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卡拉胶的复配性能介绍
来源:欧凯米特研究中心   2009年6月25日

  
上海师范大学工程食品研究所功能与复合食品添加剂研究室
 
      由于卡拉胶具有形成亲水胶体、凝胶、增稠、乳化、成膜、稳定分散等诸多物理化学特性,故可作为胶凝剂、乳化剂、增稠剂或悬浮剂使用,用于稳定乳液、控制脱液收缩、赋形、胶结和分散等,另外卡拉胶安全无毒的特性已被联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会(JECFA)所确认,这都使得卡拉胶工业迅速发展,广泛应用于食品工业、日化工业及生化、医学研究等领域中。最近几年,由于应用技术的日趋成熟及应用领域的不断增加,国内外市场对卡拉胶的需求也获得大幅度上升,卡拉胶在我国已经成为在食品中应用得最为广泛的胶体之一。
 
一、卡拉胶的复配性能
      卡拉胶具有胶凝、增稠、乳化、成膜、稳定分散等优良特性。卡拉胶形成凝胶所需浓度低、透明度高,但存在凝胶脆性大、弹性小、易脱液收缩等问题,不过这些问题可以通过与其它食品胶的协同增效作用来解决,因此有关卡拉胶协同作用的研究对于卡拉胶在食品中的应用十分重要。
 
(一)卡拉胶与槐豆胶的复配性能
      卡拉胶为凝胶多糖,而槐豆胶为非凝胶多糖,但两者共混可以得到凝胶,这是两种多糖分子间相互作用的结果。在卡拉胶和槐豆胶体系中,卡拉胶是以具有半醋化硫酸酯的半乳糖残基为主链的高分子多糖。槐豆胶是以甘露糖残基组成主链,平均每四个甘露糖残基就置换一个半乳糖残基,其大分子链中无侧链区与卡拉胶之间有较强的键和作用。在槐豆胶和卡拉胶形成的凝胶体系中,卡拉胶的双螺管结构与槐豆胶的无侧链区之间的强键合作用,使生成的凝胶具有更高的强度。而另一种与槐豆胶结构相似,但侧链平均数增加一倍的瓜尔豆胶,因为其侧链太密而不具有这么明显的增稠效应。
 
      κ-型卡拉胶单体所形成的强而脆的凝胶,其收缩脱水性在许多应用中会带来不利。但当与其他胶结合后所引起的组织结构的变化,使之具有很多实用价值,尤其在食品方面,当κ-型卡拉胶加入槐豆胶后,卡拉胶的双螺旋结构与槐豆胶的无侧链区之间的强键合作用,使生成的凝胶具有更高的强度,不仅使该体系的弹性和刚性因之提高,并随着槐豆胶浓度的增加,其内聚力也相应增强。当两种胶的比例达1:1时,凝胶的破裂强度可相当高,因而产生相当好的可口性。从感官的角度来看,槐豆胶可使κ-型卡拉胶凝胶的脆度下降而弹性提高,使之接近于明胶凝胶体的组织结构,但如果槐豆胶的比例过高,凝胶体会愈益胶稠。
 
      只有卡帕型卡拉胶与刺槐豆胶有增进胶强度的协同作用,2:1可达到最大凝胶强度,而1:4为最弱。为使刺槐豆胶充分水化,溶液需加热至82度以上,形成的凝胶仍为热可逆型凝胶;达到同样的凝胶强度,卡帕卡拉胶与刺槐豆胶的复合胶用量约只有卡帕卡拉胶单用量的 1/3。卡帕卡拉胶在水系统中0.5% 以上的浓度就能形成凝胶, 在牛奶系统中成胶浓度可低达0.1~0.2%。ι-型和κ-型两种卡拉胶配合时,凝胶的脆度将下降,破裂强度降低而不至于脱水收缩,内聚力的稳定和破裂强度的下降,说明ι-型卡拉胶也能提高凝胶的持水性和弹性,由此所制得的凝胶比由槐豆胶配合制得的将更接近于明胶的结构。
 
(二)卡拉胶与魔芋胶的复配性能
      魔芋胶主要化学组成为葡萄甘露聚糖,其中的葡萄糖和甘露糖的分子比约为2:3,因为甘露糖单位的第6位C上有乙酰基,故其水溶液不能形成凝胶,但在稀碱性溶液中水解去掉乙酰基后则可形成有弹性的凝胶。魔芋胶和κ-卡拉胶都是食品工业常用的胶凝剂,但前者必须在2%以上的浓度,pH>9即强碱性条件下才能形成凝胶。除了用量大之外,应用于碱性食品常有咸味和涩味,口感欠佳,不受欢迎;后者在有钾或钙等离子存在时,具有形成凝胶所需浓度低、透明度高等优点,但其凝胶脆性大,弹性小,易出现收缩脱液现象。这些缺陷,在很大程度上影响二者作为胶凝剂在食品工业上应用。将卡拉胶与魔芋胶进行适当复合,在中性偏酸性的条件下,可以形成对热可逆的弹性凝胶,且所形成的凝胶还具有所需胶凝剂用量少、凝胶强度高、析水率低等特点。魔芋胶可全部或部分取代槐豆胶,而获得卡拉胶与槐豆胶混合体所具有的凝胶结构。总之,魔芋胶和κ-卡拉胶有很强的协合作用,能显著增强卡拉胶的凝胶强度和弹性,减少卡拉胶的泌水性,其作用效果比槐豆胶还强,在食品工业上具有很好的应用价值。
 
(三)卡拉胶与其它胶的复配性能
      酰胺化低酯果胶对κ-型卡拉胶的形成没有显著的影响,但由于它具有良好的持水性,从而可降低κ-型卡拉胶的使用浓度,并使凝胶柔软可口。但如果还将少量的槐豆胶的复合在内,则可增加其凝胶的内聚力。采用酰胺化低酯果胶的另一长处是可使凝胶有很好的风味释放能力。但这种果胶的不利因素是可使凝胶呈浑浊状,即由酰胺化低酯果胶配合制成的凝胶甜食,不能像由单纯卡拉胶所制得的凝胶那样透明。
 
      黄原胶对κ-型卡拉胶有类似的影响,即可形成较柔软、更有弹性和内聚力的凝胶。此外,黄原胶能象κ-型卡拉胶那样降低失水收缩作用,瓜尔豆胶却不能左右κ-型卡拉胶的收缩析水作用。由于瓜尔豆胶含有两倍量的半乳糖,且未被取代的区域的长度远短于槐豆胶,这就解释了为什么卡拉胶与槐豆胶有良好的复配共伍作用而与瓜耳豆胶无明显共伍作用。
 
      另外,卡拉胶的凝胶强度取决于分子链的整齐程度,但KCL 添加量的增加可提高强度。卡拉胶及复配胶的凝胶强度测量值会随时间延长而不同;强度值也会因凝胶体的温度而不同,温度越低强度越高,在5~10 度时达到极限。因此比较凝胶强度时应以凝胶后相同的时间和温度下测量为条件。胶体溶液加入柠檬酸量越多,冷却后强度越低,并且加酸温度越高强度降低越显著。然而,过低的温度下加酸也会干扰凝胶的形成,因此最适的加酸温度在60~70度。同样,卡拉胶溶液体系在不同的PH下加热,PH降低则凝胶强度降低,PH3.5以下基本不能形成凝胶,有意思的是已形成的凝胶既使在pH3.5这样低pH下凝胶态仍稳定。复配胶体系所观察到的结果与卡拉胶相似,一般在碱性环境下,强度会降低。而卡拉胶在PH9左右仍稳定。