全 文 ：天然产物研究与开发 NatProdResDev2010, 22:285-288, 306
文章编号:1001-6880(2010)02-0285-05
收稿日期:2008-05-29 接受日期:2008-09-23
基金项目:国家自然科学基金项目(20676051)
＊通讯作者 Tel:86-510-89880766;E-mail:tugy828@ 163.com
假酸浆子胶与黄原胶混胶流变性研究
涂国云 1＊ ,王正武 1, 2 ,欧 涵 1
1江南大学化学与材料工程学院 , 无锡 214122;2上海交通大学食品科学与工程系 ,上海 201101
摘 要:实验研究了放置温度 、时间 、冻融 、pH、盐以及柠檬酸对黄原胶和假酸浆子胶混胶黏度的影响 。结果表
明:黄原胶和假酸浆子胶有协效性 , 当假酸浆子胶与黄原胶的质量比 15∶85时 , 二者的协同增效性最高 , 胶溶液
为非牛顿型流体 , 且变化满足 Herschel-Bulkley方程。温度 、时间对混胶有一定的影响。进一步对其研究表明:
冻融 、pH、盐以及柠檬酸都对其影响较小。
关键词:黄原胶;假酸浆子胶;协效性;黏度;Herschel-Bulkley方程
中图分类号:Q946.91;R284.1;TS202.3 文献标识码:A
StudyonRheologicalPropertiesofMixedXanthanGumand
GuminSeedofNicandraphysaloides(L.)Gaertn
TUGuo-yun1＊ , WANGZheng-wu1, 2 , OUHan1
1SchoolofChemicalandMaterialEngineering, JiangnanUniversity, Wuxi214122 , China;
2DepartmentofFoodScienceandTechnology, ShanghaiJiaotongUniversity, Shanghai201101 , China
Abstract:RheologicalpropertiesofguminseedofNicandraphysaloides(L.)Gaertn(NPG)-xanthansystemand
effectsoftemperature, time, freezing-thawingalternation, pH, NaClandcitricacidonitwereinvestigatedinthisre-
search.Theresultsshowedthatthesynergisticinteractionwasdiferentwithdifferentproportionsofthetwogums.When
themassratioofNPGtoxanthangumwas15∶85(mL), thesynergisticinteractionwasthestrongest.Themixedsystem
belongedtonon-new-tonianfluid, folowingtheHerschel-Bulkleyequation.TemperatureandtimehadeffectonNPG-xan-
thangumsystems.Thefurtherresearchindicatedthatfreezing-thawingalternation, pH, NaClandcitricacidhadlitle
effectonthemixedgum.
Keywords:xanthangum;Nicandraphysaloides(L.)Gaertnseedgum;synergisticefect;viscosity;Herschel-Bulkleye-
quation
黄原胶 (Xanthangum)是由黄单胞菌 (Xan-
thomonascampestris)利用碳水化合物产生的一种胞
外多糖 ,每个单元所存在的糖为 D-葡萄糖 、D-甘露
糖和 D-葡萄糖醛酸 。葡萄糖以 β-1, 4-键连接 [ 1] ,形
成葡萄糖纤维素骨架 ,间隔的葡萄糖基有一短的支
链 ,这条支链是 1个葡萄糖醛酸插入到 2个甘露糖
