引言

在食品、藥品、化妝品等行業(yè)中，凝膠類材料的“強度"是決定產(chǎn)品品質(zhì)的核心參數(shù)。果凍的Q彈口感、軟膠囊囊殼的韌性、微生物培養(yǎng)基的凝固效果——這些消費者直觀感受到的“質(zhì)地"，其背后都離不開凝膠強度的精準控制。

卡拉膠、瓊脂和結(jié)冷膠是三種應(yīng)用最為廣泛的食品膠體。它們雖然都能形成凝膠，但來源不同、凝膠機理各異，對檢測條件的要求也截然不同?？ɡz需要特定陽離子（鉀離子或鈣離子）才能形成凝膠；瓊脂憑借其獨特的凝膠特性；結(jié)冷膠則以極低的用量即可產(chǎn)生高強度凝膠，被譽為“新一代凝膠劑"。

2025年版《中國藥典》四部通則新增的0634《凝膠強度測定法》，為明膠、卡拉膠、瓊脂、結(jié)冷膠等凝膠類材料的力學(xué)性能評價提供了統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)。然而，不同膠體的理化性質(zhì)差異決定了它們需要“量身定制"的檢測方案。本文將從三種膠體的基本特性出發(fā)，系統(tǒng)解析各自的凝膠強度檢測方法、關(guān)鍵參數(shù)及適用標準，幫助生產(chǎn)企業(yè)及質(zhì)檢機構(gòu)建立科學(xué)、精準的檢測能力。

一、卡拉膠：陽離子驅(qū)動的凝膠強度檢測

1. 卡拉膠的基本特性與分類

卡拉膠是一種從紅藻中提取的天然線性硫酸化多糖，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品及日化等行業(yè)。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)中硫酸酯基團的數(shù)量和位置不同，卡拉膠主要分為三種類型：

• κ-型卡拉膠：可與鉀離子形成強韌的凝膠，凝膠強度高、脆性大，主要用于果凍、肉制品等領(lǐng)域

• ι-型卡拉膠：與鈣離子形成柔軟彈性凝膠，凝膠強度適中，具有良好的持水性和穩(wěn)定性

• λ-型卡拉膠：不形成凝膠

凝膠強度是衡量卡拉膠產(chǎn)品質(zhì)量和應(yīng)用性能的核心指標之一。在特定陽離子存在條件下，卡拉膠分子鏈發(fā)生螺旋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，進而形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

2. 標準檢測方法

卡拉膠凝膠強度的檢測主要依據(jù)GB 1886.169-2016《食品安全國家標準 食品添加劑 卡拉膠》。此外，ISO 9665:1998《膠凝劑 凝膠強度的測定》 也是國際上常用的標準方法。

樣品制備的關(guān)鍵參數(shù)：

• 樣品濃度：通常為1.5% 卡拉膠溶液

• 離子條件：κ-型卡拉膠需添加0.2% KCl（鉀離子），在20℃下靜置6-12小時形成凝膠；ι-型卡拉膠則需鈣離子

• 凝膠化溫度：κ-型和ι-型卡拉膠的熱溶液在陽離子存在條件下，冷卻到40-70℃ 形成凝膠

測試條件：

檢測時采用標準探頭以恒定速度壓入凝膠樣品，記錄凝膠破裂時的最大力值?？ɡz的凝膠強度受多種因素影響，包括膠體濃度、離子種類與濃度、溫度歷程、冷卻速率、pH值以及共存組分等。研究表明，凝膠強度隨卡拉膠含量的增加線性提高后漸趨平穩(wěn)，受鉀離子的影響出現(xiàn)峰值。

典型指標范圍：

GB 1886.169-2016規(guī)定精制卡拉膠的凝膠強度要求因類型而異——κ-型卡拉膠鉀凝膠強度（1.5%+0.2%KCl）通?！?300 g/cm2，水凝膠強度（1.5%）也有明確要求；部分卡拉膠產(chǎn)品的凝膠強度要求≥800 g/cm2或≥1200 g/cm2。

