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黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究

发布日期:2014-09-17 21:35:36
黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究的先容
黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究
黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究,黄原胶(Xanthan gum)是黄单胞菌经耗氧生 物发酵产生的一种高分子阴离子生物多糖,是由 D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、丙酮酸和乙 酸组成的“五糖重复单元”聚合而成,其分子主链 由D-葡萄糖以-1,4-糖苷键连接而成,具有类似 纤维素式的骨架结构,每两个葡萄糖中的一个C3 上连接一个由两个甘聚糖和一个葡萄糖醛酸组成 的三糖侧链[1]。黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究,黄原胶具有较强的稳定性以及耐 盐、耐酸碱性,常用作各种果汁饮料、调味料的增 稠稳定剂,能使果酱、豆酱等酱体均_,涂拌性好, 不结块,易于灌装,且提高口感。黄原胶作为乳化 剂用于乳饮料中,可防止油水分层,提高蛋白质的 稳定性。将其用于各类点心、面包、饼干、糖果等食 品的加工,可使食品具有优越的保型性,较长的保 质期和良好的口感。黄原胶作为保鲜剂处理新鲜 果蔬,可防止果蔬失水、褐变。若将黄原胶加入面 制品中,能增强耐煮性[2]。
黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究,瓜尔豆胶(Guar gum)是由瓜尔豆(主要来源 于印度和巴基斯坦)种子的胚乳提取精制而成,是 —种线性半乳甘露聚糖,属于非离子型高分子[3]。 在结构上,以-1,4键相互连接的D-甘露糖单元 为主链,不均匀地分布在主链的一些D-甘露糖单
收稿日期:2009-02-26
编辑概况:王元兰,女,1969年出生,博士生,教授
元的C6位上,再连接单个D-半乳糖(-1,6键)为 支链,其半乳糖与甘露糖之比约为1:1.8,简化为 1:2[4]。其特点是水溶性好,吸水性强,黏度高,老化 时间短,是最低价的亲水胶体,与其它胶体共存时 有良好的协同增效作用[5?' 近年来,瓜尔豆胶在食 品工业中应用甚广,常用于冰淇淋、酸牛奶、汤料、 调味酱、果汁及酒类、肉制品、香肠、花生酱等食品 中。如用在冰淇淋中可以避免冰晶生成,提高抗骤 热性能[7]。方便面中使用瓜尔豆胶能使粘弹性增 强,抗老化性优良,降低吸油率。因其粘性极强,可 以不再使用CMC。瓜尔豆胶是国际上等级较高的 方便面的重要改良剂'瓜尔豆胶与其它食品胶复 配常被用于冰淇林的生产中[9]。
本文主要研究黄原胶和瓜尔豆胶两种胶体共 混后的协效性以及制备温度、放置时间、甜味剂、 酸味剂对其黏度的影响。使用偏光显微镜对黄原 胶溶液及黄原胶与瓜尔豆胶混胶的微观结构进行 观察,旨在为拓展食品胶的应用范围提供一些理 论依据。
1材料和方法 1.1材料
黄原胶(淡黄白色,食品级),山东阜丰发酵有 限企业;瓜尔豆胶(食品级),江门食用添加剂有限 企业;蔗糖、甜蜜素(食品级)、柠檬酸(分析纯)及 蒸馏水。
1.2主要试验仪器
NDJ-5S型数字式旋转黏度计,上海精密科学 仪器有限企业;黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究,数码型偏光显微镜(XP-700Z ),上 海长方光学仪器厂。DSY-2-8电热恒温水浴锅,北 京国华医疗器械厂;JJ-6数显直流恒速搅拌器,江 苏省金坛市医疗仪器厂。
