黃原膠的流變性及與魔芋膠等的協效性研究

鄭梅霞，朱育菁，+，劉 波，*，潘志針，陳 崢，史 懷，張連寶，2（.福建省農業科學院農業生物資源研究所，福建福州350003；2.廈門大學生命科學學院，福建廈門36005）

黃原膠的流變性及與魔芋膠等的協效性研究

鄭梅霞1，朱育菁1，+，劉 波1，*，潘志針1，陳 崢1，史 懷1，張連寶1，2
（1.福建省農業科學院農業生物資源研究所，福建福州350003；2.廈門大學生命科學學院，福建廈門361005）

研究前期篩選獲得一株多糖膠質高產菌Xanthomonas axonopodis所產的黃原膠FJAT-10151-DTJZ的品質，為該黃原膠的開發應用提供基礎數據及參考。通過分析濃度、剪切速率、pH、加熱溫度、時間、凍融處理等對FJAT-10151-DTJZ粘度的影響研究其流變性，并研究其與結冷膠、黃原膠、凝膠多糖、瓜爾豆膠、刺槐豆膠、魔芋膠、果膠和殼聚糖8種膠的協效性。實驗結果表明，FJAT-10151-DTJZ溶液的粘度隨濃度的升高而升高，且為非牛頓流體；當FJAT-10151-DTJZ的濃度為1%時，其粘度為343 mPa·s；pH、凍融對FJAT-10151-DTJZ的粘度影響不大；FJAT-10151-DTJZ的最佳加熱溫度為75℃；粘度隨加熱時間先增大后減小，當加熱溫度為75℃，加熱時間為150 min，1%濃度的FJAT-10151-DTJZ溶液的粘度為808 mPa·s。FJAT-10151-DTJZ只與魔芋膠有強烈的協同增效作用，與殼聚糖、結冷膠、黃原膠、凝膠多糖、瓜爾豆膠、刺槐豆膠、果膠無協效性。

黃原膠，流變性，地毯草黃單胞菌，協效性，魔芋膠

食品膠具有粘著性、穩定性、乳化性和凝膠性等特點，可作為懸浮劑、乳化劑、穩定劑、增稠劑等，在食品、日化、石油開采、醫藥領域等有著廣泛的應用［1-3］。

食品物料的流變特性與食品的質地穩定性和加工工藝設計等有著重要關系，所以通過對食品流變特性的研究，可以了解食品的組成、內部結構和分子形態等，這樣可以為產品配方、加工工藝、設備選型及質量檢測等提供理論依據［4］。利用食品增稠劑的流變性保持食品的色香味和相對穩定性［5］。利用海藻酸鹽的流變性控制冰淇淋中冰晶的形成，確保滑溜的

口感；利用海藻酸鈉的流變性制造快速固化的布丁甜食品、固化牛奶和果凍［6］；利用魔芋精粉的流變性加工成魔芋豆腐、粉絲、粉皮、八寶粥等［7］。通過流變性研究可代替感官評定法，定量地評定食品的品質；鑒定和預測顧客對某種食品是否滿意；可解釋食品在加工過程中所發生的組織結構變化；應用于有關的工藝設計和設備設計。

為了得到不同的效果，多糖在使用中經常配成復配膠。2種或多種多糖膠質在溶液中混合，多糖分子之間產生相互作用，使得溶液黏度增大。多糖分子的種類、排列方式、分子內部和分子間的作用力、取代基團的種類等條件都會影響多糖分子間的協同效應［8］。例如：黃原膠與瓜爾豆膠復合使用可提高粘性，在食品中有更好的口感和風味釋放能力［9］；半乳甘露聚糖與芥末多糖的復配膠黏度提高并伴有微凝膠狀的結構形成［10］；魔芋膠和瓜爾豆膠的復配膠在一定程度上改善了豬肉脯的色澤與質構特性［11］；魔芋膠和黃原膠的復配膠是藥物中小分子的擴散給藥系統的主要成分［12］。利用復配膠單體之間的相互作用有效改善性能，使其具有增稠、膠凝、穩定、組織改進等作用。