二、瓊脂：高溫滅菌后的凝膠強度檢測

1. 瓊脂的基本特性

瓊脂（Agar），又稱瓊膠、洋菜，是從石花菜、江籬及紫菜等紅藻類植物中提取的一種藻膠，由瓊脂糖和瓊膠質(zhì)組成的長鏈多糖復(fù)合體。瓊脂憑借其獨特的凝膠特性，在食品工業(yè)中作為增稠劑、膠凝劑廣泛應(yīng)用，在微生物培養(yǎng)基和植物組培中更是重要的凝固材料。

瓊脂的凝膠強度是評價其質(zhì)量重要的指標之一。凝膠強度的高低直接影響培養(yǎng)基的凝固效果、食品的口感和穩(wěn)定性。

2. 標準檢測方法

瓊脂凝膠強度的檢測主要依據(jù)GB 1975-2010《食品安全國家標準 食品添加劑 瓊脂（瓊膠）》 。該標準增加了凝膠強度指標，并將其作為產(chǎn)品規(guī)格的劃分依據(jù)。

樣品制備的關(guān)鍵參數(shù)：

• 樣品濃度：1.5% 瓊脂水溶液

• 溶解與滅菌：加熱煮沸至溶解，121℃高壓滅菌30分鐘

• 冷卻凝固：冷卻至50℃左右，倒入50mL燒杯中（每杯25mL），凝固后倒置過夜

• 測定溫度：提前取出置25℃ 左右放置30分鐘

測試方法：

使用凝膠強度儀或質(zhì)構(gòu)儀進行測定，探頭垂直下壓至瓊脂表面壓破為止，顯示的數(shù)值即為凝膠強度，單位為g/cm2。每個樣品測定3個平行樣，取平均值。

強度分級標準：

GB 1975-2010規(guī)定瓊脂的凝膠強度（1.5%溶液，20℃）可分為四個等級：

3. 影響因素

瓊脂凝膠強度受多種因素影響。研究表明，瓊脂凝膠強度隨著瓊脂質(zhì)量分數(shù)增大而增大；pH為6.0~7.0是瓊脂凝膠形成的最適條件；適當(dāng)添加量的氯*鉀、木糖醇、蔗糖可增大瓊脂凝膠強度。此外，Mg2?濃度的增加也會使瓊脂凝膠強度有小幅增加。

三、結(jié)冷膠：微量高效的凝膠強度檢測

1. 結(jié)冷膠的基本特性

結(jié)冷膠（Gellan Gum）是一種由少動鞘氨醇單孢菌（Sphingomonas elodea）經(jīng)有氧發(fā)酵產(chǎn)生的微生物胞外多糖。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)中乙?；透视突康牟煌?，結(jié)冷膠分為高?；Y(jié)冷膠和低?；Y(jié)冷膠兩大類。前者形成的凝膠質(zhì)地柔軟、彈性好，后者則能形成透明度高、質(zhì)地堅硬且脆性大的凝膠。

結(jié)冷膠的一個顯著特點是用量極低——0.25%的使用量就可以達到瓊脂15%和卡拉膠1%的使用量的凝膠強度。這一特性使其在食品工業(yè)中逐步替代瓊脂和卡拉膠，并與黃原膠、瓜爾豆膠、槐豆膠、明膠和海藻酸鹽等其他親水膠體進行良好的復(fù)配。

2. 標準檢測方法

結(jié)冷膠的凝膠強度檢測目前尚無獨立的國家標準，行業(yè)內(nèi)主要參考2025年版《中國藥典》四部通則0634《凝膠強度測定法》 以及各企業(yè)的內(nèi)部標準方法。

