卡拉膠對瓊脂糖凝膠不同貯存時間的滲透性及脫水效應的影響

王傲然　畢福洋　武龍

摘 要：本文利用擠壓和滲透法測量不同濃度的混合凝膠在不同貯存時間下體系的脫水效應和滲透力。在瓊脂糖混合凝膠的貯存過程中，脫水效應隨著時間增加而增加。當瓊脂糖凝膠加入卡拉膠后，脫水效應減弱，滲透性減弱，當瓊脂糖凝膠加入無機鹽-卡拉膠后脫水效應進一步減弱，滲透性進一步減弱。

關鍵詞：脫水效應;瓊脂糖;滲透性

Abstract：In this paper， the study of Storage time dependence on water permeability and water exudation under compression in iota-carrageenan added agarose gels was measured by extrusion and osmosis. when carrageenan was added to agarose gel， the syneresis effect was weakened and the permeability was weakened too， after the inorganic salt-carrageenan was added to agarose gel， the syneresis effect was further weakened and the permeability was further weakened.

Key words：Syneresis; Agarose; Water permeation

中圖分類號：O648.1

瓊脂糖是常用的食品添加劑，廣泛應用于食品工業。如飲料、即食湯品、布丁、糖果、糕點等。瓊脂糖來源于紅藻的多糖，化學結構是由1，3連結β-D-半乳糖和1，4連結的3，6-內醚-L-半乳糖交替連接起來的長鏈構成。瓊脂凝膠是一種結構獨特的多糖凝膠，在壓縮變形下，能保持大量的水分，并從凝膠表面滲出水分，水分子從凝膠中釋放出來會導致壓力松弛[1]。卡拉膠具有膠凝、乳化、增稠、脆性大、不泌水等優良性能[2]，它的化學結構是由半乳糖及脫水半乳糖所組成的多糖類硫酸酯的鈣、鉀、鈉、銨鹽，廣泛用于制造果凍，冰淇淋、涼拌食品等。

脫水效應是凝膠主動排斥或排出液體，是貯存或被切割時水的自然流失。它標志著食品持水力的上限[3]。因此，本文利用擠壓和滲透法測量了儲存過程在壓力下混合凝膠滲出水的體積，并觀察瓊脂凝膠在壓力、老化、卡拉膠和無機鹽加入情況下的混合凝膠分子鏈的空間網狀結構的變化。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

（1）材料。瓊脂糖（typea2929-250 g，產品編號SLBB9216V，Sigma公司提供）;卡拉膠（C1805，lot FGN01，TCL公司提供）;KCl分析純。

（2）儀器。SHH01型恒溫培養箱購自上海建恒儀器;HH.S21-6型數顯恒溫水浴鍋;ATEXMIXDRIVE型浸沒式磁力攪拌器，購自德國2magAG公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 混合凝膠的制備

測定所用的4種濃度的瓊脂糖（A）和卡拉膠（IC）溶液為2%A w/w;2.5%A w/w;2%A w/w+0.5%IC w/w;2%A w/w+0.5% IC w/w+10 mmol·L-1 KCl。將溶液在95 ℃恒溫水浴鍋加熱60 min，磁子攪拌后冷卻至60 ℃，再加熱30 min磁子攪拌。根據不同的實驗，將熱溶液裝入不同的容器。然后迅速在0 ℃冰水中浸泡15 min。制備好的樣品貯存于4 ℃恒溫箱。

1.2.2 脫水效應實驗方法

①將熱溶膠注入直徑為2 cm的圓筒，然后迅速在0 ℃冰水中浸泡15 min，冷卻成膠后從模具上切下圓柱形試樣（直徑2.0 cm×高1.0 cm），用卡尺精確測量其尺寸。②將切好的凝膠置于紙上，分別將5 g·cm-2和0 g·cm-2兩種不同壓力施加于凝膠，不同貯藏天數（0、1、3、7 d），每小時（0～5 h）測定失水質量。取3個獨立測量值的平均值，計算出水率（%）=出水量/初始膠體質量。

