楊續(xù)金，劉 陽，范貴生*，賈 紅

（內蒙古農業(yè)大學食品科學與工程學院，內蒙古 呼和浩特 010018）

影響沙蒿籽膠表觀黏度的因素

楊續(xù)金，劉 陽，范貴生*，賈 紅

（內蒙古農業(yè)大學食品科學與工程學院，內蒙古 呼和浩特 010018）

利用響應面法和控制變量法分析沙蒿籽膠溶液表觀黏度受溫度、溶液體積分數(shù)、pH值和鹽離子的影響變化，同時研究了添加不同比例增稠劑海藻酸鈉、魔芋膠、羧甲基纖維素（carboxyl methyl cellulose，CMC）和卡拉膠對沙蒿籽膠溶液表觀黏度的影響。結果表明：溫度對沙蒿籽膠表觀黏度影響不大；隨溶液體積分數(shù)的增加沙蒿籽膠溶液的表觀黏度增加；pH值在3.0～9.0時，沙蒿籽膠溶液表觀黏度隨pH值的上升而增大；加入鹽會使沙蒿籽膠黏度有不同程度的下降，不同陽離子對其黏度影響的強弱為Fe3+＞Ca2+＞Mg2+＞Na+；沙蒿籽膠與CMC復配后，具有黏度增強的效果。

沙蒿籽膠；表觀黏度；影響因素

沙蒿在我國西北和華北的荒漠、半荒漠地區(qū)大量分布，在內蒙古的騰格里沙漠、巴丹吉林沙漠和毛烏素沙漠其資源豐富、種類繁多[1-2]。籽蒿（Artemis sphaerocephalaKrasch）又叫白沙蒿，經(jīng)工藝提取得到沙蒿籽膠[3]。沙蒿籽膠是一種安全性高的食用膠體，小鼠經(jīng)口的毒理實驗中半數(shù)致死量（median lethal dose，LD50）＞10 g/kg，微核實驗、精子畸變實驗及污染物致突變性檢測均呈陰性[4]，安全無毒。2009年沙蒿膠作為食品增稠劑被列入我國食品安全國家標準（GB 2760—2011《食品添加劑使用標準》），其在食用小麥粉、雜糧制品、方便面制品、西式火腿等的應用有明確的使用標準[5]。此外，沙蒿籽膠具有高吸水性和高黏性，我國民間有食用沙蒿籽或用其做面食以改善面粉粉質、防止面條糊湯和斷條的習慣。不同的應用條件下沙蒿籽膠表現(xiàn)出不同的黏性特性[6-10]。本實驗主要研究沙蒿籽膠溶液體積分數(shù)、溫度、pH值、鹽離子對沙蒿籽膠溶液表觀黏度的影響，以及其與不同增稠劑復配后黏度的變化情況，為沙蒿籽膠在食品添加劑領域的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料與試劑

沙蒿籽膠、海藻酸鈉 青島明月海藻集團有限公司；魔芋膠 湖北強森魔芋科技有限公司；羧甲基纖維素（carboxyl methyl cellulose，CMC） 威怡化工（蘇州）有限公司；卡拉膠 上海北連生物科技有限公司；可得然膠 山東科技生物科技股份有限公司；丙酸鈉泰州市榮昌食品添加劑有限公司；雙乙酸鈉 山西三維歐美科化學有限公司；檸檬酸鈉 濰坊英軒實業(yè)有限公司；檸檬酸鐵、MgCl2上海鶴善實業(yè)有限公司；CaCl2廊坊亞太龍興化工有限公司；NaCl市售。以上試劑均為食品級。

1.2儀器與設備

LVDVE230 E5973黏度計 美國Brookfield公司；PHSJ-3F精密酸度計 上海儀電科學儀器有限公司；RW20攪拌器 德國IKA公司。

1.3方法

1.3.1沙蒿籽膠溶液的制備

分別配制體積分數(shù)0.25%、0.50%、0.75%、1.00%的沙蒿籽膠溶液，并在室溫23℃條件下用LVDVE230黏度計分別測其黏度。

1.3.2 不同溫度對沙蒿籽膠溶液黏度的影響

在食用膠通常的應用范圍內設定10、25、40、55、70、85℃溫度梯度，分別測定體積分數(shù)為0.25%、0.50%、0.75%、1.00%沙蒿籽膠溶液對應的黏度。用LVDVE230黏度計，選用4號轉子。

