黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究：

黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究，黄原胶（Xanthan gum)是黄单胞菌经耗氧生 物发酵产生的一种高分子阴离子生物多糖，是由 D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄糖醛酸、丙酮酸和乙 酸组成的“五糖重复单元”聚合而成，其分子主链 由D-葡萄糖以-1，4-糖苷键连接而成，具有类似 纤维素式的骨架结构，每两个葡萄糖中的一个C3 上连接一个由两个甘聚糖和一个葡萄糖醛酸组成 的三糖侧链[1]。黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究，黄原胶具有较强的稳定性以及耐 盐、耐酸碱性，常用作各种果汁饮料、调味料的增 稠稳定剂，能使果酱、豆酱等酱体均_，涂拌性好， 不结块，易于灌装，且提高口感。黄原胶作为乳化 剂用于乳饮料中，可防止油水分层，提高蛋白质的 稳定性。将其用于各类点心、面包、饼干、糖果等食 品的加工，可使食品具有优越的保型性，较长的保 质期和良好的口感。黄原胶作为保鲜剂处理新鲜 果蔬，可防止果蔬失水、褐变。若将黄原胶加入面 制品中，能增强耐煮性[2]。

黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究，瓜尔豆胶（Guar gum)是由瓜尔豆（主要来源 于印度和巴基斯坦）种子的胚乳提取精制而成，是 —种线性半乳甘露聚糖，属于非离子型高分子[3]。 在结构上，以-1，4键相互连接的D-甘露糖单元 为主链，不均匀地分布在主链的一些D-甘露糖单

收稿日期：2009-02-26

作者简介：王元兰，女，1969年出生，博士生，教授

元的C6位上，再连接单个D-半乳糖（-1，6键）为 支链，其半乳糖与甘露糖之比约为1:1.8，简化为 1:2[4]。其特点是水溶性好，吸水性强，黏度高，老化 时间短，是最廉价的亲水胶体，与其它胶体共存时 有良好的协同增效作用[5〜' 近年来，瓜尔豆胶在食 品工业中应用甚广，常用于冰淇淋、酸牛奶、汤料、 调味酱、果汁及酒类、肉制品、香肠、花生酱等食品 中。如用在冰淇淋中可以避免冰晶生成，提高抗骤 热性能[7]。方便面中使用瓜尔豆胶能使粘弹性增 强，抗老化性优良，降低吸油率。因其粘性极强，可 以不再使用CMC。瓜尔豆胶是国际上等级较高的 方便面的重要改良剂'瓜尔豆胶与其它食品胶复 配常被用于冰淇林的生产中[9]。

本文主要研究黄原胶和瓜尔豆胶两种胶体共 混后的协效性以及制备温度、放置时间、甜味剂、 酸味剂对其黏度的影响。使用偏光显微镜对黄原 胶溶液及黄原胶与瓜尔豆胶混胶的微观结构进行 观察，旨在为拓展食品胶的应用范围提供一些理 论依据。

1材料和方法 1.1材料

黄原胶（淡黄白色，食品级），山东阜丰发酵有 限公司；瓜尔豆胶（食品级），江门食用添加剂有限 公司；蔗糖、甜蜜素（食品级）、柠檬酸（分析纯）及 蒸馏水。

1.2主要试验仪器

NDJ-5S型数字式旋转黏度计，上海精密科学 仪器有限公司；黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究，数码型偏光显微镜（XP-700Z )，上 海长方光学仪器厂。DSY-2-8电热恒温水浴锅，北 京国华医疗器械厂；JJ-6数显直流恒速搅拌器，江 苏省金坛市医疗仪器厂。

1.3试验方法

1.3.1共混溶胶的制备方法根据表1所示质量 比例，分别称取黄原胶和瓜尔豆胶，慢慢加入到 200 mL蒸馏水中，放入水浴锅中恒温加热到指定 温度。待完全溶解后，将两种溶胶液混合，用搅 拌器恒温（温度60丈，搅拌速度400 r/min)搅拌混 合30 min;停止搅拌，保温30 min后，即得总浓度 为0.3 gA00 mL的混胶，并做平行样。