樣品制備的關(guān)鍵參數(shù)：

根據(jù)行業(yè)通行做法，低?；Y(jié)冷膠的凝膠強度測定步驟如下：

• 樣品濃度：準確稱取0.6g結(jié)冷膠樣品（精確至0.0001g），加入120mL蒸餾水

• 溶解：將樣品均勻撒在水面上以防結(jié)團，置于電爐上加熱直至溶解（加熱時間不超過7分鐘）

• 離子添加：冷卻至95℃左右，邊攪拌邊加入已預(yù)熱至80℃的2.7%氯化鈣溶液2mL

• 定容：使用80℃蒸餾水補充蒸發(fā)量至原總量

• 凝膠化：倒入凝膠測試瓶中，自然凝膠后放入20℃恒溫生化培養(yǎng)箱中放置20小時

• 測定：取出后在室溫中靜止30分鐘，用凝膠強度儀或質(zhì)構(gòu)儀測定

另有方法為：取結(jié)冷膠1.0g，加水90mL，置90℃水浴中溶解，再加0.6mol/L氯化鈣溶液1mL和水9mL，混勻，置凍力瓶中，于20℃放置過夜。

3. 影響因素

結(jié)冷膠的凝膠強度受多種因素影響。研究表明，鈣離子濃度對凝膠強度、硬度、彈性、堅實性及黏稠性均有顯著影響。不同濃度的結(jié)冷膠與離子對凝膠強度的影響也存在差異。此外，?；繉Y(jié)冷膠的流變和凝膠性能具有重要影響。

質(zhì)構(gòu)儀穿透法測定結(jié)冷膠凝膠特性已被證明具有較好的重復(fù)性與再現(xiàn)性，測量精密度高，相對標準偏差均小于10% ，對原料的驗收與質(zhì)量控制具有重要意義。

四、三種膠體檢測方案的差異對比

1. 關(guān)鍵參數(shù)橫向?qū)Ρ?/span>

2. 檢測難點的差異化

卡拉膠的檢測難點在于離子條件的精確控制。不同離子種類（K? vs Ca2?）和濃度會顯著影響凝膠強度，且κ-型卡拉膠易出現(xiàn)析水現(xiàn)象。檢測時必須嚴格控制離子添加量。

瓊脂的檢測難點在于溶解和滅菌條件。瓊脂需在121℃高壓滅菌30分鐘才能溶解，這對實驗室設(shè)備提出了要求。此外，瓊脂凝膠的強度測定需在25℃左右進行溫度平衡。

結(jié)冷膠的檢測難點在于微量稱量和離子均勻性。結(jié)冷膠用量極低（0.5%~1.0%），稱量精度要求高。鈣離子的均勻分布對凝膠強度的一致性至關(guān)重要，攪拌不充分會導(dǎo)致局部強度差異。

3. 儀器選型建議

三種膠體均可使用質(zhì)構(gòu)儀（物性分析儀） 或專用凝膠強度測定儀進行檢測。2025年版《中國藥典》0634通則規(guī)定的標準探頭為直徑12.7mm的圓柱形探頭，下壓速度0.5~1.0 mm/s，穿刺深度4mm。

選擇檢測儀器時需重點關(guān)注：

• 力量感應(yīng)元精度：結(jié)冷膠用量極低、凝膠較軟，需要更高精度的傳感器（建議優(yōu)于0.1%）

• 溫度控制能力：瓊脂和卡拉膠的檢測對溫度有嚴格要求，需配備恒溫裝置

• 速度控制精度：藥典0634要求速度在0.5~1.0 mm/s范圍內(nèi)精確可調(diào)

五、西奧機電的膠體凝膠強度檢測解決方案

濟南西奧機電有限公司（CELTEC西奧）作為專業(yè)的材料測試儀器制造商，長期致力于為食品、制藥、化工等行業(yè)提供精準的測試解決方案。針對卡拉膠、瓊脂、結(jié)冷膠等不同膠體的凝膠強度檢測需求，西奧機電提供專業(yè)化的質(zhì)構(gòu)分析儀器與定制化解決方案。

