加工條件對細菌纖維素凝膠理化性質的影響

楊　穎，唐偉敏，陸勝民

(浙江省農業科學院 食品科學研究所，浙江 杭州 310021)

細菌纖維素(bacterial cellulose，BC)是由β-D-葡萄糖通過β-1，4-葡萄糖葡苷鍵結合形成的平行葡聚糖鏈[1]，一般由微生物在細胞內合成，分泌到胞外時聚合成微纖絲，并結合大量水分子，從而在培養液表面形成一層半透明凝膠，又稱為納塔[2]。BC凝膠具有高含水性、高持水性、低熱量等特點，口感脆嫩柔滑，食用后具有飽腹感，且不易被消化吸收，具有較好的減肥功效，因而受到業內人士的關注[3-4]。BC凝膠作為功能性配料廣泛應用于食品工業，尤其是在果凍、罐頭、冰激凌、香腸等產品研發中[5-8]。pH值、鹽度和溫度等加工條件對BC凝膠穩定性的影響越小，其在食品中的應用范圍就越廣[9]。

目前，關于加工條件對BC凝膠理化性能影響的研究報道很少，人們對其缺乏系統認識。本課題組前期從腐敗的柑橘果實中獲得一株BC凝膠高產菌——中間葡糖酸醋桿菌GluconacetobacterintermediusCIs26[10]，建立以柑橘果渣為基質、靜置與間歇振蕩培養BC凝膠的營養與培養條件，BC干重產量達10 g·L-1以上，具有較好的產業化應用前景。本文研究食品加工過程中常見的pH、鹽度、加熱和冷凍處理等加工條件對自產BC凝膠的持水性、硬度、色澤等理化性能的影響，為后續改進發酵工藝、提高產品品質和工業化應用提供依據。

1　材料與方法

1.1　主要材料與試劑

發酵菌株：中間葡糖酸醋桿菌G.intermediusCIs26，由本實驗室自行篩選于酸敗柑橘果實表面[10]。

發酵培養基：柑橘果渣與水1∶5(質量比)混合，打漿制備成果渣漿，以800目濾布過濾，濾液中添加酵母粉0.5%(質量分數，下同)、蔗糖4%、(NH4)2SO40.3%、乳酸0.1%、磷酸氫二鈉0.2%，自然pH，121 ℃滅菌15 min。

BC凝膠制備：菌株活化后接種于發酵培養基，30 ℃培養7 d后采收，將靜置培養所得凝膠膜用清水沖洗干凈，浸泡于0.5 mol·L-1的NaOH溶液中，80 ℃水浴60 min以去除殘留菌體和培養基，去離子水清洗至中性備用。

蘆丁，Fluka公司，色譜純；氫氧化鈉、鹽酸、氯化鈉和蔗糖等化學試劑均為分析純，華東醫藥有限公司。

1.2　主要儀器與設備

TA. XT. plus物性儀(P6探頭)，英國Stable Microsystens；ColorQuest XE色差儀，美國Hunter Associates Laboratory；101-3型電熱鼓風恒溫干燥箱，杭州藍天化驗儀器廠；UV-1800型紫外可見分光光度計，島津公司；LXJ-IIB高容量低轉速離心機，上海安亭(飛鴿牌)科學儀器廠；PB-10精密pH計，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司；DS-1高速組織搗碎機，上海標本模型廠。

1.3　試驗設計

1.3.1pH和鹽度對BC凝膠的影響

在相同NaCl濃度下，pH值分別設定為2.0、7.0、10，NaCl濃度分別設定為0、1%、3%、5%，綜合考查pH和NaCl濃度對BC凝膠含水量、持水力、硬度、色澤、黃酮含量的影響。

1.3.2加熱和冷凍對BC凝膠的影響

將BC凝膠分別置于25 ℃(3 h)、100 ℃(10 min、1 h)、-18 ℃(1、24 h)條件下，處理后取出室溫放置1 h，測定相關指標，綜合考查加熱和冷凍對BC凝膠的影響。

1.4　試驗方法

樣品處理。將樣品切成1 cm×1 cm×1 cm丁狀，分別浸于氯化鈉、稀酸、稀堿溶液中，4 ℃放置120 h，每12 h攪動一次，室溫放置1 h后進行分析測試。

水分含量測定。將BC凝膠打漿，以吸水紙去除部分水分后，置于105 ℃烘箱至恒重，測定失水率即獲得樣品水分含量[11]。

持水力(F)[11]測定。將BC凝膠切成丁狀，用5層濾紙包裹，5 000 r·min-1離心10 min。離心后稱量凝膠膜的質量(m1)，然后置于105 ℃烘箱烘干至質量恒定，稱量(m2)。