表1黄原胶与瓜尔豆胶的共混比例

Table 1The mixed ratio ofxanthan/guar gum

混合比例黄原胶/g瓜尔豆胶/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黏度的测定方法准确配制一定浓度的混 胶溶液，黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究，在特定温度下用NDJ-5S数显黏度计以3 号转子6 r/min的转速测定混胶黏度，记录数据。 1.3.3黄原胶和瓜尔豆胶的共混比例及温度对混 胶黏度的影响混胶的总浓度为0.3 gA00mL，黄 原胶与瓜尔豆胶按表1所示不同质量比例分别在 25、40、60、80、100丈下共混。每个共混温度下做平 行样3份，用数显黏度计测定混胶黏度并记录黏 度变化。

1.3.4放置时间对混胶黏度的影响混胶总浓度 为0.3 gA00 mL，按本文1.3.3节方法选用最佳混 配比例，在最佳共混温度下配制混胶溶液3份，按 静止放置时间逐段测定混胶的黏度变化与时间的 关系。

1.3.5 pH值对混胶黏度的影响混胶总浓度为 0.3 gA00 mL，选用最佳混配比例在最佳共混温度 下配制混胶溶液3份，用合适浓度的HCl或 NaOH溶液调整胶体溶液的pH值，测定不同pH 值时黏度的变化情况。

1.3.6柠檬酸对混胶黏度的影响在饮料或果冻 生产过程中通常需要加入柠檬酸。加入柠檬酸既 可以使产品酸甜可口，还能抑制细菌的滋生。因此 有必要研究柠檬酸对混胶黏度的影响。当柠檬酸 的添加量大于0.3%时，会因太酸而难以入口。本 试验中，柠檬酸添加量不大于0.3%。混胶总浓度 为0.3 gA00mL，黄原胶与瓜尔豆胶按最佳配比， 在最佳共混温度下配制系列混胶溶液。在平行样 品中分别加入事先配制好的柠檬酸溶液，使柠檬 酸在各样品中的浓度分别为0.05 g/100 mL、0.1 g/ 100 mL、0.2 g/100 mL、0.3 g/100 mL，搅拌 30 min， 恒温放置30 min后，用数显黏度计测定其黏度变 化情况。

1.3.7甜味剂的使用量对混胶黏度的影响甜味 剂是食品加工生产中经常使用的辅料，本文主要 研究不同甜味剂对混胶黏度的影响。混胶总浓度 为0.3 gA00mL，黄原胶与瓜尔豆胶按最佳配比， 在最佳共混温度下配制系列混胶溶液。 在平行样 品中分别加入事先配制好的蔗糖、甜蜜素，添加量 均在食品加工工艺许可范围内[10]。搅拌30 min，恒 温放置30 min后，用数显黏度计测其黏度变化。 1.3.8 黄原胶和黄原胶与瓜尔豆胶混胶的显微镜 观察分别配制2%和4%的黄原胶水溶液及质量 分数为1%的黄原胶与瓜尔胶混胶液，然后在偏光 显微镜下观察它们的显微结构。

2结果与分析

2.1共混比例对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的 影响

混胶总浓度为0.3 gA00 mL，在60丈配制，静 置6 h后室温下测定不同配比的混胶的黏度，如 图1所示。

由图1可见，0.3%的单一黄原胶溶液和0.3% 的单一瓜尔胶溶液的黏度分别为1 350 mPai和 5 210 mPa.s。当黄原胶与瓜尔豆胶混配使用时，其

 

黏度远高于两者黏度之和，说明这两种胶具有良 好的增效作用。当两者混配比例变化时，其增效作 用也发生变化。在本试验条件下，黄原胶与瓜尔豆 胶的复配比为5/5时，其增效作用最大；其次是两 者复配比例分别为6/4和4/6的。其增效机理可能 是瓜尔豆胶分子平滑，没有支链的部分与黄原胶 分子的双螺旋结构以次级键形式结合成三维网状 结构，使胶的亲水性更好[11]。试验中发现，所有黄 原胶与瓜尔胶的混合体系均未形成凝胶。