西奧機電的質(zhì)構(gòu)分析儀（凝膠強度測定儀） 具備以下核心優(yōu)勢：

高精度力學(xué)測量：采用高精度力量感應(yīng)元，測量精度優(yōu)于0.1%，能夠精準捕捉不同膠體凝膠在穿刺過程中的力學(xué)響應(yīng)。無論是卡拉膠的高強度脆性凝膠，還是結(jié)冷膠的低濃度柔軟凝膠，均可獲得準確、可重復(fù)的檢測數(shù)據(jù)。

標準化測試能力：儀器嚴格遵循GB 1886.169-2016、GB 1975-2010等國家標準及2025年版《中國藥典》0634通則的技術(shù)要求。標配直徑12.7mm標準圓柱探頭，支持0.5~1.0 mm/s速度精確可調(diào)。內(nèi)置多種膠體檢測模板，一鍵調(diào)用標準化測試參數(shù)，有效降低人為操作誤差。

靈活的測試模式：支持穿透測試、壓縮測試、TPA全質(zhì)構(gòu)分析等多種模式，可量化凝膠的破裂強度、硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等多種質(zhì)構(gòu)參數(shù)。一臺儀器即可滿足不同膠體、不同指標的檢測需求。

智能數(shù)據(jù)處理：配備專業(yè)分析軟件，測試過程中實時采集數(shù)據(jù)并自動繪制力值-時間曲線，自動計算凝膠強度值。測試數(shù)據(jù)可導(dǎo)出為報告，滿足質(zhì)量管理體系下的數(shù)據(jù)追溯要求。

廣泛的應(yīng)用覆蓋：除卡拉膠、瓊脂、結(jié)冷膠外，西奧機電的質(zhì)構(gòu)分析儀還可用于明膠、果膠、阿拉伯膠、黃原膠、魔芋膠、瓜爾膠、可得然膠等多種凝膠類材料的強度測定。

西奧機電的材料測試解決方案還廣泛應(yīng)用于包裝材料測試、醫(yī)療器械材料及包裝測試、藥品測試、膠粘劑測試、紡織品測試、紙張和紙板容器測試等領(lǐng)域，并可針對特殊測試需求提供定制化服務(wù)和自動化改造方案。

六、結(jié)語

卡拉膠、瓊脂、結(jié)冷膠——三種來源不同、特性各異的食品膠體，在凝膠強度檢測中有著截然不同的“脾氣"?？ɡz依賴陽離子驅(qū)動，檢測的關(guān)鍵在于離子種類與濃度的精確控制；瓊脂需要高溫滅菌處理，檢測的核心在于溶解條件與溫度平衡；結(jié)冷膠以極低用量實現(xiàn)高凝膠強度，檢測的難點在于微量稱量與離子均勻分布。

2025年版《中國藥典》0634通則的實施，為凝膠強度檢測提供了統(tǒng)一的技術(shù)框架。但“統(tǒng)一"不等于“一刀切"——不同膠體的理化性質(zhì)差異決定了檢測方案必須“因膠而異"。準確理解每種膠體的凝膠特性與檢測要求，選擇合適的儀器與測試條件，是獲得精準、可重復(fù)檢測結(jié)果的前提。

濟南西奧機電有限公司（CELTEC西奧）致力于為食品、制藥及化工行業(yè)提供專業(yè)的凝膠強度檢測解決方案，助力企業(yè)以科學(xué)數(shù)據(jù)驅(qū)動產(chǎn)品質(zhì)量控制與工藝優(yōu)化。

本文依據(jù)GB 1886.169-2016、GB 1975-2010、2025年版《中國藥典》0634通則及相關(guān)學(xué)術(shù)研究成果撰寫，僅供參考。具體檢測操作請以標準原文及儀器操作規(guī)程為準。