可得然胶凝胶特性及其在西式火腿中的应用研究

赵 冰，李家鹏，陈文华，曲 超，艾 婷，乔晓玲*

（北京食品科学研究院，中国肉类食品综合研究中心，北京 100068）

可得然胶凝胶特性及其在西式火腿中的应用研究

赵 冰，李家鹏，陈文华，曲 超，艾 婷，乔晓玲*

（北京食品科学研究院，中国肉类食品综合研究中心，北京 100068）

采用质构仪检测可得然胶的凝胶特性，并研究其对西式羊肉火腿质构的影响。结果表明，可得然胶随着质量浓度和加热温度的升高，凝胶强度逐渐增加，同时具有热不可逆性，高于80 ℃加热可得然胶水溶液，冷却形成凝胶后，重新加热凝胶结构不会破坏；合适的NaCl质量浓度、磷酸盐质量浓度和pH值可以提高可得然胶的凝胶强度，添加大豆蛋白会降低可得然胶的凝胶强度，而蔗糖和淀粉对可得然胶的凝胶强度影响不大。将可得然胶添加到肉制品西式羊肉火腿中，随着添加量的增加，质构显示出逐渐增加的趋势。

可得然胶；质构；凝胶强度；西式羊肉火腿

可得然胶是由微生物发酵产生的以β-1,3-糖苷键构成的水不溶性葡聚糖，是一类将其悬浊液加热后既能形成硬而有弹性的热不可逆性凝胶又能形成热可逆性凝胶的多糖类的总称[1]。我国于2006年5月批准可得然胶可以作为食品添加剂用于生干面制品、生湿面制品、方便面制品、豆腐类制品、熟肉制品、西式火腿、肉灌肠类食品中，GB 2760—2011《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》规定，可得然胶在各类食品中使用量都是按照生产需要适量使用。在干燥状态下，可得然胶具有极强的稳定性，在密封条件下可长期保存[2]。可得然胶根据加热温度不同可以形成性质完全不同的凝胶[3-4]：低度凝胶和高度凝胶：1）把可得然胶的水分散液加热到约55～65 ℃后再降温至约40 ℃以下，可以形成热可逆性的低度凝胶，它的强度较低；当这种低度凝胶再被加热到约60 ℃时，能恢复到原有的分散液状态；2）把可得然胶的水分散液加热到约80 ℃以上时，就会形成结构坚实并且具有高弹性、热不可逆的高度凝胶，继续加热到直至130 ℃，其胶体强度会不断被提高，胶体强度也随可得然胶的浓度上升而提高，这也是它区别于卡拉胶的一条重要性质。

目前，卡拉胶是目前肉制品中最常使用的凝胶剂，但研究发现，在中性条件下，卡拉胶长时间高温加热，会发生水解，导致凝胶强度降低；在pH 4.3的酸性溶液中，加热的情况下卡拉胶会失去黏度和凝胶强度，在高温和低阳离子浓度下，水解程度增加[5]；同时卡拉胶虽然没有毒性，但它不能被人体消化吸收，大量使用会增加胃容量。因此，可得然胶作为一种新型的凝胶剂应用到肉制品中。

本实验以可得然胶为对象，研究西式羊肉火腿中常用的辅料和添加剂对可得然胶凝胶强度的影响，并将其应用到西式羊肉火腿中，研究其对羊肉火腿质构的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

可得然胶 山东中科生物科技股份有限公司；羊肉购于清真市场。

1.2 仪器与设备

TA-XT Plus型质构仪 英国Stable Micro Systems公司。1.3 方法

1.3.1 可得然胶凝胶特性的研究

凝胶强度测定：采用TA-XT Plus型质构仪进行检测，在凝胶强度的模式下采集数据，实验参数如下：探头：P/0.5；测量模式：Compression；测试前速率：1.0 mm/s；触发力：5.0 g；测试速率：0.5 mm/s；返回速率：10.0 mm/s；测试循环次数：1；测试距离：10 mm。

1.3.1.1 不同质量浓度的可得然胶凝胶强度的测定

用去离子水分别配制质量浓度为0.5、1、1.5、2、2.5、3 g/100 mL的可得然胶水溶液，用高速搅拌机混匀，分别取50 mL分别倒入100 mL的烧杯中，做3 个平行，在90 ℃水浴中加热30 min，取出用冷水迅速冷却备用，用质构仪检测其凝胶强度[6]。

