颗粒粒径和相互作用对凝胶颗粒团簇硬度的影响
食品科学（EI/核心期刊）
●成果介绍
文献导读
食品的质构性质直接影响食品的口腔行为和风味释放，是影响消费者对食品喜好度和可接受性的重要因素。特别是凝胶类食品，其结构和质构性质丰富多样，适宜各年龄段和不同饮食能力的消费者，深受消费者喜爱，尤其在特殊食品的设计应用中有着十分广泛的用途，常以破碎团簇的形式作为吞咽障碍患者的吞咽辅助食品。因此，对凝胶和凝胶性质的研究一直是食品科学领域的一个热门方向。
内容概要
本文以商用凝胶饮品为对象，以硬度为主要质构指标，探索凝胶破碎后形成凝胶颗粒团簇的硬度与凝胶颗粒粒径、原凝胶强度、破碎凝胶颗粒之间相互作用的关系。所用凝胶饮品由江苏祈瑞医药有限公司生产并提供。
实验主要分为以下三个部分：
1.研究通过不同筛孔尺寸的分筛漏斗所制备成不同粒径凝胶团簇的硬度变化（如图1）
图1不同温度下凝胶颗粒粒径对其团簇硬度的影响
结果表明随着颗粒粒径变小，凝胶颗粒团簇硬度呈快速下降趋势。这可能是因为整个体系的形变已不再是原来单一的凝胶形变，而是凝胶颗粒形变与凝胶颗粒之间滑动的组合。凝胶变为颗粒后，大大增加了表面积和颗粒滑动的几率，而颗粒之间的作用力远小于凝胶本身的强度，使得凝胶团簇在外力作用下更易因滑动而发生形变。
2.通过温度改变凝胶强度（如图2）
图2温度对凝胶颗粒团簇硬度的影响
不同粒径下，随着温度升高凝胶颗粒团簇硬度逐渐下降，表明温度升高破坏了化学和物理交联点，从而导致多糖大分子的结构及分子内和分子间的作用力被相应破坏和减弱。但温度对于小颗粒团簇的影响不明显。这是因为小颗粒凝胶表面积增加，利于温度向外扩散，减轻了温度对凝胶三维结构的破坏，外力作用下凝胶颗粒之间的滑动成为主要因素，而凝胶颗粒本身的强度则变为次要因素。
3.通过添加不同质量分数的糖浆溶液改变颗粒之间的相互作用力（如图3）
图3颗粒之间作用力对凝胶颗粒团簇硬度的影响
随着糖浆的稀释，摩擦系数明显增加，表明作用力也随之增强，凝胶颗粒团簇的硬度随着颗粒之间作用力的增强而增大。凝胶颗粒之间作用力的增强，减少了颗粒的滑动程度，因此凝胶颗粒团簇所受的外力除了引起颗粒滑动外，还会引起凝胶颗粒本身的形变，随着颗粒之间作用力的增加，颗粒形变的程度也会随之增加。
结果讨论
本文进行以下的假设和讨论：凝胶破碎后形成凝胶颗粒团簇的硬度受诸多因素的影响，除温度等外在影响因素外，原凝胶的硬度、破碎后的颗粒粒径和颗粒之间相互作用可能为其主要影响因素（假设凝胶颗粒团簇为空间紧密结构）。相对于凝胶颗粒，假设原凝胶尺寸大小为无穷大（∞），硬度为G，破碎后凝胶颗粒粒径为d（假设为理想的单一均匀凝胶颗粒），破碎后凝胶颗粒团簇的硬度（G’）可以表达为如下函数：G’＝func（G,d,f）。其中f为破碎凝胶颗粒之间的相互作用力即摩擦力，它体现了凝胶颗粒在受压变形过程中的相互作用强度。当凝胶颗粒团簇受外力挤压时，其受力存在2种极端情形（如图4）：一是受压颗粒立即变形，而不对周围的颗粒产生影响；二是将受力直接传导至周围颗粒，而受力颗粒本身不产生任何形变。假设见图4。
图4凝胶颗粒团受力分析
综上，本研究以硬度为主要质构指标，探讨了凝胶聚集状态变化对其质构性质的影响，以凝胶颗粒间作用力和颗粒本身强度2种因素对凝胶颗粒团簇硬度进行研究，并对凝胶颗粒团簇硬度的变化提出了理论假设。当凝胶颗粒之间相互作用力远小于凝胶颗粒本身的硬度时，凝胶颗粒团簇在外力的作用下主要发生颗粒滑动，所测得的硬度主要体现为颗粒之间相互作用力；当颗粒之间相互作用力增加，则颗粒之间滑动减少，所测得的硬度则更多体现为凝胶颗粒本身的硬度。
参考文献
《颗粒粒径和相互作用对凝胶颗粒团簇硬度的影响》，《食品科学》年41卷3期75-79页，作者：陈伟，王鑫淼，EnricoKarstenHADDE，朱敏，臧永春，季大怀，陈建设*。DOI:10./spkx--0122-。
●创新性/应用前景
近年来，食品凝胶也被广泛作为吞咽障碍人群的辅助食品，通过调节凝胶质构以满足这类特殊消费者人群的饮食与吞咽需求。食品凝胶在临床上的另一重要用途是将破碎凝胶形成的颗粒团簇作为药物片剂的包裹材料，协助药物片剂的顺利吞咽与传送。然而凝胶颗粒团簇的质构性质和其口腔行为与原凝胶之间存在很大区别。因此，理解凝胶破碎后所形成颗粒团簇的质构性质对于特殊消费者食品的开发和临床应用有着理论和实际的意义。
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