黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的影響因素及微結(jié)構(gòu)研究：

黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的影響因素及微結(jié)構(gòu)研究，黃原膠（Xanthan gum)是黃單胞菌經(jīng)耗氧生 物發(fā)酵產(chǎn)生的一種高分子陰離子生物多糖，是由 D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、丙酮酸和乙 酸組成的“五糖重復(fù)單元”聚合而成，其分子主鏈 由D-葡萄糖以-1，4-糖苷鍵連接而成，具有類似 纖維素式的骨架結(jié)構(gòu)，每兩個(gè)葡萄糖中的一個(gè)C3 上連接一個(gè)由兩個(gè)甘聚糖和一個(gè)葡萄糖醛酸組成 的三糖側(cè)鏈[1]。黃原膠具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性以及耐 鹽、耐酸堿性，常用作各種果汁飲料、調(diào)味料的增 稠穩(wěn)定劑，能使果醬、豆醬等醬體均_，涂拌性好， 不結(jié)塊，易于灌裝，且提高口感。黃原膠作為乳化 劑用于乳飲料中，可防止油水分層，提高蛋白質(zhì)的 穩(wěn)定性。將其用于各類點(diǎn)心、面包、餅干、糖果等食 品的加工，可使食品具有優(yōu)越的保型性，較長的保 質(zhì)期和良好的口感。黃原膠作為保鮮劑處理新鮮 果蔬，可防止果蔬失水、褐變。若將黃原膠加入面 制品中，能增強(qiáng)耐煮性[2]。

瓜爾豆膠（Guar gum)是由瓜爾豆（主要來源 于印度和巴基斯坦）種子的胚乳提取精制而成，是 —種線性半乳甘露聚糖，屬于非離子型高分子[3]。 在結(jié)構(gòu)上，以-1，4鍵相互連接的D-甘露糖單元 為主鏈，不均勻地分布在主鏈的一些D-甘露糖單元的C6位上，再連接單個(gè)D-半乳糖（-1，6鍵）為 支鏈，其半乳糖與甘露糖之比約為1:1.8，簡化為 1:2[4]。其特點(diǎn)是水溶性好，吸水性強(qiáng)，黏度高，老化 時(shí)間短，是最廉價(jià)的親水膠體，與其它膠體共存時(shí) 有良好的協(xié)同增效作用[5?' 近年來，瓜爾豆膠在食 品工業(yè)中應(yīng)用甚廣，常用于冰淇淋、酸牛奶、湯料、 調(diào)味醬、果汁及酒類、肉制品、香腸、花生醬等食品 中。如用在冰淇淋中可以避免冰晶生成，提高抗驟 熱性能[7]。方便面中使用瓜爾豆膠能使粘彈性增 強(qiáng)，抗老化性優(yōu)良，降低吸油率。因其粘性極強(qiáng)，可 以不再使用CMC。瓜爾豆膠是國際上等級(jí)較高的 方便面的重要改良劑'瓜爾豆膠與其它食品膠復(fù) 配常被用于冰淇林的生產(chǎn)中[9]。

本文主要研究黃原膠和瓜爾豆膠兩種膠體共 混后的協(xié)效性以及制備溫度、放置時(shí)間、甜味劑、 酸味劑對其黏度的影響。使用偏光顯微鏡對黃原 膠溶液及黃原膠與瓜爾豆膠混膠的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行 觀察，旨在為拓展食品膠的應(yīng)用范圍提供一些理 論依據(jù)。

1材料和方法 1.1材料

黃原膠（淡黃白色，食品級(jí)），山東阜豐發(fā)酵有 限公司；瓜爾豆膠（食品級(jí)），江門食用添加劑有限 公司；蔗糖、甜蜜素（食品級(jí)）、檸檬酸（分析純）及