1.3.1.2 不同温度条件下可得然胶的凝胶强度

用去离子水配制质量浓度为2 g/100 mL的可得然胶溶液，用高速搅拌机混匀，分别取50 mL分别倒入100 mL的烧杯中，做3 个平行，分别在60、70、80、90、100 ℃条件下加热30 min，取出用冷水迅速冷却备用，用质构仪检测其凝胶强度。

1.3.1.3 不同温度条件下复加热对可得然胶凝胶强度的影响

按步骤1.3.1.2节方法配制的凝胶在冷却后，分别在各自的温度条件下重新在恒温水浴锅中加热30 min，用冷水迅速冷却备用，用质构仪检测其凝胶强度。

1.3.1.4 NaCl溶液对可得然胶凝胶强度的影响

用去离子水分别配制质量浓度为0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/100 mL的NaCl溶液，然后用其配制2 g/100 mL的可得然胶溶液，用高速搅拌机混匀，分别取50 mL分别倒入100 mL的烧杯中，做3 个平行，在90 ℃水浴中加热30 min，取出用冷水迅速冷却备用，用质构仪检测其凝胶强度。

1.3.1.5 磷酸盐溶液对可得然胶凝胶强度的影响

用去离子水分别配制质量浓度为0、0.1、0.2、0.3、0.4 g/100 mL的三聚磷酸钠溶液，然后用其配制2 g/100 mL的可得然胶溶液，分别取50 mL分别倒入100 mL的烧杯中，做3 个平行，在90 ℃水浴中加热30 min，取出用冷水迅速冷却备用，用质构仪检测其凝胶强度。

1.3.1.6 不同pH值对可得然胶凝胶强度的影响

配制0.1 mol/mL的pH值分别为4、5、6、7、8的磷酸盐缓冲液，然后用其配制2 g/100 mL的可得然胶溶液，用高速搅拌机混匀，分别取50 mL分别倒入100 mL的烧杯中，做3 个平行，在90 ℃水浴中加热30 min，取出用冷水迅速冷却备用，用质构仪检测其凝胶强度。

1.3.1.7 蔗糖对可得然胶凝胶强度的影响

用蔗糖和去离子水分别配制0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/100 mL的蔗糖溶液，然后用其配制2 g/100 mL的可得然胶溶液，用高速搅拌机混匀，分别取50 mL分别倒入100 mL的烧杯中，做3 个平行，在90 ℃水浴中加热30 min，取出用冷水迅速冷却备用，用质构仪检测其凝胶强度。

1.3.1.8 淀粉对可得然胶凝胶强度的影响

用淀粉和去离子水分别配制0、2、4、6、8、10 g/100 mL的淀粉溶液，然后用其配制2 g/100 mL的可得然胶溶液，用高速搅拌机混匀，分别取50 mL分别倒入100 mL的烧杯中，做3 个平行，在90 ℃水浴中加热30 min，取出用冷水迅速冷却备用，用质构仪检测其凝胶强度。

1.3.1.9 大豆蛋白对可得然胶凝胶强度的影响

用大豆蛋白粉和去离子水分别配制0、1、2、3、4、5 g/100 mL的大豆蛋白溶液，然后用其配制2 g/100 mL的可得然胶溶液，用高速搅拌机混匀，分别取50 mL分别倒入100 mL的烧杯中，做3 个平行，在90 ℃水浴中加热30 min，取出用冷水迅速冷却备用，用质构仪检测其凝胶强度。

1.3.2 可得然胶在西式羊肉火腿中的应用

取羊里脊肉5 kg，按照羊肉的质量称取辅料，配方（质量分数）为：亚硝酸钠0.01%、异抗坏血酸钠0.1%、复合磷酸盐0.4%、食盐3.4%、蔗糖2%、味精0.25%、大豆分离蛋白4%、玉米淀粉10%、白胡椒粉0.12%、玉果粉0.1%、红曲红0.12%、水40%，可得然胶按照0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的质量比例添加，然后将其与嫩化后的羊肉混匀、辊揉、灌制，然后在95 ℃加热1 h，迅速冷却，备用，用质构仪检测其质构特性。

2 结果与分析

2.1 可得然胶凝胶的强度

2.1.1 不同质量浓度可得然胶溶液的凝胶强度

由图1可知，可得然胶的凝胶强度随着可得然胶质量浓度的升高而不断增加，这是由可得然胶本身的性质决定的。随着可得然胶质量浓度的增加，其结合的水的能力也在不断增加，从而形成更加紧密的网状结构，使其凝胶强度不断增加[7]。