1.3试验方法
1.3.1共混溶胶的制备方法根据表1所示质量 比例,分别称取黄原胶和瓜尔豆胶,慢慢加入到 200 mL蒸馏水中,放入水浴锅中恒温加热到指定 温度。待完全溶解后,将两种溶胶液混合,用搅 拌器恒温(温度60丈,搅拌速度400 r/min)搅拌混 合30 min;停止搅拌,保温30 min后,即得总浓度 为0.3 gA00 mL的混胶,并做平行样。
表1黄原胶与瓜尔豆胶的共混比例
Table 1The mixed ratio ofxanthan/guar gum
混合比例黄原胶/g瓜尔豆胶/g
10/01.200.00
8/20.960.24
7/30.840.36
6/40.720.48
5/50.600.60
4/60.480.72
3/70.360.84
2/80.240.96
0/100.001.20
1.3.2黏度的测定方法准确配制一定浓度的混 胶溶液,黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究,在特定温度下用NDJ-5S数显黏度计以3 号转子6 r/min的转速测定混胶黏度,记录数据。 1.3.3黄原胶和瓜尔豆胶的共混比例及温度对混 胶黏度的影响混胶的总浓度为0.3 gA00mL,黄 原胶与瓜尔豆胶按表1所示不同质量比例分别在 25、40、60、80、100丈下共混。每个共混温度下做平 行样3份,用数显黏度计测定混胶黏度并记录黏 度变化。
1.3.4放置时间对混胶黏度的影响混胶总浓度 为0.3 gA00 mL,按本文1.3.3节方法选用最佳混 配比例,在最佳共混温度下配制混胶溶液3份,按 静止放置时间逐段测定混胶的黏度变化与时间的 关系。
1.3.5 pH值对混胶黏度的影响混胶总浓度为 0.3 gA00 mL,选用最佳混配比例在最佳共混温度 下配制混胶溶液3份,用合适浓度的HCl或 NaOH溶液调整胶体溶液的pH值,测定不同pH 值时黏度的变化情况。
1.3.6柠檬酸对混胶黏度的影响在饮料或果冻 生产过程中通常需要加入柠檬酸。加入柠檬酸既 可以使产品酸甜可口,还能抑制细菌的滋生。因此 有必要研究柠檬酸对混胶黏度的影响。当柠檬酸 的添加量大于0.3%时,会因太酸而难以入口。本 试验中,柠檬酸添加量不大于0.3%。混胶总浓度 为0.3 gA00mL,黄原胶与瓜尔豆胶按最佳配比, 在最佳共混温度下配制系列混胶溶液。在平行样 品中分别加入事先配制好的柠檬酸溶液,使柠檬 酸在各样品中的浓度分别为0.05 g/100 mL、0.1 g/ 100 mL、0.2 g/100 mL、0.3 g/100 mL,搅拌 30 min, 恒温放置30 min后,用数显黏度计测定其黏度变 化情况。
1.3.7甜味剂的使用量对混胶黏度的影响甜味 剂是食品加工生产中经常使用的辅料,本文主要 研究不同甜味剂对混胶黏度的影响。混胶总浓度 为0.3 gA00mL,黄原胶与瓜尔豆胶按最佳配比, 在最佳共混温度下配制系列混胶溶液。 在平行样 品中分别加入事先配制好的蔗糖、甜蜜素,添加量 均在食品加工工艺许可范围内[10]。搅拌30 min,恒 温放置30 min后,用数显黏度计测其黏度变化。 1.3.8 黄原胶和黄原胶与瓜尔豆胶混胶的显微镜 观察分别配制2%和4%的黄原胶水溶液及质量 分数为1%的黄原胶与瓜尔胶混胶液,然后在偏光 显微镜下观察它们的显微结构。
2结果与分析
2.1共混比例对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的 影响
混胶总浓度为0.3 gA00 mL,在60丈配制,静 置6 h后室温下测定不同配比的混胶的黏度,如 图1所示。
由图1可见,0.3%的单一黄原胶溶液和0.3% 的单一瓜尔胶溶液的黏度分别为1 350 mPai和 5 210 mPa.s。当黄原胶与瓜尔豆胶混配使用时,其
 