单位中组成 ,所以侧链组成为 β-D-甘露糖-(1, 4)-β-
D-葡萄糖醛酸-(1, 2)-α-D-甘露糖 ,末端甘露糖部分
可以在 4位和 6位连接丙酮酰残基 ,分子量高达数
百万。它具有突出的高粘性和水溶性 ,独特的流变
学特性 ,令人满意的兼容性[ 2] ,广泛应用于食品 、石
油 、印染 、纺织等领域 [ 3] 。
假酸浆(Nicandraphysaloides(L.)Gaertn)俗称
冰粉 、水晶凉粉 、蓝花天仙子等 ,为茄科假酸浆属植
物。假酸浆为一年生草本植物 , 植株高 50 ～ 100
cm,假酸浆子为假酸浆的种子 ,种子小而扁 , 径约
1.5 mm。国内南方各省均有野生分布 。现已有很
多地区栽培[ 4] ,最北至大兴安岭地区 。假酸浆以全
草 、花 、果 、种子入药 。种子味甘 、平 ,有清热退火 、利
尿等功效 ,治发烧 、风湿性关节炎 、疮痈等症 [ 5] 。种
子外有一层雾状无毒 、无色 、无味 、可食用的胶质。
曾有学者对假酸浆子的胶质部分作过研究[ 6-8] 。在
前面的研究论文中 ,作者利用流变仪对胶质进行了
细致深入的流变性研究 [ 9] 。
黄原胶和假酸浆子胶都是有广泛应用前景的添
加剂 ,它们在一定的条件下共混可以得到协同增效
作用 。黏度是生物多糖的一个重要性质 。大量实验
结果表明 ,胶体溶液的粘度越大 ,凝胶性也越好[ 10] 。
因此 ,混合胶溶液的粘度是考察其应用性能的一个
重要指标。有关环境因素对黄原胶和假酸浆子胶的
复配胶的影响以及二者的最佳配比的研究尚未见报
道 。本实验研究不同环境条件对不同配比的混胶溶
液黏度的影响及二者最佳配比 ,为拓展功能多糖产
品的工业应用范围提供一定的数据。
1 材料与方法
1.1 材料 、试剂与仪器
黄原胶 ,山东中轩生物有限公司;假酸浆子胶 ,
实验室制备 。盐酸(分析纯)、氢氧化钠(分析纯)、
柠檬酸(分析纯)、NaCl(分析纯)、蒸馏水。
BrookfieldRVDV-Ⅲ型数字流变仪(美国博力
飞公司);多头磁力加热搅拌器(常州国华电器有限
公司);电子恒温水浴锅(苏州威尔实验用品有限公
司);PHS-3C型精密 pH计 (上海雷磁仪器厂);
FA1104电子分析天平(上海民桥精密科学仪器有限
公司)。
1.2 方法
1.2.1 共混溶胶的制备方法
称取适量假酸浆子胶和黄原胶粉末 ,分别配制
质量分数为 0.3%(w/v,下同)的黄原胶和假酸浆子
胶溶液 ,然后配制假酸浆子胶:黄原胶为 0∶100、10
∶90、20∶80、30∶70、40∶60、50∶50、60∶40、70∶30、80∶
20、85∶15、90∶10、95∶5、100∶0 (单位为 mL)的混合
液 ,用多头磁力加热搅拌器使其混匀 。
1.2.2 温度对混胶溶液黏度的影响
将不同配比的混胶溶液在 25℃下测其黏度 ,再
将混胶溶液分别在 50、70 ℃恒温水浴中加热 30
min, 然后自然冷却到室温 , 用美国 Brookfield
RVDV-Ⅲ型数字流变仪 , 40号转子在 25 ℃、60 rpm
下测其黏度 。为减少误差 ,所有样品平行测量三次 。
以下测试方法相同。
1.2.3 放置时间对混胶溶液黏度的影响
取假酸浆子胶:黄原胶为 15∶85、20∶80、90∶10、
80∶20 (单位为 mL)的混合液分别放置 0、15、30、
45、60、90、120 min。使用 BrookfieldRVDV-Ⅲ型数
字流变仪测试。
1.2.4 冻融对混胶溶液黏度的影响
取假酸浆子胶:黄原胶为 15∶85(单位为 mL)的
混合液 。将混胶溶液分别在冰箱的冷冻 、冷藏室放
置 0、24、48 h,然后自然冷却到室温进行测试。
1.2.5 pH对混胶溶液黏度的影响
取假酸浆子胶:黄原胶为 15∶85(单位为 mL)的
混合液。采用氢氧化钠或盐酸将其 pH分别调至 2、
3、5、7、9、11、12。用 BrookfieldRVDV-Ⅲ型数字流
变仪测试 。
1.2.6 盐对混胶溶液黏度的影响
配制假酸浆子胶:黄原胶配比为 15∶85(单位为
mL)的混胶溶液 ,含 NaCl分别为 0%、0.1%、0.5%、
