（食品科学专业论文）结冷胶流变行为与凝胶特性的研究.pdf

浙江工商大学硕士学位论文 结冷胶的流变行为与凝胶特性的研究 摘要 本论文采用t p a ( t e x t u r ep r o f i l ea n a l y s i s ) 方法分析了结冷胶凝 胶的质构特性；用动态流变学方法测定了结冷胶的凝胶温度、凝胶速 率、储能模量( g ，) 和损耗模量( g ”) 的变化；利用激光共聚焦显微镜 对f i t c 共价标记结冷胶进行了研究，探讨了结冷胶在酸性乳饮料中 与酪蛋白胶束的结合状态。 对结冷胶凝胶质构的研究表明：凝胶硬度随着结冷胶质量分数的 增加而增大。o 0 2 的结冷胶凝胶强度随着钙离子浓度增加而增大， 当钙离子到达0 0 1 5 , - 0 0 2 以后凝胶强度减小。相同的钙离子质量 分数条件下，添加乳酸钙的凝胶强度高于氯化钙。p h 降低会导致凝 胶强度迅速下降；柠檬酸钠可以螯合钙离子使凝胶强度下降；低质量 分数( o 1 2 5 ) 的蔗糖对于凝胶强度影响不明显。在结冷胶一卡 拉胶一魔芋胶的复配胶体系中，结冷胶是胶体硬度、弹性和内聚性的 主要影响因素。 利用流变学的方法研究了结冷胶的凝胶温度和凝胶速率，发现二 者均随着结冷胶的含量增加而升高，凝胶温度、凝胶速率与结冷胶浓 度之间的关系符合下述方程： 铀= o 4 3 8 8 4 e x p ( x g d i 。棚1 1 4 4 1 ) _ 嵋3 7 3 5 1 9 ( r 2 = o 9 8 9 ) ： g ( o = o 8 2 6 1 5 e x p ( ) i 。棚0 4 3 0 7 ) + 4 6 0 1 6 7 ( r 2 = o 9 9 9 ) 。在钙离子浓度相 浙江工商大学硕士学位论文 同的条件下，添加乳酸钙样品的模量、凝胶温度和凝胶速率均高于氯 化钙。在钙离子不过量条件下，凝胶温度与钙离子浓度之间关系均符 合下列方程：l 厂r g d ：o 0 0 0 3 5 e x p ( - x - o 0 0 4 9 4 ) + 0 0 0 3 2 4 ( r z = 0 9 9 5 ，氯 化钙源) ；l 广i 刍= o 0 0 0 2 6 e x p ( - x 0 0 0 5 5 5 ) + 0 0 0 3 2 4 ( r z = 0 9 9 3 ，乳酸钙 源) 。在结冷胶一卡拉胶一魔芋胶的复配体系中，结冷胶和钙离子的 浓度是影响凝胶温度的主要因素，卡拉胶与魔芋胶的比率影响起始凝 ，胶速率，卡拉胶：魔芋胶为3 ：l 时起始凝胶速率最大。随着卡拉胶 浓度的增a n - 次凝胶速率线性增大。 利用f i t c 荧光标记和激光共聚焦显微镜对结冷胶的成胶研究表 明：钙离子为0 0 4 ，结冷胶含量0 0 0 5 时，凝胶结构虽然有大量 的空白区域，但是已经存在连续的联结点，结冷胶0 0 1 时形成了致 密的网络状结构。结冷胶和牛乳酪蛋白的结合形式与c m c ( 羧甲基 纤维素钠) 表现出明显的差异。在酸性乳饮料中可见酪蛋白胶束聚集 在一起形成酪蛋白胶束团粒，c m c 包裹在酪蛋白胶束周围( 粒径为 2 9 5 2 9 9 1 a m ) 而对酪蛋白起到稳定作用；结冷胶则是吸附在酪蛋白胶 束上( 粒径为1 5 0 - 2 0 0 1 t m ) ，不能形成有效的保护层以阻止酪蛋白 胶束团粒的聚集。 关键词：结冷胶，凝胶特性，流变行为，f i t c ，激光共聚焦 b 浙江工商大学硕士学位论文 s t u d i e so nt h er h e o l o g i c a lb e h a v i o ra n d g e l a t i o np r o p e r t i e so fg e l l a ng u m t h et e x t u r a lp r o p e r t i e so fg e l l a ng u mw e r ei n v e s t i g a t e db yt p a ； g e l l i n gt e m p e r a t u r e ，g e l l i n g r a t ea n dg w o r ed e t e r m i n e db yu s i n g d y n a m i cr h e o l o g i c a la n a l y s i s ；t h ei n t e r a c t i o n so fg e l l a ng u m a n dc m c w i t hc a s e i nm i c e l l e si na c i d i f i e dm i l kd r i n kw o r eo b s e r v e db yl a s e r c o n f o c a lm i c r o s c o p et h r o u g hc o v a l e n t l yl a b e l i n gh t c t h er e s u l t so f t e x t u r a ls t u d ys h o wt h a th a r d n e s si n c r e a s e dw i t h i n c r e a s i n gg e