全 文 ：23※工艺技术 食品科学 2009, Vol. 30, No. 22
冷碱处理条件与龙须菜琼胶强度的关系
戚 勃 1，杨贤庆 1，李来好 1 ,*，赵永强 1 , 2，陈胜军 1，岑剑伟 1，刁石强 1
(1.中国水产科学研究院南海水产研究所，广东 广州 510300；2.广东海洋大学食品科技学院，广东 湛江 524025)
摘 要：为研究冷碱处理条件与龙须菜琼胶凝胶强度(gel strength，GS)的关系，采用均匀设计法，研究了温度 T、
碱液浓度M和处理时间 t三因素与龙须菜琼胶凝胶强度的定量关系。通过多元线性回归拟合出回归模型：GS=27.72
× T+19.69×M+2.75× t－ 488.62，P＜ 0.0001。由回归模型可知，三因素对龙须菜凝胶强度的贡献大小为：T＞
M＞ t。在三因素的水平范围内，再经验证实验表明，实验测定值与回归预测值均无显著性差异(P＞ 0.05)。这表
明，该回归模型对龙须菜凝胶强度具有较好的预测性，为龙须菜冷碱法处理的最佳工艺条件、提高龙须菜琼胶加
工质量、降低生产成本提供了重要科学依据。
关键词：龙须菜；琼胶；凝胶强度
Effect of Cold Alkaline Treatment on Gel Strength of Agar from Gracilaria sjoestedtii Kylin
QI Bo1，YANG Xian-qing1，LI Lai-hao1,*，ZHAO Yong-qiang1,2，CHEN Sheng-jun1，CEN Jian-wei1，DIAO Shi-qiang1
(1. South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, China；
2. College of Food Science and Technology, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524025, China)
Abstract ：In order to understand the relationships of gel strength (GS) of agar from Gracilaria sjoestedtii Kylin with cold alkaline
treatment conditions such as temperature (T), alkali concentration (M) and treatment time (t), 12 uniform design experiments were
done, and the experimental results were fitted into the following equation: GS = 27.72 × T + 19.69 × M + 2.75 × t － 488.62
(P ＜ 0.0001) using multiple linear regression, which revealed that the three variables made contributions to the dependant variable
in the decreasing order of T ＞ M ＞ t. No significant difference was observed between the experimental and the predicted values
of GS (P＞0.05) in 7 validation experiments. This demonstrated the excellent reliability of the regression model in predicting GS.
This investigation can lay a scientific basis for the optimization of cold alkaline treatment, the improvement of quality and the
reduction of production cost of agar from Gracilaria sjoestedtii Kylin.
Key words：Gracilaria sjoestedtii Kylin；agar；gel strength
中图分类号：TS254.58 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2009)22-0023-04
收稿日期：2009-06-06
基金项目：国家“863”计划项目(2007AA10Z345)；广东省科技计划项目(2007A032600003)；
广东省海洋渔业科技推广专项项目(A200899E01)；中国水产科学研究院南海水产所中央级公益性科研院所专项资金项目(2007ZD06)
