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不同親水性膠體的凝膠特性及影響因素匯總

放大字體  縮小字體 發布日期:2022-11-01  來源:食品研發與生產  作者:食品小研  瀏覽次數:879
核心提示:親水性膠體作為食品添加劑應用非常廣泛,主要作為增稠劑、穩定劑等,F就幾種常用的親水性膠體的凝膠特性及其影響因素進行探討。
   目前,親水性膠體作為食品添加劑應用非常廣泛,主要作為增稠劑、穩定劑等,F就幾種常用的親水性膠體的凝膠特性及其影響因素進行探討。

  01、親水性膠體的分類及幾個重要的凝膠體質地指標

  親水膠體來源十分廣泛,主要分類如下:

  表1 常用親水膠體分類 (按來源)

生物聚合物

 黃原膠,結冷膠

植物籽粉

 刺槐豆膠,瓜兒豆膠

植物萃取物

 阿拉伯膠

纖維素及纖維素衍生物

 CMC

淀粉類

 原生或變性淀粉

動物類親水膠體

 明膠

果膠類

 源于蘋果或檸檬、橘類

海藻類

 卡拉膠、海藻酸(鹽)、瓊脂


  表征親水性膠體凝膠質地的常用指標為模數、硬度、脆性、彈性和粘結性等,見表2。


  表2 親水性膠體幾個重要的凝膠體質地指標

模數

 測量堅硬度的量度標準

硬度

 測量斷裂強度的量度標準

脆性

 破裂凝膠體所必須的張力

彈性

 測量凝膠體回復力的量度標準

粘結性

 測量分離的容易度


  表 3 不同膠體特性的簡要比較(強-弱)

酸穩定性

 果膠、黃原膠、海藻酸鹽、卡拉膠、瓊脂

凝膠透明度

 卡拉膠、明膠、海藻酸鹽

凝膠熱可逆性

 卡拉膠、瓊脂、明膠、LM 果膠

快速凝膠性

 瓊脂、果膠

口感

 果膠、明膠、卡拉膠


  02、幾種常用的親水性膠體凝膠系統的特性

  不同的親水性膠體體系各自的凝膠條件不同,以下為常用的親水性膠體凝膠的特性及影響因素。

  一、果膠

  果膠根據甲酯化程度不同可分為高酯果膠(HighMethoxyl Pectin)和低酯果膠(Low Methoxyl Pectin)。


 。ㄒ唬└啧スz(High Methoxyl Pectin)凝膠的特性

  高酯果膠凝膠體系滿足凝膠形成的基本條件為 pH2.0~ 3.8、可溶性固形物55%,而影響凝膠形成及強度的因素還有以下幾點:

  1、果膠質量及DE 值:果膠質量的好壞直接影響成膠能力,DE 值越高,脫水化程度越大,果膠分子間脫水而形成結合區成膠就越好;

  2、果膠含量:體系中果膠含量越高,相互間越容易形成結合區,凝膠效果越好;

  3、可溶性固形物含量及種類:可溶性固形物含量及種類不同,對水分子的爭奪激烈程度不同,對凝膠形成及強度影響不同;

  4、溫度持續時間及冷卻速率:冷卻速率加快使凝膠形成溫度降低,相反體系溫度長時間處于略高于凝膠溫度將導致凝膠形成溫度上升。


 。ǘ┑王スz(Low Methoxyl Pectin)凝膠的特性[1]

  與高酯果膠體系相似,低酯果膠的凝膠形成條件、成膠溫度、膠強度等也受到下列諸多因素的相互制約:

  1、果膠質量:質量好壞直接影響成膠能力及強度;

  2、果膠的DE 及DA 值:DE 值升高,成膠溫度降低;DA 值升高,成膠溫度也升高,但DA 值過高,會導致成膠溫度超過體系的沸點溫度,使得體系立即形成預凝膠;

  3、果膠的含量:含量增加,凝膠強度及成膠溫度均上升,但過高又會導致形成預凝膠,反面使得凝膠強度降低。

  4、Ca2+濃度及Ca2+鏊合劑:Ca2+濃度增加,凝膠強度和成膠溫度均上升;達到最佳凝膠強度之后,鈣離子濃度繼續增加,凝膠強度開始變脆、變弱最終形成預凝膠;Ca2+鏊合劑能降低Ca2+有效濃度,降低預凝膠形成的危險,尤其是當體系中固形物含量較高時。

