鍵鍵合促進劑)，分析純，市售。

CT3型質構儀，美國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(后續實驗除特殊說明外凝膠條件均相同)，立即用質構儀測定凝膠強度(高溫)；再將凝膠正常冷卻到室溫，測定凝膠強度(低溫)。以2%、3%的純可得然膠作為對照。分別添加一定量NS、PS-NS復合物，考察其對可得然膠凝膠性能的影響。

2 結果與討論

2.1 添加PS對可得然膠凝膠性能的影響(圖2)

圖2 添加PS對可得然膠凝膠強度的影響

由圖2可知，加入PS后，無論是在高溫狀態或者是冷卻到室溫，均能顯著提高可得然膠的凝膠強度，高溫狀態下尤為突出。單純可得然膠在高溫狀態時形成的凝膠強度很低，加入PS后，其強度幾乎與其冷卻后的強度相同。隨著PS添加量的增加，可得然膠的凝膠強度逐漸增強，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對可得然膠凝膠性能的影響(圖3)

圖3 添加NS對可得然膠凝膠強度的影響

由圖3可知，添加NS對可得然膠在高溫狀態時的凝膠強度沒有顯著作用，而在凝膠冷卻后能夠顯著提高其強度，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復合物對可得然膠凝膠性能的影響(圖4)

圖4 添加PS-NS復合物對可得然膠凝膠強度的影響

由圖4可知，PS-NS復合物可明顯提高可得然膠凝膠強度，且與PS-NS添加量正向相關。就PS與NS對可得然膠凝膠強度的影響作用來看，PS居于主導地位，而NS則起顯著強化和穩定PS的協同作用。通常2%純可得然膠的凝膠強度為400 g·cm-2左右，添加3%PS后凝膠強度為1000 g·cm-2左右，而加入不同量PS-NS復合物后，凝膠強度最高可提升至2000 g·cm-2左右。

2.4 添加PS-NS復合物對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復合物對低濃度可得然膠凝膠強度的影響，以純2%和1%可得然膠凝膠強度作為對照，結果如圖5所示。

圖5 PS-NS復合物對低濃度可得然膠凝膠強度的影響

由圖5可知，通過添加PS-NS復合物，在不降低凝膠強度(即使用效果)的情況下可顯著降低可得然膠的使用濃度，即能夠顯著節約可得然膠的使用成本。當PS添加量為2%、NS添加量為12%時，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復合物對可得然膠凝膠初始溫度的影響

在可得然膠的應用中，許多產品對溫度有特定的要求，而可得然膠要形成高強度凝膠則必須達到一定的溫度(80 ℃以上)，這在一定程度上限制了其應用范圍。復合物2%PS-12%NS在不同的溫度下對可得然膠凝膠強度的影響見圖6。以純可得然膠在95 ℃時的凝膠強度作為對照。

圖6 在不同溫度下添加PS-NS對可得然膠凝膠強度的影響

由圖6可知，PS-NS復合物能夠在達到理想凝膠強度的同時顯著降低可得然膠的凝膠初始溫度，特別是對低濃度(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用的溫度范圍。

3 結論

PS能夠顯著地增強可得然膠在高溫狀態時的凝膠強度，而NS對 PS有很好的協同作用，使可得然膠凝膠強度進一步提升。PS-NS復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用范圍。總體而言，PS-NS復合物是一種高效、低廉的可得然膠凝膠強度促進劑，對于可得然膠在非食品領域的廣泛應用具有非常高的價值。

[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.