黄原胶流变学特性的研究:
黄原胶流变学特性的研究,分别研究了黄原胶浓度、温度、热处理时间、pH值、抗氧化剂VC、氧化剂H202、金属离子以及大豆分离蛋白对黄原胶黏度的影 响。实验结果表明，随着黄原胶浓度的增大，黏度増大直至基本不变;温度、热处理时间使其黏度稍微有所下降;pH值为6.0时,黏度最 大;抗氧化剂VC、氧化剂H202使黏度降低;随着金属离子Na+、Feh浓度的增大，黄原胶黏度呈下降变化;大豆分离蛋0使黄原胶黏度有 所增加。
黄原胶又称黄胶、汉生胶，是由甘蓝黑腐病野油菜黄术产生的。其分子主要由葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸、乙
单胞菌以碳水化合物为主要原料，经好氧发酵生物工程技酰基和丙酮酸组成，相对分子量为2xl06Da〜5xl07Da[1]。
收稿日期:2010-11-23
作者简介:刘秀敏（1978-)，女，河北唐山人，讲师,研究方向为食品生物技术;李德茂*,讲师，通讯作者。
酿酒酵母>纳豆芽孢杆菌>黑曲霉>粪链球菌，其中酿酒 酵母和纳豆芽孢杆菌是影响发酵麸皮蛋白含量的主要因 子。确定最佳的接种比例为酿酒酵母:纳豆芽孢杆菌:黑曲 霉:粪链球菌=10:4:0.5:2。由F检验可以看出酿酒酵母对发 酵麸皮的蛋白含量影响非常显著。
2.4验证试验及产品指标分析
在最优工艺条件下进行固态发酵，即装料量为1/1，料 水比为1.0:0.8,接种比例为酿酒酵母:纳豆芽孢杆菌:黑曲 霉:粪链球菌=10:4:0.5:2,发酵温度为37尤,发酵时间为48h。 对最优工艺下的发酵产品进行产品指标分析，结果(表7)可 看出，麸皮粗纤维的含量降为5.32%,蛋白含量较原料麸 皮提高了42.78%,为20.97%,有益微生物数目达到109个/g 干物料，蛋白质溶解度为8L67%。
表7产品指标分析 Table 7. Index analysis of the product
指标水分/%粗纤 维/%蛋白质/% (绝干）微生物数目/ (个^干物料）蛋甶质溶 解度/%灰分/%
发酵麸皮11.35.3220.9710981.678.23
3结论
采用微生物固态发酵法处理麸皮成本低，可以提高其 蛋白含量，增加饲料中的有益微生物种群，降解动物难于 消化利用的抗营养物质。
通过正交试验设计对发酵过程的四种微生物接种比 例进行优化，得到最优接种比例为黑曲霉:纳豆芽孢杆菌: 酿酒酵母:粪链球菌=0.5:2:10:4,在此条件下发酵麸皮可使 其蛋白含量达到20.97%，有益微生物数目达到l〇MVg干物 料，粗纤维含量降为5.32%,蛋白质溶解度为81.67%，极大提 高了麸皮在饲料行业的营养价值和利用率。
自从被批准用作食品添加剂以来，黄原胶主要被用作 稳定剂、乳化剂、增稠剂和食品胶的增效剂等。另外，黄 原胶还有一定的免疫学特性◊因此黄原胶具有广阔的市 场前景和巨大的商业价值。
多糖的流变力学性质对多糖加工和使用过程有很大 的影响，而且多糖流变力学性质与其种类、浓度、温度和 加工条件均有关系。因此，需要深入研究各种影响因素对 其流变学特性的影响，获得其影响规律，为其深入应用奠 定基础[3]。
本研究采用黏度计研究了黄原胶浓度、温度、热处理 时间、pH值、VC、H202、金属离子以及蛋白对黄原胶黏度的影 响，以期为黄原胶在生产实际中的应用提供一定的理论依据。
1材料与方法 1.1材料与仪器
黄原胶购自上海晶纯试剂有限公司•，大豆分离蛋白为 市售。其余试剂均为分析纯。所用水为去离子水。
NDJ-8S数字显示黏度计，上海方瑞仪器有限公司；恒 温水浴锅;AL204电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司。 附表为NDJ-8S黏度计的量程。
1.2实验方法
附表NDJ-8S黏度计的量程 Attached table. Measuring range of viscometer NDJ-8S
转子转速/满量程值/(mpa*s)
(r*min'')]2340
6010050020001000010
30200100040002000020
125002500100005000050
61000500020000100000100
320001000040000200000200
1.540002000080000400000400
0.6100005000020000010000001000