l l a nc o n c e n t r a t i o n t h eh a r d n e s so f o 0 2 g e l l a ni n c r e a s e d w i t hi n c r e a s i n gc a l c i u mi o n sc o n c e n t r a t i o nu n t i lr e a c h e dac r i t i c a l l e v e l ( 0 0 1 5 , - - 0 0 2 ) ，a f l o rw h i c hf u r t h e ri n c r e a s ei nc a l c i u m r e s u l t e di na r e d u c t i o no f h a r d n e s s a tt h es a m ec o n c e n t r a t i o no f c a l c i u mi o n ，t h e a d d i t i o no f c a l c i u ml a c t a t ec a u s e dg e l st ob em u c hh i g h e rh a r d n e s st h a n i nt h ea d d i t i o no f c a l c i u mc h l o r i d e h a r d n e s sr a p i d l yd e c r e a s e dw i t hp r i f a l l i n gd o w n ；s o d i u m c i t r a t ec a nd e c r e a s et h eh a r d n e s s ；a n dl o w c o n c e n t r a t i o n ( 0 o 1 2 5 ) o f s u c r o s es h o w e d l e s se f f e c to nt h eh a r d n e s s o f g e l l a n i nt h em i x e dg e l so f g e l l a n - e a r a g e e n a n - k o n j a c ，g e l l a ni st h e m o s te f f e c t i v ef a c t o rt ot h eh a r d n e s s ，s p r i n g i n e s sa n dc o h e s i v e n e s s g e l l i n gt e m p e r a t u r ea n dg e l l i n gr a t ew o r es t u d i e db yr h c o l o g i c a l 浙江工商火学硕士学位论文 b e h a v i o u r , a n db o t ho f t h e mi n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gg e l l a n c o n c e n t r a t i o n ，a n dt h ee q u a t i o ns h o w n b e l o w ： h d = 0 4 3 8 8 4 e x p ( x g d t j 0 1 1 4 4 1 ) + 3 3 7 3 5 1 9 ( r 2 = o 9 8 9 ) ； g ( 珍= o 8 2 6 1 5 e x p ( x 鲥t j 0 0 4 3 0 7 ) + 4 6 0 1 6 7 ( r 2 = 0 9 9 9 ) a tt h es a m e c o n c e n t r a t i o no f c a l c i u mi o n ，c a l c i u ml a c t a t ee x h i b i t e dg r e a t e re f f e c t so n t h eg ，g e l l i n gt e m p e r a t u r ea n dg e l l i n gr a t et h a nc a l c i u mc h l o r i d e u n d e r t h ec r i t i c a ll e v e lo f c a l c i u mi o nc o n c e n t r a t i o n ，o u rs t u d yi n d i c a t e d e x p o n e n t i a lr e l a t i o n s h i pb e t w e e ng e l l i n gt e m p e r a t u r ea n d c a l c i u mi o n c o n c e n t r a t i o ns h o w nb e l o w ： 1 = o 0 0 0 3 5 e x p ( x j o 0 0 4 9 4 ) + 0 0 0 3 2 4 ( r 2 = 0 9 9 5 ，c a l c i u m c h l o d d e ) ；1 t g d = o 0 0 0 2 6 e