本研究采用醇沉法提取Xanthomonas axonopodis FJAT-10151發酵液中黃原膠FJAT-10151-DTJZ。研究黃原膠的流變性，及與市售結冷膠、黃原膠、凝膠多糖、瓜爾豆膠、刺槐豆膠、魔芋膠、果膠和殼聚糖的協效性，以期為黃原膠FJAT-10151-DTJZ在生產實踐中的開發應用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

地毯草黃單胞菌Xanthomonas axonopodis FJAT-10151 中國微生物菌種保藏中心；蔗糖、葡萄糖、KH2PO4、MgSO4、氫氧化鈉、鹽酸 均為分析純；蛋白胨和酵母膏 均為生物純；結冷膠 上海金穗生物技術有限公司；黃原膠 上海晶純生物技術有限公司；凝膠多糖、瓜爾豆膠、刺槐豆膠、魔芋膠、果膠、殼聚糖 河南天祥食品添加劑有限公司。

85-2型恒溫磁力攪拌器 國華電器有限公司；PB-10型酸度計 賽多利斯科學儀器有限公司；NDJ-8S型粘度計 上海方瑞儀器有限公司，為數顯粘度計，其量程如表1所示。

1.2 實驗方法

1.2.1 黃原膠FJAT-10151-DTJZ樣品制備 培養基：NA培養基。種子培養基：蔗糖20 g/L，蛋白胨5 g/L，酵母膏5 g/L，pH7.0。發酵培養基：葡萄糖30 g/L，蛋白胨3 g/L，酵母膏2 g/L，KH2PO41 g/L，MgSO40.1 g/L，pH7.0。

黃原膠FJAT-10151-DTJZ樣品制備：挑取FJAT-10151單菌落于種子液中30℃、170 r/min培養16 h后，按2%的接種量接入發酵液中，30℃、190 r/min培養72 h后7000 r/min離心15 min，收集上清液，用3倍體積的冰乙醇沉降多糖膠質，4℃靜置過夜，7000 r/min離心10 min，無水乙醇洗滌3遍，氮氣吹干，稱量，粉碎得粗黃原膠產物FJAT-10151-DTJZ，室溫保存，備用。

1.2.2 濃度的影響 分別配制濃度為0.03%、0.05%、0.08%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%、0.6%、0.8%、0.9%、1.0%的FJAT-10151-DTJZ溶液，在磁力攪拌器上60℃恒溫攪拌30 min，后降至25℃。用NDJ-8S型粘度計在60 r/min下測定其粘度變化。

1.2.3 剪切速率的影響 配制1.0%的FJAT-10151-DTJZ溶液，在磁力攪拌器上60℃恒溫攪拌30 min，后降至25℃。用NDJ-8S型粘度計分別在1.5、3、6、12、30、60 r/min下測定其粘度變化。

1.2.4 pH的影響 配制0.5%的FJAT-10151-DTJZ溶液，在磁力攪拌器上60℃恒溫攪拌30 min，后降至25℃，分別用1 mol/L鹽酸和1 mol/L氫氧化鈉調pH。用NDJ-8S型粘度計在60 r/min下測定不同pH時粘度變化。

1.2.5 加熱溫度的影響 配制1.0%的FJAT-10151-DTJZ溶液，分別在磁力攪拌器上30、40、60、75、95℃恒溫攪拌30 min，后降至25℃。用NDJ-8S型粘度計在60 r/min下測定其粘度變化。

1.2.6 加熱時間的影響 配制1.0%的FJAT-10151-DTJZ溶液，分別在磁力攪拌器上75℃恒溫攪拌30、60、90、120、150、180 min后降至25℃。用NDJ-8S型粘度計在60 r/min下測定其粘度變化。

