[发明专利]一种具有pH响应性琼脂的制备方法及其应用

说明书

本发明属于食品加工技术领域，尤其涉及一种具有pH响应性琼脂的制备及其在食品以及生物技术方面的应用。本发明通过辛烯基琥珀酸酐对原琼脂进行化学修饰，填补了pH响应性琼脂制备工艺上的空白。与现有的琼脂改性技术相比，其优越性在于仅使用一种安全无毒、可允许添加至食品中的化学改性剂，能在琼脂分子中同时引入亲水基团和疏水基团，使琼脂兼具有亲水亲油的特性，同时其凝胶透明度得到显著提高，凝固温度降低，保水性增强，开拓了其在益生菌包埋、及软糖、果冻等食品领域的应用，此外制备成本相对较低，适于产业化生产。

技术领域

本发明属于食品加工技术领域，尤其涉及一种具有pH响应性琼脂的制备及其在食品工业领域的应用。

背景技术

琼脂是从石花菜、江蓠菜等红藻的细胞基质中提取得到的多糖物质，现已经广泛应用于食品，医药以及生物科研方面。但由于原琼脂在凝胶特性方面的缺陷限制了其在某些特殊产品上的应用（如高凝固温度不利于与其他组分的复配；高溶解温度导致溶解耗时等），因而继续开发新型琼脂的制备工艺很有必要。

经对现有技术检索发现，专利CN108530585A，申请公布日2018-09-14，发明名称为一种pH响应性植物纤维功能材料及其制备方法和应用，以植物纤维为基体，在其表面通过自由基引发接枝阴性pH响应基团和阳性pH响应基团，所制得的材料在较窄pH范围内具有较高的pH响应性灵敏度，而且该材料油水分离效率高，再生稳定性好，具有良好的环境适用性。但专利表述中需采用衰减全反射-紫外/可见光谱技术，实时分析接枝过程中应体系中的阳性pH响应单体浓度，以及需要将纤维素充氮除氧等过程导致了实验操作的复杂性。专利CN105086474B，申请公开日2017-04-05以一定分数的蛋白质水溶液为原料，经与多乙烯多胺经共混、加热和冷却步骤制得，制备过程简单，绿色温和，成本低廉，制得的复合胶凝作为粘结剂适用于智能材料、纳米功能材料等领域。但经查询发现多乙烯多胺现主要应用于环氧树脂固化剂、原油破乳剂、矿用助剂，且具有腐蚀性，而且目前尚未应用于食品工业。

综上，由于pH响应性材料具有很多优异性能，而在目前的研究中尚未发现制备pH响应性的琼脂的相关报道。基于此种情形，本发明采用辛烯基琥珀酸酐作为单一改性剂，制备的琼脂能在较低的pH体系中难以溶解，当pH上升到一定值后才能完全溶解，而且其溶解状态会随着体系pH的变化而变化，表现出显著的pH响应性。本发明与现有技术中关于辛烯基琥珀酸酐改性淀粉在改性前后两种多糖性质的改变存在显著的不同。在反应机理方面辛烯基琥珀酸淀粉酯的制备是利用淀粉分子的活性基团羟基在NaOH的作用下解离成阴离子，然后进攻部分带正电荷的羰基碳，发生亲和取代反应，生成淀粉酯。反应式如下：

由于烯基长链的引入，淀粉酯的分子量增大，此外由于亲水基团的引入能够与水分子更好的形成氢键，淀粉分子与水的亲和力增加，在水中的分散程度提高，从而在性质上表现出粘度的升高。

而当辛烯基琥珀酸酐作用于琼脂时，首先也会发生类似的酯化反应，其反应式可表示如下：

此外，酸酐与琼脂除发生酯化反应引入亲水基团与亲油基团外，酸酐能够对琼脂分子表面造成一定的侵蚀，产生不同程度的降解作用，导致琼脂的分子量降低。在性质方面具体可以表现为长链的引入并未使得琼脂溶液粘度发生显著的变化，反而使其凝胶强度以及相关温度性质显著下降。因此，采用本发明制备得到的琼脂其透明度、凝胶强度、溶解温度、融化温度、浊度均有显著的改变，具体可通过对工艺条件的调节，有针对性的制备相关特性的产品。一方面利用改性琼脂的低凝固温度、pH响应性将其应用于微胶囊壁材的制备，可以在一定程度上弥补某些物质在酸性条件下难以保留或存活的缺陷；另一方面也能在不干扰物质原本色泽的前提下，充分利用具有pH响应性琼脂的高透明度作为一种食品添加剂应用于果冻、软糖、果汁饮料等食品的制作，赋予其独特的口感；其次也可利用其低凝固温度的特性制备微生物培养基，以便更好的与其他成分进行复配。

发明内容