x p ( 一x 0 0 0 5 5 5 ) + 0 0 0 3 2 4 ( r 2 = 0 9 9 3 ，c a l c i u m l a c t a t e ) i nt h em i x e dg e l so f g e l l a n - c a r a g e e n a n k o n j a c ，t h ec o n c e n t r a t i o n s o fg e l l a na n dc a l c i u ma r et h em a j o rf a c t o r sw h i c ha f f e c t e dg e l l i n g t e m p e r a t u r ea n dg e l l i n gr a t e t h er a t i oo f c a r a g e e n a n t ok o n j a ca f f e c t st h e f i r s ts t a g eo f g e l l i n gr a t ew h i c hr e a c h e dt h eh i g h e s tw h e nt h er a t i oi s3 ：1 t h es e c o n ds t a g eo f g e l l i n gr a t el i n e a ri n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n g c a r a g e e n a nc o n c e n t r a t i o n t r o u g hf i t cl a b e l i n gg e l l a ng u ma n dl a s e rc o n f o c a lm i c r o s c o p e o b s e r v i n g ，o u rr e s u l t ss h o w nt h a to 0 0 5 g e l l a ng u mf o r mc o n t i n u o u s j u n c t u r ew i t h0 0 4 c a l c u i m i o nt h o u g ht h e r ea r ew i d e l yv o i da r e a s t h r o u g h o u t t h eg e l 0 0 1 g e l l a nf o r mh o m o g e n e o u sa n dc o m p a c t n e t w o r k t h ei n t e r a c t i o no fc a s e i nm i c e l l e sw i t hg e l l a ni sd i f f e r e n tw i t h d 浙江工商大学硕士学位论文 c m c i nt h ea c i d i f i e dm i l kd r i n k , f e wc a s e i nm i c e l l e sa g g l o m e r a t e t o g e t h e rt of o r mar o u n dp a r t i c l e ，c m cc o a t e dt h ep a r t i c l et os t a b i l i z e c a s e i nm i c e l l 嚣w i t hd i a m e t e r2 9 5 2 9 9 i t m w h i l eg e l l a na d s o r b e do n t o c a s e i nm i c e l l e sw i t hd i a m e t e r1 5 2 0 r t m g e l l a nc a n n o tf o r mp r o t e c t i n g l a y e ra r o u n dt h ec a s e i nm i c e l l e sp a r t i c l et op r e v e n tt h ec a s e i nm i c e l l e p a r t i c l e sf r o ma g g l o m e r a t i n gt o g e t h e r k e y w o p , d s ：g e l l a ng u m , g e l a t i o np r o p e r t i e s ，r h e o l o 百c a lb e h a v i o u r , f i t c ， 浙江工商大学硕士学位论文 缩写词表 t p at e x t u r ep r o f i l ea n a l y s i s质构分析方法 c m cs o d i u mc a r b o x y m e t h y lc e l l u l o s e羧甲基纤维素钠 f i t c f l u o r e c e i ni s o t h i o c y a n a t e异硫氰酸荧光黄 g s t o r a g em o d u l u s储能模量 g ”l o s sm o d u l u s损耗模量 d m s o d i m e t h y ls u l f o x i d e 二甲基亚砜 g ( t )g e l l i n gr a t e凝胶速率 1 g e l = t ( ) + 2 7 3g e l l i n gt e m p e r a t u r e 凝胶温度 x 刚l 。 