李輝，周燕燕

鹽酸處理對(duì)可得然膠品質(zhì)提升試驗(yàn)研究

李輝1，周燕燕2

（1. 山東藍(lán)晶生物技術(shù)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(guò)程中，存在可得然膠品質(zhì)下降明顯的問(wèn)題。根據(jù)可得然膠生產(chǎn)工藝研究，以鹽酸作為處理劑對(duì)成品進(jìn)行二次精制，以成品凝膠強(qiáng)度為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，75%乙醇作為溶劑，考察鹽酸濃度、溫度、時(shí)間、料液比（（膠體質(zhì)量）∶（酸溶液質(zhì)量））對(duì)成品品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，鹽酸濃度0.6%，溫度30 ℃，時(shí)間2 h，料液比1∶4，凝膠強(qiáng)度增加137.5%，收率80.6%，處理后成品品質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

可得然膠； 凝膠強(qiáng)度； 酸處理

可得然膠（curdlan)又稱凝膠多糖、熱凝膠、凝結(jié)多糖[1], 是由D-葡萄糖通過(guò)β-1，3-葡萄糖苷鍵構(gòu)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(jié)構(gòu)，不溶于水和大部分有機(jī)溶劑，但是溶于堿性溶液［3］。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)于可得然膠的貯存后品質(zhì)下降關(guān)注少?？傻萌荒z的特性取決于膠體特殊的三維螺旋結(jié)構(gòu)［4］和44～12 000 kDa分子量［5］，目前可得然膠應(yīng)用廣泛，普遍應(yīng)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(yīng)用中可以增加食品的口感及外觀。可得然膠在醫(yī)藥方面的研究不斷增加，其中在可得然膠季銨鹽薄膜應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)，對(duì)大腸桿菌、葡萄球菌和鐮刀菌均具有抑制作用,對(duì)葡萄球菌和鐮刀菌的抑制效果要強(qiáng)于對(duì)大腸桿菌的抑制效果［11］。企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，由于生產(chǎn)、貯存等原因，可得然膠的凝膠強(qiáng)度下降較快，致使產(chǎn)品品質(zhì)受到影響。

因此，本文以凝膠強(qiáng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的成品進(jìn)行再處理，研究膠體品質(zhì)提升工藝路線，為可得然膠的生產(chǎn)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(qiáng)度246.7）：本實(shí)驗(yàn)發(fā)酵精制獲得，陰涼通風(fēng)處放置12月；鹽酸：上海國(guó)藥集團(tuán)；無(wú)水乙醇：上海國(guó)藥集團(tuán)。

1.2 主要儀器

CT3質(zhì)構(gòu)儀:柜谷科技發(fā)展有限公司；HH-M6水浴鍋：上海赫田科學(xué)儀器有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱：鑫宇自動(dòng)化絲印設(shè)備；TD4F離心機(jī)：湖南平凡科技有限公司；FSH-2A可調(diào)高速勻漿機(jī)：常州翔天試驗(yàn)儀器廠。

2 實(shí)驗(yàn)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(cè)凝膠強(qiáng)度。

2.2 凝膠強(qiáng)度檢測(cè)方法（改進(jìn)）［12］

取1 g可得然膠樣品于50 mL水中，用勻漿機(jī)勻漿2 min后，在300 r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌10 min，靜止10 min，將懸浮液轉(zhuǎn)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(zhì)構(gòu)儀測(cè)定凝膠強(qiáng)度（g/cm2）。

2.3 收率

成品處理前進(jìn)行稱重，記錄成品干重，處理后以干品形式進(jìn)行稱重，記錄成品干重。

3 單因素實(shí)驗(yàn)

3.1 不同鹽酸濃度對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)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(jìn)行浸泡，料液比1∶3（膠體質(zhì)量∶酸溶液質(zhì)量），25 ℃攪拌2 h，300 r/min離心10 min，獲取沉淀利用純化水進(jìn)行洗滌，3 000 r/min離心10 min，洗滌兩遍，40 ℃烘箱烘干，檢測(cè)凝膠強(qiáng)度。

