鹽酸處理對可得然膠品質提升試驗研究

李輝，周燕燕

鹽酸處理對可得然膠品質提升試驗研究

李輝1，周燕燕2

（1. 山東藍晶生物技術有限公司，山東 菏澤 274600； 2. 鄄城二中，山東 菏澤 274600）

在可得然膠成品貯存過程中，存在可得然膠品質下降明顯的問題。根據可得然膠生產工藝研究，以鹽酸作為處理劑對成品進行二次精制，以成品凝膠強度為主要評價指標，75%乙醇作為溶劑，考察鹽酸濃度、溫度、時間、料液比（（膠體質量）∶（酸溶液質量））對成品品質的影響。結果表明，鹽酸濃度0.6%，溫度30 ℃，時間2 h，料液比1∶4，凝膠強度增加137.5%，收率80.6%，處理后成品品質符合國家標準。

可得然膠； 凝膠強度； 酸處理

可得然膠（curdlan)又稱凝膠多糖、熱凝膠、凝結多糖[1], 是由D-葡萄糖通過β-1，3-葡萄糖苷鍵構成的直鏈葡聚糖[2]，天然發(fā)酵的可得然膠分子量大，聚合度高，呈螺旋狀立體結構，不溶于水和大部分有機溶劑，但是溶于堿性溶液［3］。目前國內外對于可得然膠的研究主要集中在發(fā)酵和提取，以及小分子膠體研究，對于可得然膠的貯存后品質下降關注少?？傻萌荒z的特性取決于膠體特殊的三維螺旋結構［4］和44～12 000 kDa分子量［5］，目前可得然膠應用廣泛，普遍應用在食品行業(yè)，在多種肉制品制備[6-8]、面食制備冷藏[9-10]應用中可以增加食品的口感及外觀?？傻萌荒z在醫(yī)藥方面的研究不斷增加，其中在可得然膠季銨鹽薄膜應用研究中發(fā)現，對大腸桿菌、葡萄球菌和鐮刀菌均具有抑制作用,對葡萄球菌和鐮刀菌的抑制效果要強于對大腸桿菌的抑制效果［11］。企業(yè)在生產過程中，由于生產、貯存等原因，可得然膠的凝膠強度下降較快，致使產品品質受到影響。

因此，本文以凝膠強度為評價指標，對出現問題的成品進行再處理，研究膠體品質提升工藝路線，為可得然膠的生產提供一條有效的備用途徑。

1 材料與方法

1.1 主要材料

可得然膠成品（凝膠強度246.7）：本實驗發(fā)酵精制獲得，陰涼通風處放置12月；鹽酸：上海國藥集團；無水乙醇：上海國藥集團。

1.2 主要儀器

CT3質構儀:柜谷科技發(fā)展有限公司；HH-M6水浴鍋：上海赫田科學儀器有限公司；電熱鼓風干燥箱：鑫宇自動化絲印設備；TD4F離心機：湖南平凡科技有限公司；FSH-2A可調高速勻漿機：常州翔天試驗儀器廠。

2 實驗方法

2.1 鹽酸溶液處理工藝

配置75%乙醇溶液，在乙醇溶液中配置不同濃度的鹽酸溶液，利用不同濃度的鹽酸溶液在一定溫度下加入膠體，300 r/min攪拌2 h，3 000 r/min離心10 min，獲取沉淀后用純化水洗滌，3 000 r/min離心10 min，洗滌兩遍，40 ℃烘箱烘干，稱量干品重量，檢測凝膠強度。

2.2 凝膠強度檢測方法（改進）［12］

取1 g可得然膠樣品于50 mL水中，用勻漿機勻漿2 min后，在300 r/min的轉速下攪拌10 min，靜止10 min，將懸浮液轉移至18 mm×180 mm的試管中，然后將試管迅速放入沸水浴中10 min，在冷水中冷卻30 min，從試管中取出凝膠，取離底部20 mm和30 mm處的一段10 mm的凝膠，用質構儀測定凝膠強度（g/cm2）。

2.3 收率

成品處理前進行稱重，記錄成品干重，處理后以干品形式進行稱重，記錄成品干重。

3 單因素實驗

3.1 不同鹽酸濃度對可得然膠凝膠強度的影響

利用不同的鹽酸濃度（75%乙醇溶液作為溶劑）0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1%，1.2%進行浸泡，料液比1∶3（膠體質量∶酸溶液質量），25 ℃攪拌2 h，300 r/min離心10 min，獲取沉淀利用純化水進行洗滌，3 000 r/min離心10 min，洗滌兩遍，40 ℃烘箱烘干，檢測凝膠強度。

