卡拉胶对琼脂糖凝胶不同贮存时间的渗透性及脱水效应的影响

王傲然　毕福洋　武龙

摘 要：本文利用挤压和渗透法测量不同浓度的混合凝胶在不同贮存时间下体系的脱水效应和渗透力。在琼脂糖混合凝胶的贮存过程中，脱水效应随着时间增加而增加。当琼脂糖凝胶加入卡拉胶后，脱水效应减弱，渗透性减弱，当琼脂糖凝胶加入无机盐-卡拉胶后脱水效应进一步减弱，渗透性进一步减弱。

关键词：脱水效应;琼脂糖;渗透性

Abstract：In this paper， the study of Storage time dependence on water permeability and water exudation under compression in iota-carrageenan added agarose gels was measured by extrusion and osmosis. when carrageenan was added to agarose gel， the syneresis effect was weakened and the permeability was weakened too， after the inorganic salt-carrageenan was added to agarose gel， the syneresis effect was further weakened and the permeability was further weakened.

Key words：Syneresis; Agarose; Water permeation

中图分类号：O648.1

琼脂糖是常用的食品添加剂，广泛应用于食品工业。如饮料、即食汤品、布丁、糖果、糕点等。琼脂糖来源于红藻的多糖，化学结构是由1，3连结β-D-半乳糖和1，4连结的3，6-内醚-L-半乳糖交替连接起来的长链构成。琼脂凝胶是一种结构独特的多糖凝胶，在压缩变形下，能保持大量的水分，并从凝胶表面渗出水分，水分子从凝胶中释放出来会导致压力松弛[1]。卡拉胶具有胶凝、乳化、增稠、脆性大、不泌水等优良性能[2]，它的化学结构是由半乳糖及脱水半乳糖所组成的多糖类硫酸酯的钙、钾、钠、铵盐，广泛用于制造果冻，冰淇淋、凉拌食品等。

脱水效应是凝胶主动排斥或排出液体，是贮存或被切割时水的自然流失。它标志着食品持水力的上限[3]。因此，本文利用挤压和渗透法测量了储存过程在压力下混合凝胶渗出水的体积，并观察琼脂凝胶在压力、老化、卡拉胶和无机盐加入情况下的混合凝胶分子链的空间网状结构的变化。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

（1）材料。琼脂糖（typea2929-250 g，产品编号SLBB9216V，Sigma公司提供）;卡拉胶（C1805，lot FGN01，TCL公司提供）;KCl分析纯。

（2）仪器。SHH01型恒温培养箱购自上海建恒仪器;HH.S21-6型数显恒温水浴锅;ATEXMIXDRIVE型浸没式磁力搅拌器，购自德国2magAG公司。

1.2 实验方法

1.2.1 混合凝胶的制备

测定所用的4种浓度的琼脂糖（A）和卡拉胶（IC）溶液为2%A w/w;2.5%A w/w;2%A w/w+0.5%IC w/w;2%A w/w+0.5% IC w/w+10 mmol·L-1 KCl。将溶液在95 ℃恒温水浴锅加热60 min，磁子搅拌后冷却至60 ℃，再加热30 min磁子搅拌。根据不同的实验，将热溶液装入不同的容器。然后迅速在0 ℃冰水中浸泡15 min。制备好的樣品贮存于4 ℃恒温箱。

1.2.2 脱水效应实验方法

①将热溶胶注入直径为2 cm的圆筒，然后迅速在0 ℃冰水中浸泡15 min，冷却成胶后从模具上切下圆柱形试样（直径2.0 cm×高1.0 cm），用卡尺精确测量其尺寸。②将切好的凝胶置于纸上，分别将5 g·cm-2和0 g·cm-2两种不同压力施加于凝胶，不同贮藏天数（0、1、3、7 d），每小时（0～5 h）测定失水质量。取3个独立测量值的平均值，计算出水率（%）=出水量/初始胶体质量。