蒸餾水。

1.2主要試驗(yàn)儀器

NDJ-5S型數(shù)字式旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，上海精密科學(xué) 儀器有限公司；數(shù)碼型偏光顯微鏡（XP-700Z )，上 海長方光學(xué)儀器廠。DSY-2-8電熱恒溫水浴鍋，北 京國華醫(yī)療器械廠；JJ-6數(shù)顯直流恒速攪拌器，江 蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1共混溶膠的制備方法根據(jù)表1所示質(zhì)量 比例，分別稱取黃原膠和瓜爾豆膠，慢慢加入到 200 mL蒸餾水中，放入水浴鍋中恒溫加熱到指定 溫度。待完全溶解后，將兩種溶膠液混合，用攪 拌器恒溫（溫度60丈，攪拌速度400 r/min)攪拌混 合30 min;停止攪拌，保溫30 min后，即得總濃度 為0.3 gA00 mL的混膠，并做平行樣。

表1黃原膠與瓜爾豆膠的共混比例

Table 1The mixed ratio ofxanthan/guar gum

混合比例黃原膠/g瓜爾豆膠/g

10/01.200.00

8/20.960.24

7/30.840.36

6/40.720.48

5/50.600.60

4/60.480.72

3/70.360.84

2/80.240.96

0/100.001.20

1.3.2黏度的測定方法準(zhǔn)確配制一定濃度的混 膠溶液，在特定溫度下用NDJ-5S數(shù)顯黏度計(jì)以3 號(hào)轉(zhuǎn)子6 r/min的轉(zhuǎn)速測定混膠黏度，記錄數(shù)據(jù)。 1.3.3黃原膠和瓜爾豆膠的共混比例及溫度對混 膠黏度的影響混膠的總濃度為0.3 gA00mL，黃 原膠與瓜爾豆膠按表1所示不同質(zhì)量比例分別在 25、40、60、80、100丈下共混。每個(gè)共混溫度下做平 行樣3份，用數(shù)顯黏度計(jì)測定混膠黏度并記錄黏 度變化。

1.3.4放置時(shí)間對混膠黏度的影響混膠總濃度 為0.3 gA00 mL，按本文1.3.3節(jié)方法選用最佳混 配比例，在最佳共混溫度下配制混膠溶液3份，按 靜止放置時(shí)間逐段測定混膠的黏度變化與時(shí)間的 關(guān)系。

1.3.5 pH值對混膠黏度的影響混膠總濃度為 0.3 gA00 mL，選用最佳混配比例在最佳共混溫度 下配制混膠溶液3份，用合適濃度的HCl或 NaOH溶液調(diào)整膠體溶液的pH值，測定不同pH 值時(shí)黏度的變化情況。

1.3.6檸檬酸對混膠黏度的影響在飲料或果凍 生產(chǎn)過程中通常需要加入檸檬酸。加入檸檬酸既 可以使產(chǎn)品酸甜可口，還能抑制細(xì)菌的滋生。因此 有必要研究檸檬酸對混膠黏度的影響。當(dāng)檸檬酸 的添加量大于0.3%時(shí)，會(huì)因太酸而難以入口。本 試驗(yàn)中，檸檬酸添加量不大于0.3%?；炷z總濃度 為0.3 gA00mL，黃原膠與瓜爾豆膠按最佳配比， 在最佳共混溫度下配制系列混膠溶液。在平行樣 品中分別加入事先配制好的檸檬酸溶液，使檸檬 酸在各樣品中的濃度分別為0.05 g/100 mL、0.1 g/ 100 mL、0.2 g/100 mL、0.3 g/100 mL，攪拌 30 min， 恒溫放置30 min后，用數(shù)顯黏度計(jì)測定其黏度變 化情況。