结冷胶质量分数 x i钙离子质量分数( 氯化钙源) 墨钙离子质量分数( 乳酸钙源) 浙江丁商大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得浙江工商大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 签名：筐趑 日期：加7 年月叫e l 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解浙江工商大学有关保留、使用学位论文 的规定：浙江工商大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签名：篮型亟监 导师签名 日期：口7 年月z 2 日 浙江工商大学硕士学位论文 引言 第一章前言 结冷胶( g d l a ng u m ) 是一种微生物多糖，是伊乐藻假单胞杆菌c p 螂“如，l d 脚 e l o d e a ) ，后确认为少动鞘脂单胞菌( s p h i n g o m o n a sp a u c i m o b i l i s ) 所产生的胞外多 糖。它于1 9 8 7 年由美国k e l c o 公司生产制造，1 9 9 2 年获得f d a 认证，是可应 用于食品的微生物胞外多糖。结冷胶为相对分子质量高达1 0 0 万左右的阴离子型 线形多糖，具有双螺旋结构，其单糖分子组成是葡萄糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸， 分子组成大约为2 ：1 ：i l 。 结冷胶的应用范围非常的广泛，在食品工业中主要作为添加剂使用，如布丁， 果冻，白糖，饮料，奶制品，果酱制品，面包填料，表面光滑剂，糖果，糖衣， 调味料等。结冷胶还可以应用于非食品产业中，如微生物培养基，药物的缓慢释 放，牙膏等。 第一节结冷胶的结构和特性 一、结冷胶的分子组成及存在形式 结冷胶是由伊j ，3 - d 葡萄糖，伊j ，乒d - 葡萄糖酸和d j ，彳z 鼠李糖按摩尔 比2 ：l ：l 组成，这些单体形成线形四糖聚体单位，分子量约为5 1 0 4 道尔顿脚 坚固的双螺旋形态是结冷胶区别于其他胶族成员的特点，结冷胶多糖链乎行排列 成半交错的互相缠绕的螺旋结构，每个多糖链形成一个左手三叠螺旋，两条螺旋 通过氢键相互作用来稳定p l 。 二、结冷胶的类型及特点 结冷胶主要有三种存在形式，即天然结冷胶、低酰基结冷胶、低酰基纯化结 冷胶嗍。天然结冷胶的主链上因为连接有酰基，使得它所形成柔软的凝胶，富有 弹性且粘着力强。脱酰基结冷胶由于主链上的酰基部分或全部被除去，使得分子 浙江工商大学硕士学位论文 问空间阻碍作用明显减弱，形成凝胶能力增强，具有强度大、易脆裂的特点。 低酰基结冷胶与阳离子形成脆性、透明凝胶，高酰基结冷胶形成乳白色、弹 性凝胶，高酰基结冷胶溶解后比较粘稠，内聚性高，适合做增稠剂，而低酰基则 适合做凝胶剂，高酰基经过碱处理并加热后可以脱去酰基，进一步沉淀精致便得 到低酰基的结冷胶。 虽然高酰基结冷胶体比低酰基结冷胶胶体柔软，但是在高温下高酰基结冷胶 比低酰基结冷胶在构象上更有次序，因此高酰基结冷胶的结构本质更稳定。两者 混合时，高酰基结冷胶含量越多，保水性和弹性越好，混合胶的可形变能力可达 到低酰基结冷胶的四倍，凝胶温度也高于低酰基结冷胶，可见高酰基低酰基的 比例对胶体性质的影响比较大p 】。 r1 吃酣 图i - l ：高酰基结冷胶分子模式图 f i g l l ：t h em o l e c u l em o d eo f h i g ha c y lg e l l a ng u m o 图1 2 ：低酰基结冷胶分子模式图 f i g l - 2 ：t h em o l e c u l em o d eo f l o wa c y lg d l a ng u m 第二节结冷胶的凝胶特性 一、结冷胶凝胶理论 结冷胶溶于水后，分子之间会自动聚集形成双螺旋结构，两条分子链以右旋 方式形成并行的螺旋，稳定双螺旋结构的作用力主要是分子间氢键，双螺旋进一 2 浙江工商大学硕士学位论文 步聚集可形成三维网状结构 6 1 。在有序状态下，结冷胶分子量为2 3 8 1 0 4 道尔 顿，呈双螺旋构象的结冷胶分子相对笔直，长9 8 n m ，回转半径1 0 0 n m ，结冷胶 分子在较低浓度下o 1 即可以相互牵连在一起，在凝胶过程中，链的相互牵连 作用起到关键作用【刀。结冷胶能溶于冷水，在9 0 以上更易溶解，添加一定量盐 离子后，溶液冷却至大约3 0 3 5 转变成凝胶【耵。 结冷胶的凝胶机制研究的已经很广泛，通常认为通过离子连接点形成网络结 构 9 1 。然而m o r i i s 提出了纤维模式结构，否认传统的空间交联域模式【1 0 】l i l j 。