可得然膠凝膠性能影響因素的研究

張永剛，吉武科，武 琳，嚴希海，萬麗萍

（1.山東省食品發酵工程重點實驗室，山東 濟南250013；2.山東省微生物膠工程技術研究中心，山東 濰坊261061）

可得然膠（Curdlan）是微生物發酵糖質原料產生的一種新型微生物胞外多糖，具有在加熱條件下形成凝膠的獨特性質，所以又被稱作熱凝膠。可得然膠的凝膠特性對溫度具有顯著的分段特征，當其懸浮液加熱至不同溫度時，可以形成性質完全不同的凝膠：懸浮液在54～65℃范圍內加熱后冷卻可以形成低強度凝膠（Low set gel，或稱低硬化凝膠），對溫度具有可逆性，重新加熱凝膠會轉變為溶膠，強度較低，其性質介于瓊脂的脆性與明膠的彈性之間；懸浮液加熱到80℃以上時不經冷卻就可以直接形成高強度凝膠（High set gel，或稱高硬化凝膠），對溫度具有不可逆性，結構堅實并具有高彈性[1］。研究表明，影響可得然膠凝膠強度的因素主要有成膠的濃度、溫度、加熱時間等。可得然膠在實際應用過程中會發生脫水現象，也稱脫水效應[2］，特別是持續高溫狀態下的脫水效應更加明顯，脫水效應對所應用的目標產品會帶來外形變化和體系的不穩定，進而影響產品質量和預期使用效果，已成為可得然膠工業應用亟待解決的問題。

通常采用復配的方法來克服可得然膠的脫水效應，也可以通過控制發酵條件，使聚合分子量達到一定數量級，然后直接進行化學修飾，得到適應性更強、凝膠形成更穩定的可得然膠產品，但目前還難以實施。

為同時提高可得然膠的凝膠強度與高溫狀態穩定性，拓展可得然膠的應用適應性，作者通過考察幾十種物質對可得然膠凝膠強度與凝膠高溫狀態脫水率的影響，最終篩選出能夠滿足實驗目的的3種物質——PS、DS、WG，其中PS為常見鹽類，DS與 WG為大分子有機物。在此，就三者單獨使用及復配時對可得然膠凝膠性能的影響進行了研究。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

可得然膠，山東中科生物科技股份有限公司。

PS（分析純）、DS（工業級）、WG（工業級），市售。

CT3型質構儀，美國Brookfield公司；分析天平；高溫老化罐，青島海通達儀器有限公司。

1.2 方法

實驗用可得然膠的質量濃度均為2.5%。在添加一定濃度的PS／DS／WG后，先于95℃凝膠10min，測定凝膠強度；再將凝膠轉入高溫老化罐中，于120℃靜置24h，測定高溫狀態脫水率。

2 結果與討論

2.1 PS對可得然膠凝膠性能的影響（圖1）

由圖1可知，PS在一定添加量范圍內可顯著提高可得然膠的凝膠強度，而且隨著PS添加量的增加其對可得然膠的高溫狀態脫水率也有一定的降低作用。綜合考慮對凝膠強度的促進作用與保水效果，選擇PS的最佳添加量為3.0%～4.0%。

2.2 DS對可得然膠凝膠性能的影響（圖2）

由圖2可知，DS對可得然膠的凝膠強度沒有顯著影響，只在高濃度時有一定的降低作用；而對可得然膠的高溫狀態脫水率有非常顯著的降低作用，隨著DS添加量的增加，高溫脫水率可降低2／3，表明DS可以在不影響可得然膠凝膠性能的前提下降低其高溫狀態脫水率。因此，選擇DS的最佳添加量為4.0%～6.0%。

2.3 WG對可得然膠凝膠性能的影響（圖3）

圖3 WG對可得然膠凝膠性能的影響Fig.3 Effect of WG on curdlan gel performance

由圖3可知，WG添加量較低時，對可得然膠的凝膠強度影響不顯著，但可顯著降低其高溫狀態脫水率；當WG添加量增加時，對可得然膠凝膠強度有非常顯著的降低作用。這可能是由于，WG分子具有一定的阻斷可得然膠分子凝膠成束的作用。因此，選擇WG的最佳添加量為0.05%～0.10%。

2.4 PS－DS－WG復配體對可得然膠凝膠性能的影響

由單因素實驗可以看出，PS、DS、WG對可得然膠凝膠強度和高溫狀態脫水率的影響不同。為了探究提高可得然膠凝膠強度與降低高溫狀態脫水率的更好效果，進行了PS－DS－WG復配體的3因素3水平正交實驗，以期能夠得到較理想的PS－DS－WG復配體。正交實驗結果與分析見表1 。

表1 正交實驗結果與分析Tab.1 Results and analysis of orthogonal experiment

PS－DS－WG復配體對可得然膠凝膠強度與高溫狀態脫水率影響的因素分析見圖4。

由圖4a可知，PS對可得然膠凝膠強度有顯著的影響，這與單因素實驗結果基本一致，DS、WG添加量范圍是在對可得然膠凝膠強度影響不顯著的區段。由圖4b可知，PS、DS、WG對可得然膠的高溫狀態脫水率均有一定的影響，復配后各自的作用具有疊加效應，使得凝膠高溫狀態脫水率顯著降低。綜合PS－DS－WG復配體對可得然膠凝膠強度與高溫狀態脫水率的作用效果以及實際應用成本，選擇PS－DS－WG復配體最佳配比為4.0%∶4.0%∶0.10%。

3 結論

圖4 PS－DS－WG復配體對可得然膠凝膠強度（a）與高溫狀態脫水率（b）的影響Fig.4 Effect of PS－DS－WG complex on curdlan gel strength（a）and dehydration rate of high－temperature state

研究了PS、DS、WG 3種物質對可得然膠凝膠強度與高溫狀態脫水率的影響。結果發現，PS對凝膠強度具有顯著的提高作用，PS、DS、WG均可降低可得然膠的高溫狀態脫水率，這可能與分子的空間填充作用有一定關系。PS－DS－WG復配體能夠在顯著提高可得然膠凝膠強度的同時，降低其高溫狀態脫水率，為可得然膠在非食品應用領域特別是高溫狀態下長時間的極端環境應用提供了良好基礎，對可得然膠應用范圍的拓展具有促進作用。

[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]胡國華.功能性食品膠[M］.北京：化學工業出版社，2003：270－271.