12000 r

圓800060004000

 

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

#原胶与瓜尔豆胶的配比

图1共混比例对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响

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

2.2制备温度对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的 影响

黄原胶的分子结构会随溶解温度而改变。在 低温下，黄原胶分子为有序结构，黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究，溶液黏度低，随 着温度的上升，黄原胶的结构转变为无序，并获得 高黏度。测定（室温静置6 h后）不同温度下制备 的黄原胶与瓜尔胶混胶(5/5)的黏度，如图2所示。

从图2可知，随着制备温度的升高，黄原胶与 瓜尔胶混胶(5/5)的黏度随之增大，当制备温度为 80丈时，混胶黏度达到最大值。这主要是由于瓜尔 豆胶的热水溶性片段含有较低的半乳糖，这些区 域比较光滑，与黄原胶分子有着很强的交联作用。 若继续升高温度，体系黏度下降，这可能是部分黄 原胶分子降解所致。

2.3放置时间对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的 影响

测定80丈制备的黄原胶与瓜尔豆胶（5/5)混 胶黏度随放置时间的变化，见图3。混胶黏度先随 放置时间的延长而增大，当放置时间为24h时， 混胶黏度达到最大值；若继续延长放置时间，体系 黏度随之下降；当放置时间為48 h时，混胶黏度基 本保持稳定。

 

18243042485460

放I时间/h

图3放置时间对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的彩响

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

2.4 pH对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响 测定80丈制备的黄原胶与瓜尔豆胶（5/5)混 胶的黏度随pH值的变化曲线，如图4所示。黄原 胶与瓜尔豆胶混胶的黏度在酸性条件下不稳定。 随着pH值的增大，混胶黏度增加，当pH>8时，混 胶黏度保持相对稳定。

2.5柠檬酸对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影 响

柠檬酸对80丈制备的黄原胶与瓜尔豆胶（5/ 5)混胶黏度的影响如图5所示。随着加入柠檬酸 浓度的增大，混胶黏度迅速下降；当加入的柠檬酸

§ 姻 §§§

6 *^>44$ 2 丨

 

通过吸附_部分水分子形成一些大的分子团，填 充于网格间以增加体系的固态性能；黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的影响因素及微结构研究，也可能在混 胶多糖分子间形成一种架桥连接，从而增强胶多 糖分子间的作用力，使溶液黏度上升。这两种作用 的大小与添加的蔗糖浓度有关，使混胶黏度呈波 动性变化。由图7可知，甜蜜素的增加使混胶黏度 迅速增大，当加入的甜蜜素浓度为0.15 gA00mL 时，混胶的黏度达到最大值；当甜蜜素使用量超过 0.15%时，混胶的黏度又有所下降。所以，在实际生 产过程中，应按照具体工艺要求来添加适量的甜 蜜素。

0004000000000000 ^^32 —

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

图4 pH值对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的彩响

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

 

00.050.10.20.3

柠蠓酸浓度/f(100mLr«

图5柠檬酸对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的彩响

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

012468

蔗糖浓度/g*(100fnLf

图6蔗糖对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的彩响

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

 

0.050.100.150.200.25

甜蜜索浓度/g*(l〇〇mLr*

图7甜蜜棄对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏度的彩响

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

质量分数在0.1%~0.3%之间时，混胶的黏度基本 保持稳定。

2.6甜味剂使用量对黄原胶与瓜尔豆胶混胶黏 度的影响

甜味剂使用量对80丈制备的黄原胶与瓜尔 豆胶(5/5)混胶黏度的影响如图6、图7所示。由图 6可知，蔗糖可显著影响混胶的黏度。随着蔗糖浓 度的增大，混胶黏度先增大后下降；当添加的蔗糖 浓度继续增大时，混胶黏度又明显增大。这主要是 因为蔗糖是由_分子果糖构成的二糖，其分子结 构单元与胶多糖类似，它的存在一方面可能会干 扰胶多糖分子自身间相互靠近，减弱其分子间的 作用力，从而降低其形成有序网络结构的效能，使 溶液的黏度下降；另一方面，蔗糖分子的存在可以