结 冷胶的凝胶机制认为是阳离子引发的双螺旋间的聚合交连，阳离子促进分予内的 交联作用、稳定双螺旋结构和加速双螺旋形成三维网络状结构结冷胶分子上的 羧基由于静电作用相互捧斥，形成卷曲的分子形式，加入阳离子屏蔽了静电效应， 并且与羧基结合，低温下形成了有序结构，因此随着阳离子质量分数的提高，凝 胶强度也随之提高；但过多的阳离子又会阻碍结冷胶双螺旋结构的有序聚集，减 弱凝胶，所以当钙离子质量分数超过一定限度，又会使凝胶强度下降。 一价离子认为是与四糖重复结构的羧基相连的，水分子作为两个临近羧基链 的桥梁【挖】。y y u g u c h i 等研究了钾盐与结冷胶的凝胶模型，通过加入金属盐，结 冷胶水溶液渐渐形成凝胶，表明凝胶特性依赖于盐的种类和浓度，在低浓度的盐 离子存在下，凝胶产生了单层平坦的粒子聚合结构，然后进一步添加盐离子就会 形成并排的双螺旋聚合，组成了多层聚合结构【1 3 1 ，如图1 3 所示： 蚺一k 矿崩婶枞坷，赢 一一瓠觏舞姆霞糖赢 z 量t m 图1 3 ：结冷胶和钾离子的凝胶模型 f i g l 一3 ：t h eg e l a t i o nm o d eo fg e l l a ng u mw i t hl 【 结冷胶的重复单元结构的羧基与钙离子相连，钙离子作为连接点，使结冷胶 分子构象从无序的状态变为有序状态f 1 4 1 。因此钙离子比钾离子和钠离子对胶体 的硬度影响更显著【1 5 】。结冷胶凝胶强度对离子的类型、离子价和浓度都很敏感， 随着离子和胶浓度的增加，凝胶强度增加；但离子浓度超过一定的范围，凝胶强 度又开始下降，即根据胶浓度的不同，存在一个最适钙离子的用量。n i c k e r s o n 浙江工商大学硕士学位论文 总结了结冷胶的凝胶点与浓度、温度、离子强度和离子类型的关系，l a u a 提出 当结冷胶含量固定时，当钙离子含量低于临界值时，其黏度随钙离子含量增加而 升高，当钙离子含量超过临界值时，则随着钙离子含量的增加而降僻怕】。结冷 胶对钙、镁离子敏感，钠盐和钾盐也能形成凝胶但是用量比较大，大约0 5 m m o l l 浓度的钙离子和镁离子就相当于约1 5 0 m m o l l 的钾离子和钠离子能在0 5 凝胶 中产生最大的模量。钾离子和钙离子在促进结冷胶凝胶上无协同作用，因为少量 的c 不能使结冷胶链形成足够量的氢键连接，同时又减弱了c a 2 + 的作用，而当 k + 质量分数增大到一定程度时，反过来溶液中就主要以k + 为主体，但由于c a z + 的存在，二者互相竞争不能形成有序的双螺旋，影响凝胶的强度【i - q 。 二、温度对凝胶的影响 结冷胶对温度、酸、酶都有很强的抗性，温度上升时结冷胶粘度迅速下降， 但冷却后粘度又能完全恢复，当温度降低到凝胶温度后迅速形成凝胶，高于凝胶 温度时，结冷胶溶解在水溶液中是无序的卷曲，冷却到某一特定的温度时，转变 成大致协调的双螺旋构象。结冷胶的凝胶温度和融化温度相差很大，凝胶温度在 3 0 - 4 0 左右，而融化温度高达1 2 0 ，这对于结冷胶的应用非常有利。冷却速度 对凝胶也有影响，较低保温温度( 0 c - 4 c ) 形成弹性凝胶，成胶速度快，而较高 保温温度( 1 0 ) 形成的凝胶弹性较小，而且凝胶时间比卡拉胶短f l 卅 第三节结冷胶流变特性研究 一、结冷胶及混合胶体的流变行为 结冷胶水溶液粘度随浓度的升高增大，温度升高而减小，p h 值影响很小。 结冷胶在0 0 1 - 0 0 4 的范围呈假塑性流体特性，当结冷胶含量大于0 0 5 时， 则基本上里半固体状【。低质量分数的结冷胶的流变学类型接近c r o s s 模型，具 有剪切稀化性、触变性及屈服应力，并且三者均随结冷胶质量分数的增大而增大 结冷胶流变学特性依赖于胶体浓度和温度。4 5 ( 2 ，t 5 的体系中呈现牛顿特性； 5 - 2 0 1 2 ，o 5 的溶液呈非牛顿特性 2 0 l 。不添加盐离子的结冷胶溶液表现出牛顿特 性，添加单价和二价盐离子，则表现出非牛顿特性，典型的“流体凝胶”特征具 4 浙江工商大学硕士学位论文 有屈服应力、触变性和高度的剪切稀释的特征 n a k f m m r a 研究了结冷胶溶液的流变特性，对钙离子和温度对凝胶的形成作 用进行了探讨，提出凝胶温度与钙离子浓度的呈指数关系1 2 。钙离子促进结冷 胶形成双链连接点，从而形成凝胶，很多的连接点彼此相连就形成了三维的凝胶 网络形式，液体变成了稳定的固体相胶体，k a n g 用流变学理论来讨论了液态变 成固态的相变过程，认为相变的起始点既凝胶温度，凝胶温度取决于溶液的浓度 1 2 2 1 。 r o d r i g u e z - h e m m d e z 和m i l a s 研究了结冷胶与l _ 卡拉胶、结冷胶与黄原胶的 混合体系，研究发现卡拉胶与黄原胶对结冷胶没有增效作用，但是改善了结冷胶 的缩水性和脆性，卡拉胶主要增强结冷胶的弹性，黄原胶则改善了混合胶体的粘 性【2 3 1 1 2 4 1 。卡拉胶与刺槐豆胶在总含量相同的条件下，变换它们的比例关系，体 系也没有明显的增效作用【2 5 l 【2 6 1 ，钾离子与卡拉胶的储能模量大于钙离子或者其 他一价离子鲫。