1.3.3 不同pH值對沙蒿籽膠溶液黏度的影響

取體積分數(shù)為1.00%的沙蒿籽膠溶液，分別用濃HCl（16 mol/L）和濃NaOH溶液（5 mol/L）調節(jié)pH值為3.0～10.0，用LVDVE230黏度計，選用4號轉子，在室溫23℃條件下分別測其黏度。

1.3.4 不同種類的鹽對沙蒿籽膠溶液黏度的影響

將質量分數(shù)為0.25%、0.50%、0.75%、1.00%的NaCl、雙乙酸鈉、檸檬酸鈉、檸檬酸鐵、MgCl2、CaCl2和丙酸鈣分別加入體積分數(shù)為0.50%和1.00%的沙蒿籽膠溶液中，攪拌均勻，用LVDVE230黏度計，選用4號轉子，在室溫23℃條件下分別測混合液的黏度。

1.3.5不同增稠劑對沙蒿籽膠溶液黏度的影響

取增稠劑海藻酸鈉、魔芋膠、CMC、卡拉膠分別與水混合并攪拌均勻，配制成體積分數(shù)均為1.00%的4種溶液。與體積分數(shù)為1.00%的沙蒿籽膠溶液按1∶1、1∶2、1∶3、2∶1、2∶3和3∶1的體積比分別進行復配[11]，攪拌均勻，用LVDVE230黏度計，選用4號轉子，分別測復配液的黏度。

2 結果與分析

2.1體積分數(shù)、溫度對沙蒿籽膠溶液黏度的影響

利用響應面法對不同沙蒿籽膠體積分數(shù)和溫度的變化對沙蒿籽膠溶液黏度的影響進行處理分析，結果見圖1。在同一溫度下，隨著沙蒿籽膠體積分數(shù)的增加其溶液的表觀黏度逐漸升高。這是由于沙蒿籽膠溶液體積分數(shù)的增加使分子間的氫鍵力增大，流體流動的阻力增加，溶液的黏度會有所增大[12]。沙蒿籽膠的黏度受其自身體積分數(shù)的影響因子顯著，成正相關。

圖1 不同體積分數(shù)和溫度對沙蒿籽膠溶液黏度的影響Fig.1 Effects of different concentrations and temperatures on the viscosity of Artemis sphaerocephala Krasch gum solution

由圖1可知，隨著溫度的升高沙蒿籽膠溶液的表觀黏度稍有變化，但其增減幅度不超過4.7%。說明沙蒿籽膠溶液的黏度在10～85℃范圍內對溫度變化不敏感?？赡艿慕忉尀殡S著溫度的上升，沙蒿籽膠穩(wěn)定的高分子復合團聚體的分子布朗運動也有所增加但不明顯，沙蒿籽膠溶液黏度有所下降[12]?？梢娚齿镒涯z分子所形成的高分子剛性的復合團聚體相當穩(wěn)定，受溫度影響不大。

2.2不同pH值對沙蒿籽膠溶液黏度的影響

體積分數(shù)為1.00%的沙蒿籽膠溶液在室溫23℃條件下的pH值為7.22，呈中性。在pH值在3.0～10.0范圍內，其黏度與pH值的關系如圖2所示，沙蒿籽膠溶液在pH值3.0～9.0時，隨pH值的增加其黏度增加；而在pH值為9.0～10.0時，隨pH值的增加其黏度減小。沙蒿籽膠是具有復雜結構的多糖，由此推測，在酸性條件下發(fā)生酸性水解，分子間的作用力發(fā)生變化引起分子構象改變，而影響其黏度[13]。

圖2 不同pH值對1..00%沙蒿籽膠溶液黏度的影響Fig.2 Effect of different pH values on the viscosity of 1.00% Artemis sphaerocephala Krasch gum solution

2.3不同種類鹽離子及其質量分數(shù)對沙蒿籽膠溶液黏度的影響

在室溫下，體積分數(shù)為0.50%的沙蒿籽膠溶液的黏度為0.420 Pa·s，體積分數(shù)為1.00%的沙蒿籽膠的黏度為1.242 Pa·s，向0.50%沙蒿籽膠溶液中加入不同種類和不同質量分數(shù)的鹽均會使沙蒿籽膠溶液黏度下降，結果見圖3。