(1)

總黃酮測定。參考任延遠[12]的方法并略有改動：樣品打成漿后，用體積分數為80%的乙醇微波輔助萃取總黃酮，真空濃縮至一定的濃度用于含量分析測定。準確稱取蘆丁0.021 g，用體積分數為30%的乙醇溶解后定容至100 mL備用。取7支具塞試管，分別加入0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL蘆丁標液，加入質量分數為5%的NaNO2溶液0.3 mL，搖勻，放置6 min后加入質量分數為10%的Al(NO3)3溶液0.3 mL，搖勻，放置6 min，加入質量分數為4%的NaOH溶液4.0 mL，再加入體積分數為30%的乙醇，使總體積為10 mL。搖勻，10 min后于510 nm處測定吸光度(x)，制作標準曲線y=988.44x-0.0016(R2=0.999 6)。用體積分數為30%的乙醇將樣品中的黃酮萃取物稀釋若干倍數，取1.0 mL于10 mL具塞試管中，同制作標準曲線的步驟，測定其在510 nm處的吸光度值。

硬度。采用物性儀測定BC凝膠硬度。

色差。采用色差儀測定BC凝膠的L*、a*和b*值。

1.5　數據處理與分析

每次試驗進行3次平行，計算平均值與標準差。以SPSS 17.0進行方差分析，對有顯著(P<0.01)差異的，采用LSD法進行多重比較。

2　結果與分析

2.1　pH和鹽度對BC凝膠性質的影響

2.1.1對BC凝膠含水量的影響

由表1可知，不同pH處理的樣品水分含量差異不顯著，說明pH變化對其水分含量的影響不大。在相同pH條件下，隨著NaCl濃度的升高，BC凝膠膜的水分含量顯著(P<0.01)降低，最大降幅達4%。這可能是因為隨著NaCl濃度升高，滲透壓增加，從而導致凝膠內部水分流失。本試驗范圍內，各處理條件下樣品的最低含水量在95%以上，能滿足食品工業應用的要求。

2.1.2對BC凝膠持水力的影響

由表2可知，在相同的NaCl濃度下，隨著pH值由酸性到堿性變化，試驗樣品的持水力顯著(P<0.01)增加，且該趨勢不受NaCl濃度的影響。在相同的pH條件下，隨著NaCl濃度的升高，樣品的持水力顯著(P<0.01)降低，該趨勢也不受pH值的影響。本試驗范圍內，各處理條件下持水力最低仍保持在9 g·g-1以上。

2.1.3對BC凝膠硬度的影響

由表3可見，相同NaCl濃度下，酸性條件下BC凝膠膜的硬度最高，顯著(P<0.01)高于其他處理，而堿性與中性條件下區別不大。相同pH條件下，隨著鹽濃度的增加，中性與酸性環境中樣品硬度呈現先上升后下降的趨勢，而堿性條件下樣品硬度隨NaCl濃度的升高而增大。

2.1.4對BC凝膠膜色澤的影響

由表4可知，溶液的pH值、NaCl濃度對BC凝膠膜的色澤無顯著影響，說明BC凝膠膜的色澤穩定性較好，實際應用時色澤劣變的概率較小，應用范圍較廣。

2.1.5對BC凝膠黃酮含量的影響

柑橘渣中含有多種黃酮成分，具有抗氧化、清除自由基、降低血脂、平衡血糖和防癌抗癌等功效。培養液中的柑橘黃酮能夠隨水分子進入凝膠膜中，使得樣品中含有一定的黃酮。從表5可知，樣品黃酮含量在13～19 mg·kg-1之間。相同NaCl濃度下，堿性環境樣品中黃酮含量最低，而中性環境樣品中含量較高。相同pH條件下，隨著NaCl濃度增加，黃酮含量呈下降趨勢，這可能與其水分含量及持水力降低具有一定的關聯。

表1pH值和NaCl濃度對BC凝膠水分含量的影響

Table1Effects of pH and NaCl concentration on water content of BC gel

%

同行(列)數據后不同大(小)寫字母的表示差異顯著(P<0.01)。下同。

Data followed by different uppercase (lowercase) letters indicated significant difference atP<0.01. The same as below.