黏度远高于两者黏度之和,说明这两种胶具有良 好的增效作用。当两者混配比例变化时,其增效作 用也发生变化。在本试验条件下,黄原胶与瓜尔豆 胶的复配比为5/5时,其增效作用最大;其次是两 者复配比例分别为6/4和4/6的。其增效机理可能 是瓜尔豆胶分子平滑,没有支链的部分与黄原胶 分子的双螺旋结构以次级键形式结合成三维网状 结构,使胶的亲水性更好[11]。试验中发现,所有黄 原胶与瓜尔胶的混合体系均未形成凝胶。
12000 r
圓800060004000
 
0/102/84/65/56/48/210/0
#原胶与瓜尔豆胶的配比
图1共混比例对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响
Fig.l EiTecI of polysaccharide mixed ration on viscosity of xanthan /guar gum mixed solutions
2.2制备温度对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的 影响
黄原胶的分子结构会随溶解温度而改变。在 低温下,黄原胶分子为有序结构,黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究,溶液黏度低,随 着温度的上升,黄原胶的结构转变为无序,并获得 高黏度。测定(室温静置6 h后)不同温度下制备 的黄原胶与瓜尔胶混胶(5/5)的黏度,如图2所示。
从图2可知,随着制备温度的升高,黄原胶与 瓜尔胶混胶(5/5)的黏度随之增大,当制备温度为 80丈时,混胶黏度达到最大值。这主要是由于瓜尔 豆胶的热水溶性片段含有较低的半乳糖,这些区 域比较光滑,与黄原胶分子有着很强的交联作用。 若继续升高温度,体系黏度下降,这可能是部分黄 原胶分子降解所致。
2.3放置时间对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的 影响
测定80丈制备的黄原胶与瓜尔豆胶(5/5)混 胶黏度随放置时间的变化,见图3。混胶黏度先随 放置时间的延长而增大,当放置时间为24h时, 混胶黏度达到最大值;若继续延长放置时间,体系 黏度随之下降;当放置时间為48 h时,混胶黏度基 本保持稳定。
 
18243042485460
放I时间/h
图3放置时间对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的彩响
Fig.3 Effect of layed-time on viscosity of xanthan/ guar gum mixed solutions
2.4 pH对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响 测定80丈制备的黄原胶与瓜尔豆胶(5/5)混 胶的黏度随pH值的变化曲线,如图4所示。黄原 胶与瓜尔豆胶混胶的黏度在酸性条件下不稳定。 随着pH值的增大,混胶黏度增加,当pH>8时,混 胶黏度保持相对稳定。
2.5柠檬酸对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影 响
柠檬酸对80丈制备的黄原胶与瓜尔豆胶(5/ 5)混胶黏度的影响如图5所示。随着加入柠檬酸 浓度的增大,混胶黏度迅速下降;当加入的柠檬酸
§ 姻 §§§
6 *^>44$ 2 丨
 
通过吸附_部分水分子形成一些大的分子团,填 充于网格间以增加体系的固态性能;黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究,也可能在混 胶多糖分子间形成一种架桥连接,从而增强胶多 糖分子间的作用力,使溶液黏度上升。这两种作用 的大小与添加的蔗糖浓度有关,使混胶黏度呈波 动性变化。由图7可知,甜蜜素的增加使混胶黏度 迅速增大,当加入的甜蜜素浓度为0.15 gA00mL 时,混胶的黏度达到最大值;当甜蜜素使用量超过 0.15%时,混胶的黏度又有所下降。所以,在实际生 产过程中,应按照具体工艺要求来添加适量的甜 蜜素。
0004000000000000 ^^32 —
2.10 100 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 丨 1.50 12.50 pH值
图4 pH值对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的彩响
Fig.4 Effect of pH value on viscosity of xanthan/ guar gum mixed solutions
 
00.050.10.20.3
柠蠓酸浓度/f(100mLr«
图5柠檬酸对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的彩响
Fig.5 Effect of citric acid on viscosity of xanthan /guar gum mixed solutions
012468
蔗糖浓度/g*(100fnLf
图6蔗糖对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的彩响
Fig.6 Effect of saccharose on viscosity of xanthan/ guar giim mixed solution»
 
