海藻酸鈉凝膠特性的研究

海藻酸鈉凝膠特性的研究

海藻酸鈉（naalg，ags）是從棕櫚樹或馬尾藻中提取的糖皮質(zhì)激素。它是由1、4-d-i-d-o1和a-l-古羅糖酸組成的線聚合物。這是海藻酸鈉衍生物的一部分，因此也被稱為海藻酸鈉鈉、沿海酸鈉和海藻酸鈉。作為方程（c6h7o6na），相對分子量約為320020000，結(jié)構(gòu)單元的理論值為198.11。褐藻酸鈉能與除鎂汞以外的二價金屬離子發(fā)生快速的離子交換反應(yīng),生成褐藻酸鹽凝膠,其中以與氯化鈣形成的凝膠薄膜強度為最大。形成的凝膠性能因M/G值、褐藻酸鈉的濃度、結(jié)合的鈣量、凝膠化的條件的不同而有顯著的差異。用一種綜合性能較好,即持水能力強、凝膠強度好、有彈性、韌性的凝膠,再配以別的物質(zhì)構(gòu)成復(fù)合涂膜劑來涂膜畜產(chǎn)品、水產(chǎn)品等,可以大大提高其品質(zhì)及貨架期。本實驗研究了不同濃度的海藻酸鈉與不同濃度的氯化鈣,在不同溫度下形成凝膠的特性,并對這三個影響因素選擇三個水平進行正交實驗,通過測定凝膠強度、持水性及彈性,討論其對凝膠特性的影響因素及最佳的凝膠條件。1材料和方法1.1試劑與儀器海藻酸鈉食用級,天津市凱通化學(xué)試劑有限公司;氯化鈣分析純,天津市德恩化學(xué)試劑有限公司;丙三醇分析純,天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。QTS-25質(zhì)構(gòu)儀美國BROOKFIELD;恒溫水浴鍋余姚市東方電工儀器廠;電熱恒溫干燥箱上海躍進醫(yī)療器械廠。1.2實驗方法1.2.1溶液的配制將海藻酸鈉用蒸餾水配制成1.0%、1.5%、2%、2.5%、3.0%五種濃度的溶液,并置于60℃恒溫水浴中,使其完全溶解。將無水氯化鈣用蒸餾水配制成1%、3%、5%、8%四種濃度的溶液,另配甘油含量分別為1%、2%、3%的海藻酸鈉溶液。1.2.2海藻酸鈉溶液的制備將各濃度的氯化鈣溶液分別倒入不同濃度的海藻酸鈉溶液中,讓其在不同條件下凝膠成形。然后用清水漂洗凝膠體,以洗去凝膠體表面富余的氯化鈣,備用。1.2.3凝膠拉伸和彈性對于制備好的凝膠,先觀察其顏色和透明度;再用手緩慢拉伸至斷開,根據(jù)手感判斷凝膠的拉伸強度。同時用力壓凝膠,觀察凝膠壓縮后回復(fù)的高度,判斷凝膠的彈性。然后將凝膠放入冰箱中凍結(jié)24h,取出觀察凝膠凍結(jié)后的狀態(tài),再置于空氣中自然解凍,觀察凝膠解凍后的狀態(tài)變化。1.2.4tpa的測定用質(zhì)構(gòu)儀測定其凝膠強度。測定方法:將待測樣品置于測定平臺上,使用TA41柱形探頭,直徑6mm,35mm長。設(shè)定測定條件:選TPA測定類型,觸發(fā)值為5g,下壓速度30mm/min,兩次循環(huán),每次間隔3s。以恒定的速度和壓力對樣品進行壓迫,與其相連的控制器內(nèi)特定的內(nèi)置測定程序,將傳感器感應(yīng)的探頭壓迫凝膠塊,整個過程中數(shù)據(jù)的變化輸送至顯示器上,在顯示的測定結(jié)果的統(tǒng)計表中,可直接讀出凝膠強度及彈性。1.2.5凝膠持水性測定持水性也是衡量凝膠好壞的一個標(biāo)準(zhǔn)。持水率高,持水能力強的凝膠最適合做食品涂膜。根據(jù)凝膠體凍結(jié)前后的質(zhì)量變化來計算持水性。將制備好的凝膠放置在冰箱中冷凍24h,然后自然解凍,計算脫水率(X):X=(W1-W2)/W1×100%式中,W1:凍結(jié)前的凝膠重(g);W2:解凍后的凝膠重(g)。2結(jié)果與討論2.1海藻酸鈉添加量對感官評定的影響在相同溫度下,分別用1%、1.5%、2%、2.5%、3%五種濃度的海藻酸鈉與濃度恒定為3%的氯化鈣進行膠化反應(yīng),膠化時間為5min,其凝膠的感官評定結(jié)果如表1。除了對凝膠體感官評價外,我們還利用質(zhì)構(gòu)儀測定了凝膠強度及彈性,結(jié)果如圖1。從表1中我們可以看出,隨著海藻酸鈉濃度的增大,其凝膠的外觀特性逐漸變好,1%的海藻酸鈉,凝膠體薄且韌性差,拉伸易斷,彈性也差,凍結(jié)后冰晶大,解凍后凝膠體分層,表面褶皺且無彈性;而濃度為3%的海藻酸鈉卻能維持很好的外觀特征,凍結(jié)前凝膠體厚,彈性好,凍結(jié)后表面冰晶小,且解凍后仍有較好的彈韌性,凝膠不分層。脫水率隨著海藻酸鈉濃度增大也逐漸減小,1%的海藻酸鈉易脫水,脫水率高達78.28%,而3%的海藻酸鈉脫水率降到33.36%。從圖1可知,凝膠強度和彈性隨著海藻酸鈉濃度的增大而增大,當(dāng)海藻酸鈉濃度低時,其凝膠強度和彈性也小,海藻酸鈉濃度增大到3%時,其凝膠強度可達到479g,彈性也相應(yīng)的增加到1.70mm。