1.2.7 凍融變化的影響 配制濃度為0.5%的FJAT-10151-DTJZ溶液，在磁力攪拌器上60℃恒溫攪拌30 min，分別置于冷藏室（4℃）、冷凍室（-20℃）放置24 h后，取出解凍至25℃。用NDJ-8S型粘度計在60 r/min下分別測定其冷藏、冷凍前后粘度變化。1.2.8 黃原膠FJAT-10151-DTJZ與其他膠的協同增效作用 FJAT-10151-DTJZ與魔芋膠、殼聚糖、結冷膠、黃原膠、凝膠多糖、瓜爾豆膠、刺槐豆膠和果膠以1∶1的比例混合配成0.5%濃度的溶液，在磁力攪拌器上60℃恒溫攪拌30 min，后降至25℃。以0.5%的

FJAT-10151-DTJZ、結冷膠、黃原膠、凝膠多糖、瓜爾豆膠、刺槐豆膠、魔芋膠、果膠、殼聚糖的單溶液為對照。用NDJ-8S型粘度計在60 r/min下測定其粘度變化。

表1 NDJ-8S量程表Table1 The measurement range of NDJ-8S

1.2.9 數據分析 采用Origin 70軟件以各變量參數為橫坐標，粘度為縱坐標進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 濃度對黃原膠FJAT-10151-DTJZ溶液粘度的影響

由實驗結果可得，FJAT-10151-DTJZ溶液的粘度與隨濃度呈正相關，如圖1所示，FJAT-10151-DTJZ溶液的濃度從0.03%增大到0.2%時，粘度由2.2 mPa·s增大到3.1 mPa·s，增大了41%；FJAT-10151-DTJZ溶液濃度從0.2%增大到1.0%時，粘度由3.1 mPa·s增大到343 mPa·s，增大了10900%；以FJAT-10151-DTJZ溶液的濃度的對數值為橫坐標，粘度的對數值為縱坐標，建立兩者線性回歸方程為y=1.532x+2.365，r=0.9750（n=11）。

圖1 FJAT-10151-DTJZ溶液粘度隨濃度的變化Fig.1 Viscosity changes with concentration

2.2 剪切速率對黃原膠FJAT-10151-DTJZ溶液粘度的影響

由實驗結果可得，FJAT-10151-DTJZ溶液的粘度與剪切速率呈反比，即隨著剪切速率的增加溶液的粘度明顯降低，如圖2所示，當剪切速率從1.5 r/min增大到60 r/min時，粘度由952 mPa·s降低到343 mPa·s，降低了64%；以FJAT-10151-DTJZ溶液測定的剪切速率為橫坐標，粘度的對數值為縱坐標，其線性回歸方程為y=-0.007x+2.960，r=0.9808（n=6）。即FJAT-10151-DTJZ溶液為“非牛頓流體”溶液，具有“假塑性”。

圖2 FJAT-10151-DTJZ溶液粘度隨剪切速率的變化Fig.2 Viscosity changes with shearing

2.3 pH對FJAT-10151-DTJZ溶液粘度的影響

由實驗結果可得，FJAT-10151-DTJZ溶液的粘度隨著pH的變化有所變化，如圖3所示，FJAT-10151-DTJZ溶液的固有pH為7.45，粘度為80 mPa·s，在pH＜4時，其粘度由63 mPa·s降低到24 mPa·s，降低了62%；在4＜pH＜12時，其粘度由63 mPa·s平緩增大到78 mPa·s，增大了24%?？偟膩碚f，該FJAT-10151-DTJZ溶液在酸性和堿性條件下較為穩定。

圖3 FJAT-10151-DTJZ溶液粘度隨pH的變化Fig.3 Viscosity changes with pH

2.4 加熱溫度對黃原膠FJAT-10151-DTJZ溶液粘度的影響

由實驗結果可得，FJAT-10151-DTJZ溶液的加熱溫度對粘度的影響如圖4所示，當加熱溫度＜75℃時，FJAT-10151-DTJZ溶液的粘度隨加熱溫度的升高而升高，由254 mPa·s增大到496 mPa·s，增大了95%；在加熱溫度為75℃時粘度達到最大值，為496 mPa·s；當加熱溫度從75℃增大到95℃時，粘度由496 mPa·s降低到398 mPa·s，降低了19%。

