可得然胶凝胶性能影响因素的研究

张永刚，吉武科，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）是微生物发酵糖质原料产生的一种新型微生物胞外多糖，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。可得然胶的凝胶特性对温度具有显著的分段特征，当其悬浮液加热至不同温度时，可以形成性质完全不同的凝胶：悬浮液在54～65℃范围内加热后冷却可以形成低强度凝胶（Low set gel，或称低硬化凝胶），对温度具有可逆性，重新加热凝胶会转变为溶胶，强度较低，其性质介于琼脂的脆性与明胶的弹性之间；悬浮液加热到80℃以上时不经冷却就可以直接形成高强度凝胶（High set gel，或称高硬化凝胶），对温度具有不可逆性，结构坚实并具有高弹性[1］。研究表明，影响可得然胶凝胶强度的因素主要有成胶的浓度、温度、加热时间等。可得然胶在实际应用过程中会发生脱水现象，也称脱水效应[2］，特别是持续高温状态下的脱水效应更加明显，脱水效应对所应用的目标产品会带来外形变化和体系的不稳定，进而影响产品质量和预期使用效果，已成为可得然胶工业应用亟待解决的问题。

通常采用复配的方法来克服可得然胶的脱水效应，也可以通过控制发酵条件，使聚合分子量达到一定数量级，然后直接进行化学修饰，得到适应性更强、凝胶形成更稳定的可得然胶产品，但目前还难以实施。

为同时提高可得然胶的凝胶强度与高温状态稳定性，拓展可得然胶的应用适应性，作者通过考察几十种物质对可得然胶凝胶强度与凝胶高温状态脱水率的影响，最终筛选出能够满足实验目的的3种物质——PS、DS、WG，其中PS为常见盐类，DS与 WG为大分子有机物。在此，就三者单独使用及复配时对可得然胶凝胶性能的影响进行了研究。

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。

PS（分析纯）、DS（工业级）、WG（工业级），市售。

CT3型质构仪，美国Brookfield公司；分析天平；高温老化罐，青岛海通达仪器有限公司。

1.2 方法

实验用可得然胶的质量浓度均为2.5%。在添加一定浓度的PS／DS／WG后，先于95℃凝胶10min，测定凝胶强度；再将凝胶转入高温老化罐中，于120℃静置24h，测定高温状态脱水率。

2 结果与讨论

2.1 PS对可得然胶凝胶性能的影响（图1）

由图1可知，PS在一定添加量范围内可显著提高可得然胶的凝胶强度，而且随着PS添加量的增加其对可得然胶的高温状态脱水率也有一定的降低作用。综合考虑对凝胶强度的促进作用与保水效果，选择PS的最佳添加量为3.0%～4.0%。

2.2 DS对可得然胶凝胶性能的影响（图2）

由图2可知，DS对可得然胶的凝胶强度没有显著影响，只在高浓度时有一定的降低作用；而对可得然胶的高温状态脱水率有非常显著的降低作用，随着DS添加量的增加，高温脱水率可降低2／3，表明DS可以在不影响可得然胶凝胶性能的前提下降低其高温状态脱水率。因此，选择DS的最佳添加量为4.0%～6.0%。

2.3 WG对可得然胶凝胶性能的影响（图3）

图3 WG对可得然胶凝胶性能的影响Fig.3 Effect of WG on curdlan gel performance

由图3可知，WG添加量较低时，对可得然胶的凝胶强度影响不显著，但可显著降低其高温状态脱水率；当WG添加量增加时，对可得然胶凝胶强度有非常显著的降低作用。这可能是由于，WG分子具有一定的阻断可得然胶分子凝胶成束的作用。因此，选择WG的最佳添加量为0.05%～0.10%。

2.4 PS－DS－WG复配体对可得然胶凝胶性能的影响

由单因素实验可以看出，PS、DS、WG对可得然胶凝胶强度和高温状态脱水率的影响不同。为了探究提高可得然胶凝胶强度与降低高温状态脱水率的更好效果，进行了PS－DS－WG复配体的3因素3水平正交实验，以期能够得到较理想的PS－DS－WG复配体。正交实验结果与分析见表1 。

表1 正交实验结果与分析Tab.1 Results and analysis of orthogonal experiment

PS－DS－WG复配体对可得然胶凝胶强度与高温状态脱水率影响的因素分析见图4。

由图4a可知，PS对可得然胶凝胶强度有显著的影响，这与单因素实验结果基本一致，DS、WG添加量范围是在对可得然胶凝胶强度影响不显著的区段。由图4b可知，PS、DS、WG对可得然胶的高温状态脱水率均有一定的影响，复配后各自的作用具有叠加效应，使得凝胶高温状态脱水率显著降低。综合PS－DS－WG复配体对可得然胶凝胶强度与高温状态脱水率的作用效果以及实际应用成本，选择PS－DS－WG复配体最佳配比为4.0%∶4.0%∶0.10%。

3 结论

图4 PS－DS－WG复配体对可得然胶凝胶强度（a）与高温状态脱水率（b）的影响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种物质对可得然胶凝胶强度与高温状态脱水率的影响。结果发现，PS对凝胶强度具有显著的提高作用，PS、DS、WG均可降低可得然胶的高温状态脱水率，这可能与分子的空间填充作用有一定关系。PS－DS－WG复配体能够在显著提高可得然胶凝胶强度的同时，降低其高温状态脱水率，为可得然胶在非食品应用领域特别是高温状态下长时间的极端环境应用提供了良好基础，对可得然胶应用范围的拓展具有促进作用。

[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]胡国华.功能性食品胶[M］.北京：化学工业出版社，2003：270－271.