1.0%、1.5%、2.0%、3.0%。用 BrookfieldRVDV-
Ⅲ型数字流变仪测试。
1.2.7 柠檬酸对混胶溶液黏度的影响
食品中酸味剂柠檬酸的使用最为广泛 ,因此以
柠檬酸为酸味剂进行实验分析 。配制含柠檬酸为
0%、 0.05%、 0.20%、 0.35%、 0.50%、 0.80%、
1.00%的假酸浆子胶:黄原胶配比 15∶85(单位为
mL)的混胶溶液 ,而后进行测试 。
2 结果与分析
2.1 混合胶的复配比例及流动模型
图 1 不同配比对假酸浆子胶与黄原胶混胶协效性的影响
Fig.1 EfectsofproportiononsynergyofblendinggumofNPG
withxanthangum
图 1为不同配比的混胶溶液在转速为 60 rpm
时的黏度 。由此可见 ,室温下混合体系以不同比例
混合时 ,其溶液黏度有较大的变化 。假酸浆子胶:黄
原胶为 15∶85时黏度增大较为明显 ,尤其假酸浆子
胶:黄原胶为 15∶85的黏度有显著提高 ,表明假酸浆
子胶与黄原胶之间具有较强的协同增效性 ,混合比
例不同协同增效性也不同 ,其中二者为 15∶85混合
时协同增效性最好 , 15∶85是复配胶的最佳配比。
协同增效作用最为明显 ,这主要可能是由于黄原胶
分子的双螺旋结构易和假酸浆子胶分子发生嵌合作
用(有待进一步研究)。
由图 2可知 ,混胶溶液的剪切应力与剪切速率
呈非线性关系 , 属于非牛顿型流体 ,对质量分数
0.3%的假酸浆子胶与黄原胶(15∶85)的混合胶 , 25
286 天然产物研究与开发 Vol.22
图 2 混合胶液的剪切流变曲线
Fig.2 Rheologicalcurvesofmixedgumsolution
℃时溶液的流动曲线分别用 Herschel-Bulkley模型
(τ=τ0 +Kγn), Powerlaw模型(τ=Kγn), Bingham
模型(τ=τ0 +Kγ), Cason模型 (τ= τ0 + K×
γ)拟合 ,结果见表 1。
式中 , τ为剪切应力(Pa);τ0为屈服应力(Pa);
K为稠度系数(Pa.s);n为流动指数 γ为剪切速率
(s-1)。
表 1 25℃时假酸浆子胶 /黄原胶为 15∶85(mL)时的流动模
型比较
Table1 ComparisonofblendingNPGandxanthangumsolution
at15∶85 (mL)oncommonrheologicalmodelsat25
℃
模型
Mode
参数 Parameter
屈服应力
τ0(Pa)
稠度系数
K(Pa.s)
流动指数
n
相关系数
r2
Herschel-Bulkley 4.334 0.501 0.527 0.99931
Powerlaw - 4.183 0.626 0.99438
Bingham 7.580 0.018 - 0.95285
Casson 5.3055 0.00690 - 0.99437
模型中当流体所受剪切应力超过屈服应力
(τ0)时才能流动 ,而小于 τ0时流体具有弹性固体的
行为;K为稠度系数 ,是流体结构的一个量度参数 , K
值愈大则流体愈黏;n为流体的特性指数 ,表示流体
与牛顿流体偏离的程度 。结果表明 , 四个模型中 ,
Herschel-Bulkley模型能很好表征混合胶的流动特
图 3 加热温度对复配胶黏度的影响
Fig.3 Efectsofheatingtemperatureonviscosityofmixedgum
性 ,相关系数 r2为 0.99931 ,这说明混合胶液具有一
定的屈服应力 ,当混合胶溶液所受剪切应力超过屈
服应力时才能使其流动 。
2.2 温度对混胶溶液黏度的影响
如图 3所示 ,不同配比的混胶都随温度有一定
的波动 ,总体趋势都是随加热温度的升高而有所下
降。温度不断升高 ,无序分子也不断增多 ,流变性则
变好 [ 11] ,假酸浆子胶:黄原胶为 15∶85的波动较小 ,
即性质稳定受温度的影响较小。
2.3 放置时间对混胶溶液黏度的影响
图 4 放置时间对复配胶粘度的影响
Fig.4 Effectsofstandingtimeonviscosityofmixedgum