1.2.3 渗透性实验方法

将热溶胶注入直径为1.48 cm的圆筒，然后迅速在0 ℃冰水中浸泡15 cm。不同贮藏天数（0、1、3、7 d），每小时（0～5 h）记录渗水量。在凝胶的上下表面各放一个玻璃过滤，并在上面的过滤器上放一个小球，以防止凝胶漂浮。底部过滤器连接直径0.3 cm的塑料管，通过观察塑料管的渗水水位高度，计算每小时流出凝胶的水量。取3个独立测量值的平均值。

2 结果与分析

2.1 压缩实验

2.1.1 贮存时间对琼脂糖混合凝胶脱水效应的影响

由图1知，随着贮存天数的增加，琼脂糖流失的水逐渐增多，这意味着持水能力随着时间增加而减少。Toncheva G[4]等提出琼脂网状结构会随琼脂糖凝胶储存时间不同而改变，且网状结构的变化会影响水的迁移。因此，凝胶的持水能力受贮存时间影响的原因主要来自琼脂糖凝胶在贮存过程中的聚合链逐渐形成具有更大孔隙的空间网状结构。

2.1.2 卡拉胶、无机盐-卡拉胶的加入对琼脂糖凝胶脱水效应的影响

由图1可知，单纯的琼脂糖凝胶浓度越大持水力越强。2.5%A比2%A+0.5%IC混合凝胶流出了更多的水，这可能是由于卡拉胶的聚合链搭建在了琼脂糖的空间网状结构上，从而增加了共混凝胶对水分子的摩擦力，使水分子无法顺利通过凝胶，增加了琼脂糖凝胶的持水性。

无机盐-卡拉胶加入琼脂糖凝胶后，凝胶的持水性更强，因为卡拉胶带负电荷，加入无机盐离子会与其形成络合物也就是聚合成更长的分子链，形成凝胶中的大分子线团并能起填充的效应[5]，因此该混合体系下凝胶具有最强的持水能力。

2.1.3 压力对琼脂糖凝胶持水性的影响

由图1知，5 g·cm-2和0 g·cm-2两种不同压力施加于凝胶，5 g·cm-2的一组流出的水要多于无负载的一组，这是由于在压力作用下，凝胶在聚合过程中减少了溶质中琼脂糖链的数量使网状结构更加粗糙，这一变化减少了阻碍水分子运动的摩擦力。不同浓度在相同负载下，出水量与无负载对照组趋势相同，说明无机盐-卡拉胶与琼脂糖的空间网状结构孔隙最小结构最致密。

2.2 渗透实验

由图2知，在同一贮存时间下，不同浓度的凝胶表现出不同的渗透能力。2%A比2.5%A渗透出了更多的水，与脱水效应实验相互印证，说明单纯的琼脂糖凝胶浓度越大持水力越强;2.5%A比2%A+0.5%IC混合凝胶在初期更快的渗透出水，也就是说当卡拉胶溶液加入到琼脂糖溶液后，凝胶的渗透性减弱;2%A+0.5%IC+10 mM KCl渗透性最弱，这说明该混合凝胶的空间网状结构孔隙最小，能够阻绝最多的水分子。

3 结论

通过本研究可知，琼脂糖凝胶的脱水效应及渗透力与贮存时间、负载压力、卡拉胶的加入、卡拉胶-KCl的加入有关。在琼脂糖混合凝胶的贮存过程中，脱水效应随着时间增加而增加。琼脂糖凝胶加入卡拉胶后，脱水效应减弱，渗透性减弱;琼脂糖凝胶加入无机盐-卡拉胶后脱水效应进一步减弱，渗透性进一步减弱。

参考文献：

[1]刘汶甲，杨晓鸿，李文阳，等.琼脂和卡拉胶凝胶性能研究[J].应用化工，2013，42（9）：1744-1746.

[2]邓杨桦，张凯松.高浓度iota卡拉胶溶液的流变性能研究[J].食品工业科技，2014，35（19）：124-127，131.

[3]沈 钟，赵振国，王果庭.胶体与表面化学[M].北京：化学工业出版社，2004.

[4]Toncheva G，Hadjikinov D，Panchev I.Investigation of syneresis of agar jellies with sorbitol[J].Food Chemistry，1994，49（1）：29-31.

[5]甘景镐，甘纯矶，胡炳环.天然高分子化学[M].北京：高等教育出版社，1993.