1.2.3 滲透性實驗方法

將熱溶膠注入直徑為1.48 cm的圓筒，然后迅速在0 ℃冰水中浸泡15 cm。不同貯藏天數（0、1、3、7 d），每小時（0～5 h）記錄滲水量。在凝膠的上下表面各放一個玻璃過濾，并在上面的過濾器上放一個小球，以防止凝膠漂浮。底部過濾器連接直徑0.3 cm的塑料管，通過觀察塑料管的滲水水位高度，計算每小時流出凝膠的水量。取3個獨立測量值的平均值。

2 結果與分析

2.1 壓縮實驗

2.1.1 貯存時間對瓊脂糖混合凝膠脫水效應的影響

由圖1知，隨著貯存天數的增加，瓊脂糖流失的水逐漸增多，這意味著持水能力隨著時間增加而減少。Toncheva G[4]等提出瓊脂網狀結構會隨瓊脂糖凝膠儲存時間不同而改變，且網狀結構的變化會影響水的遷移。因此，凝膠的持水能力受貯存時間影響的原因主要來自瓊脂糖凝膠在貯存過程中的聚合鏈逐漸形成具有更大孔隙的空間網狀結構。

2.1.2 卡拉膠、無機鹽-卡拉膠的加入對瓊脂糖凝膠脫水效應的影響

由圖1可知，單純的瓊脂糖凝膠濃度越大持水力越強。2.5%A比2%A+0.5%IC混合凝膠流出了更多的水，這可能是由于卡拉膠的聚合鏈搭建在了瓊脂糖的空間網狀結構上，從而增加了共混凝膠對水分子的摩擦力，使水分子無法順利通過凝膠，增加了瓊脂糖凝膠的持水性。

無機鹽-卡拉膠加入瓊脂糖凝膠后，凝膠的持水性更強，因為卡拉膠帶負電荷，加入無機鹽離子會與其形成絡合物也就是聚合成更長的分子鏈，形成凝膠中的大分子線團并能起填充的效應[5]，因此該混合體系下凝膠具有最強的持水能力。

2.1.3 壓力對瓊脂糖凝膠持水性的影響

由圖1知，5 g·cm-2和0 g·cm-2兩種不同壓力施加于凝膠，5 g·cm-2的一組流出的水要多于無負載的一組，這是由于在壓力作用下，凝膠在聚合過程中減少了溶質中瓊脂糖鏈的數量使網狀結構更加粗糙，這一變化減少了阻礙水分子運動的摩擦力。不同濃度在相同負載下，出水量與無負載對照組趨勢相同，說明無機鹽-卡拉膠與瓊脂糖的空間網狀結構孔隙最小結構最致密。

2.2 滲透實驗

由圖2知，在同一貯存時間下，不同濃度的凝膠表現出不同的滲透能力。2%A比2.5%A滲透出了更多的水，與脫水效應實驗相互印證，說明單純的瓊脂糖凝膠濃度越大持水力越強;2.5%A比2%A+0.5%IC混合凝膠在初期更快的滲透出水，也就是說當卡拉膠溶液加入到瓊脂糖溶液后，凝膠的滲透性減弱;2%A+0.5%IC+10 mM KCl滲透性最弱，這說明該混合凝膠的空間網狀結構孔隙最小，能夠阻絕最多的水分子。

3 結論

通過本研究可知，瓊脂糖凝膠的脫水效應及滲透力與貯存時間、負載壓力、卡拉膠的加入、卡拉膠-KCl的加入有關。在瓊脂糖混合凝膠的貯存過程中，脫水效應隨著時間增加而增加。瓊脂糖凝膠加入卡拉膠后，脫水效應減弱，滲透性減弱;瓊脂糖凝膠加入無機鹽-卡拉膠后脫水效應進一步減弱，滲透性進一步減弱。

參考文獻：

[1]劉汶甲，楊曉鴻，李文陽，等.瓊脂和卡拉膠凝膠性能研究[J].應用化工，2013，42（9）：1744-1746.

[2]鄧楊樺，張凱松.高濃度iota卡拉膠溶液的流變性能研究[J].食品工業科技，2014，35（19）：124-127，131.

[3]沈 鐘，趙振國，王果庭.膠體與表面化學[M].北京：化學工業出版社，2004.

[4]Toncheva G，Hadjikinov D，Panchev I.Investigation of syneresis of agar jellies with sorbitol[J].Food Chemistry，1994，49（1）：29-31.

[5]甘景鎬，甘純磯，胡炳環.天然高分子化學[M].北京：高等教育出版社，1993.