  5、可溶性固形物含量及種類:可溶性固形物含量高,凝膠強度加大及成膠溫度上升,但過高則易形成預凝膠;而種類的不同會影響果膠與Ca2+結合能力的程度不同。

  6、體系pH 值:形成凝膠的pH 值可在2.6~6.8 范圍,pH 值升高,形成相同質量的凝膠需要更多的果膠或鈣離子,同時可使成膠溫度降低。


  二、黃原膠

  凝膠性質上,黃原膠溶液具有較好的耐熱、耐鹽及耐酸堿度的穩定性,粘度隨濃度上升而迅速上升,在含有NaCl 的膠溶液其粘度pH2.5~12 之間受酸堿度的影響很小。

  朱桂蘭[2]等對質量分數1%的不同比例的結冷膠和黃原膠復配體系的流變和凝膠特性進行了研究,初步探討了其相互作用機理。結果表明:

  1)動態頻率掃描表明,黃原膠可提高結冷膠-黃原膠復配體系的粘彈性和流動性,黃原膠的含量對復配體系的動態流變性質起到決定性的作用。

  2)溫度掃描實驗中,隨著黃原膠比例的增加,儲能模量G‘和損耗模量G″增加,凝膠溫度升高。說明了結冷膠與黃原膠分子鏈之間存在著一定的相互作用。

  3)結冷膠是結冷膠-黃原膠復配體系的凝膠硬度的決定性因素,黃原膠的添加會提高復配體系的粘彈性、內聚性和持水力。


  三、結冷膠

  結冷膠兼有黃原膠、果膠及卡拉膠的各種優良特性?是現代不可缺少的親水性膠體,其凝膠特性主要有以下幾點:

 。1)在低濃度(0.05%~0.25%)可形成優質凝膠;

 。2)在加熱和低pH 條件下都非常穩定,在PH3.5~7.0 之間均能形成凝膠;

 。3)由鈉或鉀離子形成的凝膠,加后可以復原,而鎂或鈣鹽的凝膠無法復原;

 。4)與其它膠類可復配使用效果較好,如變性淀粉、黃原膠、刺槐豆膠等;

 。5)結冷膠與其它配類有良好的相容性。

  由于低;Y冷膠在食品工業等領域上的應用更常見?所以在許多普通場合下?結冷膠即指低;问降漠a品?低;Y冷膠的凝膠特性如表4所示。


  表4 低;Y冷膠凝膠特性一覽表[3]

特 性

功 能

極低的用量下即可發揮作用

結冷膠可作為一種非常有效的膠凝劑,結冷膠的用量范圍常在0.050.4%圖片 

凝膠具有極高的透光度

結冷膠凝膠具有極好的透明度,可以滿足多種對凝膠有高透明度食品的要求

所形成凝膠在酸性下比較穩定,尤其在pH值4.07.5性能最好圖片 

從酸性至中性產品配方中都能獲得滿意的加工使用效果,延長酸性食品貨架期

控制凝膠化所需陽離子的類型、濃度等因素,能在一定范圍內調節膠凝溫度及融化溫度,凝膠的膠凝溫度和融化溫度間有滯后性

根據需要,可以制成熱可逆凝膠。也可制成熱不可逆凝膠

凝膠熱穩定性很好,同時與其它親水膠體具有很好的相容性

能耐受加工過程的加熱、殺菌、蒸煮等高溫處理?梢詮团涑龆喾N凝膠質構

可以形成多種獨特的凝膠質構,所成體系具有良好的風味釋放

幫助開發新產品,如新的質感、外觀或口味

弱凝膠具有良好的懸浮性

可作高檔懸浮劑使用


  四、卡拉膠

  卡拉膠是一種多功能的食品添加劑,起持水、持油、增稠、穩定并促進凝膠形成等作用,常用于乳制品、甜食、飲料、果凍及肉制品中?ɡz形成的凝膠比較硬,因此需與其他食品膠體配合使用,增加凝膠的彈性。近年來?在乳制品、軟糖、果凍中卡拉膠的應用基本取代了傳統的明膠和瓊膠等,但是卡拉膠的應用與卡拉膠的凝膠特性關系密切,因而準確掌握卡拉膠的凝膠性能及其在各種條件下的變化規律對生產應用具有重要的意義。