作者简介：戚勃(1978－)，男，助理研究员，硕士，主要从事水产品加工和质量安全研究。E-mail：qibo780210@163.com
*通讯作者：李来好(1963－)，男，研究员，博士，主要从事水产品加工和质量安全研究。E-mail：laihaoli@163.com
碱处理能显著提高龙须菜所含琼胶的凝胶强度，也
是龙须菜琼胶生产中必不可少的工序，其对龙须菜琼胶
的凝胶强度和出胶率均有很重要的影响[1]。许多研究和
实际生产表明，影响琼胶凝胶强度的因素主要有碱浓
度、处理温度和处理时间。国内外对江蓠碱处理方法
作过许多研究，概括起来主要有两种类型，即冷碱(常
温)法和热碱法。冷碱(常温)法的优点是生产上较易控
制，产胶率高，无需供能、设备简单、处理成本低，
其缺点是碱耗量大，生产周期较长；热碱法的优点是碱
耗量小，生产周期短，需要消耗热能，需特殊供热设
备，且容易造成胶质进入碱液而使产率降低。因此，
冷碱法是目前国内龙须菜琼胶加工企业普遍采用的方
法。但是采用冷碱法，即温度为自然温度，即人不可
控制因素，处理时会受气温的变化而变化，因此会影
响到琼胶品质——凝胶强度。许多研究证明[ 2 -4 ]，在一
定范围内，碱浓度、温度和处理时间对凝胶强度均为
正作用，因此冷碱法处理龙须菜时，可通过调整碱浓
度和碱处理时间来弥补温度不可控的缺陷，以保证琼胶
的凝胶强度。
本实验通过均匀设计法，采用低温浓碱对龙须菜进
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行冷碱处理，研究温度、碱液浓度和处理时间 3因素与
龙须菜琼胶凝胶强度的定量关系，拟合出龙须菜凝胶强
度对碱浓度、时间和温度之间的回归模型，这为龙须
菜冷碱法处理的最佳工艺条件、提高龙须菜琼胶加工质
量、降低生产成本提供重要科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
龙须菜由汕头大学提供(干品)。
LDZX-75KBS立式压力蒸汽灭菌锅 上海申安医疗
器械厂；QTS25质构仪 美国Brookfield(博力飞)公司；
其他均为实验室常用玻璃仪器。
1.2 凝胶强度测定方法
按照文献[5]，略作改动。称取琼胶粉 1.0g(折算为
干物质后)于 100ml烧杯中，加水 100g，记录总质量m，
浸润 4h后，置压力锅内于 105℃下保温 30min，使其溶
解，再用热蒸馏水补充总质量至 m，搅拌、用保鲜膜
封烧杯口，至 20℃下静置 15h，在质构仪平台上用 1cm2
的探头测定其凝胶强度。
1.3 琼胶提取方法[6-7]
1.3.1 提取原理及工艺流程
琼胶的提取原理是基于琼胶不溶于冷水，而在 90℃
以上的热水中可以以胶体形式分散于水中，成为溶胶。
龙须菜先经热水提取，趁热过滤，过滤液冷却后生成
凝胶，然后经过脱水、干燥即得琼胶。
基本工艺如下：龙须菜预处理→碱处理→水洗→酸
处理→水洗→提胶→过滤→凝胶→冷冻→脱水→干燥→
粉碎→琼胶
1.3.2 工艺流程简述
预处理：实验前除去原料中的泥沙和其他杂物。
碱处理：将龙须菜投入一定浓度的 NaOH溶液中，
在一定的温度下浸泡一定时间。温度模拟自然温度 10～
40℃，藻体质量与碱性用量比为 1:12g/ml。碱处理后，
排去碱液(回收)，将藻体反复浸洗至近中性。
酸处理：将碱处理后的藻体在 pH4.0左右的盐酸溶
液中处理 1h，排去酸液(回收)，并将藻体充分水洗至近
中性。
提胶：将处理好的藻体置 2 L 烧杯中，按料液比
1:30(g/ml)加水，置高压锅中，于 115℃下保温 90min。
过滤：趁热将提取的胶液用 200目的尼龙布过滤，
用烧杯收集滤液。
凝胶：让滤液冷却至室温后，自动形成凝胶。
冷冻脱水：将凝胶转移至塑料袋，放－ 18℃冰箱
中冷冻成冰，取出解冻脱水。
烘干和粉碎：分别将脱水后的琼胶，在 55～60℃
的恒温鼓风烘箱中烘干，再经超微粉碎机粉碎、过 80
目筛，即得琼胶粉。
1.4 数据处理
实验数据用 SAS 8.0软件处理。
2 结果与分析
2.1 龙须菜碱处理条件
2.1.1 预实验
龙须菜琼胶提取过程中，碱处理是最为关键的工
艺，直接关系着产品的质量、产量和生产成本。碱处
理的效果，即凝胶强度与碱液浓度、碱液温度和处理
时间分别成正相关。
龙须菜的收割及加工季节主要集中在夏、秋 2个季
节，在这两个季节，自然温度一般在 10～40℃。在自
然温度下，可通过提高碱液浓度或延长处理时间达到预
期处理效果，即常温浓碱法。碱浓度过高，化学试剂
消耗太大，也不利于扩散渗透藻体，但浓度过低，即
使提高温度和延长处理时间也难以达到具有实用价值的
凝胶强度，因此必须要合理选择碱液浓度。结合相关
文献报道，本实验拟选择浓度为 10%～40%的碱液。碱
液处理时间，应以生产实际的轮换周期为宜，企业一
般周期为 2～7d。因此，本预实验先按表 1因素水平进
行预实验。实验结果见表 2。
水平
因素
M碱浓度(%) T温度(℃) t时间(d)
1 10 10
1
2 15 15
