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          降解瓜膠與降解黃原膠的協同凝膠化及其流變性研究

          發布日期:2015-03-31 11:19:55

          流變特性

          首次用降解瓜膠與降解黃原膠在一定條件下共混,形成凝膠體系??疾炝丝偰z濃度流變特性、氯化鉀濃 度、制備溫度、放置時間、苯甲酸鈉及降解食品多糖的分子量等因素對共混凝膠體系黏度的影響,并 對其流變特性進行研宄。結果表明,降解瓜膠與降解黃原膠可以形成凝膠體系,該體系具有顯著的黏 彈性和觸變性。

          瓜膠因其具有良好的增稠能力、懸浮能力和改善 食品品質的特性而廣泛應用于食品行業!1#。并且可與 其它食用膠復配使用,其使用量大大低于單獨使用其 它增稠劑或穩定劑。近年來有關多糖間的交互作用 (凝膠化)的研宄逐漸成為研宄的熱點[2-3],且目前國 內外已開展黃原膠與瓜膠凝膠化的研宄與應用)6。
          但由于黃原膠和瓜膠分子量過大,其應用方面 受到了很大限制。且有研宄表明!7,降解黃原膠寡糖 擁有較強的抑制真菌生長的能力及抗病毒活性。而 有關降解多糖的協同凝膠化及其流變特性研宄尚未
          見報道。
          本文嘗試使用酸降解法,制備得到降解黃原膠 與降解瓜膠,并將兩者在一定條件下共混,得到良 好的凝膠體系,并進一步考察其流變特性。
          1實驗部分
          1.1實驗材料與儀器
          黃原膠$上海潤創食品科技發展有限公司%瓜 膠:中國石油天然氣總公司勘探開發研宄院廊坊分院 提供%鹽酸、氫氧化鈉、95/乙醇:AR;烏式黏度 計;NDJ-79型旋轉黏度計;ARES流變儀# TA公司。1.5共混凝膠的流變性測定
          1.2降解黃原膠與降解瓜膠的制備利用TA公司的ARES流變儀對各共混凝膠體系進 
          6
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          1
          取20g瓜膠或黃原膠置于500mL燒瓶中,加入 100mL95#的乙醇溶液。加入一定量3mol/L鹽酸,在 60"恒溫水浴,撹拌使之均勻分散[8]。反應1'后,用 3mol/L NaOH溶液調整至pH7以中止反應,抽濾后置
          于60"烘箱中烘干,研磨制得降解瓜膠或黃原膠。
          表1降解瓜膠與降解黃原膠的制備條件
          名稱膠濃度
          (#)HC1濃度 (mol/L)反應溫度 (")反應時間 (min)
          3#降解瓜膠200.25060
          9#降解瓜膠200:26090
          1#降解黃原膠200:26060
          1.3酸降解前后瓜膠與黃原膠分子量測定
          配制0.1#瓜膠溶液與0.1#黃原膠溶液,用烏式 黏度計測得在25"時的黏度,利用半經驗的麥克+H. Mark)非線性方程求得相對分子量。
          瓜膠的半經驗麥克非線性方程為[(]:
          [!]=3.04X1044XM0.747
          黃原膠的半經驗麥克非線性方程為
          [!]=1.7X1044XM1.14
          瓜膠原粉和降解瓜膠、黃原膠原粉和降解黃原
          膠的相對分子量如表2所示。
          表2各降解瓜膠與降解黃原膠的相對分子量
          樣本名稱相對分子量
          瓜膠原粉1189000
          3#降解瓜膠17354
          9#降解瓜膠5780
          黃原膠原粉228367
          1#降解黃原膠29143
          1.4降解多糖共混凝膠的制備
          稱取一定量的降解黃原膠與降解瓜膠溶于50mL 去離子水中,置于60"水浴中共混并恒溫一定時間, 得共混凝膠。
          表3各凝膠體系的制備方法
          體系制備方法
          總膠濃度為2#,3#降解瓜膠與1#降解黃原膠的比 例為3:7,共混1'