表2pH值和NaCl濃度對BC凝膠持水力的影響

Table2Effects of pH and NaCl concentration on water holding capacity of BC gel

g·g-1

表3pH值和NaCl濃度對凝膠膜硬度的影響

Table3Effects of pH and NaCl concentration on hardness of BC gel

N

表4pH值和NaCl濃度對凝膠膜色澤的影響

Table4Effects of pH and NaCl concentration on color of BC gel

NaCl濃度NaClconcentration/%pH2.0L*a*b*7.0L*a*b*10L*a*b*096.04±0.04Aa-0.36±0.02Aa1.32±0.12Aa95.94±0.11Aa-0.30±0.05Aa1.37±0.19Aa96.07±0.24Aa-0.32±0.03Aa1.27±0.08Aa196.04±0.15Aa-0.35±0.03Aa1.37±0.16Aa96.02±0.09Aa-0.35±0.03Aa1.29±0.12Aa95.87±0.29Aa-0.36±0.04Aa1.35±0.09Aa396.07±0.09Aa-0.35±0.02Aa1.41±0.14Aa95.76±0.24Aa-0.33±0.03Aa1.43±0.17Aa95.92±0.14Aa-0.38±0.05Aa1.42±0.05Aa595.87±0.15Aa-0.32±0.02Aa1.27±0.09Aa95.83±0.18Aa-0.36±0.03Aa1.38±0.11Aa96.03±0.12Aa-0.38±0.03Aa1.27±0.02Aa

2.2　加熱和冷凍對BC凝膠性質的影響

由表6可見，本試驗范圍內，各處理樣品的水分含量均保持在97%左右，比新鮮樣品降低約2個百分點。這主要是由于BC凝膠含水量較高，且主要為自由水，易發生水分流失現象。100 ℃加熱后樣品持水力與黃酮含量較常溫(25 ℃)處理有所下降，但仍保持了較高的水平，硬度則較常溫增加。冷凍(-18 ℃)處理24 h后樣品的持水力顯著高于其他處理，硬度與亮度(L*)也顯著(P<0.01)高于其他處理。

表5pH值和NaCl濃度對凝膠黃酮含量的影響

Table5Effects of pH and NaCl concentration on flavone content of BC gel

表6溫度對BC凝膠品質的影響

Table6Effects of temperature on BC gel characteristics

處理Treatment水分含量Watercontent/%持水力Waterholdingcapacity/(g·g-1)黃酮含量Flavonecon-tent/(mg·kg-1)硬度Hardness/N色澤ColorL*a*b*25℃,3h97.99±0.05a12.51±0.07b18.82±0.12a3.60±0.18d94.00±0.24b-0.17±0.02c8.38±0.24c100℃,10min97.95±0.15a10.91±0.04c17.81±0.08b4.21±0.13c94.07±0.34b-0.10±0.01d8.27±0.19c100℃,1h97.65±0.21ab9.91±0.03d17.85±0.12b5.16±0.11a93.12±0.17c-0.12±0.01d11.11±0.34a-18℃,1h97.87±0.09a8.09±0.04e18.82±0.13a3.51±0.13d93.84±0.15b-0.28±0.02a9.08±0.09b-18℃,24h97.43±0.13b15.51±0.09a18.78±0.06a5.72±0.12a94.85±0.17a-0.22±0.01b6.20±0.10d

3　結論與討論

因具有高含水性、高持水性、低熱量，食后具有飽腹感、減肥等功效，BC凝膠在食品工業的應用受到廣泛關注。目前主要是以塊狀形式與其他配料混合，添加于果凍、罐頭、冰激凌、香腸等產品中，消費者食用時不僅可以品嘗其味道，還可以觀察凝膠的形態、顏色；因此，含水量、持水力、硬度、色澤等與口感、質構、感官密切相關的性能指標，都會影響BC凝膠在食品中的推廣應用。pH值、NaCl濃度等是食品溶液配制過程中常被調節的工藝參數，而加熱與冷凍處理則是食品加工過程中的常見處理步驟，有關上述因素對BC凝膠理化性能影響的研究及報道目前還非常少。

本文考查加工條件對自產BC凝膠含水量、持水力、硬度等特性的影響，因以柑橘果渣為主要原料生產，故對柑橘功效成分黃酮含量也一并進行檢測。在本試驗范圍內，樣品具有較好的色澤穩定性，水分含量保持在95%以上。堿性條件下樣品持水力增加，最高達15.62 g·g-1。隨著NaCl濃度的升高，樣品的持水力顯著下降，但仍保持在9 g·g-1以上，黃酮含量呈下降趨勢，在13～19 mg·kg-1之間波動。經長時間冷凍處理(-18 ℃，24 h)后，樣品持水力、硬度與亮度較室溫處理(25 ℃，3 h)明顯增加。總體而言，自產BC凝膠在不同加工條件下能夠保持較好的理化性能，具有推廣應用前景。

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