图1 不同质量浓度可得然胶溶液的凝胶强度Fig.1 Gel strength of curdlan gum at different concentrations

2.1.2 不同温度条件下可得然胶的凝胶强度

图2 可得然胶溶液在不同加热温度条件下的凝胶强度Fig.2 Gel strength of curdlan gum at different temperatures

由图2可知，可得然胶的凝胶强度随着加热温度的升高而增加，这可能是由于在随着温度的升高形成凝胶时，可得然胶分子由单分子螺旋形成了三螺旋结构，而且螺旋之间距离变小，每个螺旋间作用力显著增强，所形成的凝胶强度逐渐增加[8-9]。

2.1.3 不同温度复加热条件下可得然胶的凝胶强度

图3 不同复加热温度条件下可得然胶的凝胶强度Fig.3 Gel strength of curdlan gum at different reheating temperatures

由图3可知，可得然胶水溶液在不同的复加热温度条件下凝胶强度仍然随着温度的升高而升高，将其与图2相比较发现，复加热后，可得然胶水溶液的凝胶强度与第一次加热时比较，并没有发生明显的变化。同时在复加热的过程中可以发现，首次加热低于80 ℃的可得然胶溶液，在复加热时，可得然胶会重新形成水溶液的状态，而首次加热在80 ℃以上的可得然胶复加热时，可得然胶仍然是凝胶状态，并不会重新溶解。这可能是由于可得然胶通常由三条链通过链间的氢键相互缠绕形成右手三螺旋结构，而螺旋内的每个葡萄糖残基可以结合两分子水，在低温时形成低度凝胶，体系内可得然胶大部分以单分子螺旋形式存在，螺旋间距离较大，作用力弱，因此凝胶强度较弱，是热可逆凝胶；在高温（80 ℃以上）形成凝胶时，可得然胶几乎都形成了三螺旋结构，而且螺旋之间距离变小，每个螺旋间作用力显著增强，所形成的凝胶强度大，是热不可逆凝胶[9-10]。

2.1.4 不同质量浓度NaCl溶液中可得然胶的凝胶强度

图4 NaCl质量浓度对可得然胶凝胶强度的影响Fig.4 Effect of Nacl concentration on gel strength of curdlan gum

由图4可知，NaCl质量浓度对可得然胶的凝胶强度具有一定影响，但是并不明显，这与Funami等[11]的研究是一致的，他们认为无机盐对可得然胶的凝胶强度影响不大。2.1.5 不同质量浓度磷酸盐溶液中可得然胶的凝胶强度

图5 磷酸盐质量浓度对可得然胶凝胶强度的影响Fig.5 Effect of phosphate concentration on gel strength of curdlan gum

由图5可知，磷酸盐可以显著影响可得然胶的凝胶强度，当磷酸盐的质量浓度为1 g/100 mL时，可得然胶的凝胶强度达到最大，但是继续增加磷酸盐的质量浓度会降低可得然胶的凝胶强度，这可能是由于磷酸盐具有一定的保水性，适当质量浓度的磷酸盐可以帮助可得然胶束缚水分，形成高强度的凝胶束；但是继续提高磷酸盐质量浓度可能由于是形成一种柔软的超分子束均匀分布在其中的凝胶体中，降低了凝胶的强度。

2.1.6 不同pH值条件下可得然胶的凝胶强度

由图6可知，pH值对可得然胶的凝胶强度具有明显影响。可得然胶的凝胶强度随着pH值的升高而降低，在pH值为7时达到最低，继续提升pH值，可得然胶的凝胶强度又会升高，这说明可得然胶在酸性溶液中具有良好的凝胶特性和稳定性，这与其他研究人员的相关结果具有一致性[12-13]。

图6 pH值对可得然胶凝胶强度的影响Fig.6 Effect of pH on gel strength of curdlan gum

2.1.7 不同质量浓度蔗糖溶液中可得然胶的凝胶强度

图7 蔗糖质量浓度对可得然胶凝胶强度的影响Fig.7 Effect of sucrose concentration on gel strength of curdlan gum

由图7可知，蔗糖对可得然胶的凝胶强度具有一定影响，在蔗糖的质量浓度范围为0～2.5 g/100 mL时，随着蔗糖质量浓度的提高，可得然胶的凝胶强度逐渐增加，但是增加的效果并不明显，这可能是由于蔗糖可以在一定程度上有助于可得然胶形成网状结构[14-15]。