0.32000010000040000020000002000
1.2.1黄原胶浓度与黏度的关系
配制 1 g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L 的黄原胶溶液，25^ 时分别测定其黏度[4]。
1.2.2温度对黄原胶黏度的影响
配制2g/L的黄原胶溶液,分别在4丈、20t、40T、60^、 80T水浴中处理30min，用黏度计测定其黏度[51。
1.2.3热处理时间对黄原胶黏度的影响
配制2g/L的黄原胶溶液，在60T水浴中处理20min、 3 Omin、40min、50min、60min，测定其黏度。
1.2.4 pH值对黄原胶黏度的影响
配制pH值分别为2.0、6.0、8.0、10.0的缓冲溶液，加入黄 原胶配成4g/L溶液，301水浴中分别测定其黏度。
1.2.5抗氧化剂VC对黄原胶黏度的影响
配制4g/L的黄原胶溶液，分别添加VC,使VC浓度为0、
0.05%、0.10%、0.15%、0.20%，在 301 水浴中测定其黏度。黄原胶流变学特性的研究, 1.2.6氧化剂H202对黄原胶黏度的影响
配制4g/L的黄原胶溶液，分别添加H202，使H202浓度 为0、1.0%、2.5%、5.0%、7.5%、10.0%,在301€水浴中测定
其黏度。
1.2.7金属离子对黄原胶黏度的影响
配制4g/L的黄原胶溶液，分别添加Na% Fe2+,使其浓度 为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%,测定其黏度。
1.2.8大豆分离蛋白对黄原肢黏度的影响
配制4g/L的黄原胶溶液，分别添加大豆分离蛋白，使 其浓度为〇、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，测定其黏度。
2结果与讨论
2.1黄原胶浓度与黏度的关系
黄原胶浓度与黏度的关系见图1。由图1可以看出，在 不同转速条件下，黄原胶黏度随浓度的增大而增大。当转 速为60r/min,黄原胶浓度为4g/L时黏度达到最大，此后浓 度增大，黏度基本没有发生变化。
图1黄原胶黏度与浓度的关系
Figure 1. Relationship between the concentration and viscosity of xanthan gum
此条件下，黄原胶浓度小于lg/L时,黏度不是很大，用 黏度计测得的数值很不准确，所以选择lg/L作为实验的基 点。另外，如果搅拌不均匀，对实验所得数据有很大影响。搅 拌时会产生大量气泡，对实验数据也有影响，但不是很大。
由实验结果可知，黄原胶黏度随浓度的增大而增大， 但达到一定值后，继续增大浓度，黏度基本不会发生变化。 这可能是因为增大多糖浓度，多糖链之间的相互作用加强， 导致多糖的分子结构发生变化，从而使黏度增大。达到一 定值后，分子间作用趋于稳定，黏度不再变化。因此，生产 实际中，没必要使用太大浓度的黄原胶。
2.2温度对黄原胶黏度的影响
温度对黄原胶黏度的影响见图2(转子2,30r/min)。由 图2可以看出，随着温度的升高，在一定范围内，黄原胶的 黏度基本保持下降的趋势，高于时稍微有些上升,40^以 后下降明显些。
温度升高时黄原胶黏度呈下降趋势，但变化不是很
研究报告
中国酿造
80
2929
(S • Bdlu) / 赵-
00
o o o o o
5 0 5 0 5 2 2 11
(S • Kdlu) /赵歳
大。原因可能是温度升高时，黄原胶分解成小分子糖，多糖 结构变化，从而使黏度减小。从温度对黏度的影响看，黄原 胶在代〜抑丈范围内具有良好的热稳定性。
Figure 2. Effect of temperature on viscosity of xanthan gum
2.3热处理时间对黄原胶黏度的影响
热处理时间对黄原胶黏度的影响见图3(转子2, 30r/min)。黄原胶流变学特性的研究, 由图3可以看出，在60丈水浴中处理，随着加热时间的延长， 黄原胶黏度呈下降趋势。随着热处理时间的延长，黄原胶 黏度减小，可能是加热时间越长，黄原胶分子结构破坏的 越严重。
305 r
270*!1111
152535455565
时间/'min
图3热处理时间对黄原胶黏度的影响 Figure 3. Effect of heat treatment time on viscosity of xanthan gum
2.4 pH值对黄原胶黏度的影响
300 r