1.3.7甜味劑的使用量對混膠黏度的影響甜味 劑是食品加工生產(chǎn)中經(jīng)常使用的輔料，本文主要 研究不同甜味劑對混膠黏度的影響?；炷z總濃度 為0.3 gA00mL，黃原膠與瓜爾豆膠按最佳配比， 在最佳共混溫度下配制系列混膠溶液。 在平行樣 品中分別加入事先配制好的蔗糖、甜蜜素，添加量 均在食品加工工藝許可范圍內(nèi)[10]。攪拌30 min，恒 溫放置30 min后，用數(shù)顯黏度計(jì)測其黏度變化。 1.3.8 黃原膠和黃原膠與瓜爾豆膠混膠的顯微鏡 觀察分別配制2%和4%的黃原膠水溶液及質(zhì)量 分?jǐn)?shù)為1%的黃原膠與瓜爾膠混膠液，然后在偏光 顯微鏡下觀察它們的顯微結(jié)構(gòu)。

2結(jié)果與分析

2.1共混比例對黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的 影響

混膠總濃度為0.3 gA00 mL，在60丈配制，靜 置6 h后室溫下測定不同配比的混膠的黏度，如 圖1所示。

由圖1可見，0.3%的單一黃原膠溶液和0.3% 的單一瓜爾膠溶液的黏度分別為1 350 mPai和 5 210 mPa.s。當(dāng)黃原膠與瓜爾豆膠混配使用時(shí)，其

 

黏度遠(yuǎn)高于兩者黏度之和，說明這兩種膠具有良 好的增效作用。當(dāng)兩者混配比例變化時(shí)，其增效作 用也發(fā)生變化。在本試驗(yàn)條件下，黃原膠與瓜爾豆 膠的復(fù)配比為5/5時(shí)，其增效作用最大；其次是兩 者復(fù)配比例分別為6/4和4/6的。其增效機(jī)理可能 是瓜爾豆膠分子平滑，沒有支鏈的部分與黃原膠 分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)以次級(jí)鍵形式結(jié)合成三維網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)，使膠的親水性更好[11]。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，所有黃 原膠與瓜爾膠的混合體系均未形成凝膠。

12000 r

圓800060004000

 

0/102/84/65/56/48/210/0

#原膠與瓜爾豆膠的配比

圖1共混比例對黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的影響

Fig.l EiTecI of polysaccharide mixed ration on viscosity of xanthan /guar gum mixed solutions

2.2制備溫度對黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的 影響

黃原膠的分子結(jié)構(gòu)會(huì)隨溶解溫度而改變。在 低溫下，黃原膠分子為有序結(jié)構(gòu)，黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的影響因素及微結(jié)構(gòu)研究，溶液黏度低，隨 著溫度的上升，黃原膠的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，并獲得 高黏度。測定（室溫靜置6 h后）不同溫度下制備 的黃原膠與瓜爾膠混膠(5/5)的黏度，如圖2所示。

從圖2可知，隨著制備溫度的升高，黃原膠與 瓜爾膠混膠(5/5)的黏度隨之增大，當(dāng)制備溫度為 80丈時(shí)，混膠黏度達(dá)到最大值。這主要是由于瓜爾 豆膠的熱水溶性片段含有較低的半乳糖，這些區(qū) 域比較光滑，與黃原膠分子有著很強(qiáng)的交聯(lián)作用。 若繼續(xù)升高溫度，體系黏度下降，這可能是部分黃 原膠分子降解所致。

2.3放置時(shí)間對黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的 影響

測定80丈制備的黃原膠與瓜爾豆膠（5/5)混 膠黏度隨放置時(shí)間的變化，見圖3?；炷z黏度先隨 放置時(shí)間的延長而增大，當(dāng)放置時(shí)間為24h時(shí)， 混膠黏度達(dá)到最大值；若繼續(xù)延長放置時(shí)間，體系 黏度隨之下降；當(dāng)放置時(shí)間為48 h時(shí)，混膠黏度基 本保持穩(wěn)定。

 