2.1.8 不同质量浓度淀粉溶液中可得然胶的凝胶强度

图8 淀粉质量浓度对可得然胶凝胶强度的影响Fig.8 Effect of starch concentration on gel strength of curdlan gum

由图8可知，淀粉对可得然胶的凝胶强度有一定影响，加入淀粉降低了可得然胶的凝胶强度，这可能是由于淀粉大量吸水，与可得然胶竞争与水结合，使可得然胶不能形成稳定的凝胶结构；当淀粉的质量浓度达到10 g/100 mL时，凝胶强度升高可能是由于淀粉质量浓度升高到一定程度后淀粉显示出一定的强度造成的[14-15]。

2.1.9 不同质量浓度大豆蛋白对可得然胶凝胶强度的影响

由图9可知，添加大豆蛋白可以降低可得然胶的凝胶强度，且随着大豆蛋白质量浓度的增大，凝胶强度逐渐降低，这可能是由于大豆蛋白与可得然胶之间都与水结合，形成一种竞争的关系，影响了可得然胶与水之间形成稳定的分子束，降低了凝胶强度。

图9 大豆蛋白质量浓度对可得然胶凝胶强度的影响Fig.9 Effect of soybean protein concentration on gel strength of curdlan gum

2.2 可得然胶对西式羊肉火腿质构的影响

表1 可得然胶对西式羊肉火腿质构的影响Table1 Effect of curdlan gum on texture of western-style mutton sausage

由表1可知，当可得然胶加入到西式羊肉火腿中时，对产品的质构具有改善作用，随着可得然胶添加量的增加，产品的硬度、弹性、黏聚性、胶着度、咀嚼度、回复性等质构指标显示出增加的趋势，当可得然胶的添加量达到1%时，具有显著性差异。因此，适当添加量的可得然胶可以显著改善产品的质构[16-18]。

3 结 论

本实验通过质构仪测定可得然胶的凝胶特性，研究其在不同质量浓度NaCl、磷酸盐、蔗糖、淀粉、大豆蛋白和加热温度、复加热温度、pH值等条件下的凝胶强度，发现：1）可得然胶随着质量浓度和加热温度的升高，凝胶强度逐渐增加，而且具有良好的复加热稳定性，同时具有热不可逆性：加热温度低于80 ℃时，复加热可以重新溶解，加热温度高于80 ℃时，凝胶结构不会被破坏。2）合适的NaCl质量浓度、磷酸盐质量浓度和pH值可以提高可得然胶的凝胶强度，添加大豆蛋白会降低可得然胶的凝胶强度，而蔗糖和淀粉对可得然胶的凝胶强度影响不大。3）将可得然胶添加到肉制品西式羊肉火腿中，随着添加量的增加，质构显示出逐渐增加的趋势。

美国、日本和韩国等国家早在20世纪90年代开始允许可得然胶作为食品添加剂应用，我国虽然早在2006年5月已经批准了可得然胶作为食品添加剂用于生干面制品、生湿面制品、方便面制品、豆腐类制品、熟肉制品、西式火腿、肉灌肠类食品中[19-20]，并于2012年10月，首次实现在国内大规模工业生产，但是可得然胶在国内的应用范围还比较窄。目前的研究和应用主要集中在可得然胶的热不可逆性特点应用于面制品中，取得了一定的成果，但是在肉制品中的应用还未见，而可得然胶作为一种优良的稳定剂、凝固剂、增稠剂，在肉制品中具有良好的应用空间。

通过研究可以发现，可得然胶作为一种新型的食品添加剂，具有良好的凝胶特性，可以显著改善肉制品的质构；特别是其具有的80 ℃以上加热冷却后重新加热不会发生溶解这一特性，在模拟脂肪、肉丸、面制品等需要使用前加热的领域具有更加广阔的应用空间。

[1] 吉武科, 张永刚, 武琳, 等. Curdlan凝胶机理研究进展[J]. 中国食品添加剂, 2012(4): 231-234.

[2] 陈艳燕, 孙瑾, 尹胜利. 新型食品添加剂增稠剂: 可得然胶在食品工业中的应用[J]. 中国食品添加剂, 2007(3): 134-138.

[3] GAGNON M A, LAFLEUR M. Comparison of the structure and the transport properties of low-set and high-set curdlan hydrogels[J]. Joumal of Colloid and Interface Science, 2011, 357(2): 419-427.

[4] MCIMOSH M, STONE B A, STANISICH V A. Curdlan and other bacterial(l→3)-β-D-glucans[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2005, 68(2): 163-173.

