κ-卡拉胶的凝胶化作用及其与魔芋胶协同作用特性研究

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κ-卡拉胶是从红藻中提取的一种凝胶多糖,具有优良的凝胶特性和流变特性,但是κ-卡拉胶单独形成的凝胶不仅脆度大、弹性小,且析水现象严重。魔芋胶具有优良的黏度和分散性,与κ-卡拉胶混合后能形成脆度小、弹性大的凝胶,以改善κ-卡拉胶存在的凝胶问题,这是多糖分子之间相互作用的结果。κ-卡拉胶与魔芋胶复配后形成性质优良的凝胶,对食品的质构和流变性质等都有举足轻重的作用,在食品工业中具有重要的应用价值。本文选取凝胶性能较好的κ-卡拉胶和魔芋胶进行复配,对κ-卡拉胶和复配胶的凝胶性质、流变学性质及复配胶的质构及结构进行了系统的研究,以探讨κ-卡拉胶与魔芋胶之间的交互作用。实验结果如下:(1)κ-卡拉胶凝胶特性研究。文中对在不同实验条件的κ-卡拉胶的凝胶性能进行研究,结果表明:κ-卡拉胶溶液黏度及凝胶强度均随浓度增加呈线性增大,浓度为1.0g/100mLκ-卡拉胶在70℃水浴中加热30 min,取出室温放置6h形成的凝胶强度最大;适当的储藏温度(-5-0℃)可提高κ-卡拉胶的存放时间,但长期低温储藏会对胶体的结构和形态产生较大的影响;随着KC1、CaC12、NaCl浓度的增加K-卡拉胶的凝胶强度先增加后减小,三种盐的浓度分别为0.3g/100 mL、0.2g/100 mL、0.8g/100 mL时K-卡拉胶凝胶强度最大。低的离子强度(0.1 mmol/L)能提高K-卡拉胶的凝胶强度,但过量的阳离子会加速胶体老化,导致凝胶强度降低,应控制溶液盐离子浓度及离子强度;蔗糖(≤1.5g/100 mL)可提高K-卡拉胶的凝胶强度,但大量的蔗糖会干扰κ-卡拉胶分子自身的靠近,使凝胶强度下降;pH值5.0-7.0时K-卡拉胶凝胶强度稳定;柠檬酸使K-卡拉胶凝胶强度下降。(2)κ-卡拉胶与魔芋胶复配凝胶特性研究。实验中κ-卡拉胶与魔芋胶在一定条件下共混可出现较强的协同增效作用,因此对不同实验条件下复配凝胶的黏度、凝胶强度和质构进行研究。实验结果如下:复配胶的黏度较单体胶大,70℃加热时形成的黏度最大。当w(κ-卡拉脚:w(魔芋胶)为5.5:4.5,共混胶浓度为1.0g/100 mL,80℃恒温水浴中加热30 min,室温放置6h时复配胶的凝胶强度最大。复配胶的凝胶强度随总胶浓度增加而增加;长时问低温储藏会破坏复配胶体结构,适当的储藏温度(-5-18℃)和时间可保持胶体凝胶强度,添加K+、Ca2+、Na+分别小于0.1g/100 mL、0.4g/100 mL及0.5g/100 mL时可提高的复配胶体凝胶强度,K+存在比Na+存在时形成的凝胶强度更大。w(K-卡拉胶):w(魔芋胶)为5.5:4.5时,混胶的凝胶硬度、咀嚼性和胶着性最大,随着魔芋胶在复配胶中比例的不断增加,黏着性和弹性增大。pH值5.4-7.0时复配胶的硬度、咀嚼性、胶着性较好,复配凝胶对酸敏感对碱稳定;添加适量的蔗糖(≤0.8g/100 mL)可提高复配凝胶的硬度、咀嚼性及胶着性,大量蔗糖则提高胶体的黏弹性;柠檬酸使复配胶硬度、咀嚼性及胶着性均下降,黏着性和弹性增加;离子强度(0.1 mol/L,含K+、Ca2+、Na+)能提高复配凝胶的硬度和黏弹性,但离子强度过大则不利于凝胶的形成,应控制K+、Ca2+等阳离子含量,避免过量。以复配凝胶浓度、pH值、离子强度、KCl、CaCl2为考察对象,进行五因素四水平的正交试验(i),探讨了影响复配胶凝胶的关键因素对质构的影响程度:对复配凝胶硬度影响由大到小依次为复配胶总浓度、KCl、pH值、离子强度、CaCl2,对弹性影响的主次因素排序为pH值、CaCl2、复配胶总浓度、离子强度、KCl,对黏聚性影响主次因素排序为复配胶总浓度、pH值、CaCl2、离子强度、KC1。以蔗糖,柠檬酸,NaCl, CaCl2,KCl,为考察对象,进行五因素四水平的正交试验(ii),探讨盐及非盐等因素对复配胶质构的影响:对复配凝胶硬度影响主次排序为柠檬酸、蔗糖、KCl、CaCl2、NaCl;对弹性影响主次排序为柠檬酸、蔗糖、KCl、NaCl、CaCl2;对黏聚性影响主次排序为柠檬酸、蔗糖、NaCl、KCl、CaCl2。(3)K-卡拉胶及其与魔芋胶复配凝胶的流变学特性研究。30℃1.0g/100 mL K-卡拉胶水溶液表现出黏弹性和假塑性,在所选频率区域体系内以弹性为主,表现出弱胶性,溶液黏度随剪切速率的增大而减小;贮能模量G大于耗能模量G”,说明凝胶体的弹性性质高于黏性,随温度增加G和G”的值都在增加,在60℃时G和G”出现突变,体系由凝胶向溶胶开始转化。复配体系表现出较好的相容性,复配凝胶相对于单独K-卡拉胶而言具有较高弹性模量值;复配胶溶液在浓度较低时具有良好的假塑性行为,黏度随着剪切速率的上升而迅速下降。魔芋胶在复配胶中的比例增加可提高凝胶突变温度,说明K-卡拉胶与魔芋胶复配体系凝胶具有协同增效作用;KCl和CaCl2的加入提高了复配凝胶突变温度约3。5℃,说明K+和Ca2+参与了凝胶过程,一定条件下可提高凝胶分子间作用力。混合凝胶的G’和G"随着魔芋胶含量的增加而先增大后降低,当w(K-卡拉胶:w(魔芋胶)为5.5:4.5时G’和G"最大。随温度增加G’和G”增大,在60-70℃出现突变,体系由凝胶向溶胶转化。小振荡黏弹实验表明κ-卡拉胶对体系凝胶体系起主导作用,魔芋胶的存在增强了网络结构的凝胶性和稳定性。(4)κ卡拉胶与魔芋胶复配凝胶的结构分析。红外光谱表明,K-卡拉胶与魔芋胶混合形成凝胶后,-OH峰向低波数方向偏移。复配体系的DSC曲线表现出吸热峰且所成峰形都较宽,有别于单独的κ-卡拉胶和魔芋胶的情况广表明κ-卡拉胶与魔芋胶发生了一定的交互作用。通过SEM实验可清晰看到,复配凝胶结构较单独κ-卡拉胶的致密,表明混合体系中κ-卡拉胶构成了主要的网络结构,魔芋胶填补到κ-卡拉胶所成的网络结构中,使混合体系的网络结构更为紧密,复配中κ-卡拉胶对体系有较大贡献。
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