圖4 FJAT-10151-DTJZ溶液粘度隨加熱溫度的變化Fig.4 Viscosity changes with heating temperature

2.5 加熱時間對黃原膠FJAT-10151-DTJZ溶液粘度的影響

由實驗結果可得，FJAT-10151-DTJZ溶液的加熱時間對粘度的影響如圖5所示，當加熱時間在150 min內，其粘度隨加熱時間的增加而增加，由496 mPa·s增大到808 mPa·s，增大了63%。當加熱時間為150 min粘度達到最大值，為808 mPa·s，當加熱時間增大到180 min時，粘度降低為510 mPa·s，降低了37%。

圖5 FJAT-10151-DTJZ溶液粘度隨加熱時間的變化Fig.5 Viscosity changes with heating time

2.6 凍融處理對黃原膠FJAT-10151-DTJZ溶液粘度的影響

由實驗結果可得，FJAT-10151-DTJZ溶液的凍融處理對粘度的影響如圖6所示，冷藏處理使FJAT-10151-DTJZ溶液的粘度由82 mPa·s增大到100 mPa·s，增大了22%，冷凍處理使FJAT-10151-DTJZ溶液的粘度由82 mPa·s增大到88 mPa·s，增大了7.3%。說明凍融處理對FJAT-10151-DTJZ基本沒有影響。

圖6 FJAT-10151-DTJZ溶液粘度隨凍融處理的變化Fig.6 Viscosity changes with freezing-thawing

2.7 黃原膠FJAT-10151-DTJZ與其他膠的協同增效作用

結冷膠、殼聚糖、瓜爾豆膠、黃原膠、凝膠多糖、刺槐豆膠、魔芋膠和FJAT-10151-DTJZ單溶液的粘度及與FJAT-10151-DTJZ復合膠的粘度如表2所示，FJAT-10151-DTJZ與魔芋膠混合液的粘度（1251 mPa·s）大于二者單溶液的粘度（FJAT-10151-DTJZ單溶液的粘度41 mPa·s，魔芋膠單溶液的粘度469 mPa·s），說明FJAT-10151-DTJZ和魔芋膠有協同增效作用。結冷膠、殼聚糖、瓜爾豆膠、黃原膠、凝膠多糖、果膠和刺槐豆膠的粘度分別為90、1.3、167、384、593、1.9和473 mPa·s，它們與FJAT-10151-DTJZ溶液的混合液的粘度分別為44、51、90、261、278、16和224 mPa·s，由此可知FJAT-10151-DTJZ與果膠、結冷膠、殼聚糖、瓜爾豆膠、黃原膠、凝膠多糖和刺槐豆膠沒有協效性。

3 結論與討論

FJAT-10151-DTJZ溶液濃度為1%時，加熱溫度為75℃，加熱時間為150 min時，粘度為808 mPa·s，比羥乙基淀粉（260 mPa·s）高［13］，比結冷膠的102.1 mPa·s高［14］，可改善食品加工過程的粘性問題［15］。

FJAT-10151-DTJZ在切變速度為0時以聚合體的狀態存在，在高切變速度下，聚合體結構解聚為無規線團結構使粘度迅速降低，FJAT-10151-DTJZ溶液為“非牛頓流體”，具有“假塑性”，可作為懸浮液和乳濁液的穩定劑［16］，在食品領域賦予烘烤食品、冰淇淋、火腿腸和飲料等以優良口感等。用FJAT-10151-DTJZ作為添加劑可賦予加工品假塑性流體的特征而易于泵送和灌注，便于高固體物質的混合攪拌［17］。

FJAT-10151-DTJZ溶液的固有pH為7.45，對酸堿、凍融處理基本沒有影響，而多數食品的pH體系在4～10之間，這使FJAT-10151-DTJZ在食品領域將有廣闊的應用前景。FJAT-10151-DTJZ的最佳加熱溫度為75℃；粘度隨加熱時間的增加而增大。據報道，黃原膠在超過150℃時會發生熱降解［18］，本實驗中溫度高于75℃導致FJAT-10151-DTJZ溶液的粘度降低是否是由于部分結構破壞還有待進一步研究。

