孟岳成，卢 晶，江一菲，邱 蓉

(浙江工商大学食品与生物工程学院，浙江 杭州 310035)

结冷胶是继黄原胶之后开发的新一代微生物多糖，它是在有氧条件下由少动鞘脂单胞菌(Sphingomonas paucimobilis)产生的。我国于1996年批准其作为食品增稠剂、稳定剂使用[1]。不管在溶胶还是凝胶状态下，结冷胶都能呈现出优越的流变特性和功能特性。目前，市售商品化结冷胶主要有高酰基结冷胶和低酰基结冷胶两种，但由于两者的不同结构导致流变及功能特性上的差异。近20年来，国外对高酰基结冷胶进行了一系列研究，Chandrasekaran等[2]用X射线衍射方法提出了高酰基结冷胶的分子模型，Noda等[3]通过原子力显微镜对高酰基结冷胶的凝胶机理进行了探讨，Mao等[4]对高低酰基结冷胶复配体系进行了研究，相比之下，国内对高酰基结冷胶的研究尤其是机理方面的研究较少，成坚等[5]研究了浓度、温度、热处理温度、热处理时间、剪切速率、剪切时间、静置时间等对结冷胶LT100溶液流变特性的影响。本实验通过对高酰基结冷胶特性的研究以及结构的初步分析，旨在为高酰基结冷胶在国内食品工业中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高酰基结冷胶 LT100(HA)、低酰基结冷胶 Kelcogel(LA) 美国 CP Kelco 公司。

氢氧化钠、盐酸、酚酞、盐酸羟胺、三氯化铁、氯化乙酰胆碱、甲醇、冰乙酸等均为分析纯 汇普化工仪器有限公司。

1.2 仪器与设备

90-1型强力磁力搅拌器 杭州仪表电机有限公司；UV2500紫外-可见分光光度计 日本岛津公司；傅里叶红外光谱仪 美国热电公司；DHZ-C大容量恒温振荡器 太仓市实验设备厂；Bruker 500 AVANCEⅢ 核磁共振波谱仪 瑞士Bruker公司；TA-XT2i 物性仪 英国Stable Micro System公司；Brookfield DV-Ⅱ+Pro旋转黏度计 Brookfield Engineering Laboratories公司。

1.3 方法

1.3.1 表观黏度测定

准确称取一定量的高酰基结冷胶，溶解于70℃蒸馏水中，磁力搅拌器搅拌至完全溶解，室温冷却，静置2h后，一定转速条件下用2号转子测定表观黏度[5]。

1.3.2 凝胶强度测定

准确称取一定量的高酰基结冷胶，溶解于70℃蒸馏水中，磁力搅拌器搅拌至完全溶解，加入一定质量浓度的盐离子，混匀，迅速冷却，静置2h后，利用质构仪测定凝胶强度[6]。

1.3.3 酰基含量测定

准确称取一定量样品于250mL具塞三角瓶中，加水50mL，使样品溶解，加几滴酚酞指示剂，用0.1mol/L NaOH溶液滴定至粉红色刚好不褪为止；再准确加入25.0mL 0.5mol/L NaOH溶液，经一定温度和时间振荡后，用0.3mol/L HCl标准溶液滴定体系中过量的碱直到粉红色刚好消失，记下所用HCl溶液的体积V1(mL)；另外，用同一种HCl溶液标定0.5mol/L NaOH溶液作空白，记下所耗HCl溶液体积V2(mL)。计算公式[7]如下：

式中：c为HCl溶液的浓度/(mol/L)；m为样品质量/g。

1.3.4 红外光谱扫描分析

在红外灯照下，取lm g完全干燥的高酰基结冷胶，与100～200mg完全干燥的KBr粉末在玛瑙研钵中研磨均匀，压片后在400～4000cm-1波数范围内进行红外扫描。

1.3.5 核磁共振1H-NMR分析

取样品7mg溶于1.0mL D2O中，利用Bruker 500 AVANCEⅢ核磁共振仪进行测定。

2 结果与分析

2.1 高酰基结冷胶在低质量浓度下的溶胶特性

2.1.1 胶体质量浓度对溶液表观黏度的影响

由图1可知，在质量浓度为0.05～0.08g/100mL时，表观黏度随质量浓度增加趋势较缓，而在质量浓度大于0.08g/100mL时，表观黏度迅速增加，这可能是由于质量浓度低时，结冷胶分子链间的交互作用比较弱，而随着质量浓度的增加，分子间相互作用加强，因此在转速不变的情况下测得的表观黏度迅速增加。

图1 高酰基结冷胶质量浓度对溶液表观黏度的影响Fig.1 Effect of HA gellan gum concentration on colloidal viscosity of the solution

2.1.2 转速对溶液表观黏度的影响

图2 转速对溶液表观黏度的影响Fig.2 Effect of rotation speed on colloidal viscosity of HA gellan gum solution