圖1 不同鹽酸濃度對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

3.2 不同溫度對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

利用鹽酸濃度（75%乙醇溶液作為溶劑）0.8%進(jìn)行浸泡，料液比1∶3（膠體質(zhì)量∶酸溶液質(zhì)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(jìn)行洗滌，300 r/min離心10 min，洗滌兩遍，40 ℃烘箱烘干，檢測(cè)凝膠強(qiáng)度。

圖2 不同溫度對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

3.3 不同時(shí)間對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

利用鹽酸濃度（75%乙醇溶液作為溶劑）0.8%進(jìn)行浸泡，料液比1∶3（膠體質(zhì)量∶酸溶液質(zhì)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(jìn)行洗滌，300 r/min離心10 min，洗滌兩遍，40 ℃烘箱烘干，檢測(cè)凝膠強(qiáng)度。

圖3 不同時(shí)間對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

3.4 正交實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

設(shè)定鹽酸濃度為0.4%，0.6%，0.8%，溫度10 ℃，20 ℃，30 ℃，時(shí)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(shí)驗(yàn)表進(jìn)行條件優(yōu)化。

表1 正交試驗(yàn)

4 結(jié)果分析

4.1 不同鹽酸濃度對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

從結(jié)果中看到，不同的鹽酸濃度對(duì)品質(zhì)的提升效果不同。因可得然膠屬于中性多糖[13]，過(guò)酸和少酸都會(huì)導(dǎo)致品質(zhì)差，凝膠強(qiáng)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(wú)機(jī)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(zhì)無(wú)法全部溶出，成品中雜質(zhì)和低分子量膠體含量高，導(dǎo)致膠體的品質(zhì)提升效果差.鹽酸濃度高的情況下，雖然雜質(zhì)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(jié)構(gòu)可能受到破壞，氫離子破壞膠體的分子結(jié)構(gòu)膠體的降解率增大，導(dǎo)致螺旋結(jié)構(gòu)改變，氫鍵斷開(kāi)，從而形成凝膠強(qiáng)度低的可得然膠?？傮w考察，鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.2%～0.8%內(nèi)對(duì)品質(zhì)的提升效果良好。

4.2 不同溫度對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

從結(jié)果中看到，溫度低對(duì)凝膠遷都的影響效果較小，過(guò)低的溫度存在物質(zhì)溶解不充分，酸解反應(yīng)緩慢等問(wèn)題。在高溫下，凝膠強(qiáng)度提升效果明顯較差，雖然在高溫下，可以增加可溶性物質(zhì)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(shì)［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(qiáng)度達(dá)到400以上，說(shuō)明在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中可以根據(jù)四季天氣變化綜合考慮溫度控制問(wèn)題.總體來(lái)說(shuō)，溫度控制在10～30 ℃較好，尤其注意溫度不能過(guò)高或局部溫度過(guò)高。

4.3 不同時(shí)間對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

從結(jié)果中看到，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，在1.5 h以后，凝膠強(qiáng)度提升緩慢，說(shuō)明在1.5 h以內(nèi)，可得然膠成品中可溶性雜質(zhì)已經(jīng)全部溶解，在成品中主要發(fā)酵培養(yǎng)基，貯存過(guò)程中膠體降解，菌體降解等雜質(zhì)，鹽酸可以加速雜質(zhì)的分解，乙醇對(duì)脂溶性雜質(zhì)溶解效果好，兩者結(jié)合，在1.5 h內(nèi)可以去除雜質(zhì)，并且增加凝膠強(qiáng)度.所以選擇1.5～2.5 h作為酸醇處理時(shí)間。

4.4 不同料液比對(duì)可得然膠凝膠強(qiáng)度的影響

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

4.5 正交實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

從正交實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中分析得出，各個(gè)因素對(duì)可得然膠品質(zhì)提升的影響程度大小為：鹽酸濃度>料液比>溫度>時(shí)間。其中最優(yōu)條件為鹽酸濃度0.6%，溫度30 ℃，時(shí)間2 h，料液比1∶4，依據(jù)最優(yōu)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可得然膠凝膠強(qiáng)度達(dá)到585.8，在此條件下，處理后凝膠強(qiáng)度比處理前產(chǎn)品的凝膠高339.1，強(qiáng)度提升137.5%，收率達(dá)到80.6%，高于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的凝膠強(qiáng)度450。