          總膠濃度為2#,3#降解瓜膠與1#降解黃原膠的比 例為1:9,共混1'
          總膠濃度為2#,3#降解瓜膠與1#降解黃原膠的比 例為7:3,共混1'
          總膠濃度為2#,3#降解瓜膠與1#降解黃原膠的比 例為3:7,蔗糖濃度為10#(wt#),共混1'
          總膠濃度為1#,3#降解瓜膠與1#降解黃原膠的比 例為3:7,共混1'
          總膠濃度為2#,9#降解瓜膠與1#降解黃原膠的比 例為3:7,共混1' 行流變性研宄,主要考察體系的彈性模量、黏性模 量隨應變的變化及各體系的觸變性。
          2結果與討論
          2.1共混比對凝膠性能的影響
          總膠濃度為1#,降解瓜膠(質量為m〇與降解黃 原月父(質量為m2)按不同的質量分數[r=m1/(m1+m2)],在 60"共混并恒溫1',制得共混凝膠。用NDJ-79型旋 轉黏度計測其黏度。其黏度與共混比例的關系如圖1 所示。
          由圖1可見,隨著降解瓜膠的比例下降及降解黃 原膠比例的上升,共混凝膠的黏度增大。當降解瓜膠 與降解黃原膠的比例為3:7時,黏度達到最大值。若 繼續改變兩者共混比例,凝膠黏度下降。這說明兩者 共混有一最佳共混比例,才能達到最大的協同作用, 其凝膠化能力最強。
          2.2放置溫度對凝膠性能的影響
          總膠濃度為1#,降解瓜膠(質量為m〇與降解黃 原月父(質量為m2)按不同的質量分數[r=m1/(m1+m2)],在 60"共混并恒溫1',制得共混凝膠,分別于室溫及 6"放置24$。
          由圖2可見,冷藏后,共混膠的黏度增加。當降 解瓜膠與降解黃原膠的比例為3:7時,黏度最大。說 明冷藏有利于兩者的協同凝膠化。 
          基礎理論■
          2.3制備溫度對凝膠性能的影響
          圖3制備溫度與黏度的關系 由圖3可見,制備溫度對降解瓜膠與降解黃原膠 復配膠的黏度影響很大,隨著加熱溫度的升高,復 配膠的黏度有較高幅度的增加,其中60"是復配膠的 最佳加熱溫度,超過60"加熱使復配膠的黏度有所降 低。據文獻報道由于黃原膠從有序態變到無序態的 轉變溫度(Tm)為42"&只有當共混凝膠的制備溫度(Tp) 大于42",黃原膠中的無序分子才慢慢增多,這種無 序分子就可與瓜膠分子的主鏈充分絞合。溫度不斷 升高,無序分子也不斷增多,兩者協同相互作用增 強,凝膠化能力提高,表現為黏度增大。在60"時, 黏度達到最大值'再繼續升高溫度,食品膠發生降 解,黏度下降。
          2.4 KC1對凝膠性能的影響
          總膠濃度為17,降解瓜膠與降解黃原膠的比例 為弓:了,加入不同量的鹽離子(Ka),使BC1濃度為9、
          0.01mol/L、 0.02mol/L、 0.05mol/L、 0.1mol/L、 0.2mol/
          L、0.4mol/L,在60"共混并恒溫1:,制得共混凝膠。
          其黏度與鹽離子濃度的關系如圖4所示。
          由圖4可知,鹽離子的存在使共混凝膠的黏度下 降。KCl通過與降解黃原膠分子側鏈上基團的直接鍵 合或者是通過影響降解黃原膠分子的水化而改變了 分子構象和鏈的相互作用,進而改變了降解黃原膠 與降解瓜膠凝膠體系的黏度。
          2.5放置時間
          總膠濃度為17,降解瓜膠與降解黃原膠的比例
          由圖5可見,90min時,共混凝膠的黏度最大。此 后黏度迅速下降,150min后,黏度緩慢下降。共混凝 膠的分子結構在一定時間內變為無序狀態,兩者協 同相互作用增強,凝膠化能力提高,表現為黏度增 大。此后,無序分子數減少,兩者協同相互作用減 弱,黏度下降。
          2.6苯甲酸鈉對凝膠性能的影響
          總膠濃度為1Q,降解瓜膠與降解黃原膠的比例 為3:7,加入0.04Q苯甲酸鈉在60"共混1:,制得共混 凝膠。分別于Id和15R后測黏度。
          表4苯甲酸鈉對凝膠性能的影響
          時間黏度(mPa • s)
          共混膠共混膠+0.04%苯甲酸鈉
           