如图 4所示 ,混胶黏度随放置时间是呈先上升
而后下降 ,最后趋于平稳的 ,假酸浆子胶:黄原胶为
15∶85的黏度最高的放置时间为 45 min左右 ,其余
配比黏度最高的放置时间为 30 min左右 ,在四个配
比中假酸浆子胶:黄原胶为 15∶85随放置时间变化
较小 ,黏度稳定 。
2.4 冻融变化对混胶溶液黏度的影响
图 5 冻融变化对复配胶溶液黏度的影响
Fig.5 Effectsoffreezing-thawingalternationonviscosi-
tyofmixedgum
如图 5所示 ,冷冻和冷藏能使假酸浆子胶:黄原
胶配比为 15∶85的混胶溶液黏度降低 ,但冷冻和冷
藏对假酸浆子胶:黄原胶配比为 15∶85的混胶溶液
影响较小 ,说明此比例的混胶耐低温能力较强。
2.5 pH对混胶溶液黏度的影响
如图 6所示 , pH值的改变对胶溶液流变性能
具有较大影响 。在 pH值约为 3时 ,溶液的表观黏
287Vol.22 涂国云等:假酸浆子胶与黄原胶混胶流变性研究
图 6 pH对复配胶溶液黏度的影响
Fig.6 EffectsofpHvalueonviscosityofmixedgum
度最大可达 40.4cp。当 pH值大于 3后 ,随着 pH值
升高 ,其表观黏度略有降低 ,但当 pH值大于 8后 ,
表观黏度反略有上升 ,这是由于较高的 pH值下 ,使
得胶体分子带上正电荷 ,因而链间同种电荷产生静
电排斥 ,引起链的伸展和增长 ,故其表观黏度会升
高 。在强碱条件下引起解聚而导致表观黏度下降 。
当 pH小于 3时 ,胶在酸性条件下水解 ,故表观黏度
明显下降。研究中发现混合胶黏度随 pH的变化趋
势与假酸浆子胶黏度随 pH的变化趋势[ 9]相同 ,这
说明 pH值对混胶的影响主要是通过对假酸浆子胶
的影响而体现。相对而言 ,低浓度下的混合胶溶液
在弱酸性和碱性条件下比较稳定。
2.6 盐对混胶溶液黏度的影响
图 7 NaCl对混胶黏度的影响
Fig.7 EfectsofNaClonviscosityofmixedgum
如图 7所示 ,在测试浓度范围内混胶黏度随
NaCl浓度升高而降低 ,以后基本趋于平稳。这可能
与黄原胶侧链和主链之间通过氢键形成的双螺旋和
多重螺旋结构 ,以及假酸浆子胶的结构变化有关 。
当增加盐浓度时 ,可以减少侧链间的静电排斥作用 ,
有利于分子结构稳定 ,形成有序排列螺旋网状聚合
体 [ 12, 13] 。
2.7 柠檬酸对混胶溶液黏度的影响
如图 8所示 ,随着柠檬酸浓度的增加 ,起初混胶
的黏度有所下降 ,后变化趋势比较平缓。对混胶黏
度影响较小 ,说明假酸浆子胶:黄原胶为 15∶85的对
图 8 柠檬酸对混胶黏度的影响
Fig.8 Efectsofcitricacidonviscosityofmixedgum
柠檬酸有很强的耐受性 ,这使得该混胶在食品中有
很好的应用前景。
3 结论
黄原胶和假酸浆子胶有一定的协同效应 ,且温
度对混胶的影响较小。放置时间对混胶黏度有一定
影响 ,混胶随放置时间是呈先上升而后下降 ,最后趋
于平稳。其中假酸浆子胶:黄原胶为 15∶85随放置
时间变化最小 ,黏度稳定;假酸浆子胶:黄原胶配比
为 15∶85的混胶耐低温能力较强 ,冷冻和冷藏对其
影响较小;偏酸和偏碱的环境都能使假酸浆子胶:黄
原胶配比为 15∶85的混胶黏度降低;NaCl对混胶有
一定影响 ,混胶黏度随 NaCl浓度升高而降低 ,以后
基本趋于平稳;假酸浆子胶:黄原胶为 15∶85的混胶
对柠檬酸有一定的耐受性 ,柠檬酸浓度的变化对其
黏度影响较小 。
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(下转第 306页)
288 天然产物研究与开发 Vol.22
计算结果说明大孔树脂可按疏水性不同对蛋白或多
肽进行分离 。同时测定 ACE抑制活性和抗氧化活
性 ,结果显示各组分疏水性值与 ACE抑制活性显著
相关。大孔吸附树脂可作为对生物活性肽进行初步
分离的简单有效手段 。
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