1. 引言
褐藻酸盐(Alginate)又名褐藻胶，是从海带、裙带菜、巨藻等海洋褐藻中提取的一类天然多糖，是一种水溶性天然膳食纤维，是全球产量最大的海藻提取物，在食品、印染、医药等领域广泛应用 [1] ，其中褐藻酸钠是用量最大的一种褐藻酸盐。褐藻酸盐具有低卡路里、增加肠道保水、吸除肠内重金属、促进肠道蠕动等健康功效。例如，1997年我国卫生部批准褐藻胶是具有排铅功能的物质(批准号97-65)，可用于生产排铅食品；2018年美国FDA正式公布褐藻酸钠、菊粉、聚葡萄糖、抗性糊精等8种原料为膳食纤维，有利于人体健康。
褐藻酸钠分子结构是由α-L-古罗糖醛酸(G)和β-D-甘露糖醛酸(M)组成的结构不均一的天然阴离子多糖，其分子链由GG、GM或MM片段以一定比例构成。由于原料来源不同、生产水域不同，褐藻酸钠分子中M、G含量也不同，用途也不一样 [2] 。褐藻酸钠的一个重要性质是凝胶特性，其机理是通过分子中G单元上的钠离子与二价或者多价离子发生离子交换反应(最常见的是用Ca2+)，形成具有热不可逆特性的凝胶。分子中M和G含量不同，会影响褐藻酸钠凝胶特性。
目前褐藻酸钠凝胶特性主要用于一些健康仿生食品、果冻、肉制品、医用纤维、化妆品等领域 [3] [4] [5] [6] ，但是不同M/G比值褐藻酸钠的凝胶特性以及不同浓度的褐藻酸钠的凝胶特性(内部成型法)很少有人研究 [7] [8] [9] [10] [11] 。本文主要是研究不同M/G比值的褐藻酸钠对凝胶特性(凝胶强度、出水及口感)的影响，并探讨了不同粘度及浓度褐藻酸钠对凝胶特性的影响，为后续褐藻酸钠在食品中应用提供理论支持。
2. 材料与方法
2.1. 材料与仪器
褐藻酸钠(AGNa)：青岛明月海藻集团有限公司，粘度范围和M/G比值见表1；成型剂：青岛明月海藻集团有限公司
搅拌器：德国IKA集团；实验室pH计：梅特勒–托利多仪器有限公司；TMS-Pro质构分析仪：北
Table 1. Different M/G ratios and alginate viscosity ranges
表1. 不同M/G比和粘度的褐藻酸钠
京盈盛恒泰科技有限公司；电热恒温水箱：上海百典仪器设备有限公司；恒温恒湿箱：上海一恒科学仪器有限公司；电子天平BS224S型：常熟市双杰测试仪器厂。
2.2. 实验方法
2.2.1. 不同浓度褐藻酸钠胶液制备
分别称量不同粘度或者M/G比值的褐藻酸钠倒入定量蒸馏水中，持续搅拌进行溶解，然后进行静置消泡，待用。
2.2.2. 褐藻酸钠凝胶制备
利用2.2.1制备的胶液，按照一定比例加入成型剂(褐藻酸钠与成型剂比例为2:1)，迅速倒入圆形模具中，进行封口，室温下静置成型，然后进行巴士杀菌(85℃, 30 min)，杀菌后进行冷却备用。
2.2.3. 褐藻酸钠凝胶产品凝胶强度的测定
对上述制备好的褐藻酸盐凝胶用质构仪进行凝胶强度的测定。测定参数为：探头型号为 P/12.5型，触发力0.2 N，测试前速率60 mm/min，测试速度60 mm/min，穿刺距离15 mm，每个产品至少重复测定3次。
2.2.4. 褐藻酸钠凝胶产品凝胶全质构的测定
对上述制备好的褐藻酸盐凝胶用质构仪进行全质构的测定。测定参数为：探头型号为P/12.5型，感应元500 N，触变形力20%，测试前速率60 mm/min，测试速度60 mm/min，每个产品至少重复测定3次。
2.2.5. 褐藻酸钠凝胶产品感官评价
对杀菌之后的褐藻酸钠凝胶进行感官评定，品尝凝胶的口感(如硬度、弹性等)。
2.3. 数据分析处理
数据统计采用SPSS 16.0分析软件进行分析，运用方差分析法(analysis of variance, ANOVA)进行显著性分析，显著水平值为P < 0.05。
3. 结果与分析
3.1. 不同类型褐藻酸钠对凝胶特性的影响
3.1.1. 不同类型褐藻酸钠对凝胶强度的影响
分别使用1.0%的不同类型的褐藻酸钠制作成凝胶，进行凝胶强度测定，结果见图1。
Figure 1. Effect of different sodium alginate on gel strength
图1. 不同类型褐藻酸钠对凝胶强度的影响