圖3 不同的鹽離子對體積分數(shù)為0..50%沙蒿籽膠溶液黏度的影響Fig.3 Effect of different salts on the viscosity of 0.50% Artemis sphaerocephala Krasch gum solution

由圖3可知，檸檬酸鐵對沙蒿籽膠溶液表觀黏度的影響最為明顯，鹽的種類影響的顯著性由強及弱順序為檸檬酸鐵、CaCl2、丙酸鈣、MgCl2、雙乙酸鈉、檸檬酸鈉、NaCl。當沙蒿籽膠體積分數(shù)為1.00%時，加入的鹽對其表觀黏度的影響規(guī)律與0.50%沙蒿籽膠溶液類似（圖4）。

圖4 不同的鹽離子對體積分數(shù)為1..00%沙蒿籽膠溶液黏度的影響Fig.4 Effect of different salts on the viscosity of 1.00% Artemis sphaerocephala Krasch gum solution

由圖3、4可知，鈉鹽（NaCl、雙乙酸鈉、檸檬酸鈉）對沙蒿籽膠溶液表觀黏度的影響不大。陽離子化合價越高，沙蒿籽膠溶液表觀黏度越低；同一種鹽質量分數(shù)越高時，沙蒿籽膠溶液的表觀黏度下降越大。

根據(jù)沙蒿籽膠內部分子的結合力和膠分子空間構象的特點，其復雜的網(wǎng)絡結構可將水分包裹起來，具有一定的保水性和溶脹能力，加入鹽均會使其網(wǎng)絡結構遭到破壞，被包裹的水分流出，溶脹能力下降從而黏度降低[14-18]。研究的這幾種鹽中，不同陽離子鹽對其表觀黏度影響的強弱順序為：Fe3+＞Ca2+＞Mg2+＞Na+。

2.4不同增稠劑與沙蒿籽膠復配后對其表觀黏度的影響

2.4.1海藻酸鈉與沙蒿籽膠復配

室溫下1.00%沙蒿籽膠溶液的表觀黏度為1.242 Pa·s，1.00%海藻酸鈉溶液的表觀黏度為0.502 Pa·s，前者明顯高于后者。海藻酸鈉與沙蒿籽膠兩者按1.3.5節(jié)的方法復配后，混合液的黏度變化如圖5所示。結果表明，海藻酸鈉為天然高分子多糖，易降解[19-20]，加入海藻酸鈉形成的復配液，其表觀黏度沒有增強效果。

圖5 1..00%沙蒿籽膠溶液和11..0000%海藻酸鈉溶液按不同比例復配后其表觀黏度的變化Fig.5 Effect of addition of different amounts of 1.00% sodium alginate solution on the viscosity of 1.00% Artemis sphaerocephala Krasch gum solution

2.4.2魔芋膠與沙蒿籽膠復配

室溫下1.00%沙蒿籽膠溶液的表觀黏度為1.242 Pa·s，1.00%魔芋膠的表觀黏度為3.021 Pa·s，后者明顯高于前者。魔芋膠與沙蒿籽膠兩者按1.3.5節(jié)的方法復配后形成的7種混合液的黏度變化如圖6所示。

圖6 1..00%沙蒿籽膠溶液和11..0000%魔芋膠溶液按不同比例復配后其表觀黏度的變化Fig.6 Effect of addition of different amounts of 1.00% konjac gum solution on the viscosity of 1.00% Artemis sphaerocephala Krasch gum solution

由圖6可知，魔芋膠具有特殊的凝膠性，在一定條件下可以形成熱不穩(wěn)定凝膠和熱穩(wěn)定凝膠[21]，該組混合液復配比為1∶3時的表觀黏度明顯高于1.00%沙蒿籽膠的，其值為2.676 Pa·s，低于單獨1.00%魔芋膠的表觀黏度，通過添加魔芋膠可增強沙蒿籽膠的表觀黏度。

