盐酸处理对可得然胶品质提升试验研究

李辉，周燕燕

盐酸处理对可得然胶品质提升试验研究

李辉1，周燕燕2

（1. 山东蓝晶生物技术有限公司，山东 菏泽 274600； 2. 鄄城二中，山东 菏泽 274600）

在可得然胶成品贮存过程中，存在可得然胶品质下降明显的问题。根据可得然胶生产工艺研究，以盐酸作为处理剂对成品进行二次精制，以成品凝胶强度为主要评价指标，75%乙醇作为溶剂，考察盐酸浓度、温度、时间、料液比（（胶体质量）∶（酸溶液质量））对成品品质的影响。结果表明，盐酸浓度0.6%，温度30 ℃，时间2 h，料液比1∶4，凝胶强度增加137.5%，收率80.6%，处理后成品品质符合国家标准。

可得然胶； 凝胶强度； 酸处理

可得然胶（curdlan)又称凝胶多糖、热凝胶、凝结多糖[1], 是由D-葡萄糖通过β-1，3-葡萄糖苷键构成的直链葡聚糖[2]，天然发酵的可得然胶分子量大，聚合度高，呈螺旋状立体结构，不溶于水和大部分有机溶剂，但是溶于碱性溶液［3］。目前国内外对于可得然胶的研究主要集中在发酵和提取，以及小分子胶体研究，对于可得然胶的贮存后品质下降关注少。可得然胶的特性取决于胶体特殊的三维螺旋结构［4］和44～12 000 kDa分子量［5］，目前可得然胶应用广泛，普遍应用在食品行业，在多种肉制品制备[6-8]、面食制备冷藏[9-10]应用中可以增加食品的口感及外观。可得然胶在医药方面的研究不断增加，其中在可得然胶季铵盐薄膜应用研究中发现，对大肠杆菌、葡萄球菌和镰刀菌均具有抑制作用,对葡萄球菌和镰刀菌的抑制效果要强于对大肠杆菌的抑制效果［11］。企业在生产过程中，由于生产、贮存等原因，可得然胶的凝胶强度下降较快，致使产品品质受到影响。

因此，本文以凝胶强度为评价指标，对出现问题的成品进行再处理，研究胶体品质提升工艺路线，为可得然胶的生产提供一条有效的备用途径。

1 材料与方法

1.1 主要材料

可得然胶成品（凝胶强度246.7）：本实验发酵精制获得，阴凉通风处放置12月；盐酸：上海国药集团；无水乙醇：上海国药集团。

1.2 主要仪器

CT3质构仪:柜谷科技发展有限公司；HH-M6水浴锅：上海赫田科学仪器有限公司；电热鼓风干燥箱：鑫宇自动化丝印设备；TD4F离心机：湖南平凡科技有限公司；FSH-2A可调高速匀浆机：常州翔天试验仪器厂。

2 实验方法

2.1 盐酸溶液处理工艺

配置75%乙醇溶液，在乙醇溶液中配置不同浓度的盐酸溶液，利用不同浓度的盐酸溶液在一定温度下加入胶体，300 r/min搅拌2 h，3 000 r/min离心10 min，获取沉淀后用纯化水洗涤，3 000 r/min离心10 min，洗涤两遍，40 ℃烘箱烘干，称量干品重量，检测凝胶强度。

2.2 凝胶强度检测方法（改进）［12］

取1 g可得然胶样品于50 mL水中，用匀浆机匀浆2 min后，在300 r/min的转速下搅拌10 min，静止10 min，将悬浮液转移至18 mm×180 mm的试管中，然后将试管迅速放入沸水浴中10 min，在冷水中冷却30 min，从试管中取出凝胶，取离底部20 mm和30 mm处的一段10 mm的凝胶，用质构仪测定凝胶强度（g/cm2）。

2.3 收率

成品处理前进行称重，记录成品干重，处理后以干品形式进行称重，记录成品干重。

3 单因素实验

3.1 不同盐酸浓度对可得然胶凝胶强度的影响

利用不同的盐酸浓度（75%乙醇溶液作为溶剂）0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%进行浸泡，料液比1∶3（胶体质量∶酸溶液质量），25 ℃搅拌2 h，300 r/min离心10 min，获取沉淀利用纯化水进行洗涤，3 000 r/min离心10 min，洗涤两遍，40 ℃烘箱烘干，检测凝胶强度。