由图2可知，质量浓度为0.1g/100mL的高酰基结冷胶溶液在较低转速下表观黏度很高，随着转速的增加，表观黏度呈下降趋势，由计算机拟合的幂律方程可知该流体具有剪切稀变的性质，呈现假塑性流体的特性。

2.2 高酰基结冷胶在高质量浓度下的凝胶特性

2.2.1 Ca2+质量浓度及高低酰基结冷胶复配对凝胶强度的影响

图3 Ca2+质量浓度及高低酰基结冷胶复配对凝胶强度的影响Fig.3 Effects of Ca2+ concentration and HA/LA ratio on gel strength of HA/LA mixed gellan gum solution

由图3可知，随着Ca2+质量浓度增大，复配胶的凝胶强度增大，当Ca2+质量浓度达到0.04g/100mL之后凝胶强度不再升高。根据结冷胶凝胶理论，这是由于低酰基结冷胶由阳离子诱导形成凝胶，其羧基侧链由于静电相互作用而互相排斥，这阻碍了螺旋的紧密聚集，而阳离子的介入能屏蔽静电排斥作用，一个阳离子连接一对羧基，因此随着阳离子质量浓度的提高，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，所以当质量浓度超过一定限度，又会使凝胶强度下降[8]。

高低酰基结冷胶的比例对复配胶的凝胶强度有较明显的影响，低酰基结冷胶的含量越高，复配胶体的凝胶强度越大，而增加高酰基结冷胶含量时，复配胶的硬度会相应减小。这是由于高酰基结冷胶酰基的空间位阻作用阻止了双螺旋链间的接近聚合，导致凝胶性质减弱或改变[9]。

图4 高酰基结冷胶的质量浓度对凝胶强度的影响Fig.4 Effect of HA gellan gum concentration on its gel strength

2.2.2 胶体质量浓度对凝胶强度的影响由图4可知，凝胶强度随着质量浓度的增加而增加。高酰基结冷胶凝胶形成是由于其分子链之间相互交联形成空间网络结构，质量浓度增加使得分子交联增强，形成的网络结构越致密，故表现出凝胶强度的增强。

2.3 高酰基结冷胶酰基含量的测定

图5 高酰基结冷胶酰基含量的测定结果Fig.5 Acyl content of HA gellan gum shaked for different times at different temperatures

由图5可知，随着温度的升高，所测得酰基含量明显增高，在25℃条件下振荡60min酰基含量基本没有增加，而60℃、20min酰基基本脱除。这是由于在常温条件下，高酰基结冷胶分子链长，在空间形成三级或四级网状结构，多数酰基被包埋其中，使碱不能充分与之作用。高温条件下，高酰基结冷胶分子一方面由于获取热能，加快分子的振动，分子链发生伸展，使包埋的酰基暴露出来，增加了反应的概率；另一方面，伸展的长分子链被碱作用断开，形成较短的分子链，使更多的酰基暴露出来，进一步促进反应的进行，随着时间的推移，碱与酰反应充分，从而最终将酰基全部脱除[7]。

2.4 红外光谱扫描分析

图6 高酰基结冷胶的红外光谱图Fig.6 Infrared spectrum of HA gellan gum

由图6可知，在3700～3200cm-1处出现一个吸收较强的宽峰，3629.78cm-1和3423.84cm-1为羟基(—OH)的伸缩振动；在3000～2800cm-1范围出现的2928.25cm-1的吸收峰较弱，为C—H的伸缩振动。这两组吸收峰是糖的特征吸收峰。1725.74cm-1和1624.39cm-1是—C＝O的吸收峰，表明该结构中含有酰基。

2.5 核磁共振1H-NMR分析

图7 高酰基结冷胶氢谱谱图Fig.7 NMR spectrum of HA gellan gum

根据图7可以分析出：共振频率对应的化学位移分别为：5.360、3.915、3.797、3.659、3.601、3.363、1.266，δ5.360为糖端基C1质子信号，δ3.915～3.363为糖非端基质子信号，δ1.266为鼠李糖上的甲基。δ5.360表明组成高酰基结冷胶的单糖的异头碳只有α型存在。

3 结 论

高酰基结冷胶在低质量浓度时呈溶胶状态，溶胶是假塑性流体，表观黏度随胶体浓度增加而增加。质量浓度较高时形成凝胶，凝胶的凝胶强度受离子质量浓度影响显著。结冷胶具有良好的复配性，高低酰基结冷胶复配可形成硬度不同的结冷胶，通过改变高低酰基结冷胶在复合胶中的比例可以调节复合胶的性质，得到满足需要的各种复配产品，组织结构可从脆性到黏弹性方面任意调节，这些特性在实际应用中有重大的意义[10]。

红外光谱扫描和核磁共振技术验证了高酰基结冷胶中酰基和羟基等特征基团以及高酰基结冷胶线性四糖重复单位中鼠李糖的存在，为今后的进一步研究提供基础。

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[10] 詹晓北.食用胶的生产、性能与应用[M].北京: 中国轻工业出版社, 2003.