3 20 20 3
4 25 25
5
5 30 30
6 35 35
7
7 40 40
表 1 预实验因素水平表
Table 1 Factors and levels in preexperimental design
由表 2 可见，在相同浓度下，龙须菜凝胶强度随
碱处理时间的延长、碱处理温度的提高而增强；相同处
理时间内，凝胶强度随处理浓度和温度的升高而增强；
相同处理温度下，凝胶强度随处理碱浓度的提高、处
理时间的延长而增强。这表明，碱液浓度、碱处理温
度和处理时间对龙须菜琼胶的凝胶强度均为正影响。但
是，在碱浓度为 10%～40%、处理时间在 7d 范围内，
10℃下的龙须菜凝胶强度为 31～428g/cm2范围内，而
15～40℃温度下为 53～1781g/cm2范围内；在相同处理时
间和温度条件下，碱浓度为 35%～40%范围内，琼胶
凝胶强度变化缓慢，基本维持同一水平。这表明，温
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M(%) T(℃)
t(d)
1 3 5 7
10 31 91 108 146
15 53 107 122 182
20 124 232 402 426
10 25 151 307 494 511
30 190 321 509 573
35 232 406 531 647
40 336 527 695 732
10 56 122 133 213
15 84 138 197 294
20 162 390 782 1053
15 25 191 711 951 1223
30 578 1062 1192 1239
35 624 1142 1233 1407
40 703 1227 1322 1483
10 103 184 219 321
15 136 266 476 731
20 195 557 886 1101
20 25 366 1087 1205 1282
30 693 1143 1230 1431
35 861 1194 1327 1469
40 987 1278 1379 1574
10 154 262 298 346
15 171 404 971 1252
20 221 999 1140 1288
25 25 560 1166 1213 1372
30 882 1292 1398 1504
35 977 1347 1483 1589
40 1242 1453 1542 1625
10 173 281 326 377
15 187 755 1082 1307
20 243 1033 1163 1417
30 25 814 1246 1350 1459
30 987 1367 1411 1593
35 1039 1397 1512 1607
40 1252 1485 1589 1719
10 194 303 352 404
15 227 823 1246 1438
20 406 1312 1325 1542
35 25 996 1355 1384 1586
30 1065 1419 1451 1705
35 1224 1456 1544 1722
40 1292 1529 1598 1780
10 231 315 367 428
15 277 960 1350 1470
20 582 1373 1386 1581
40 25 1038 1479 1498 1588
30 1172 1488 1535 1704
35 1215 1490 1552 1781
40 1279 1553 1590 1776
表2 预实验处理结果
Table 2 Results of preexperiments
注：表中数据为 3 次重复的平均值。
度在 10℃以下、碱液浓度接近饱和时，不适合龙须菜
的碱处理。这是由于温度过低碱不能造成琼胶结构的改
变，碱液浓度过高，溶液黏稠，也不利于碱液向龙须
菜组织的扩散。
根据预实验结果，筛选对琼胶有显著影响的 3个因
素水平为：碱浓度M为 10%～35%、温度 T为 15～40℃，
处理时间 t为 2～7d(48～168h)。3个因素各设 6水平，
分别循环 1次拟合成 12个水平(表 3)。采用均匀设计法[8]
安排试验，试验方案和结果如表 4。
水平
因素
t(h) M(%) T(℃)
1 48 10 15
2 72 15 20
3 96 20 25
4 120 25 30
5 144 30 35
6 168 35 40
7 48 20 35
8 72 25 40
9 96 30 15
10 120 35 20
11 144 10 25
12 168 15 30
表3 均匀设计因素水平表
Table 3 Factors and levels in uniform design
试验号 t(h) M(%) T(℃) 凝胶强度(g/cm2)
1 48 20 30 849
2 72 35 40 1505
3 96 30 30 1244
4 120 15 25 854
5 144 15 35 1091