FJAT-10151-DTJZ與魔芋膠具有協同增效作用，這將提高其乳化能力、凝膠硬度、彈性和保水性等［19］。協同增效作用是非常復雜的高聚物大分子之間的相互作用，與兩種膠的化學組成、分子結構具有一定程度相似性密切相關［20］。在化學組成上，魔芋膠的成分是葡甘聚糖，其結構主要由D-甘露糖和D-葡萄糖以β-1，4糖苷鍵連接起來的大分子雜多糖，大約按1.6∶1的比例聚合而成［21］，而FJAT-10151-DTJZ也含有甘露糖和葡萄糖，他們的化學組成相似；在分子結構上，魔芋葡甘聚糖分子平滑，沒有分支鏈的部分可與黃原膠雙螺旋結構以次級鍵形式相互結合形成三維網狀結構［22］，與卡拉膠的協同效應是建立在卡拉膠形成有序的雙螺旋結構的基礎上［14］；推測FJAT-10151-DTJZ可能形成雙螺旋結構，有待進一步驗證。另外，FJAT-10151-DTJZ溶液的流變性與魔芋膠［7］相似，這也可能是他們具有協同增效作用的原因之一。

表2 復合膠的粘度關系Table2 The viscosity of compound gum

FJAT-10151-DTJZ是一種非牛頓流體；粘度與濃度正相關；在酸堿及凍融處理下穩定；1%濃度在75℃加熱150 min時，粘度為808 mPa·s；且它與魔芋膠具有強烈的協同增效作用。這為FJAT-10151-DTJZ在工農業、石油、建筑等領域的應用提供理論基礎。

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Study on the rheology of xanthan and synergistic interaction with konjac gum and other gum

ZHENG Mei-xia1，ZHU Yu-jing1，+，LIU Bo1，*，PAN Zhi-zhen1，CHEN Zheng1，SHI Huai1，ZHANG Lian-bao1，2
（1.Agricultural Bio-resources Research Institute，Fujian academy of agricultural sciences，Fujzhou 350003，China；2.School of Life Sciences，Xiamen University，Xiamen 361005，China）

A Xanthomonas axonopodis strain producing xanthan gum had been screened，and researched the quality of xanthan gum FJAT-10151-DTJZ in order to provide basic data and reference for development and application.The rheology properties of FJAT-10151-DTJZ were discussed according to the viscosity variation with different conditions including concentration，shearing，pH，heating temperature，heating time and freezing thawing.The synergistic interactions of FJAT-10151-DTJZ with chitosan，gellan gum，xanthan gum，curdlan，guar gum，locust bean gum and pectin were also investigated.The results showed that polysaccharide gum solution FJAT-10151-DTJZ was non-Newton fluid.It's viscosity rised with its concentration and reached to 343 mPa·s when the concentration was 1%.The pH change and freezing-thawing played negligible effects on its viscosity.Its viscosity was 808 mPa·s when it was heated at 75℃ for 150 min.Besides，FJAT-10151-DTJZ had no synergistic interaction with chitosan，gellan gum，xanthan gum，curdlan，guar gum，locust bean gum and pectin except konjac gum.

xanthan gum；rheology；Xanthomonas axonopodis；synergy；konja gum

TS201.1

A

1002-0306（2016）08-0303-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.08.055

2015－09－10 +并列第一作者

鄭梅霞（1986-），女，碩士，實習研究員，研究方向：微生物生物技術，E-mail：zhengmeixia2005@163.com。

朱育菁（1972-），女，博士，研究員，研究方向：農業生物藥物與生物防治的研究，E-mail：zyjingfz@163.com。

*通訊作者：劉波（1957-），男，博士，研究員，研究方向：微生物生物技術與農業生物藥物研究，E-mail：fzliubo@163.com。

國家948項目（2014-Z48）；福建省公益類科研院所專項（2015R1018-2）；福建省農業科學院科技創新項目（2015CX-7）。