改性速溶型黄原胶的设计研究

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1、改性速溶型黄原胶的研究兰文忠董学前苏理吉武科（山东省食品发酵工业研究设计院，济南250013）摘要：较系统地研究了影响黄原胶溶解性能的各种因素，在此基础上有目的地通过化学反应改变黄原胶分子结构，减弱分子间作用力，制备得到了速溶型黄原胶；确定了测定黄原胶的溶解速度的科学方法，并用FT-IR和X-射线衍射等手段对速溶型黄原胶进行了微观表征，进一步在分子水平上解释了速溶型黄原胶溶解速度加快的原因。关键词：黄原胶溶解性能分子间作用力Abstract:Thefactorsgoverningtheratioofdissolutionareinvested,an

2、dthemethodmeasuringrateofdissolutionisfounded.TheFT-IRspectrumandtheX-raydiffractionspectrumindicatethatthechemicalmodificationchangetheintermolecularinteraction.Keywords:Xanthangumdissolubilityintermolecularinteraction黄原胶是以淀粉或蔗糖等为原料，经微生物发酵制成的高分子多糖，它自六十年代在美国问世以来，以其功能全面、用途广泛而居各

3、类多糖之首。但由于黄原胶溶解缓慢而极大地制约了其大规模地应用。许多研究人员期望运用物理方法来改变它的溶解性能，但效果并非十分明显。黄原胶是一种高分子多糖，它的溶解过程与其他高聚物有共同之处。高聚物的溶解过程经历两个阶段，首先是溶剂分子渗入高聚物内部，使高聚物体积膨胀，即溶胀过程，然后才是高分子均匀分布在溶剂中，达到完全溶解。然而黄原胶在溶解过程中会有“鱼眼”（fish-eye）现象的产生：即胶在水中，颗粒表面由于水溶胀而形成胶质层，此时分子链并未形成能自由运动的无规线团。胶质层的形成延缓并阻碍水分子向胶内部渗透，并且使颗粒之间发生胶结而成块状，形成

4、表面是初期冻胶而内部却是干芯的大团块，使胶分子在水中溶胀与溶解速度降低。以往我们接触到的速溶型产品，它们都是采用冷冻干燥或微胶囊化等手段来增加颗粒的比表面或对溶质在溶解前进行预乳化而使溶质快速分散。但从本质上该类只是溶质快速地分散（disperse）在溶剂相中，而并没有加快分散之后的溶解过程（dissolution），从严格意义上说，这些产品应为速分散型。另外，国外近期推出的速分散型黄原胶产品，它在很大程度上解决了黄原胶在溶解过程中的结团问题，但它没有解决黄原胶颗粒在水中的溶解缓慢的问题，从而造成这么一种现象：黄原胶能迅速分散在水中，但溶液却需长时

5、间才能产生粘度。因此，国内外目前方法和技术都是防止结团现象的发生，而不是采取方法来使表面已溶胀的胶分子较快地脱离胶颗粒形成自由运动的无规线团状，即加快溶解过程。通过对黄原胶溶解性能较为系统的研究，采用各种手段使黄原胶在溶解时不形成胶质层；或是虽然形成胶质层，但黄原胶分子能迅速脱离本体相而进入水相，缩短胶质层存在的时间，从而达到分子水平的速溶目的，宏观表现为样品的迅速溶解，溶液粘度的迅速增加。1、样品与方法1.1样品制备普通黄原胶（XG）：以淀粉为原料发酵在瑞士产比欧(NLF22)10L自动发酵罐中进行，菌种为本院保存的Xc-30；发酵72hr后用乙

6、醇沉淀法提取黄原胶，干燥粉碎得样品。速溶型黄原胶（SXG）：在黄原胶发酵醪液中加入添加剂，于28ºC反应4hr，用乙醇沉淀法提取并制成粒径为80目的颗粒。1.2、实验方法粘度：按GB13886－92，用NDJ-1型旋转粘度计（上海产）3#转子，在60rpm下进行测定的。红外光谱：在美国产FT－IR5DX－NICOLET型傅立叶变换红外光谱仪上测定。粉末衍射：在日本产理学D/max-rA转靶型X－射线衍射仪上测定；工作条件：CuKα，40Kv，60mA。2、结果与讨论2.1影响黄原胶溶解速度的因素黄原胶是一种高聚物，因此具有其它高聚物的溶解特性。研究

7、表明高聚物溶解时其表层由四个子层组成。δ１，流体力学液体层，它包围着运动流体中的每一固体；δ２，凝聚层，它包括出于类橡胶态的溶胀的聚合物材料；δ３，固体溶胀层；δ４，固体渗入层，即充满了溶剂分子的聚合物空隙和沟槽。其中δ１和δ２是最重要的子层，它受液体湍流程度的影响，而湍流程度是与剪切速率大小密切相关的；因此，搅拌剪切速率是影响高聚物溶解的主要外因。另外，固体粒度，即固体颗粒的半径(D)，也是影响高聚物溶解的一个重要的外在因素。当溶解速度u相同时，粒度(D)越大，溶解时间τ=D/u越长。下面我们分别对这两个因素进行讨论。2.1.1剪切速率对溶解速度

8、的影响浓度为1%(W样品/V水；下同)未经化学修饰的黄原胶(XG)在不同剪切速率下不同溶解时间的粘度如表1；粘度(V)-时