m o r i t a k a 研究了胶体粒子对于结冷胶流变学的影响，用结冷胶 与钙离子制作的胶体溶液通过搅拌后制成胶体粒子，添加到结冷胶的溶液中形成 混合胶体，研究发现结冷胶的羧基与钙形成的桥梁重新排列，与胶体粒子形成矩 阵组合，胶体粒子的效果与钙离子的存在有关f 2 射。 二、凝胶温度与凝胶速率 结冷胶凝胶的过程是结冷胶分子由无规则的蜷曲状态转变为有序的双螺旋 结构，并且形成一个连续的三维网络结构的过程。t 柚g 提出了凝胶温度的计算方 法：随着温度降低，g 卸时，图像与x 轴的交点定义为凝胶温度1 2 9 ) 3 0 1 。g 峙菡述体 系的弹性，代表类固体的特征；g ”描述体系的粘性，代表类液体特征。 g o f 瞧出了凝胶速率的方程算法【3 1 】： 础，；丽篙熹百a t e m p e r a t u r e = 盖 ( 。- 1 ) a g a t c m p e r a t u r e 为图像的斜率系数，a t c m p c r a t u r e a t i m e 为冷却速率。 n i c k e r s o n 的研究表明，钙离子浓度随凝胶温度呈指数方式变化i 嘲，m i y o s h i 提出当结冷胶含量大于2 时，体系的g 曲线存在两个转变温度，高温转变点对 应着分子链从卷曲状态到螺旋结构的转变温度，而低温转变点为凝胶转变完全的 5 浙江工商大学硕士学位论文 温度f 3 2 1 。l a u 研究了明胶一结冷胶复配体系中钙离子对其的影响，提出了凝胶温 度的倒数与复配胶体的质量分数和钙离子的质量分数成指数关系 4 5 1 。 第四节凝胶微观结构的研究 一、激光共聚焦显微镜观察 用激光共聚焦显微镜观察结冷胶，要用荧光素共价标记结冷胶。j a n s s o n 用 荧光的方法标记了结冷胶，观察到1 8 结冷胶与2 ：5 明胶的结合方式：结冷胶 形成网络状支架，明胶以不连续的状态存在在空隙之间【3 3 1 0 4 1 激光共聚焦显微镜观察可以证明低质量分数的结冷胶是由离子诱导形成的 网络结构，其密度取决于结冷胶的浓度，网络结构的加强随着结冷胶浓度的增加 而加强。结冷胶在很低的浓度( o 0 0 5 ) ，含c a c i 2 浓度l o m m o f d m 3 时，体系已 经形成了初始纤细的网络结构，虽然有大量的空白区域，但可以观察到连续的凝 胶连接点，随着结冷胶浓度的升高，体系的网络结构更连续、更密集。结冷胶浓 度达o 5 时，形成结实的、复杂的网络结构1 3 5 ) 【蚓。 二、电镜观察 结冷胶的微观结构反应了它在较长时间范围的稳定性，如在长时闻储存后的 保水性和质构稳定性。氯化钙浓度不同，结冷胶的微观结构存在差别，因此保水 性、稳定性也不同。用电镜观察不同钙离子浓度的结冷胶凝胶结构，可观察出不 连续的孔分布在胶体中，较大的孔是由粗实的凝胶网络形成，较小的孔是由细薄 的网络结构形成的。当钙离子浓度达到特定值，形成尺寸最小的孔，然而此时也 是凝胶强度由弹性转向脆性的点在临界钙浓度之外，减少钙浓度，孔的尺寸增 大；增加钙离子浓度，孔的尺寸也增大，网络的联结变厚，大孔的粗实的连结链 结构能承受更大得外力，而小孔结构有更好的保水性能，如图2 所剥”】： 6 浙江工商大学硕士学位论文 图1 - 4 ：电镜图片，1 的结冷胶和( a ) 4 ，( b ) 6 ，( c ) 2 0 ，( d ) 6 0 m mc a 2 + 【引自参考文献3 7 】 f i g l - 4 ：s e mm i c r o g r a p h so fi g e l l a ng u mw i t h 斜，( b 砥( c ) 2 0 ，( d ) 6 0 m mc a z + e i t e d f r o mr e f e r e n c e3 7 】 第五节混合胶体体系的研究 一、蔗糖对结冷胶的影响 ( 一) 对凝胶温度及透明度的影响 凝胶温度通常因添加蔗糖而增加，每增加1 0 的蔗糖，凝胶温度会升高1 5 3 ，但是阳离子浓度都很高时，添加高浓度的蔗糖会使凝胶温度减小。结冷 胶在水溶液中双螺旋链延伸、交错形成“连结区域”，在凝胶点时，连结区域的 长度是5 6 3 n m ，随着凝胶过程的发生，不断形成连结区域，并且结冷胶双螺旋 会有序地填充到已形成的连结区域，因此当完全凝胶时，连结区域可达到7 0 h m 。 向结冷胶水溶液中加入蔗糖，可以增加溶液的粘度，从而阻止结冷胶双螺旋进入 “连结区域”，从而减小连结区域内，连接区域越小透明度越好，因此添加蔗糖 7 浙江工商大学硕士学位论文 可显著增加凝胶的透明度p 射。 ( 二) 对凝胶质构的影响 蔗糖是甜点和糖果中主要的原料，能够影响凝胶质构。低阳离子浓度下，添 加蔗糖可增加胶体强度，但是高阳离子浓度下，添加蔗糖会减弱胶体强度。钙离 子和蔗糖在稳定胶体网络的有序结构中起到相互补充的作用，当凝胶强度所需的 钙离子达到饱和时，添加少量的蔗糖会使结冷胶分子过度凝聚，导致屈服特征强 度降低【3 9 1 。 g i b s o n 等人认为少量蔗糖分子的加入阻碍了凝胶分子问的交联，使网状结 构强度减弱，凝胶强度下降，随着蔗糖浓度的增加，凝胶中自由水减少，进而使 凝胶网络结合的紧密，强度增大。