可得然胶凝胶特性改变的研究

吉武科,张永刚,武 琳,严希海,万丽萍

(1.山东省食品发酵工程重点实验室,山东 济南 250013;2.山东省微生物胶工程技术研究中心，山东 潍坊 261061)

可得然胶(Curdlan)是由产碱杆菌属(Alcaligenessp.)的一些变种产生的一种新型的微生物胞外多糖，由于其具有在加热条件下形成凝胶的独特性质，所以又被称作热凝胶。可得然胶是由单一的D-葡萄糖在C1和C3位置以β-1,3-糖苷键连接而成的无分支的均一多糖聚合物，属于β-1,3-葡聚糖家族中较为特殊的一种。可得然胶的分子结构如图1所示。

图1 可得然胶的分子结构

可得然胶加热至不同温度时，可以形成性质完全不同的凝胶。其悬浮液在54～80℃温度范围内加热后冷却可以形成凝胶，这种凝胶称为低强度凝胶(Low set gel)或低硬化凝胶，对温度具有可逆性，重新加热凝胶会变成溶胶，强度较低，性质介于琼脂的脆性与明胶的弹性之间；将悬浮液在80℃以上加热时不经冷却就可以直接形成凝胶，这样形成的凝胶称为高强度凝胶(High set gel)或高硬化凝胶，对温度具有不可逆性，结构坚实并具有高弹性[1]。两种类型凝胶的强度取决于成胶的浓度、温度、加热时间。热不可逆胶的过渡温度与其浓度有关，而热可逆胶的过渡温度则与浓度无关。浓度增大，会降低热不可逆胶的成胶温度(80℃)，减少终了胶体中热可逆成分的量，这说明温度低于80℃时，可得然胶浓度的增大会加大胶体粒子在连接区中憎水基之间的相互作用[2]。

可得然胶目前已应用于食品工业，新的工业用途也正在开发。随着可得然胶在非食品行业应用范围的逐渐扩展，亟待开发适应性较强的可得然胶产品或通过复配其它物质来实现可得然胶热不可逆凝胶初始温度的可变性和高温状态凝胶强度的显著提高，从而使可得然胶对一些特殊应用条件更具适应性。作者通过添加两种盐类(PS、NS)，考察其对可得然胶凝胶性能的影响，拟为拓宽可得然胶应用领域提供参考。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

可得然胶，山东中科生物科技股份有限公司。

盐类添加剂PS、NS(均为氢键键合促进剂)，分析纯，市售。

CT3型质构仪，美国Brookfield公司；分析天平。

1.2 方法

在2%的可得然胶水悬液里加入一定量的PS，95℃水浴凝胶10min后(后续实验除特殊说明外凝胶条件均相同)，立即用质构仪测定凝胶强度(高温)；再将凝胶正常冷却到室温，测定凝胶强度(低温)。以2%、3%的纯可得然胶作为对照。分别添加一定量NS、PS-NS复合物，考察其对可得然胶凝胶性能的影响。

2 结果与讨论

2.1 添加PS对可得然胶凝胶性能的影响(图2)

图2 添加PS对可得然胶凝胶强度的影响

由图2可知，加入PS后，无论是在高温状态或者是冷却到室温，均能显著提高可得然胶的凝胶强度，高温状态下尤为突出。单纯可得然胶在高温状态时形成的凝胶强度很低，加入PS后，其强度几乎与其冷却后的强度相同。随着PS添加量的增加，可得然胶的凝胶强度逐渐增强，受PS溶解度的限制，其最高添加量在3%左右，宜选择2%。

2.2 添加NS对可得然胶凝胶性能的影响(图3)

图3 添加NS对可得然胶凝胶强度的影响

由图3可知，添加NS对可得然胶在高温状态时的凝胶强度没有显著作用，而在凝胶冷却后能够显著提高其强度，但是其效果较PS弱。研究还表明，NS随其浓度的增加能够显著降低可得然胶的凝胶初始温度。

2.3 添加PS-NS复合物对可得然胶凝胶性能的影响(图4)

图4 添加PS-NS复合物对可得然胶凝胶强度的影响

由图4可知，PS-NS复合物可明显提高可得然胶凝胶强度，且与PS-NS添加量正向相关。就PS与NS对可得然胶凝胶强度的影响作用来看，PS居于主导地位，而NS则起显著强化和稳定PS的协同作用。通常2%纯可得然胶的凝胶强度为400 g·cm-2左右，添加3%PS后凝胶强度为1000 g·cm-2左右，而加入不同量PS-NS复合物后，凝胶强度最高可提升至2000 g·cm-2左右。

2.4 添加PS-NS复合物对低浓度可得然胶凝胶性能的影响

从降低可得然胶使用成本考虑，研究了添加PS-NS复合物对低浓度可得然胶凝胶强度的影响，以纯2%和1%可得然胶凝胶强度作为对照，结果如图5所示。

图5 PS-NS复合物对低浓度可得然胶凝胶强度的影响

由图5可知，通过添加PS-NS复合物，在不降低凝胶强度(即使用效果)的情况下可显著降低可得然胶的使用浓度，即能够显著节约可得然胶的使用成本。当PS添加量为2%、NS添加量为12%时，可得然胶的使用浓度可降低至1%，其使用成本降低40%以上。

2.5 添加PS-NS复合物对可得然胶凝胶初始温度的影响

在可得然胶的应用中，许多产品对温度有特定的要求，而可得然胶要形成高强度凝胶则必须达到一定的温度(80 ℃以上)，这在一定程度上限制了其应用范围。复合物2%PS-12%NS在不同的温度下对可得然胶凝胶强度的影响见图6。以纯可得然胶在95 ℃时的凝胶强度作为对照。

图6 在不同温度下添加PS-NS对可得然胶凝胶强度的影响

由图6可知，PS-NS复合物能够在达到理想凝胶强度的同时显著降低可得然胶的凝胶初始温度，特别是对低浓度(1%)可得然胶的效果极为明显。这在一定程度上拓展了可得然胶应用的温度范围。

3 结论

PS能够显著地增强可得然胶在高温状态时的凝胶强度，而NS对 PS有很好的协同作用，使可得然胶凝胶强度进一步提升。PS-NS复合物能够降低可得然胶的使用浓度从而降低其使用成本，能降低可得然胶的凝胶初始温度从而拓展其应用范围。总体而言，PS-NS复合物是一种高效、低廉的可得然胶凝胶强度促进剂，对于可得然胶在非食品领域的广泛应用具有非常高的价值。

[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.