這與凝膠的感官評定結(jié)論一致。由此可見,隨著海藻酸鈉濃度的增大,其持水能力、彈韌性及凝膠強度都逐漸增強。主要是當(dāng)鈣離子濃度一定,海藻酸鈉濃度低時,海藻酸鈉與鈣離子交換不完全,形成的凝膠體弱,強度小;濃度增大,有充足的海藻酸鈉與鈣離子發(fā)生離子交換,形成的海藻酸鈣空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致密,且海藻酸鈉大分子彼此間的相互作用加強,持水能力增強,凝膠強度增大,彈韌性也較好。此結(jié)論與曾慶祝在海藻酸鈉涂膜劑的特性研究一文中的報道一致。2.2海藻酸鈉濃度在相同溫度下,分別用1%、3%、5%、8%四種濃度的氯化鈣與濃度恒定為2%的海藻酸鈉進行膠化反應(yīng),膠化時間為5min,其凝膠的感官評定結(jié)果如表2所示,凝膠彈性及強度變化情況如圖2。從表2、圖2中可以看出,海藻酸鈉濃度一定時,隨著氯化鈣濃度增大,凝膠體的外觀特性漸好,凝膠強度和彈性也隨著增強,但凝膠經(jīng)凍結(jié)和解凍后的脫水率卻增加,即持水能力下降。由于脫水率增大,其解凍后的外觀特征也較差,甚至出現(xiàn)了分層現(xiàn)象。氯化鈣濃度為1%時,解凍后的凝膠體太脆硬度不夠易破裂;隨著氯化鈣濃度的增大,凝膠體厚度、強度及彈韌性逐漸增大,但脫水率也增大。氯化鈣濃度為8.0%時,脫水率高達70.92%。所以說鈣鈉達到一定比率才能形成好的凝膠體,當(dāng)鈣的比率增大時,其持水能力下降,但鈣的比率也不能太小,否則形成的凝膠強度不夠。此結(jié)論與曾慶祝在海藻酸鈉涂膜劑的特性研究一文中的報道一致。所以一般選擇氯化鈣濃度為3%～5%之間。2.3凝膠強度及彈性用一定濃度的海藻酸鈉與一定濃度的氯化鈣,在20、40、60、80℃四種溫度下分別進行膠化反應(yīng),膠化時間為5min,制得不同的凝膠體,其凝膠的感官評定結(jié)果如表3所示,凝膠強度及彈性見表4。從表3、表4可知,溫度對凝膠特性有影響,在60℃時的凝特性最好,溫度降低和升高,凝膠特性都變差。60℃時,凝膠體強度大,彈性好,外觀特征也較好,且有較低的脫水率。原因可能是隨著溫度的遞增,海藻酸鈉分子間鏈段纏繞能得到一定的舒展,有利于與鈣離子結(jié)合成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),凝膠特性好,但隨著溫度繼續(xù)升高,其海藻酸鈉分子中的G、M段容易分開,就不易和鈣離子形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),所以凝膠性能變差。這一實驗現(xiàn)象與參考文獻結(jié)論一致,故可以在60℃下讓其膠化。2.4甘油用量對海藻酸鈣凝膠特性的影響在濃度為2%的海藻酸鈉中分別加入1%、2%、3%的甘油,然后再和一定濃度的氯化鈣在一定溫度下進行膠化反應(yīng),膠化時間為5min,制得不同的凝膠體,其凝膠的感官評定結(jié)果如表5所示,凝膠強度和彈性見表6。從表5、表6可知,添加甘油可以增大其韌性,提高持水性能。隨著甘油用量的增大,其脫水率逐漸減小,脆性降低,韌性逐漸增大,但凝膠強度和彈性卻降低了。這是因為甘油小分子降低了海藻酸鈣大分子之間的作用力,使其凝膠強度和彈性降低,但韌性增大,又因為甘油具有保濕性能,故其持水能力增大。所以,在凝膠體中可以適當(dāng)加入甘油提高其性能。2.5正交優(yōu)化實驗條件為進一步考察海藻酸鈉凝膠特性的影響因素,對影響凝膠特性的主要因素:海藻酸鈉濃度、氯化鈣濃度、溫度進行三因素三水平的正交實驗,因素水平見表7。因為實驗是三因素三水平故選擇L9(34)正交表。由正交實驗結(jié)果及極差分析可知:對于凝膠強度來說,極差最大的是A,其次是B,故主要因素是A和B,C是次要因素,最優(yōu)水平組合是A3B3C1;對持水性來說,因素的主次順序為A>B>C,最優(yōu)組合是A3B1C3;對彈性來說,極差最大的是A,其次是B,最后是C,最優(yōu)組合是A3B3C3。綜合分析結(jié)果,A對于三個實驗指標(biāo)都是主要因素,且A3最好。C是次要因素,其水平對實驗結(jié)果的影響最小,可根據(jù)實驗的方便性操作任選。對于因素B,在凝膠強度和彈性實驗指標(biāo)中,都是B越大越好,而對于持水性,則是B越大持水性越差?？紤]到凝膠既要有一定的凝膠強度,又要有一定的持水性,綜合評分后我們選擇B2作為三個指標(biāo)的最優(yōu)水平。故較優(yōu)方案為A3B2C2,這個組合未包含在正交表中已做過的9個實驗中,我們在A3B2C2條件下做兩次實驗,結(jié)果見表8。從表8中可以看到,在此條件下得到的凝膠強度、彈性、持水性都較好,故此