          1d后320310
          15d后70140
          由表4可見,加入苯甲酸鈉后,共混膠的黏度變 化不大。15d后,共混膠黏度大幅下降,加入苯甲酸 鈉的共混膠黏度下降較小。說明苯甲酸鈉的加入,對 兩種膠的協同效應不產生影響,并能起到防腐劑的 作用。
          2.7分子量對凝膠性能的影響
          由圖6可見,3#降解瓜膠與1#降解黃原膠共混凝膠 比9#降解瓜膠與1#降解黃原膠共混凝膠黏度大。隨著 分子量的增大,結合區域形成的可能性提高,分子鏈 
          o o 101
          2d)oo
          ▲體系1G% ■體系1G〃 "體系5G% □體系5G%%
          連接區域增長。因此凝膠體的黏度隨分子量增大而
          增大。
          2.8降解瓜膠與降解黃原膠凝膠體系的黏彈性
          黏彈性是評價凝膠的重要指標之一,通過應變 掃描(在w=1rad/s,T=25°C下進行)考察了不同凝膠體 系的黏彈性,結果如圖7~10所示。
          由圖7~圖10可知,各體系彈性模量始終大于黏 性模量,體系的彈性占主導地位,體現出較強的彈
          性結構,為凝膠體系。
          1000 r
          10 -
          0.1 1 10 100 1000
          "(%)
          圖7凝膠體系1、體系2、體系3的 彈性模量、黏性模量對比
          由圖7可見,體系1的彈性模量與黏性模量均大
          于體系2和體系3。說明在降解瓜膠與降解黃原膠的
          質量比為3:7時,凝膠體系的黏彈性最佳。
          1000
          10 111^
          0.1 1 10 100 1000
          圖8凝膠體系1、體系4的彈性模量、黏性模量對比
          由圖8可知,蔗糖的添加使體系4的彈性模量與 黏性模量下降。體系1與體系4模量隨應變變化的趨 勢一致,彈性模量隨應變增大逐漸下降,黏性模量 隨應變增大逐漸增大,然而體系4的變化更為平緩, 說明蔗糖雖然對凝膠結構略有影響,但在應變較大 時體系結構較穩定,表現出良好的抗應變性能。故 少量蔗糖的添加對降解瓜膠與降解黃原膠凝膠體系 的黏彈性略有影響,體系可應用于含糖食品。
          由圖9可知,在總膠濃度較低時,體系5的彈性模 量與黏性模量均較小,表現為較弱的凝膠結構。將 總膠濃度增加一倍,體系1的彈性模量與黏性模量均 有大幅提高??偰z濃度對凝膠的黏彈性有較大的影
          1000
          &
          0.1 1 10 100 1000
          "«)
          圖9凝膠體系1、體系5的彈性模量、黏性模量對比 響,隨著總膠濃度的增大,降解瓜膠與降解黃原膠相 互作用的加強,三維網絡結構更緊密,黏彈性增大。 1000「
          1 10 100 1000
          7«)
          圖10凝膠體系1、體系6的彈性模量、黏性模量對比
          由圖10可知,在降解瓜膠與降解黃原膠凝膠體 系中,控制降解黃原膠的分子量一定,不同分子量 的降解瓜膠對體系黏彈性的影響不同。在降解瓜膠 分子量較低的情況下,體系6的彈性模量與黏性模量 均較小。隨著降解瓜膠的分子量的增加,體系1的彈 性模量與黏性模量均有大幅提高,表現出較強的結 構和良好的黏彈性,證明降解瓜膠的分子量顯著影 響凝膠體系的黏彈性。
          2.9降解瓜膠與降解黃原膠凝膠體系觸變性研究
          觸變性是含結構材料重要而復雜的依時特性, 反映出材料受力后結構隨時間的變化過程,是非牛 頓流體特有的流變行為。通過對各體系觸變性的研 宄,可以了解其結構在受到剪切后的變化。滯后環 是流體觸變性的重要特征。在食品制作過程中,希 望觸變環面積越小越好,這樣保型性就好,易于食 品的加工制作[12]。
          在變剪切速率模式下,設定剪切速率變化首先 由0升至100s-1,時間為60s,再由100s-1降至0,時間 也為60s。
          由圖11~圖16可知,體系1、體系2、體系3、體系 4、體系5、體系6均為含有黏彈環的滯后環,說明其 均為具有黏彈性和觸變性的凝膠體系。
          由圖11、圖12、圖13可見,體系1的滯后環面積 
          100 200
          shear rate(l/s)
          圖11體系1觸變性
          300
          50100150
          shear rate (1/s)
          圖12體系2觸變性
          200
          250
          50100150
          shear rate (1/s)
          圖13體系3觸變性
          200
          250
          最大。即當降解瓜膠與降解黃原的比例為3:7時,凝 膠體系受剪切后恢復速率較慢,表現出更強的滯后
          0
          050100150200250
          shear rate(1/s)
          圖16體系6觸變性
          性,觸變性。
          由圖11#圖14可見,體系4的觸變環面積小于體 系1。說明在共混凝膠體系中加入一定的蔗糖,可以 增強體系的抗觸變性,增強其網絡結構的恢復能力。
          由圖11#圖15可見,與體系1相比,體系5的觸變 環更為復雜,且上行線和下行線的應力明顯小于體 系1。說明總膠濃度顯著影響體系的觸變性。
          由圖11#圖16可見,體系6的觸變環面積明顯大 于體系1。說明降解瓜膠的分子量顯著影響體系的觸 變性。當瓜膠分子量較小時,體系受剪切后恢復速 率較慢,表現出更強的觸變性。
          3結論
          降解黃原膠與降解瓜膠在一定條件下共混,通 過協同作用,得到新的凝膠體系。共混比例、總膠濃 度、共混時間、KC1濃度及分子量對共混凝膠的黏度 有顯著影響。共混凝膠體系具有黏彈性和觸變性。 共混比例、總膠濃度、共混時間、蔗糖濃度及分子量 對共混凝膠的黏彈性和觸變性有一定影響。
          轉載請注明:山東東達纖維素有限公司(http://www.thecreatedev.com/)
           
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