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1、結(jié)冷膠的成膠特性及應(yīng)用研究進(jìn)展孟岳成洪倫波 陳波 王偉潮浙江工商大學(xué)食品生物與環(huán)境工程浙江天偉生化工程有限公司摘要：本文綜述了結(jié)冷膠的凝膠特性，凝膠機(jī)制和流變學(xué)特性，對(duì)結(jié)冷膠的凝膠原理、顯微結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了闡述，并介紹了結(jié)冷膠復(fù)配體系的特點(diǎn)及其應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：結(jié)冷膠；凝膠性質(zhì)；流變性；微觀結(jié)構(gòu)；應(yīng)用GelationPropertiesandApplicationoftheGellanGumAbstract:Thispaperreviewedthegelatincharacteristics,gelationme
2、chanismandrheologicalpropertiesofgellangum,italsoexpatiatetheprincipleandmicrostructurenetworkofthegelation,thepropertyofcomplexgellangumandprospectofapplicationwerealsointroduced.Keywords:gellangum;gelation;rheologicalproperty;microstructure;application1.前
3、言結(jié)冷膠(gellangum)是一種微生物多糖，是伊樂(lè)藻假單胞桿菌(Pseudomonaselodea)，后確認(rèn)為少動(dòng)鞘脂單胞菌(Sphingomonaspaucimobilis)所產(chǎn)生的胞外多糖。它于1987年由美國(guó)Kelco公司生產(chǎn)制造，1992年獲得FDA認(rèn)證，是可應(yīng)用于食品的微生物胞外多糖。結(jié)冷膠為相對(duì)分子質(zhì)量高達(dá)100萬(wàn)左右的陰離子型線形多糖，具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，結(jié)冷膠的單糖分子組成是葡萄糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸，分子組成大約為2：1：1[1]。結(jié)冷膠具有凝膠形成能力強(qiáng)、透明度高、耐酸耐熱性能好,在室溫下
4、，結(jié)冷膠有很強(qiáng)的保水能力，在4℃儲(chǔ)存4個(gè)月水分損失率僅是1?2%。在食品領(lǐng)域主要用作增稠劑、穩(wěn)定劑、凝結(jié)劑、懸浮劑和成膜劑，它能夠賦予食品一種令人愉悅的質(zhì)地和口感。2、凝膠性質(zhì)2.1離子結(jié)冷膠能溶于冷水，在90℃以上更易溶解，添加一定量鹽離子，溶液冷卻至大約30-35℃轉(zhuǎn)變成凝膠[2]。結(jié)冷膠凝膠強(qiáng)度對(duì)離子的類型、原子價(jià)和濃度都很敏感，隨著離子和膠濃度的增加，凝膠強(qiáng)度增加；但離子濃度超過(guò)一定的范圍，凝膠強(qiáng)度又開始下降，即根據(jù)膠濃度的不同，存在一個(gè)最適鈣離子的用量。結(jié)冷膠對(duì)鈣、鎂離子敏感，鈉鹽和鉀鹽也能形成凝膠
5、但是用量比較大，大約0.5mmol/L濃度的鈣離子和鎂離子就相當(dāng)于約150mmol/L的鉀離子和鈉離子能在0.5%凝膠中產(chǎn)生最大的模量。鉀離子和鈣離子在促進(jìn)結(jié)冷膠凝膠上無(wú)協(xié)同作用，因?yàn)樯倭康模耍荒苁菇Y(jié)冷膠鏈形成足夠量的氫鍵連接，同時(shí)又減弱了Ca2＋的作用，而當(dāng)Ｋ＋質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到一定程度時(shí)，反過(guò)來(lái)溶液中就主要以Ｋ＋為主體，但由于Ca2＋的存在，二者互相競(jìng)爭(zhēng)不能形成有序的雙螺旋，影響凝膠的強(qiáng)度［3］。2.2溫度結(jié)冷膠對(duì)溫度、酸、酶都有很強(qiáng)的抗性，溫度上升時(shí)結(jié)冷膠粘度迅速下降，但冷卻后粘度又能完全恢復(fù)，當(dāng)溫度降低
6、到凝膠溫度后迅速形成凝膠，高于凝膠溫度時(shí)，結(jié)冷膠溶解在水溶液中是無(wú)序的卷曲，冷卻到某一特定的溫度時(shí)，轉(zhuǎn)變成大致協(xié)調(diào)的雙螺旋構(gòu)象。結(jié)冷膠的凝膠溫度和融化溫度相差很大，凝膠溫度在30-40℃左右，而融化溫度高達(dá)120℃，這對(duì)于結(jié)冷膠的應(yīng)用非常有利。冷卻速度對(duì)凝膠也有影響，較低保溫溫度(0℃～4℃)形成彈性凝膠，成膠速度快，而較高保溫溫度(10℃)形成的凝膠彈性較小，而且凝膠的延遲期很長(zhǎng)，一般形成凝膠后放置幾小時(shí)才會(huì)達(dá)到最大的強(qiáng)度[4]。3、結(jié)冷膠凝膠機(jī)制結(jié)冷膠溶于水后，分子之間會(huì)自動(dòng)聚集形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，兩條分子鏈
7、以右旋方式形成并行的螺旋，穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)的作用力主要是分子間氫鍵，雙螺旋進(jìn)一步聚集可形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)［5］。結(jié)冷膠的凝膠機(jī)制認(rèn)為是陽(yáng)離子引發(fā)的雙螺旋間的聚合交連，陽(yáng)離子促進(jìn)分子內(nèi)的交聯(lián)作用、穩(wěn)定雙螺旋結(jié)構(gòu)和加速雙螺旋形成三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。結(jié)冷膠分子的羧基側(cè)鏈由于靜電相互作用而互相排斥,這阻礙了螺旋的緊密聚集，而陽(yáng)離子的介入能屏蔽靜電排斥作用，因此隨著陽(yáng)離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，凝膠強(qiáng)度也隨之提高；但過(guò)多的陽(yáng)離子又會(huì)阻礙結(jié)冷膠雙螺旋結(jié)構(gòu)的有序聚集，減弱凝膠，所以當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)一定限度，又會(huì)使凝膠強(qiáng)度下降。3.1鉀離子的
8、凝膠模型Y.Yuguchi等(2002)研究了鉀鹽對(duì)結(jié)冷膠結(jié)構(gòu)特征的作用，通過(guò)加入金屬鹽，結(jié)冷膠水溶液漸漸形成凝膠，表明凝膠特性依賴于鹽的種類和濃度，在低濃度的鹽離子存在下，凝膠產(chǎn)生了單層平坦的粒子聚合結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)一步添加鹽離子就會(huì)形成并排的雙螺旋聚合，組成了多層聚合結(jié)構(gòu)[6]，如圖1所示：4.流變學(xué)性質(zhì)結(jié)冷膠水溶液粘度隨濃度的升高增大，溫度升高而減小，pH值影響很小。結(jié)冷膠在0.01%～0.04%