5 討論

因獨(dú)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(yīng)用廣泛。其衍生物及小分子膠體在醫(yī)藥領(lǐng)域研究不斷增加?？傻萌荒z提取率低且過(guò)程繁瑣，不能滿足目前的研究和應(yīng)用需求[19]。其質(zhì)量的好壞影響到可得然膠的使用量和應(yīng)用范圍。由于在發(fā)酵過(guò)程中添加各種有機(jī)原料和無(wú)機(jī)鹽，尤其是部分油脂類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及碳酸鈣等酸堿調(diào)節(jié)劑，菌體自身產(chǎn)生或降解的物質(zhì)（可得然膠生產(chǎn)菌種消耗完氮源后開(kāi)始分泌膠體，膠體包裹與菌體周圍，形成膠體在內(nèi)、膠體在外的特殊形態(tài)），導(dǎo)致部分雜質(zhì)和菌體在精制過(guò)程中不能完全去除導(dǎo)致在儲(chǔ)存過(guò)程中菌體進(jìn)一步降解，可能存在非專一性酶[20]，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)產(chǎn)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(zhì)量以及種類也明顯影響膠體的品質(zhì)［21］，目前有研究通過(guò)基因敲除或轉(zhuǎn)座子突變文庫(kù)篩選等方法能了解膠體變化與基因的關(guān)系［22］，或探究氨基酸和碳源儲(chǔ)存顆粒影響可得然膠合成的分子機(jī)制[23]。精制過(guò)程中過(guò)濾、烘干等步驟也會(huì)導(dǎo)致部分膠體的結(jié)構(gòu)改變。在貯存過(guò)程中空氣、光照、溫度、濕度的變化都在影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此利用質(zhì)量源于設(shè)計(jì)的理念進(jìn)行生產(chǎn)工藝管控以及菌種改造能夠更好的保證質(zhì)量。本文從鹽酸濃度，溫度，時(shí)間，料液比四個(gè)方面對(duì)凝膠強(qiáng)度低的產(chǎn)品進(jìn)行品質(zhì)提升，有效的填補(bǔ)了工藝缺陷導(dǎo)致的產(chǎn)品品質(zhì)低問(wèn)題，使生產(chǎn)增加了一個(gè)保險(xiǎn)。鹽酸濃度和用量決定膠體中雜質(zhì)的溶出量，溶出越多膠體品質(zhì)提升越高，但鹽酸濃度對(duì)膠體分子量和空間結(jié)構(gòu)的影響不容忽視，鹽酸用量也影響著最終生產(chǎn)成本以及處理量，所以依據(jù)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(chǎn)的實(shí)際情況。在低溫下，品質(zhì)提升效果依然明顯，證明在溫度較低的冬季可以依據(jù)天氣情況進(jìn)行品質(zhì)提升，根據(jù)成品的品質(zhì)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(chǎn)操作，合理降低能耗，但在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意溫度超過(guò)65 ℃會(huì)形成熱可逆性凝膠［16］，對(duì)于局部過(guò)熱情況應(yīng)當(dāng)有風(fēng)險(xiǎn)防控措施，防止生產(chǎn)事故的發(fā)生。

6 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)成品處理?xiàng)l件進(jìn)行優(yōu)化，鹽酸濃度0.6%，溫度30 ℃，時(shí)間2 h，料液比1∶4，在此條件下對(duì)凝膠強(qiáng)度低的可得然膠進(jìn)行處理可以顯著提升凝膠強(qiáng)度，凝膠強(qiáng)度增加137.5%，并且收率達(dá)到80%以上。此工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，時(shí)間短，工業(yè)化易操作，可有效解決低強(qiáng)度膠體不合格問(wèn)題，提升生產(chǎn)商整體競(jìng)爭(zhēng)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(jí)工程師，碩士學(xué)位，2014年畢業(yè)于齊魯工業(yè)大學(xué)輕工技術(shù)與工程專業(yè)，研究方向：食品藥品技術(shù)。