摘 要:以低質量分數(0.01%~0.25%)結冷膠(gellan gum)為研究對象,研究了結冷膠溶膠(質量分數為0.01%~0.04%)的流變性質,考察了Ca2+質量分數及膠質量分數對結冷膠凝膠(0.05%~0.25%)的凝膠強度的影響以及Ca2+與K+在促進凝膠的協同作用.結果表明,質量分數為0.01%~0.04%的結冷膠溶膠的流變學類型接近Cross模型,該體系具有剪切稀化性、觸變性及屈服應力,且三者均隨結冷膠質量分數的增大而增大.動態測量結果表明,上述溶膠是以彈性為主的粘彈性體系,彈性所占比例隨結冷膠質量分數的增大而增大.結冷膠凝膠(質量分數為0.05%~0.25%)的凝膠強度隨膠質量分數的增大而增大;隨Ca2+質量分數的增大呈先增大后減小的變化規律,Ca2+的最適用量為200~280 mg/kg.Ca2+與K+對促進結冷膠凝膠無協同作用.
關鍵詞:結冷膠;流變性;凝膠強度;剪切稀化;觸變性;屈服應力;粘彈性
早在1978年,美國科學家就發現了結冷膠,它是由伊樂藻假單胞菌(Pseudomonas elodea)經需氧發酵產生的能形成凝膠的多糖,由4個糖分子(D-葡萄糖、D-葡萄糖醛酸、D-葡萄糖及L-鼠李糖)組成的重復單元聚合而成,其中第一個葡萄糖分子是以β(1,3)糖苷鍵與前一單元的鼠李糖分子連在一起,其余糖分子之間以β(1,4)糖苷鍵相連接[1].結冷膠在極低的用量下(質量分數為0.05%)即可形成澄清透明的凝膠.其在食品中的用量通常為0.1%~0.3%,為瓊脂和卡拉膠用量的1/3~1/2. 1990年美國FDA批準其應用于食品中,我國于1996年批準其應用于食品中[2].自發現結冷膠以來,眾多學者對其性質進行了研究,結果表明:結冷膠凝膠能力受陽離子類型、陽離子濃度及其自身濃度的影響,二價陽離子比一價陽離子促進結冷膠凝膠的能力強,其中Ca2+比Mg2+有效;二價陽離子使結冷膠形成熱不可逆性凝膠,一價陽離子使結冷膠形成熱可逆性凝膠[3].在陽離子存在時,在pH 4.0~8.0時結冷形成的凝膠的強度,幾乎不隨pH變化[4].低酰基結冷膠形成的凝膠脆,加之形成凝膠所需的膠質量分數低,因此有利于風味物質的釋放[5].以上研究結果大都是在模擬體系(質量分數大于等于0.4%[3~5])中進行的,這一數值遠遠高于其在食品體系中的實際用量.因此,作者研究了質量分數為0.01%~0.04%的結冷膠溶膠的流變性質和Ca2+對質量分數為0.05%~0.25%結冷膠凝膠強度的影響以及Ca2+與K+二者對其凝膠強度的
影響.1 材料與方法1.1 實驗材料
結冷膠:美國Kelco公司生產;KCl:食品級,市售;無水CaCl2:食品級,市售.
1.2 主要儀器
TA.XT2i物性測試儀:英國Stable microsys公司制造; AR-1000流變儀:英國TA Instrument公司制造.
1.3 實驗方法
1.3.1 低質量分數結冷膠溶膠流變性質
1)結冷膠溶膠的制備:稱一定量的結冷膠粉末在室溫下將其分散在50 mL去離子水中(盛于50mL燒杯中),在電爐上加熱至沸騰并不斷攪拌,直至結冷膠粉末完全溶解形成透明、澄清的溶液(用大約80℃的去離子水補償由于蒸發而損失的質量),再將預先稱好的CaCl2添加到熱的結冷膠溶液中并充分攪拌,在室溫下自然冷卻得結冷膠溶膠.
采用的結冷膠質量分數為0.01%~0.04%,鈣離子質量分數為200 mg/kg[6].
2)剪切稀化程度的測定及屈服應力的測定:采
用AR-1000流變儀對質量分數為0.01%~0.04%的結冷膠溶膠(每千克溶膠中含200 mg Ca2+)應用穩態轉動(steady state flow)程序進行測定.夾具為6 cm,錐板1°,測定參數為25℃,剪切速率γ為0.05~15 s-1[7].
3)觸變性的測定[6]:采用AR-1000流變儀,對質量分數為0.01%~0.04%的結冷膠溶膠(每千克溶膠中含200 mg Ca2+),調節溫度為25℃,采用兩步steady state flow程序使剪切速率先從0.05 s-1增加到15 s-1,之后立即以同樣的變化速率從15 s-1下降到0.05 s-1,記錄整個過程的粘度或剪切應力的變化情況[7].
4)結冷膠溶膠的粘彈性測定:采用AR-1000流變儀的振蕩程序(Oscillation procedure)測定不同質量分數的結冷膠溶膠的粘彈性隨振蕩頻率的變化.頻率掃描條件為:溫度25℃,頻率范圍0.01~10 Hz;控制應變為:對質量分數為0.04%,0.03%和0.02%的結冷膠溶膠取1.5% strain;對質量分數為0.01%的結冷膠溶膠取3% strain(已采用應變掃描確定此應變處于樣品的線性粘彈區).
1.3.2 凝膠強度的測定1凝膠的制備與結冷膠溶膠的制備基本相同.采用的結冷膠質量分數為0.05%~0.25%,Ca2+質量分數為60~360 mg/kg,室溫為28℃.每個樣品做3個平行樣.用TA.XT2i物性測試儀測定所形成凝膠的強度.夾具P 0.5;測定參數為: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;距離(distance)20.0 mm.取使凝膠破碎所需的最大力為凝膠強度的數值,單位為g.
1.3.3 Ca2+與K+的協同作用的測定1凝膠的制備與結冷膠溶膠的制備基本相同,不同之處在于冷卻時室溫為25℃.固定結冷膠質量分數為0.1%,Ca2+質量分數為240 mg/kg.加入KCl使K+最終質量分數為0,120,240,1 200,2 400,3 600 mg/kg.對所形成的凝膠進行凝膠強度的測定.