2.4.3 CMC與沙蒿籽膠復配

室溫下1.00%沙蒿籽膠溶液的表觀黏度為1.242 Pa·s，1.00%CMC的黏度為1.373 Pa·s，沙蒿籽膠與CMC按1.3.5節(jié)所述方法配制的7種混合液的黏度變化如圖7所示。1.00%沙蒿籽膠溶液與1.00%CMC的體積之比為1∶1、1∶2、1∶3時復配液的表觀黏度均比兩者任何一種都高，有黏度增強效果。CMC是一種分散劑，能夠使添加的沙蒿籽膠的微粒充分分散，形成一個穩(wěn)定的膠體分散體系，從而獲得良好的黏度增強效果[22]。CMC還具有一定的乳化作用，當與沙蒿籽膠溶液混合形成復配液時，使復配液在體系中充分分散得到數(shù)量較多的能產生氫鍵力的羥基（—OH），通過氫鍵力，膠黏劑與被黏物緊密黏合在一起[23-24]。

圖7 1..0000%沙蒿籽膠溶液和1..00% CMC溶液按不同比例復配后其表觀黏度的變化Fig.7 Effect of addition of different amounts of 1.00% CMC solution on the viscosity of 1.00% Artemis sphaerocephala Krasch gum solution

2.4.4卡拉膠與沙蒿籽膠復配

室溫下1.00%沙蒿籽膠溶液的表觀黏度為1.242 Pa·s，1.00%卡拉膠的黏度為0.736 Pa·s，卡拉膠溶液的表觀黏度小于沙蒿籽膠溶液。沙蒿籽膠與卡拉膠按1.3.5節(jié)所述方法配制的7種混合液的黏度變化如圖8所示。復配后混合液的表觀黏度均低于單一沙蒿籽膠或單一卡拉膠的黏度，無增強的效果。聚合物溶液的溶解性可以用混合自由能（ΔGmix）來解釋[25]：沙蒿籽膠、卡拉膠的分子大，混合后增加的熵值較小，不足以越過焓分布，所以其復配液的ΔGmix為正值，黏度無增強效果。

圖8 1.00%沙蒿籽膠溶液和11..0000%卡拉膠溶液按不同比例復配后其表觀黏度的變化Fig.8 Effect of addition of different amounts of 1.00% carrageenan solution on the viscosity of 1.00% Artemis sphaerocephala Krasch gum solution

3 結 論

研究表明，沙蒿籽膠的熱穩(wěn)定較好，在10～85℃的范圍內其表觀黏度的變化幅度小于4.7%；沙蒿籽膠溶液的表觀黏度隨其體積分數(shù)的增加而迅速增大；pH值在3.0～9.0時，沙蒿籽膠溶液表觀黏度隨pH值的下降而降低；此外，加入鹽均會使沙蒿籽膠表觀黏度下降，同一種鹽質量分數(shù)越高，沙蒿籽膠溶液的表觀黏度下降得越大；不同陽離子的鹽對其黏度影響的強弱為Fe3+＞Ca2+＞Mg2+＞Na+；1.00%沙蒿籽膠溶液與1.00%CMC按體積比為1∶1、1∶2、1∶3復配后有增強表觀黏度的效果。

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Factors Influencing the Apparent Viscosity of Artemis sphaerocephala Krasch Gum

YANG Xujin, LIU Yang, FAN Guisheng*, JIA Hong (College of Food Science and Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China)

This study was conducted to investigate factors affecting the apparent viscosity ofArtemis sphaerocephalaKrasch seed gum, including temperature, gum concentration, pH and salt ions. Meanwhile, the effect of addition of different amounts and types of thickener, including sodium alginate, konjac gum, carboxyl methyl cellulose (CMC) and carrageenan, on the viscosity ofArtemis sphaerocephalaKrasch seed gum was also examined. The results showed that the apparent viscosity of the gum slightly changed with increasing temperature. An increase in the apparent viscosity was observed with increasing concentration as well as pH from 3.0 to 9.0. The apparent viscosity ofArtemis sphaerocephalaKrasch gum was decreased by adding salts to different extents, in the descending order of Fe3+> Ca2+> Mg2+> Na+. The addition of CMC increased the viscosity of the gum solution.

Artemis sphaerocephalaKrasch gum; viscosity; influencing factors

TS201.7

1002-6630（2015）17-0114-04

10.7506/spkx1002-6630-201517022

2014-11-24

楊續(xù)金（1975—），男，講師，碩士，研究方向為農產品加工。E-mail：eter88@163.com

*通信作者：范貴生（1957—），男，教授，博士，研究方向為干酪加工及干酪流變學。E-mail：470903648@qq.com