18243042485460

放I時(shí)間/h

圖3放置時(shí)間對黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的彩響

Fig.3 Effect of layed-time on viscosity of xanthan/ guar gum mixed solutions

2.4 pH對黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的影響 測定80丈制備的黃原膠與瓜爾豆膠（5/5)混 膠的黏度隨pH值的變化曲線，如圖4所示。黃原 膠與瓜爾豆膠混膠的黏度在酸性條件下不穩(wěn)定。 隨著pH值的增大，混膠黏度增加，當(dāng)pH>8時(shí)，混 膠黏度保持相對穩(wěn)定。

2.5檸檬酸對黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的影 響

檸檬酸對80丈制備的黃原膠與瓜爾豆膠（5/ 5)混膠黏度的影響如圖5所示。隨著加入檸檬酸 濃度的增大，混膠黏度迅速下降；當(dāng)加入的檸檬酸

§ 姻 §§§

6 *^>44$ 2 丨

 

通過吸附_部分水分子形成一些大的分子團(tuán)，填 充于網(wǎng)格間以增加體系的固態(tài)性能；黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的影響因素及微結(jié)構(gòu)研究，也可能在混 膠多糖分子間形成一種架橋連接，從而增強(qiáng)膠多 糖分子間的作用力，使溶液黏度上升。這兩種作用 的大小與添加的蔗糖濃度有關(guān)，使混膠黏度呈波 動(dòng)性變化。由圖7可知，甜蜜素的增加使混膠黏度 迅速增大，當(dāng)加入的甜蜜素濃度為0.15 gA00mL 時(shí)，混膠的黏度達(dá)到最大值；當(dāng)甜蜜素使用量超過 0.15%時(shí)，混膠的黏度又有所下降。所以，在實(shí)際生 產(chǎn)過程中，應(yīng)按照具體工藝要求來添加適量的甜 蜜素。

0004000000000000 ^^32 —

2.10 100 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 丨 1.50 12.50 pH值

圖4 pH值對黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的彩響

Fig.4 Effect of pH value on viscosity of xanthan/ guar gum mixed solutions

 

00.050.10.20.3

檸蠓酸濃度/f(100mLr«

圖5檸檬酸對黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的彩響

Fig.5 Effect of citric acid on viscosity of xanthan /guar gum mixed solutions

012468

蔗糖濃度/g*(100fnLf

圖6蔗糖對黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的彩響

Fig.6 Effect of saccharose on viscosity of xanthan/ guar giim mixed solution»

 

0.050.100.150.200.25

甜蜜索濃度/g*(l〇〇mLr*

圖7甜蜜棄對黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的彩響

Fig.7 Effect of sweeteners on viscosity of xanthan/ guar gum mixed solutions

質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%~0.3%之間時(shí)，混膠的黏度基本 保持穩(wěn)定。

2.6甜味劑使用量對黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏 度的影響

甜味劑使用量對80丈制備的黃原膠與瓜爾 豆膠(5/5)混膠黏度的影響如圖6、圖7所示。由圖 6可知，蔗糖可顯著影響混膠的黏度。隨著蔗糖濃 度的增大，混膠黏度先增大后下降；當(dāng)添加的蔗糖 濃度繼續(xù)增大時(shí)，混膠黏度又明顯增大。這主要是 因?yàn)檎崽鞘怯蒧分子果糖構(gòu)成的二糖，其分子結(jié) 構(gòu)單元與膠多糖類似，它的存在一方面可能會(huì)干 擾膠多糖分子自身間相互靠近，減弱其分子間的 作用力，從而降低其形成有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的效能，使 溶液的黏度下降；另一方面，蔗糖分子的存在可以

2.7黃原膠與瓜爾膠混膠的顯微鏡觀察

為便于對比，對2%和4%(質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)）的 黃原膠及總濃度為1gA00mL的黃原膠和瓜爾豆