圖1 不同鹽酸濃度對可得然膠凝膠強度的影響

3.2 不同溫度對可得然膠凝膠強度的影響

利用鹽酸濃度（75%乙醇溶液作為溶劑）0.8%進行浸泡，料液比1∶3（膠體質量∶酸溶液質量），0 ℃，10 ℃，20 ℃，30 ℃，40 ℃，50 ℃攪拌2 h，離心10 min，獲取沉淀利用純化水進行洗滌，300 r/min離心10 min，洗滌兩遍，40 ℃烘箱烘干，檢測凝膠強度。

圖2 不同溫度對可得然膠凝膠強度的影響

3.3 不同時間對可得然膠凝膠強度的影響

利用鹽酸濃度（75%乙醇溶液作為溶劑）0.8%進行浸泡，料液比1∶3（膠體質量∶酸溶液質量），25 ℃攪拌0.5 h，1 h，1.5 h，2 h，2.5 h，3 h離心10 min，獲取沉淀利用純化水進行洗滌，300 r/min離心10 min，洗滌兩遍，40 ℃烘箱烘干，檢測凝膠強度。

圖3 不同時間對可得然膠凝膠強度的影響

3.4 正交實驗與結果分析

設定鹽酸濃度為0.4%，0.6%，0.8%，溫度10 ℃，20 ℃，30 ℃，時間1.5 h，2 h，2.5 h，料液比1∶2，1∶3，1∶4，選擇L9(34)正交實驗表進行條件優(yōu)化。

表1 正交試驗

4 結果分析

4.1 不同鹽酸濃度對可得然膠凝膠強度的影響

從結果中看到，不同的鹽酸濃度對品質的提升效果不同。因可得然膠屬于中性多糖[13]，過酸和少酸都會導致品質差，凝膠強度低，由于成品中含有少量發(fā)酵添加劑，比如碳酸鈣、碳酸鎂等，鹽酸濃度高的情況下，酸堿中和，減少無機鹽在成品中的含量，鹽酸濃度低的情況下，可得然膠中酸溶性物質無法全部溶出，成品中雜質和低分子量膠體含量高，導致膠體的品質提升效果差.鹽酸濃度高的情況下，雖然雜質溶解充分，鈣鎂離子以游離的形式溶解酸溶液中，但是可得然膠的三維結構可能受到破壞，氫離子破壞膠體的分子結構膠體的降解率增大，導致螺旋結構改變，氫鍵斷開，從而形成凝膠強度低的可得然膠?？傮w考察，鹽酸質量分數在0.2%～0.8%內對品質的提升效果良好。

4.2 不同溫度對可得然膠凝膠強度的影響

從結果中看到，溫度低對凝膠遷都的影響效果較小，過低的溫度存在物質溶解不充分，酸解反應緩慢等問題。在高溫下，凝膠強度提升效果明顯較差，雖然在高溫下，可以增加可溶性物質的溶解，但是高溫（尤其是50 ℃以上）條件下膠體有形成凝膠的趨勢［14］，這是可得然膠本身的特性決定的，所以不能將可得然膠加到50℃或以上溫度的水中[15]。在0 ℃下，可得然膠凝膠強度達到400以上，說明在工業(yè)生產過程中可以根據四季天氣變化綜合考慮溫度控制問題.總體來說，溫度控制在10～30 ℃較好，尤其注意溫度不能過高或局部溫度過高。

4.3 不同時間對可得然膠凝膠強度的影響

從結果中看到，隨著時間的延長，在1.5 h以后，凝膠強度提升緩慢，說明在1.5 h以內，可得然膠成品中可溶性雜質已經全部溶解，在成品中主要發(fā)酵培養(yǎng)基，貯存過程中膠體降解，菌體降解等雜質，鹽酸可以加速雜質的分解，乙醇對脂溶性雜質溶解效果好，兩者結合，在1.5 h內可以去除雜質，并且增加凝膠強度.所以選擇1.5～2.5 h作為酸醇處理時間。

4.4 不同料液比對可得然膠凝膠強度的影響

從結果中看到，1∶2料液比對凝膠強度提升效果良好，隨著料液比的增加，凝膠強度不再增加，說明膠體中的雜質在2倍酸溶液中基本溶解完，溶液較少時，雜質溶解不完全，攪拌難度大。溶液較多時雖然可以減少攪拌難度，有利于操作，但是廢水產生量增大，成本增加，不利于節(jié)能減排的生產理念，所以選擇1∶2，1∶3，1∶4的料液比作為產品精制工藝參數。

