低质量分数结冷胶的流变性质（一）

摘　要:以低质量分数(0.01%~0.25%)结冷胶(gellan gum)为研究对象,研究了结冷胶溶胶(质量分数为0.01%~0.04%)的流变性质,考察了Ca2+质量分数及胶质量分数对结冷胶凝胶(0.05%~0.25%)的凝胶强度的影响以及Ca2+与K+在促进凝胶的协同作用.结果表明,质量分数为0.01%~0.04%的结冷胶溶胶的流变学类型接近Cross模型,该体系具有剪切稀化性、触变性及屈服应力,且三者均随结冷胶质量分数的增大而增大.动态测量结果表明,上述溶胶是以弹性为主的粘弹性体系,弹性所占比例随结冷胶质量分数的增大而增大.结冷胶凝胶(质量分数为0.05%~0.25%)的凝胶强度随胶质量分数的增大而增大;随Ca2+质量分数的增大呈先增大后减小的变化规律,Ca2+的最适用量为200~280 mg/kg.Ca2+与K+对促进结冷胶凝胶无协同作用.

关键词:结冷胶;流变性;凝胶强度;剪切稀化;触变性;屈服应力;粘弹性

早在1978年,美国科学家就发现了结冷胶,它是由伊乐藻假单胞菌(Pseudomonas elodea)经需氧发酵产生的能形成凝胶的多糖,由4个糖分子(D-葡萄糖、D-葡萄糖醛酸、D-葡萄糖及L-鼠李糖)组成的重复单元聚合而成,其中第一个葡萄糖分子是以β(1,3)糖苷键与前一单元的鼠李糖分子连在一起,其余糖分子之间以β(1,4)糖苷键相连接[1].结冷胶在极低的用量下(质量分数为0.05%)即可形成澄清透明的凝胶.其在食品中的用量通常为0.1%~0.3%,为琼脂和卡拉胶用量的1/3~1/2. 1990年美国FDA批准其应用于食品中,我国于1996年批准其应用于食品中[2].自发现结冷胶以来,众多学者对其性质进行了研究,结果表明:结冷胶凝胶能力受阳离子类型、阳离子浓度及其自身浓度的影响,二价阳离子比一价阳离子促进结冷胶凝胶的能力强,其中Ca2+比Mg2+有效;二价阳离子使结冷胶形成热不可逆性凝胶,一价阳离子使结冷胶形成热可逆性凝胶[3].在阳离子存在时,在pH 4.0~8.0时结冷形成的凝胶的强度,几乎不随pH变化[4].低酰基结冷胶形成的凝胶脆,加之形成凝胶所需的胶质量分数低,因此有利于风味物质的释放[5].以上研究结果大都是在模拟体系(质量分数大于等于0.4%[3~5])中进行的,这一数值远远高于其在食品体系中的实际用量.因此,作者研究了质量分数为0.01%~0.04%的结冷胶溶胶的流变性质和Ca2+对质量分数为0.05%~0.25%结冷胶凝胶强度的影响以及Ca2+与K+二者对其凝胶强度的

影响.1　材料与方法1.1　实验材料

结冷胶:美国Kelco公司生产;KCl:食品级,市售;无水CaCl2:食品级,市售.

1.2　主要仪器

TA.XT2i物性测试仪:英国Stable microsys公司制造; AR-1000流变仪:英国TA Instrument公司制造.

1.3　实验方法

1.3.1　低质量分数结冷胶溶胶流变性质

1)结冷胶溶胶的制备:称一定量的结冷胶粉末在室温下将其分散在50 mL去离子水中(盛于50mL烧杯中),在电炉上加热至沸腾并不断搅拌,直至结冷胶粉末完全溶解形成透明、澄清的溶液(用大约80℃的去离子水补偿由于蒸发而损失的质量),再将预先称好的CaCl2添加到热的结冷胶溶液中并充分搅拌,在室温下自然冷却得结冷胶溶胶.

采用的结冷胶质量分数为0.01%~0.04%,钙离子质量分数为200 mg/kg[6].

2)剪切稀化程度的测定及屈服应力的测定:采

用AR-1000流变仪对质量分数为0.01%~0.04%的结冷胶溶胶(每千克溶胶中含200 mg Ca2+)应用稳态转动(steady state flow)程序进行测定.夹具为6 cm,锥板1°,测定参数为25℃,剪切速率γ为0.05~15 s-1[7].

3)触变性的测定[6]:采用AR-1000流变仪,对质量分数为0.01%~0.04%的结冷胶溶胶(每千克溶胶中含200 mg Ca2+),调节温度为25℃,采用两步steady state flow程序使剪切速率先从0.05 s-1增加到15 s-1,之后立即以同样的变化速率从15 s-1下降到0.05 s-1,记录整个过程的粘度或剪切应力的变化情况[7].

4)结冷胶溶胶的粘弹性测定:采用AR-1000流变仪的振荡程序(Oscillation procedure)测定不同质量分数的结冷胶溶胶的粘弹性随振荡频率的变化.频率扫描条件为:温度25℃,频率范围0.01~10 Hz;控制应变为:对质量分数为0.04%,0.03%和0.02%的结冷胶溶胶取1.5% strain;对质量分数为0.01%的结冷胶溶胶取3% strain(已采用应变扫描确定此应变处于样品的线性粘弹区).

1.3.2　凝胶强度的测定1凝胶的制备与结冷胶溶胶的制备基本相同.采用的结冷胶质量分数为0.05%~0.25%,Ca2+质量分数为60~360 mg/kg,室温为28℃.每个样品做3个平行样.用TA.XT2i物性测试仪测定所形成凝胶的强度.夹具P 0.5;测定参数为:前速度(Pre-speed) 8. 0 mm/s;速度(speed)4.0 mm/s;后速度(Post-speed)8.0 mm/s;距离(distance)20.0 mm.取使凝胶破碎所需的最大力为凝胶强度的数值,单位为g.

1.3.3　Ca2+与K+的协同作用的测定1凝胶的制备与结冷胶溶胶的制备基本相同,不同之处在于冷却时室温为25℃.固定结冷胶质量分数为0.1%,Ca2+质量分数为240 mg/kg.加入KCl使K+最终质量分数为0,120,240,1 200,2 400,3 600 mg/kg.对所形成的凝胶进行凝胶强度的测定.