膠混膠（兩者比例5/5 )進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察（顯微倍 數(shù)為100x)。圖8所示2%c和4%c的黃原膠水溶液 的顯微結(jié)構(gòu)。樣品制備后立即用偏光顯微鏡（Po¬larized Optical Microscope) 觀察 ，樣品呈黒色 ，黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的影響因素及微結(jié)構(gòu)研究，隨 后出現(xiàn)白色區(qū)域（因非均相的存在）。為此，將4% 樣品于5丈下放置12 h后觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)均相的 溶液表現(xiàn)為黒色區(qū)域；而因雙折射，非均相溶液照 亮了視野，白色區(qū)域隨濃度的增加而擴(kuò)大，這表明 在高分子質(zhì)量、半柔韌的黃原膠分子溶液中形成 了液晶相。在4%質(zhì)量分?jǐn)?shù)下雖有較強(qiáng)的雙折射現(xiàn) 象，但沒有可見的規(guī)則紋理，這可能是由多聚物的 柔韌性和溶液的高黏度造成的。

 

注：濃度 2 (t/100 mL.無ft .25 t下,

注：濃度4(«/丨0〇11^.無達(dá).5<€下1»霣；丨211

 

圖8不同濃《觜原狡溶液》微鏡照片圖 Fig.8 The pictures of xanthan with different concentrations observed by POM

為研究瓜爾豆膠的存在對黃原膠液晶中間相 形成的影響，在相同條件下觀察總濃度為1 gA00 mL的黃原膠和瓜爾豆膠混膠（兩者比例5/5)的顯 微鏡照片（圖9)。從圖9可以看出，在黃原膠和瓜 爾膠混膠中，雙折射現(xiàn)象發(fā)生在混膠中黃原膠溶 液濃度比純黃原膠溶液濃度低的情況下。說明在 相同濃度下黃原膠與瓜爾豆膠混膠形成的液晶中 間相比純黃原膠溶液有更多的非均相，而且混膠 的膠體結(jié)構(gòu)類似于黃原膠溶液的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)果 表明，因瓜爾豆膠的存在，黃原膠分子在一些區(qū)域 以液晶中間相的形式重組。

3結(jié)論

(1)黃原膠與瓜爾豆膠以不同配比復(fù)配后均 具有良好的協(xié)同增效作用。當(dāng)黃原膠與瓜爾豆膠 的復(fù)配比為5/5時(shí)，其協(xié)同增效作用最大。

(2)隨著制備溫度的升高，混膠體系的黏度隨 之增大，當(dāng)制備溫度為80丈時(shí)，體系黏度達(dá)到最 大值。放置時(shí)間影響混膠體系黏度的黏度，當(dāng)放置 時(shí)間為24 h時(shí)，混合體系黏度達(dá)到最大值。

(3)黃原膠與瓜爾豆膠混膠體系的黏度在酸

 

注：總濃度丨(s/IOOinL.5/5 ft原K/瓜爾豆膠.無鹽,5^：下舴* I2h ,

圖9黃原膠與瓜爾膠混膠的顯微鏡照片圖

Fig.9 The pirtarp of xolution of xanthan /guar gum mixtures observed by POM

性條件下不穩(wěn)定，隨著pH值的增大，其黏度增 力口，而在堿性范圍內(nèi)其黏度保持相對穩(wěn)定。

(4)檸檬酸使用量在0.1%~0.3%之間時(shí)，混合 體系的黏度基本保持穩(wěn)定。蔗糖能顯著影響混膠 的黏度。增加甜蜜素的使用量可使混膠體系黏度 迅速增大，當(dāng)加入的甜蜜素濃度為0.15 gA00mL時(shí)，黃原膠與瓜爾豆膠混膠黏度的影響因素及微結(jié)構(gòu)研究，混膠體系的黏度達(dá)到最大值。

(5)純黃原膠溶液和黃原膠/瓜爾豆膠混膠都的非均相，而混膠的膠體結(jié)構(gòu)類似于黃原膠溶液有雙折射現(xiàn)象，但在相同濃度下黃原膠與瓜爾豆的結(jié)構(gòu)。

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