pH值
图4 pH值对黄原胶黏度的影响 Figure 4. Effect of pH on viscosity of xanthan gum
pH值对黄原胶黏度的影响见图4(转子0,1.5r/min)。由 图4可以看出，pH值为6.0时黄原胶黏度最大，pH值<6_0 时,黏度随pH值的增大而增大;pH值>6.0时，黄原胶黏度 随pH值的增大而减小。黄原胶是一种多糖，是由单糖聚合 而成，在酸性或者碱性条件下，会造成氢键的断裂,发生水 解作用,生成小分子糖，致使黏度降低。
2.5抗氧化剂VC对黄原肢黏度的影响
抗氧化剂VC对黄原胶黏度的影响实验结果见图5 (转
子 2,30r/min)。
800
-S) /"-
500 1111»
00.050.100.150.200.25
VC浓度/%
图5抗氧化剂VC添加量对黄原胶黏度的影响 Figure 5. Effect of VC content on viscosity of xanthan gum
由图5可知，在一定范围内，随着抗氧化剂VC添加量 的增大，黄原胶黏度有所下降，但变化量不是很大，原因是 低浓度的VC可能降低黄原胶分子间的相互作用，使黄原胶 黏度降低，但作用却不是很大。
2.6氧化剂H202对黄原胶黏度的影响
图6氧化剂添加量对黄原胶黏度的影响 Figure 6. Effect of H202 content on viscosity of xanthan gum
氧化剂H202对黄原胶黏度的影响实验结果见图6 (转 子2,30r/min)。加入氧化剂H202以后，溶液中很快产生大 量气泡，溶液体积明显增大。由图6可以看出，随着添加量 的增大，黄原胶黏度基本呈直线下降，但与未加入H2O2以 前相比，下降的幅度相对较小。
H202加入后，一定程度上会氧化黄原胶的羟基，使分子 链断裂,导致黄原胶黏度减小。黄原胶流变学特性的研究,侣总体上讲,氧化剂H202对黄 原胶黏度影响不是很大，说明黄原胶有较好的抗氧化性。 2.7金属离子对黄原股黏度的影响
金属离子对黄原胶黏度的影响实验结果见图7(转子2, 30r/min)。由图7可以看出，随着Na"添加量的增大，多糖黏
China Brewing
(S • Bdul) /趔旗
00.51.01.52.02.5
大豆分离蛋甶浓度/%
图8大豆分离蛋白添加量对黄原胶黏度的影响 Figure 8. Effect of soy protein isolate content on viscosity of xanthan gum
Research Report
度降低；随着Fe2"添加量的增加，多糖的黏度也呈下降趋 势。而且Na+对黄原胶黏度的影响小于Fe2+,这可能是由于 Na+、Fe2+,离子强度的不同而造成的。加入金属离子可能会 改变黄原胶的电荷特性，导致黄原胶分子之间的相互作用 加强或者减弱，从而使黏度增大或者减小。此外，加入金属 离子还会改变黄原胶的pH值，这也是黄原胶黏度发生变 化的原因。
金属离子浓度/%
图7 Na*和Fe2*添加量对黄原胶黏度的影响 Figure 7. Effect of Na+ and Fe2+ contents on viscosity of xanthan gum
2.8大豆分离蛋白对黄原肢黏度的影响
大豆分离蛋白对黄原胶黏度的影响实验结果见图8 (转子2,6r/min)。由图8可以看出，加入大豆分离蛋白后， 黄原胶黏度明显增大，但达到一定值后黏度基本不变。原 因可能是大豆分离蛋白对黄原胶分子的作用很小,本身也 有一定的黏性，加入到黄原胶溶液以后，相当于增加了黄 原胶溶液的浓度，使其黏度增大。当浓度增大到一定程度 后，黄原胶的黏度不再继续增大。
3结论
黄原胶的黏度主要是由于分子键氢键的作用产生， 也受其分子量大小的影响。因此黄原胶黏度的变化是由 于氢键变化和分子量变化引起的。
实验结果表明，黄原胶流变学特性的研究,黄原胶浓度、温度、热处理时间、pH 值、抗氧化剂VC、氧化剂H202、金属离子以及大豆分离蛋 白对黄原胶黏度都有不同程度的影响，因此生产实际中要 注意其他因素对黄原胶黏度的影响。但总的来说，黄原胶 无味、无臭、适用安全性强，具有高黏度，高耐酸、碱、盐特 性、高耐热稳定性、悬浮性，极强的抗氧化作用，有大豆分 离蛋白有较好的相溶性。可作为良好的增稠剂、乳化剂、 悬浮剂、稳定剂。
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