图1 不同盐酸浓度对可得然胶凝胶强度的影响

3.2 不同温度对可得然胶凝胶强度的影响

利用盐酸浓度（75%乙醇溶液作为溶剂）0.8%进行浸泡，料液比1∶3（胶体质量∶酸溶液质量），0 ℃，10 ℃，20 ℃，30 ℃，40 ℃，50 ℃搅拌2 h，离心10 min，获取沉淀利用纯化水进行洗涤，300 r/min离心10 min，洗涤两遍，40 ℃烘箱烘干，检测凝胶强度。

图2 不同温度对可得然胶凝胶强度的影响

3.3 不同时间对可得然胶凝胶强度的影响

利用盐酸浓度（75%乙醇溶液作为溶剂）0.8%进行浸泡，料液比1∶3（胶体质量∶酸溶液质量），25 ℃搅拌0.5 h，1 h，1.5 h，2 h，2.5 h，3 h离心10 min，获取沉淀利用纯化水进行洗涤，300 r/min离心10 min，洗涤两遍，40 ℃烘箱烘干，检测凝胶强度。

图3 不同时间对可得然胶凝胶强度的影响

3.4 正交实验与结果分析

设定盐酸浓度为0.4%，0.6%，0.8%，温度10 ℃，20 ℃，30 ℃，时间1.5 h，2 h，2.5 h，料液比1∶2，1∶3，1∶4，选择L9(34)正交实验表进行条件优化。

表1 正交试验

4 结果分析

4.1 不同盐酸浓度对可得然胶凝胶强度的影响

从结果中看到，不同的盐酸浓度对品质的提升效果不同。因可得然胶属于中性多糖[13]，过酸和少酸都会导致品质差，凝胶强度低，由于成品中含有少量发酵添加剂，比如碳酸钙、碳酸镁等，盐酸浓度高的情况下，酸碱中和，减少无机盐在成品中的含量，盐酸浓度低的情况下，可得然胶中酸溶性物质无法全部溶出，成品中杂质和低分子量胶体含量高，导致胶体的品质提升效果差.盐酸浓度高的情况下，虽然杂质溶解充分，钙镁离子以游离的形式溶解酸溶液中，但是可得然胶的三维结构可能受到破坏，氢离子破坏胶体的分子结构胶体的降解率增大，导致螺旋结构改变，氢键断开，从而形成凝胶强度低的可得然胶。总体考察，盐酸质量分数在0.2%～0.8%内对品质的提升效果良好。

4.2 不同温度对可得然胶凝胶强度的影响

从结果中看到，温度低对凝胶迁都的影响效果较小，过低的温度存在物质溶解不充分，酸解反应缓慢等问题。在高温下，凝胶强度提升效果明显较差，虽然在高温下，可以增加可溶性物质的溶解，但是高温（尤其是50 ℃以上）条件下胶体有形成凝胶的趋势［14］，这是可得然胶本身的特性决定的，所以不能将可得然胶加到50℃或以上温度的水中[15]。在0 ℃下，可得然胶凝胶强度达到400以上，说明在工业生产过程中可以根据四季天气变化综合考虑温度控制问题.总体来说，温度控制在10～30 ℃较好，尤其注意温度不能过高或局部温度过高。

4.3 不同时间对可得然胶凝胶强度的影响

从结果中看到，随着时间的延长，在1.5 h以后，凝胶强度提升缓慢，说明在1.5 h以内，可得然胶成品中可溶性杂质已经全部溶解，在成品中主要发酵培养基，贮存过程中胶体降解，菌体降解等杂质，盐酸可以加速杂质的分解，乙醇对脂溶性杂质溶解效果好，两者结合，在1.5 h内可以去除杂质，并且增加凝胶强度.所以选择1.5～2.5 h作为酸醇处理时间。

4.4 不同料液比对可得然胶凝胶强度的影响

从结果中看到，1∶2料液比对凝胶强度提升效果良好，随着料液比的增加，凝胶强度不再增加，说明胶体中的杂质在2倍酸溶液中基本溶解完，溶液较少时，杂质溶解不完全，搅拌难度大。溶液较多时虽然可以减少搅拌难度，有利于操作，但是废水产生量增大，成本增加，不利于节能减排的生产理念，所以选择1∶2，1∶3，1∶4的料液比作为产品精制工艺参数。