4.5 正交實驗與結果分析

從正交實驗實驗中分析得出，各個因素對可得然膠品質提升的影響程度大小為：鹽酸濃度>料液比>溫度>時間。其中最優(yōu)條件為鹽酸濃度0.6%，溫度30 ℃，時間2 h，料液比1∶4，依據最優(yōu)條件進行實驗，可得然膠凝膠強度達到585.8，在此條件下，處理后凝膠強度比處理前產品的凝膠高339.1，強度提升137.5%，收率達到80.6%，高于質量標準的凝膠強度450。

5 討論

因獨特的高溫成膠特性、耐冷凍性[16]，以及在油炸肉制品中減油作用[17]，并且可以作為碳水化合物替代品[18]，可得然膠在食品行業(yè)應用廣泛。其衍生物及小分子膠體在醫(yī)藥領域研究不斷增加?？傻萌荒z提取率低且過程繁瑣，不能滿足目前的研究和應用需求[19]。其質量的好壞影響到可得然膠的使用量和應用范圍。由于在發(fā)酵過程中添加各種有機原料和無機鹽，尤其是部分油脂類營養(yǎng)物質以及碳酸鈣等酸堿調節(jié)劑，菌體自身產生或降解的物質（可得然膠生產菌種消耗完氮源后開始分泌膠體，膠體包裹與菌體周圍，形成膠體在內、膠體在外的特殊形態(tài)），導致部分雜質和菌體在精制過程中不能完全去除導致在儲存過程中菌體進一步降解，可能存在非專一性酶[20]，對產品品質產生不利影響。發(fā)酵工藝中碳源使用葡萄糖或蔗糖，碳源的質量以及種類也明顯影響膠體的品質［21］，目前有研究通過基因敲除或轉座子突變文庫篩選等方法能了解膠體變化與基因的關系［22］，或探究氨基酸和碳源儲存顆粒影響可得然膠合成的分子機制[23]。精制過程中過濾、烘干等步驟也會導致部分膠體的結構改變。在貯存過程中空氣、光照、溫度、濕度的變化都在影響產品的質量。因此利用質量源于設計的理念進行生產工藝管控以及菌種改造能夠更好的保證質量。本文從鹽酸濃度，溫度，時間，料液比四個方面對凝膠強度低的產品進行品質提升，有效的填補了工藝缺陷導致的產品品質低問題，使生產增加了一個保險。鹽酸濃度和用量決定膠體中雜質的溶出量，溶出越多膠體品質提升越高，但鹽酸濃度對膠體分子量和空間結構的影響不容忽視，鹽酸用量也影響著最終生產成本以及處理量，所以依據低濃度鹽酸，小體積鹽酸的處理方法更為符合工業(yè)化生產的實際情況。在低溫下，品質提升效果依然明顯，證明在溫度較低的冬季可以依據天氣情況進行品質提升，根據成品的品質要求選擇控溫或常溫操作可以增加操作條件的可選擇性，利于工業(yè)化生產操作，合理降低能耗，但在生產過程中應當注意溫度超過65 ℃會形成熱可逆性凝膠［16］，對于局部過熱情況應當有風險防控措施，防止生產事故的發(fā)生。

6 結 論

通過對成品處理條件進行優(yōu)化，鹽酸濃度0.6%，溫度30 ℃，時間2 h，料液比1∶4，在此條件下對凝膠強度低的可得然膠進行處理可以顯著提升凝膠強度，凝膠強度增加137.5%，并且收率達到80%以上。此工藝簡單，設備要求低，時間短，工業(yè)化易操作，可有效解決低強度膠體不合格問題，提升生產商整體競爭力。

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Experimental Study on Quality Improvement of Curdlan Glue by Hydrochloric Acid Treatment

1,2

（1. Shandong Lanjing Biotechnology Co., Ltd., Heze Shandong 274600, China;2. Juancheng No.2 Middle School, Heze Shandong 274600, China）

In the process of storage, the quality of curdlan glue decreases significantly. According to the research of the production process of curdlan glue, as the treatment agent, hydrochloric acid was used to carry out secondary refining of product. Taking gel strength as main index,75% ethanol as a solvent, influence of hydrochloric acid concentration, temperature, time and ratio of solid to solvent on the product quality was investigated. The results showed that the mass fraction of hydrochloric acid was 0.6%, the temperature was 30 ℃, the time was 2 h, the mass ratio of solid to solvent was 1∶4, the gel strength was increased by 137.5%, the recovery was 80.6%,and the quality of the finished product after treatment met the national standard.

Curdlan; Gel strength; Acid treatment

TQ929.2

A

1004-0935（2023）09-1299-04

2023-02-20

李輝（1989-），男，山東省菏澤市人，中級工程師，碩士學位，2014年畢業(yè)于齊魯工業(yè)大學輕工技術與工程專業(yè)，研究方向：食品藥品技術。