2.7黄原胶与瓜尔胶混胶的显微镜观察

为便于对比，对2%和4%(质量体积分数）的 黄原胶及总浓度为1gA00mL的黄原胶和瓜尔豆

胶混胶（两者比例5/5 )进行显微结构观察（显微倍 数为100x)。图8所示2%c和4%c的黄原胶水溶液 的显微结构。样品制备后立即用偏光显微镜（Po¬larized Optical Microscope) 观察 ，样品呈黒色 ，随 后出现白色区域（因非均相的存在）。为此，将4% 样品于5丈下放置12 h后观察，结果发现均相的 溶液表现为黒色区域；而因双折射，非均相溶液照 亮了视野，白色区域随浓度的增加而扩大，这表明 在高分子质量、半柔韧的黄原胶分子溶液中形成 了液晶相。在4%质量分数下虽有较强的双折射现 象，但没有可见的规则纹理，这可能是由多聚物的 柔韧性和溶液的高黏度造成的。

 

注：浓度 2 (t/100 mL.无ft .25 t下,

注：浓度4(«/丨0〇11^.无达.5<€下1»霣；丨211

 

图8不同浓《觜原狡溶液》微镜照片图 Fig.8 The pictures of xanthan with different concentrations observed by POM

为研究瓜尔豆胶的存在对黄原胶液晶中间相 形成的影响，在相同条件下观察总浓度为1 gA00 mL的黄原胶和瓜尔豆胶混胶（两者比例5/5)的显 微镜照片（图9)。从图9可以看出，在黄原胶和瓜 尔胶混胶中，双折射现象发生在混胶中黄原胶溶 液浓度比纯黄原胶溶液浓度低的情况下。说明在 相同浓度下黄原胶与瓜尔豆胶混胶形成的液晶中 间相比纯黄原胶溶液有更多的非均相，而且混胶 的胶体结构类似于黄原胶溶液的结构。这些结果 表明，因瓜尔豆胶的存在，黄原胶分子在一些区域 以液晶中间相的形式重组。

3结论

(1)黄原胶与瓜尔豆胶以不同配比复配后均 具有良好的协同增效作用。当黄原胶与瓜尔豆胶 的复配比为5/5时，其协同增效作用最大。

(2)随着制备温度的升高，混胶体系的黏度随 之增大，当制备温度为80丈时，体系黏度达到最 大值。放置时间影响混胶体系黏度的黏度，当放置 时间为24 h时，混合体系黏度达到最大值。

(3)黄原胶与瓜尔豆胶混胶体系的黏度在酸

 

注：总浓度丨(s/IOOinL.5/5 ft原K/瓜尔豆胶.无盐,5^：下舴* I2h ,

图9黄原胶与瓜尔胶混胶的显微鏡照片图

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

性条件下不稳定，随着pH值的增大，其黏度增 力口，而在碱性范围内其黏度保持相对稳定。

(4)柠檬酸使用量在0.1%~0.3%之间时，混合 体系的黏度基本保持稳定。蔗糖能显著影响混胶 的黏度。增加甜蜜素的使用量可使混胶体系黏度 迅速增大，当加入的甜蜜素浓度为0.15 gA00mL， 时，混胶体系的黏度达到最大值。

(5)纯黄原胶溶液和黄原胶/瓜尔豆胶混胶都的非均相，而混胶的胶体结构类似于黄原胶溶液

有双折射现象，但在相同浓度下黄原胶与瓜尔豆的结构。

胶混胶形成的液晶中间相比纯黄原胶溶液有更多.

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