当蔗糖浓度继续增加，凝胶受蔗糖分子影响度 下降，钙离子与蔗糖的互补起到稳定和控制结冷胶的网络结构的作用【帅j 。t a n g 研究了果糖、蔗糖对结冷胶凝胶温度和透明度的影响，添加蔗糖会使低质量分数 的结冷胶的凝胶温度升高；添加3 5 的果糖对于凝胶温度没有影响【4 1 j 。 二、明胶一结冷胶体系的研究 p a p g e o r g i o u 和k a s p a s i s i 正明了明胶与结冷胶混合可以增强胶体的强度，在添 加相对高浓度蔗糖和玉米糖浆的条件下，明胶一蔗糖低酰基结冷胶体系比明胶 一蔗糖体系的凝胶强度大，且储能模量与凝胶温度之间符合指数关系式1 4 2 。l a u 研究了明胶和结冷胶混合体系的质构，得出混合体系的硬度随着结冷胶质量分数 的减小而减小；混合体系的硬度随着钙离子质量分数的增大而增大，直到钙离子 达到某一临界值，硬度开始下降。硬度、弹性和粘性在低钙离子质量分数时影响 较为显著；在较高浓度钙离子存在条件下i 结冷胶为连续的网络结构，而明胶则 是不连续的存在方式【4 3 删。 三、木糖葡聚糖和结冷胶混合物的凝胶化 ( 一) 协同作用 结冷胶和木糖葡聚糖( x y l o g l u c a n ) 分别在0 5 w w 和0 7 5 w w 时不能形 成凝胶体，但是0 0 5 w w 的结冷胶和0 7 w w 的木糖葡聚糖混合物能形成凝 胶，这说明了结冷胶和木糖葡聚糖有协同作m r 4 5 l 。 浙江工商大学硕士学位论文 ( 二) 二者关系结构 二元多糖凝胶的网络结构分为四种：性质相反的两种多糖形成相分离网络结 构；两种多糖缠在一起形成的连结网络结构；不存在分子间连接、非相分离的， 形成的一种多糖在另一种多糖形成的网络结构中间的膨胀网络。因为在混合物中 只有结冷胶能形成类似纤维结构的网络结构，c a i r n s 认为木糖葡聚糖结冷胶体 系属于膨胀的网络体系，木糖葡聚糖居住在结冷胶所形成的网络的空隙内，并且 使网络膨胀嗍 四、高低乙酰基的混合体系 m a o 研究了高酰基和低酰基结冷胶混合体系的质构特征，得出两者的比例对 于混合胶体的质构性质有重要影响，混合胶体的性质优于其他胶体，混合胶更柔 韧，并且硬度与低酰基结冷胶相似，两者的最大增效混合比为5 0 5 0 m 。 第六节结冷胶的应用研究 由于结冷胶优越的凝胶性能，目前己逐步取代琼脂、卡拉胶的使用，广泛的 应用在食品工业中，如布丁、果冻、饮料、奶制品、果酱制品、面包填料、表面 光滑剂、糖果、糖衣、调味料等。结冷胶可以增强面制品面条的硬度、弹性和粘 性，也有改善口感、抑制热水溶胀，减少断面和减轻汤汁浑浊等作用；也可以起 到改良饼干的层次，使饼干具有良好的疏松度；结冷胶作为稳定剂应用于冰淇淋 可提高保型性；用于蛋糕、奶酪饼中，具有保湿、保鲜和保形的效果；用于糖果 可以给产品提供优越的结构和质地，并缩短淀粉软糖胶体成型时间；也可用于替 代果胶制备果酱和果冻，用于糕点和水果馅饼填料；在肉制品和蔬菜类制品的加 工过程中，添加结冷胶会使其具有清爽的品味，起到弥补产品口味不足的良好作 用。 n 啪鼯比较了卡拉胶与结冷胶对牛奶布丁的质构影响，得出结冷胶在生产方 面优于卡拉胶，结冷胶5 1 0 1 1 即可凝胶，而卡拉胶则4 6 天才可以完全凝胶1 4 钉。结 冷胶也在非食品产业中应用，如微生物培养基，药物的缓慢释放。m i y a z a k i 研究 了用结冷胶作药物缓释液的动力学，发现1 的结冷胶溶液在有钙离子存在的条 件下，药物在小鼠的胃里可长达6 小时缓慢释放1 4 9 | 。 9 浙江工商大学硕士学位论文 第七节本课题研究的意义和内容 结冷胶是一种新型的微生物多糖，目前较广泛的作为食品添加剂应用在食品 中，然而国内的研究较少，应用研究方面几乎空白，因此对结冷胶的凝胶性质及 应用研究是有现实意义的。 一、结冷胶的凝胶性质研究 我国应用起步晚，关于结冷胶的性质了解并不完全、不系统，因此系统的研 究结冷胶的凝胶性质及一些影响因素，对于实际应用有指导意义。 本文采用质构仪分析结冷胶的凝胶，确定结冷胶含量、钙离子含量、一价离 子、蔗糖、柠檬酸、柠檬酸钠及对结冷胶硬度和弹性等的影响，并研究了结冷胶 与其他胶体配合使用的相互影响关系。 二、结冷胶的流变特性及凝胶温度研究 胶体的流变特性能够较好的反映出胶体凝胶过程中的变化，因此利用温度扫 描测量结冷胶及复配胶体的储能模量和损耗模量，观察结冷胶凝胶过程的储能模 量变化情况，进而分析结冷胶的凝胶温度，凝胶速率。 本文结合质构、流变特性及结冷胶激光共聚焦图片推测分析了结冷胶及复配 胶体的微观结构。 三、结冷胶与酪蛋白结合关系的研究 结冷胶在乳品中应用较少，应用存在着困难，目前有关于卡拉胶、果胶与酪 蛋白结合关系的研究，结冷胶与酪蛋白相互作用的研究未见报道。牛乳中酪蛋白 胶束包括a s i 一，a s r ，p ，k - 酪蛋白，s p a g n u o l o 在研究酪蛋白胶束与卡拉胶之间 的相互作用时提出酪蛋白胶束的直径大概2 0 0 n t o ，l c - 酪蛋白短链从酪蛋白胶束表 面突出出来使表面熵最大化，使得酪蛋白之间相互排斥，卡拉胶连接在酪蛋白胶 束的k _ 酪蛋白短链上 5 0 1 1 5 1 】。