[5] 孟凡玲, 罗亮, 宁辉, 等. κ-卡拉胶研究进展[J]. 高分子通报, 2003(5): 49-56.

[6] 吉武科, 张永刚, 武琳. 可得然胶凝胶特性改变的研究[J]. 化学与生物工程, 2012, 29(7): 60-62.

[7] MAEDA L, SAITO H, MASADA M, et a1. Properties of gels formed by heat treatment of curdlan, a bacterial β-glucan[J]. Agricultural and Biological Chemistry, 1967, 31(10): 1184-1188.

[8] FUNAMI T, FUNAMI M, YADA H, et a1. A rheological study on the effects of heating rate and dispersing method on the gelling characteristics of curdlan aqueous dispersions[J]. Food Hydrocolloids, 2000, 14(5): 509-518.

[9] KASAI N, HARADA T. Ultrastructure of curdlan[M]//FRENCH A D, GARDNER K H. Fiber diffraction methods. Washington, DC: American Chemical Society, 1980: 363-383.

[10] ALBAN S, FRANZ G. Characterization of the anticoagulant actions of a semisynthetic curdlan sulfate[J]. Thrombosis Research, 2000, 99(4): 377-388.

[11] FUNAMI T, NISHMARI K. Gelling characteristics of curdlan aqueous dispersions in the presence of salts[J]. Food Hydrocolloids, 2007, 21(1): 59-65.

[12] ZHANG Hongbin, NISHINARI K. Characterization of the conformation and comparison of shear and extensional properties of curdlan in DMSO[J]. Food Hydrocolloids, 2009, 23: 1570-1578.

[13] YUKIHIRO N, AKIRA K, TETSUYA T T, et al. Curdlan: properties and application to foods[J]. Journal of Food Science, 1991, 56(3): 769-772.

[14] KUGE T, SUETZUGU N, NISBIYAMA K. Heat-melt of β-1,3-glucan gel[J]. Journal of Agricultural and Biological Chemistry, 1977, 4l(7): 1315-1317.

[15] ISTUDA K, TAKEUCHI T. Starch to repress syneresis of curdlan gel[J]. Journal of Agricultural and Biological Chemistry, 1981, 45(6): 1409-1412.

[16] 张燕红. 微波场对可得然胶凝胶特性的影响研究[D]. 郑州: 河南农业大学, 2012.

[17] 张永刚, 吉武科, 武琳. 可得然胶凝胶性能影响因素的研究[J]. 化学与生物工程, 2013, 30(8): 54-56.

[18] 邱惠霞, 赵谋明. 一种新型微生物凝胶剂: 凝结多糖[J]. 食品与发酵工业, 1999, 24(6): 66-69.

[19] 许庭祯. 可得然胶的特性及在食品中的应用[C]//第十二届中国国际食品添加剂和配料展览会论文集. 上海: 中国食品添加剂和配料协会, 2008: 309-318.

[20] 张剑, 赵景艳, 李梦琴. 可得然胶对面团及面条品质的影响[J]. 中国粮油学报, 2012, 27(1): 10-13.

Gel Properties of Curdlan Gum and Its Application in Western-Style Ham

ZHAO Bing, LI Jia-peng, CHEN Wen-hua, QU Chao, AI Ting, QIAO Xiao-ling*
(China Meat Research Center, Beijing Academy of Food Sciences, Beijing 100068, China)

The gel strength of curdlan gum was measured using a texture analyzer and its effect on the texture of westernstyle ham was investigated. The result showed that the gel strength of curdlan gum increased gradually with an increase in its concentration and heating temperature, and that it had thermal irreversibility. After heating at temperature higher than 80 ℃and then cooling, the gel was formed, and reheating did not destroy the gel structure. The appropriate concentration of NaCl, phosphate and pH could improve the gel strength. Adding soy protein could reduce the gel strength but sucrose and starch had little effect on the gel strength of curdlan. With an increase in curdlan content, the texture of western-style mutton ham was improved gradually.

curdlan; texture; gel strength; western-style mutton ham

TS251.1

A

1002-6630（2014）21-0045-05

10.7506/spkx1002-6630-201421010

2014-06-11

“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAK17B07）

赵冰（1986—），男，工程师，硕士，研究方向为肉类食品加工与安全。E-mail：zhaobtg@163.com

*通信作者：乔晓玲（1964—），女，教授级高工，本科，研究方向为肉品加工技术。E-mail：cmrcsen@126.com