一种新型热凝胶提取工艺及其产品性能研究

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热凝胶(Curdlan)又名可得然胶,具有独特的热成胶性和生理功能,在食品、生命和医药等领域具有广泛的应用前景。目前国内外对于可得然胶的研究主要集中在可得然胶发酵、提取,在可得然胶性质及其性质改善方面研究较少。本研究以可得然胶发酵沉淀为原料,采用酸碱法提取工艺,并在其中的碱溶处理步骤中添加了黄原胶,获得了一种以可得然胶为主、结构稳定且性质优良的新型热凝胶,为实现工业化生产性质完善的新型热凝胶奠定基础。主要研究内容和结果如下:第一,在7.5 L发酵罐水平对可得然胶的发酵策略进行了研究,比较了不同pH调控策略、高密度发酵策略和pH自然下降联合高密度发酵策略对可得然胶发酵的影响。结果表明,采用使pH自然下降策略,发酵的最终产胶量为42.38 g·L-1,发酵总耗时96 h,产胶速率为0.58 g·L-1·h-1;采用高密度发酵策略,发酵的最终产量为40.6 g·L-1,发酵总耗时67 h,产胶速率为0.812 g·L-1·h-1;采用pH自然下降联合高密度发酵策略,发酵的最终产胶量为52.8 g·L-1,发酵总耗时67 h,最终产胶速率为1.05 g·L-1·h-1。第二,建立了一种新型热凝胶的提取工艺,并对其进行了优化。以可得然胶发酵沉淀为原料,在可得然胶酸碱法提取工艺碱溶处理过程中添加黄原胶,获得了一种新型热凝胶,建立了一种新型热凝胶的提取工艺。再以流变和质构性质为考察指标,通过单因素实验确定了最佳提取工艺为:可得然胶:黄原胶为4:1、碱溶浓度0.20.4 mol·L-1,搅拌时间10 h。与单一的可得然胶相比,最佳提取工艺得到的新型热凝胶相比对照组,硬度提升了1.8倍,粘性提高了3.6倍,弹性与对照组相比提升较少,另外咀嚼性、内聚性和回复性也有较大提升;动态频率扫描表明其有更高的储存模量G′和损耗模量G′′,表现出优越的黏弹性。第三,表征了新型热凝胶的理化性质和分子结构。通过DSC升温检测,发现可得然胶和新型热凝胶的峰值温度分别为54.63℃和60℃,热焓值ΔΗ分别为0.3359 J·g-1和0.4764 J·g-1,新型热凝胶表现出了更高的热稳定性;通过红外光谱和电镜扫描分析,发现新型热凝胶没有显著的官能团产生和消失,但可得然胶分子和黄原胶分子产生了网络结构,氢键增多,这一结构特征与质构和流变特性结果相一致。第四,探讨了温度、离子强度和pH对新型热凝胶、可得然胶流变和质构性质的影响。结果表明,新型热凝胶具有同样的热成胶性,但新型热凝胶热成胶温度为80℃而可得然胶为65℃。0.1 mol·L-1的K+能够增强新型热凝胶的质构和流变性质;在K+存在下可得然胶的质构和流变性质遭到减弱,与可得然胶相比,新型热凝胶质构和流变性质受K+影响较大,耐盐稳定性较差;酸性和碱性条件下新型热凝胶质构和流变性质得到增强,而可得然胶在中性条件下更为适用。第五,将新型热凝胶和可得然胶添加在乳清蛋白水凝胶中,探讨新型热凝胶和可得然胶对乳清蛋白水凝胶的冻融循环和流变性质影响。结果表明,第一次冻融循环后,空白组(不添加新型热凝胶和可得然胶的乳清蛋白凝胶)具有最高的总脱水收缩量22.24%添加浓度为0.5%(w·v-1)的可得然胶和新型热凝胶能够使脱水收缩率分别降低至2.89%和0.46%,在第5次冻融循环后,空白组具有最高的总脱水收缩量44.23%,添加可得然胶的样品脱水总量为25.82%,添加新型热凝胶的样品脱水总量为3.28%,因此添加可得然胶和新型热凝胶均显著降低了样品中脱水收缩的量。空白组、乳清蛋白:可得然胶(5:0.5)和乳清蛋白:新型热凝胶(5:0.5)的样品在冻融循环前储存模量储存模量G′分别为5、90和499 Pa,5次冻融循环中空白组样品模量变化最大,而添加了可得然胶和新型热凝胶的样品,模量变化较小,尤其是添加是添加了新型热凝胶的样品,其5次冻融循环中,模量几乎无变化。
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