  卡拉膠在中性及堿性條件下都穩定,但在酸性條件(pH3.5)下,卡拉膠分子將發生降解,加熱又促使降解速度加快?ɡz在水系統中 0.5%以上的濃度就能形成凝膠,在乳系統中成膠濃度可低達0.1%~0.2%?ɡz能與蛋白質作用,其結果取決于蛋白質的等電點和溶液pH 值,如在中性飲料中卡拉膠可與奶蛋白形成弱凝膠以維持微粒的懸浮,避免粒子迅速沉積;卡拉膠與蛋白質的作用還可用于除去體系中不希望的蛋白質;某些卡拉膠還具有快速形成蛋白-多糖體絮狀沉積的功能,但該沉積在流動中易重新分散。

  五、海藻酸鈉

  海藻酸鈉是從褐藻類的海帶或馬尾藻中提取的一種多糖碳水化合物?是由1?4-聚-β-D-甘露糖醛酸和a-L-古羅糖醛酸組成的一種線型聚合物?是海藻酸衍生物中的一種?所以有時也稱褐藻酸鈉或海帶膠和海藻膠?其分子式為(C6H7O6Na)n?相對分子量在32000~200000左右?其結構單元分子量理論值為198?11。褐藻酸鈉能與除鎂汞以外的二價金屬離子發生快速的離子交換反應?生成褐藻酸鹽凝膠?其中以與氯化鈣形成的凝膠薄膜強度為最大。形成的凝膠性能因M/G值、褐藻酸鈉的濃度、結合的鈣量、凝膠化的條件的不同而有顯著的差異[4]。

  表5 海藻酸鈉濃度對凝膠品質的影響


  
  表6 氯化鈣濃度對凝膠品質的影響

640 (1)
  
  表7 溫度對凝膠品質的影響

溫度(℃ )

 凍結前外觀

凍結后外觀

解凍后外觀

脫水率
(% )

凝膠強度
(g)

彈性
(mm)

20

無色透明‚膠體稍薄
膠層稍松弛‚彈韌性好

表面冰晶稍大
冰層稍厚

表面光滑‚不分層
稍有彈性‚有韌性

53.38

289

1∙23

40

無色透明‚膠體厚
膠層緊密‚彈韌性一般

表面冰晶小
冰層稍厚

表面稍皺‚不分層
有彈韌性

51∙32

311

1∙27

60

無色透明‚膠體稍厚
膠層緊密‚彈韌性好

表面冰晶小
冰層薄

表面光滑‚不分層
有彈韌性

49∙67

358

1∙39

80

無色透明‚膠體薄
拉伸易斷‚彈性稍差

表面冰晶稍大
冰層厚

表面稍皺‚不分層
彈韌性差

55∙29

297

1.26

  
  表8 甘油用量對凝膠品質的影響

甘油用量
(%)

凍結前外觀

凍結后外觀

解凍后外觀

脫水率
(%)

凝膠強度
(g)

彈性
(mm)

1.0

無色透明‚膠體薄
彈性好‚韌性大

表面冰晶小
冰層薄

表面光滑‚不分層
彈性差‚韌性好

44∙90

298

1.36

2.0

無色透明‚膠體薄
彈性好‚韌性大

表面冰晶小
冰層薄

表面光滑‚不分層
彈性稍差‚韌性好

38∙25

261

1.30

3.0

無色透明‚膠體薄
彈性稍差‚韌性大

表面冰晶小
冰層薄

表面光滑‚不分層
彈性差‚韌性好

28∙40

233

1.23

  
  六、明膠

  明膠為一種動物來源的膠體,其凝膠體系特性為:明膠是一種很有彈性質地的膠體;明膠具有較低的溶解和凝固溫度,同時它是熱不穩定的凝膠體,酸穩定性較差,在冷藏時會硬化。

  陳海華研究了濃度、pH值、蔗糖、氯化鈣、氯化鈉對明膠凝膠強度的影響,以及多糖對明膠凝膠特性的影響。結果表明,明膠凝膠強度隨明膠濃度的增加而增強;pH值影響明膠的凝膠強度,分別在pH值2和10時取得最大值。蔗糖濃度低于1%時,明膠的凝膠強度隨蔗糖濃度增加而增加,當蔗糖濃度高于1%時,明膠的凝膠強度隨濃度的增高而下降。明膠的凝膠強度隨氯化鈉濃度增加而減小,隨氯化鈣濃度增大而增大。添加卡拉膠、CMC或海藻酸鈉等多糖能改善明膠的凝膠特性,提高其凝膠強度[5]。