6 168 30 25 1201
7 48 25 20 632
8 72 10 40 1085
9 96 10 20 549
10 120 25 15 724
11 144 20 35 1276
12 168 35 15 1158
表4 U12(1212)均匀设计试验方案与结果
Table 4 Arrangement of uniform design U12(1212) and test results
注：数据为 3 次重复试验的平均值。
将表 4中龙须菜琼胶凝胶强度数据用 SAS软件进行
逐步回归处理，分析结果见表 5。
因素引入分析 方差分析
变量
因素估计 R2 F P F R2 P
交互项 － 488.62 － 24.78 0.0011 83.42 0.9690 ＜ 0.0001
T 27.72 0.3918 6.44 0.0295
M 19.69 0.8193 21.29 0.0013
t 2.75 0.9690 38.68 0.0003
表5 多元线性回归分析结果
Table 5 Analysis of variance for GS with various cold alkaline
treatment conditions
2.1.2 均匀设计试验
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由表 5因素引入分析结果可见，因素引入 /停止模
型显著性水平为 0.05条件下，3个因素均被引入模型，
3因素逐步引入时 P分别为 0.0295、0.0013和 0.0003，均
小于 0.05。这表明，本试验所选取的因素与回归方程的
变量具有很好的回归关系，试验因素对龙须菜凝胶强度
具有显著关联性，3因素对凝胶强度贡献显著有效(P＜
0.05)。根据多元线性回归对参数的估计值，得多元线
性回归方程：
GS=27.72×T+19.69×M+2.75× t－488.62
由表 5方差分析可见，回归方程具有显著意义(P＜
0.0001)。由回归方程可知，在 3因素的水平范围内，各
因素对龙须菜凝胶强度的贡献大小为 T＞M＞ t。这表
明，采用常温浓碱法处理龙须菜时，温度对琼胶凝胶
强度影响最大，其次为碱浓度，时间对其影响最小。
2.2 验证实验
为考查碱处理关系的实际应用价值，在3个因素的水
平范围内各抽取 7个水平(表 6)进行验证实验，按U7(76)安
排实验[ 8]，每个处理作 6个平行实验(表 7)。
水平
因素
t (h) M (%) T (℃)
1 48 13 10
2 60 16 14
3 84 19 18
4 108 22 22
5 132 25 26
6 156 28 30
7 168 31 34
表6 验证实验因素水平
Table 6 Factors and levels in experimental validation of
regression model
注：经 t 检验( n =6 )，与预测值相比，P ＞ 0 . 0 5。
实验号 t (h) M (%) T (℃)
凝胶强度(g/cm2)
P
测定值 预测值
1 48 16 18 435 457 0.1087
2 60 22 30 969 941 0.1484
3 84 28 14 692 681 0.4778
4 108 13 26 791 785 0.7515
5 132 19 10 536 525 0.5077
6 156 25 22 1073 1042 0.1483
7 168 31 34 1558 1526 0.1152
表7 验证实验结果
Table 7 Results of experimental validation of regression model
由表 7可见，每个处理的 6次实验平均值与回归方
程预测值相近，均在 x ± 2 s 范围内，并且无显著性差
异(P＞ 0.05)。这说明，在 3因素水平范围内，龙须菜
凝胶强度具有较好的预测性。
3 讨 论
根据回归方程系数可知，碱处理的温度、碱浓度
越高、处理时间越长，提取的琼胶凝胶强度越高。但
是，在实际生产中，采用常温浓碱法处理龙须菜，温
度是随生产季节的不同而变化，处理时间根据生产周期
而定，而碱液浓度则可随温度和时间来动态配制，以
满足琼胶的凝胶强度要求。
在龙须菜琼胶提取工艺中，最重要的即为原料碱处
理技术。本研究通过均匀设计的方法确定了碱处理 3因
素与凝胶强度的定量关系，为碱处理的工艺参数提供了
理论依据。在实际生产中，可根据拟合的回归方程，
从理论上调整工艺参数。如环境温度降低，可通过适
当提高碱浓度或延长处理时间，提取到满足需求的琼
胶；如环境温度升高，则可通过降低碱浓度或缩短处理
时间，以减少试剂消耗，降低生产成本或提高生产效
率。因此，在生产条件一定的情况下，可通过方程找
到最优化条件，预测性较强，是优化龙须菜琼胶提取
工艺的有效方法。
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