t r o m p 研究了酸性乳饮料中果胶作为稳定剂的稳定机 理，提出小部分果胶吸附在l 骆蛋白胶束上，大部分果胶分子游离在溶液中，果 1 0 浙江工商大学硕士学位论文 胶包裹酪蛋白胶束形成稳定的体系钮，但酪蛋白胶束在酸性乳饮料中的存在方 式有待进一步分析，本论文研究结冷胶与酸性乳饮料中酪蛋白的关系是一个全新 的内容，具有重要意义。本文用f i t c ( 异硫氰酸荧光素) 共价标记结冷胶，罗 丹明标记酪蛋白胶束，用激光共聚焦显微镜镜观察荧光一结冷胶与牛乳蛋白的结 合方式 浙江丁= 商大学硕士学位论文 第二章实验方法及理论简介 一、t p a ( t e x t u r ep r o f i l ea n a l y s i s ) 质构测定 在食品的制造生产及消费过程中凝胶体系都要经历变形，这种变形可以是 可逆的也可以是不可逆的，不可逆的变形最终导致食品的破裂。在食品的力学 特性研究中人为的将变形分为大变形与小变形，小变形实验是指通过应力流变 仪在不使食品胶体破裂的情况下进行的，而大变形实验则破坏了胶体的结构， 质构特性的测定是在大变形的基础上进行的。传统的单点测试如凝胶强度测定 被人们用来表征凝胶的特性。然而单点测试都是基于破裂测试并不能反应出胶 体完全的力学特性，最近几十年来人们做了大量的力学测试的开发尽量的模仿 食品质构的感官评价在这些工作中t p a ( t e x t u r ep r o f i l ea n a l y s a r ) 已广泛的应 用于许多食品的质构测定，下面为t p a 的参数【删： 硬度：是第一次压缩时的最大峰值，多数食品的硬度值出现在最大变形处。 内聚性：表示测试样品经过第一次压缩变形后所表现出来的对第二次压缩 的相对抵抗能力，在曲线上表现为两次压缩所做正功之比( 面积2 面积1 ) 。 弹性：弹性是用第二次压缩中所检测到的样品恢复高度( s 2 一s 1 ) 和第一次 的压缩变形量( d 1 ) 之比值来表示。 孕 曼 图2 - l ：脆性凝胶体的质构曲线分析图 f i 9 2 - 1 ：t e x t u r ep r o f i l e a n a l y s i so f b r i t t l eg e l 浙江工商大学硕士学位论文 二、流变学简介 流变学是研究材料流动及变形的科学。通常，流变学方法分为两种：一种 是静态方法，即静态剪切流的方法，主要是研究连续变形下粘度、应力或第一 法向应力差与应变速率的关系。但是这种方法是在大形变下，很容易破坏材料 的结构，很难准确获取材料结构的信息。另一种是动态方法，即振荡剪切流的 方法。通常是在小应变的条件下，在不破坏材料结构的条件下，呈现出的线性 粘弹响应对材料形态结构的变化十分敏感。 对于弹性固体而言，其具有确定的外形和尺寸，在外力作用下会发生变形， 但当外力去除后，能够恢复原来的形状和尺寸。理想的弹性固体的应力和应变 服从虎克定律，盯2 彬，g 为剪切模量，即应力和应变之间是线性关系，物体 受力时会立即产生应变，应变的大小只与应力有关，而与时间无关。而粘性液 体却没有确定的形状和尺寸，所产生的形变是不可逆的。理想的粘性液体服从 仃：打塑 牛顿定律，应力一与应变速率影出符合线性关系，西，7 为粘度，即物 体受到应力作用后，所产生的形变不仅和应力大小有关，而且会随时间变化。 大多数的材料在外力作用下，具有强烈的对外力作用的时间或速率依赖性， 它的力学行为介于粘性液体和弹性固体之间，同时表现出固体的弹性和液体的 粘性，属于典型的粘弹性物质。 若将g 和g ”表示成复数形式，有 g 宰= g g ” ( 卜2 ) 式中，g 为实数模量或储能模量，反映了材料形变时能量储存的大小；g “ 称为虚数模量或损耗模量，它反映了材料形变时能量损耗的大小。g + 为复数 模量。 动态模量( 又称绝对模量) 可以按照下式计算 j 。_ _ - _ _ _ _ _ ，_ _ _ _ _ _ _ 一 g = i g l = g 2 + g ” ( 1 3 ) 一般情况下，g ”远比g 小的多，所以g 。可以直接作为材料的动态模量。 浙江工商大学硕士学位论文 引言 第三章结冷胶凝胶性质的质构研究 第一节结冷胶对凝胶性质的影响 结冷胶的含量对于凝胶结构的硬度和弹性都有影响，在实际应用中，确切的 了解结冷胶的硬度和弹性对于实际应用会提供很大方便。为了研究结冷胶含量不 同时，凝胶质构的变化规律，本章节研究了在结冷胶实际应用范围内，胶体硬度 和弹性的变化，由于它是一种低粘度的凝胶，所以黏度不做探讨。 一、实验部分 ( 一) 原料 结冷胶：食品级，低酰基，浙江天伟生物技术有限公司 氯化钙：a r ，宁波市化学试剂厂 乳酸钙：a r ，浙江杭州萧山化学试剂厂 ( 二) 样品镧备 选取特定的钙离子浓度，来研究结冷胶的含量对胶体的影响，通过实际应用 的经验，选择氯化钙浓度0 0 6 ，因为这个钙离子子浓度的凝胶性质较好，分别 称量o 0 3 0 0 4 0 0 5 ，o 0 6 ，o 0 8 o 1 ，0 2 ，0 3 o 6 的结冷胶溶解于 7 0 水中，用恒温磁力搅拌器搅拌溶解至澄清，加入配制好的氯化钙溶液，搅拌 均匀后，室温冷却，放置1 2 小时后待测，每组做三个平行实验，质构分析取其 平均值。 注：文章中出