0.050.100.150.200.25
甜蜜索浓度/g*(l〇〇mLr*
图7甜蜜棄对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的彩响
Fig.7 Effect of sweeteners on viscosity of xanthan/ guar gum mixed solutions
质量分数在0.1%~0.3%之间时,混胶的黏度基本 保持稳定。
2.6甜味剂使用量对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏 度的影响
甜味剂使用量对80丈制备的黄原胶与瓜尔 豆胶(5/5)混胶黏度的影响如图6、图7所示。由图 6可知,蔗糖可显著影响混胶的黏度。随着蔗糖浓 度的增大,混胶黏度先增大后下降;当添加的蔗糖 浓度继续增大时,混胶黏度又明显增大。这主要是 因为蔗糖是由_分子果糖构成的二糖,其分子结 构单元与胶多糖类似,它的存在一方面可能会干 扰胶多糖分子自身间相互靠近,减弱其分子间的 作用力,从而降低其形成有序网络结构的效能,使 溶液的黏度下降;另一方面,蔗糖分子的存在可以
2.7黄原胶与瓜尔胶混胶的显微镜观察
为便于对比,对2%和4%(质量体积分数)的 黄原胶及总浓度为1gA00mL的黄原胶和瓜尔豆
胶混胶(两者比例5/5 )进行显微结构观察(显微倍 数为100x)。图8所示2%c和4%c的黄原胶水溶液 的显微结构。样品制备后马上用偏光显微镜(Po¬larized Optical Microscope) 观察 ,样品呈黒色 ,随 后出现白色区域(因非均相的存在)。为此,将4% 样品于5丈下放置12 h后观察,结果发现均相的 溶液表现为黒色区域;而因双折射,非均相溶液照 亮了视野,白色区域随浓度的增加而扩大,这表明 在高分子质量、半柔韧的黄原胶分子溶液中形成 了液晶相。在4%质量分数下虽有较强的双折射现 象,但没有可见的规则纹理,这可能是由多聚物的 柔韧性和溶液的高黏度造成的。
 
注:浓度 2 (t/100 mL.无ft .25 t下,
注:浓度4(«/丨0〇11^.无达.5<€下1»霣;丨211
 
图8不同浓《觜原狡溶液》微镜照片图 Fig.8 The pictures of xanthan with different concentrations observed by POM
为研究瓜尔豆胶的存在对黄原胶液晶中间相 形成的影响,在相同条件下观察总浓度为1 gA00 mL的黄原胶和瓜尔豆胶混胶(两者比例5/5)的显 微镜照片(图9)。从图9可以看出,在黄原胶和瓜 尔胶混胶中,双折射现象发生在混胶中黄原胶溶 液浓度比纯黄原胶溶液浓度低的情况下。说明在 相同浓度下黄原胶与瓜尔豆胶混胶形成的液晶中 间相比纯黄原胶溶液有更多的非均相,而且混胶 的胶体结构类似于黄原胶溶液的结构。这些结果 表明,因瓜尔豆胶的存在,黄原胶分子在一些区域 以液晶中间相的形式重组。
3结论
(1)黄原胶与瓜尔豆胶以不同配比复配后均 具有良好的协同增效作用。当黄原胶与瓜尔豆胶 的复配比为5/5时,其协同增效作用最大。
(2)随着制备温度的升高,混胶体系的黏度随 之增大,当制备温度为80丈时,体系黏度达到最 大值。放置时间影响混胶体系黏度的黏度,当放置 时间为24 h时,混合体系黏度达到最大值。
(3)黄原胶与瓜尔豆胶混胶体系的黏度在酸
 
注:总浓度丨(s/IOOinL.5/5 ft原K/瓜尔豆胶.无盐,5^:下舴* I2h ,
图9黄原胶与瓜尔胶混胶的显微鏡照片图
Fig.9 The pirtarp of xolution of xanthan /guar gum mixtures observed by POM
性条件下不稳定,随着pH值的增大,其黏度增 力口,而在碱性范围内其黏度保持相对稳定。
(4)柠檬酸使用量在0.1%~0.3%之间时,混合 体系的黏度基本保持稳定。蔗糖能显著影响混胶 的黏度。增加甜蜜素的使用量可使混胶体系黏度 迅速增大,当加入的甜蜜素浓度为0.15 gA00mL, 时,混胶体系的黏度达到最大值。
(5)纯黄原胶溶液和黄原胶/瓜尔豆胶混胶都的非均相,而混胶的胶体结构类似于黄原胶溶液
有双折射现象,但在相同浓度下黄原胶与瓜尔豆的结构。
胶混胶形成的液晶中间相比纯黄原胶溶液有更多.
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