  謝苒荑[6]等研究明膠凝膠性質以及各種外界因素,如時間、溫度、pH值等對明膠凝膠性質的影響。結論表明:

  1) 明膠在70℃的水中溶解并在70℃水浴中保溫15min時,明膠體的凝膠強度最大;

  2) 當體系pH=4明膠溶液濃度越大越有利于其凝膠體的形成;

  3) 自來水中檸檬酸鈉濃度僅達0.04%時,明膠凝膠體形成良好;

  4) 當明膠體系中含有10%白砂糖或25%麥芽糖漿時,其形成的凝膠體強度較大;

  5) 當明膠體系中白砂糖與麥芽糖漿的比例為5∶2,濃度約為25%時可形成較強的明膠凝膠體。

  七、瓊脂

  瓊脂,又稱為瓊膠,與海藻酸鹽及卡拉膠同屬于海藻膠,其凝膠體系特性為:較差的熱/酸穩定性,質地光滑但不透明,是一種熱不穩定的凝膠體,一般體系中用量較高。

  劉施琳[7]等借助低場核磁共振儀及質構儀,探討影響瓊脂凝膠強度及弛豫特性的因素,并分析其凝膠機理。結果表明: 瓊脂凝膠強度隨著瓊脂質量分數增大而增大; pH 為 6.0~7.0 是瓊脂凝膠形成最適條件; 適當添加量的氯化鉀、木糖醇、蔗糖可增大瓊脂凝膠強度,分別在添加質量分數為 0.2% ~0.3% 、9% 和 6% 時效果最佳; 適當比例的魔芋膠、卡拉膠和刺槐豆膠可與瓊脂產生協同增效作用,分別在其所在比例為 15% 、5% 、10% 時與瓊脂產生協同增效作用最強; 氯化鈣、氯化鈉和 β-環狀糊精則阻礙凝膠的形成,降低瓊脂凝膠強度。瓊脂凝膠的弛豫時間 T23均與凝膠強度存在極顯著( p <0.01) 負相關,即凝膠中水分流動性越小,凝膠強度越大。

  八、魔芋膠

  魔芋的凝膠體系通常需要長時間水合,體系粘度較高,可以自身凝膠,和卡拉膠復配使用效果較好,熱穩定性較差。粘度和強度關系:和改性的條件和改性物有關;粘度和持水關系:一般沒有析水問題(酸性雙蛋白飲料中出現析水現象)。

  參考文獻:

  [1] 顏文斌。 薜荔果膠的膠凝特性[J].吉首大學學報(自然科學版),2002,23(1)。

  [2]朱桂蘭,陶思遠,童群義。結冷膠與黃原膠復配體系流變與凝膠特性[J].食品與發酵工業,2013,39(03):56-60.DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.2013.03.027.

  [3]許懷遠,任向妍,王垚。結冷膠凝膠特性及在食品工業中的應用[J].中國食品添加劑,2009(04):54-61.

  [4] 王秀娟,張坤生,任云霞,姚俊。海藻酸鈉凝膠特性的研究[J].食品工業科技,2008(02):259-262.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2008.02.061.

  [5]陳海華。明膠的凝膠特性及多糖對明膠凝膠特性的影響[J].糧油加工,2009(05):130-133.

  [6]謝苒荑,楊曉波,肖英宏。不同因素對明膠凝膠特性的影響研究[J].食品工業,2009,29(01):51-53.

  [7]劉施琳,朱豐,林圣楠,黃金城,李天驕,王紅麗,林向陽。瓊脂凝膠強度及弛豫特性的研究[J].食品工業科技,2017,38(13):85-89+100.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2017.13.016.

  來源:食品研發與生產,未經授權禁止轉載。

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編輯:fmt1592210117

 
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