4.5 正交实验与结果分析

从正交实验实验中分析得出，各个因素对可得然胶品质提升的影响程度大小为：盐酸浓度>料液比>温度>时间。其中最优条件为盐酸浓度0.6%，温度30 ℃，时间2 h，料液比1∶4，依据最优条件进行实验，可得然胶凝胶强度达到585.8，在此条件下，处理后凝胶强度比处理前产品的凝胶高339.1，强度提升137.5%，收率达到80.6%，高于质量标准的凝胶强度450。

5 讨论

因独特的高温成胶特性、耐冷冻性[16]，以及在油炸肉制品中减油作用[17]，并且可以作为碳水化合物替代品[18]，可得然胶在食品行业应用广泛。其衍生物及小分子胶体在医药领域研究不断增加。可得然胶提取率低且过程繁琐，不能满足目前的研究和应用需求[19]。其质量的好坏影响到可得然胶的使用量和应用范围。由于在发酵过程中添加各种有机原料和无机盐，尤其是部分油脂类营养物质以及碳酸钙等酸碱调节剂，菌体自身产生或降解的物质（可得然胶生产菌种消耗完氮源后开始分泌胶体，胶体包裹与菌体周围，形成胶体在内、胶体在外的特殊形态），导致部分杂质和菌体在精制过程中不能完全去除导致在储存过程中菌体进一步降解，可能存在非专一性酶[20]，对产品品质产生不利影响。发酵工艺中碳源使用葡萄糖或蔗糖，碳源的质量以及种类也明显影响胶体的品质［21］，目前有研究通过基因敲除或转座子突变文库筛选等方法能了解胶体变化与基因的关系［22］，或探究氨基酸和碳源储存颗粒影响可得然胶合成的分子机制[23]。精制过程中过滤、烘干等步骤也会导致部分胶体的结构改变。在贮存过程中空气、光照、温度、湿度的变化都在影响产品的质量。因此利用质量源于设计的理念进行生产工艺管控以及菌种改造能够更好的保证质量。本文从盐酸浓度，温度，时间，料液比四个方面对凝胶强度低的产品进行品质提升，有效的填补了工艺缺陷导致的产品品质低问题，使生产增加了一个保险。盐酸浓度和用量决定胶体中杂质的溶出量，溶出越多胶体品质提升越高，但盐酸浓度对胶体分子量和空间结构的影响不容忽视，盐酸用量也影响着最终生产成本以及处理量，所以依据低浓度盐酸，小体积盐酸的处理方法更为符合工业化生产的实际情况。在低温下，品质提升效果依然明显，证明在温度较低的冬季可以依据天气情况进行品质提升，根据成品的品质要求选择控温或常温操作可以增加操作条件的可选择性，利于工业化生产操作，合理降低能耗，但在生产过程中应当注意温度超过65 ℃会形成热可逆性凝胶［16］，对于局部过热情况应当有风险防控措施，防止生产事故的发生。

6 结 论

通过对成品处理条件进行优化，盐酸浓度0.6%，温度30 ℃，时间2 h，料液比1∶4，在此条件下对凝胶强度低的可得然胶进行处理可以显著提升凝胶强度，凝胶强度增加137.5%，并且收率达到80%以上。此工艺简单，设备要求低，时间短，工业化易操作，可有效解决低强度胶体不合格问题，提升生产商整体竞争力。

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Experimental Study on Quality Improvement of Curdlan Glue by Hydrochloric Acid Treatment

1,2

（1. Shandong Lanjing Biotechnology Co., Ltd., Heze Shandong 274600, China;2. Juancheng No.2 Middle School, Heze Shandong 274600, China）

In the process of storage, the quality of curdlan glue decreases significantly. According to the research of the production process of curdlan glue, as the treatment agent, hydrochloric acid was used to carry out secondary refining of product. Taking gel strength as main index,75% ethanol as a solvent, influence of hydrochloric acid concentration, temperature, time and ratio of solid to solvent on the product quality was investigated. The results showed that the mass fraction of hydrochloric acid was 0.6%, the temperature was 30 ℃, the time was 2 h, the mass ratio of solid to solvent was 1∶4, the gel strength was increased by 137.5%, the recovery was 80.6%,and the quality of the finished product after treatment met the national standard.

Curdlan; Gel strength; Acid treatment

TQ929.2

A

1004-0935（2023）09-1299-04

2023-02-20

李辉（1989-），男，山东省菏泽市人，中级工程师，硕士学位，2014年毕业于齐鲁工业大学轻工技术与工程专业，研究方向：食品药品技术。