从图1可以看出，低M/G比值的褐藻酸钠形成凝胶强度大，高M/G比值的褐藻酸钠形成凝胶强度小。G含量越高，凝胶强度越大，这与李倩倩等 [7] 和Kuo等 [12] 的研究结果一致，AGNa中G单元比M单元具有更大的刚性，其形成的凝胶具有更高的凝胶强度。Ress等 [13] 的研究表明，Ca2+优先同AGNa分子中的G单体结合，形成一个稳定的三维网络结构。相同M/G比值，不同粘度对比可以看出，粘度对凝胶强度的影响不如M/G比值的影响显著。
3.1.2. 不同类型褐藻酸钠对凝胶全质构的影响
分别使用1.0%的不同类型的褐藻酸钠制作成凝胶，进行凝胶强度测定，结果见表2。
Table 2. Different sodium alginate on gel texture analysis
表2. 不同类型褐藻酸钠对凝胶质构分析
注：同一列不同小写字母表示有显著性差异(p < 0.05)。
从表2可以看出，低M/G比值的褐藻酸钠形成凝胶硬度大，咀嚼性高，这与上述凝胶强度趋势相同，但是由于硬度大，弹性低。高M/G比值的褐藻酸钠形成凝胶硬度和咀嚼性低，弹性高。相同M/G比值，不同粘度对比可以看出，褐藻酸钠粘度对凝胶全质构的影响不如M/G比值的影响显著。
3.1.3. 不同类型褐藻酸钠对凝胶口感的影响
从表3中看出，不同类型褐藻酸钠制作凝胶口感各异，有硬脆口感，有弹韧口感，可根据客户不同需求进行选择不同型号的褐藻酸钠来达到要求。
Table 3. Sensory evaluation of different alginate gel
表3. 不同褐藻酸钠凝胶口感感官评价
3.2. 不同浓度褐藻酸钠(AGNa2)对凝胶特性的影响
3.2.1. 不同浓度褐藻酸钠对凝胶强度的影响
从图2可以看出，相同M/G比值，褐藻酸钠浓度越高，形成凝胶强度大，口感越有嚼劲。随着褐藻酸钠浓度升高，褐藻酸钠分子之间接触更加紧密，链之间结合更加紧密，与钙离子形成更加紧密的凝胶，因而形成凝胶强度逐渐变大。客户可根据自己产品需求选择不同浓度的褐藻酸钠制作凝胶，来达到不同凝胶强度。
Figure 2. Effect of different concentrations of sodium alginate on gel strength
图2. 不同浓度褐藻酸钠对凝胶强度的影响
3.2.2. 不同浓度褐藻酸钠对凝胶全质构的影响
分别用褐藻酸钠(AGNa2)配制不同浓度制作凝胶，进行凝胶强度测定，结果见表4。
Table 4. Different sodium alginate on gel texture analysis
表4. 不同类型褐藻酸钠对凝胶质构分析
注：同一列不同小写字母表示有显著性差异(p < 0.05)。
从表4可以看出，相同M/G比值，褐藻酸钠浓度越高，形成凝胶硬度大，咀嚼性高，口感越有嚼劲。但是随着褐藻酸钠浓度提高，硬度增大同时，弹性略有下降，内聚性变化不大。
3.2.3. 不同浓度褐藻酸钠对凝胶口感的影响
从表5可以看出，随着褐藻酸钠浓度提高，制作凝胶口感越来越硬，弹韧性较好，与上面测定凝胶强度和全质构数据也对应，后期可根据客户不同需求选择不同浓度的褐藻酸钠来达到要求。
Table 5. Effect of different concentrations of sodium alginate on sensory evaluation of gel
表5. 不同浓度褐藻酸钠制作凝胶感官评价
注：+越多，表明口感越硬。
4. 结论
褐藻酸钠是一种含有甘露糖醛酸和古罗糖醛酸链段结构的天然多糖，与高价阳离子能形成热不可逆凝胶，该凝胶具有低卡路里、增加肠道保水、吸除肠内重金属、促进肠道蠕动等健康功效。本文研究了不同M/G比值及不同浓度褐藻酸钠对凝胶特性的影响，结果表明，低M/G比值的褐藻酸钠形成凝胶强度大，硬度和咀嚼性高，弹性略低；高M/G比值的褐藻酸钠形成凝胶强度小，硬度和咀嚼性高，弹性好。相同M/G比值的褐藻酸钠，粘度越高，浓度越高，形成凝胶强度越大，硬度和咀嚼性越高。本研究为今后褐藻酸钠凝胶相关产品的开发提供了数据支持。客户可根据产品口感的不同需求选择不同规格不同浓度的褐藻酸钠，开发口感各异的产品。