几种亲水性胶体凝胶特性研究.pdf

广州食品工业科技 Guangzhou Food Science and Technology Vol.20 No.4(总总 82) 159 中图分类号：TS201.7；文献标识码：A；文章篇号:1007-2764(2004)04-0159-054 几种亲水性胶体凝胶特性研究 吴剑锋 吴晖 吴涛 丁原涛 (华南理工大学食品与生物工程学院，广州 510641) 摘要：本文综述了目前几种常用的亲水性胶体的凝胶特性，研究了影响胶体凝胶的因素及其在食品工业中的应用。 关键词：亲水性胶体；凝胶特性；食品添加剂 The gel Property of Hydrocolloids Wu Jian feng, Wu Hui, Wu Tao, Ding Yuan tao (Food and Biological Engineering College, South China University of Technology,Guangzhou,510641) Abstract: The gel property and effect conditions of hydrocolloids were reported in this paper. The applications of some hydrocolloids as food additive were reported in the end. Keywords: Hydrocolloids; Gel property; Food additive 亲水胶体(Hydrocolloids)通常是指能溶解于水， 并 在一定条件下充分水化形成粘稠、滑腻的溶液或胶体 的大分子物质，俗称“胶” 。在食品体系结构中亲水胶 体的添加量较少，一般为千分之几，但却能有效、经 济地改善体系的质构。其化学组成大都是天然多糖、 蛋白质及衍生物，广泛分布于自然界1。目前，亲水 性胶体作为食品添加剂应用非常广泛，主要作为增稠 剂、稳定剂等。现就几种常用的亲水性胶体的凝胶特 性及其影响因素进行探讨。 1 亲水性胶体的分类及凝胶特性 1.1 分类（按来源） 亲水胶体来源十分广泛，主要分类如下： 表表 1 1 常常用用亲水胶体分分类类 ( (按按来来源源) ) 生物聚合物： 黄原胶，结冷胶 植物籽粉： 刺槐豆胶，瓜儿豆胶 植物萃取物： 阿拉伯胶 纤维素及纤维素衍生物： CMC 淀粉类： 原生或变性淀粉 动物类亲水胶体： 明胶 果胶类： 源于苹果或柠檬、橘类 海藻类： 卡拉胶、海藻酸(盐)、琼脂 1.2 亲水性胶体几个重要的凝胶体质地指标 1.2.1 表征亲水性胶体凝胶质地的常用指标为模数、 硬度、脆性、弹性和粘结性等 2，见表 2。 收稿日期：2004-07-25 作者简介：吴剑锋，在读硕士研究生，研究方向为粮食与植物蛋白质工程 表表 2 2 亲亲水水性性胶胶体体几几个个重重要要的的凝凝胶胶体体质质地地指指标标 模数: 测量坚硬度的量度标准 硬度: 测量断裂强度的量度标准 脆性: 破裂凝胶体所必须的张力 弹性: 测量凝胶体回复力的量度标准 粘结性: 测量分离的容易度 1.2.2 亲水性胶体质构图线分析，见图 1。 图 1 凝胶体的质构图线分析 质构图线分析(Texture Profile Analysis)，简 称 TPA。此技术采用连续来回压缩不受约束的凝胶圆 盘两次，测定压力-形变情况以获得硬度、模数、脆性 和弹性等参数。目前，TPA 用于定量分析凝胶质构。 由图 1 可知，硬度是第一压缩周期内某时刻所发生的 最大压力， 通常与抗撕裂强度对应； 模数是压力-形变 曲线的起始斜率，表示初始产生单位形变所必须受到 的力，它是凝胶的感觉坚实度的量度；脆性是曲线的 第一个明显下落点，是测试样本的首次断裂点；弹性 是衡量起始压缩造成的原有结构破坏程度的指标，也 广州食品工业科技 Guangzhou Food Science and Technology Vol.20 No.4(总总 82) 160 是显示凝胶在口腔中粘弹性的指标。 经过 TPA 测试后， 通常认为理想的弹性固体质地应在受到压力时可以储 存变形能量， 而在压力解除后可以恢复到最初的状态。 1.2.3 常用亲水性胶体的凝胶质地参数（见图 2、3） 图 2 几种亲水胶体硬度及模数值比较 图 3 几种亲水胶体脆性及弹性值比较 由图 2 及图 3 可知， LA 结冷胶具有较大的硬度及 模数，脆性及弹性较小；而 HA 结冷胶与之相反。 1.2.4 几种常用亲水性胶体凝胶性质比较（见图 4） 图 4 几种常用亲水性胶体质地比较 由图 4 可知，LA 结冷胶、琼脂及卡拉胶的凝 胶属于坚硬脆性凝胶， 而 HA 结冷胶、 黄原胶及明胶的 凝胶属于有弹性的凝胶，其它各种胶体凝胶状态介于 两者之间。 1.3 几种常用的亲水性胶体凝胶系统的特性 不同的亲水性胶体体系各自的凝胶条件不同，以 下为常用的亲水性胶体凝胶的特性及影响因素。 1.3.1 果胶 果胶根据甲酯化程度不同可分为高酯果胶(High Methoxyl Pectin)和低酯果胶(Low Methoxyl Pectin)。 1.3.1.1 高酯果胶(High Methoxyl Pectin)凝胶的特性 高酯果胶凝胶体系满足凝胶形成的基本条件为 pH2.0 3.8、可溶性固形物 55%，而影响凝胶形成及强度的 因素还有以下几点： (1)果胶质量及 DE 值：果胶质量的好坏直接影响 成胶能力,DE 值越高，脱水化程度越大,果胶分子间脱 水而形成结合区成胶就越好； (2)果胶含量：体系中果胶含量越高，相互间越容 易形成结合区，凝胶效果越好； (3)可溶性固形物含量及种类： 可溶性固形物含量 及种类不同，对水分子的争夺激烈程度不同，对凝胶 形成及强度影响不同； (4)温度持续时间及冷却速率： 冷却速率加快使凝 胶形成温度降低，相反体系温度常时间处于略高于凝 胶温度将导致凝胶形成温度上升。 1.3.1.2 低酯果胶(Low Methoxyl Pectin)凝胶的特性3 与高酯果胶体系相似， 低酯果胶的凝胶形成条件、 成胶温度、 胶强度等也受到下列诸多因素的相互制约： (1)果胶质量： 质量好坏直接影响成胶能力及强度; (2)果胶的 DE 及 DA 值：DE 值升高，成胶温度 降低；DA 值升高，成胶温度也升高，但 DA 值过高， 会导致成胶温度超过体系的沸点温度，使得体系立即 形成预凝胶； (3)果胶的含量：含量增加，凝胶强度及成胶温度 均上升，但过高又会导致形成预凝胶，反面使得凝胶 强度降低。 (4)Ca2+浓度及 Ca2+鏊合剂：Ca2+浓度增加，凝胶 强度和成胶温度均上升；达到最佳凝胶强度之后，钙 离子浓度继续增加，凝胶强度开始变脆、变弱最终形 成预凝胶；Ca2+鏊合剂能降低 Ca2+有效浓度，降低预 凝胶形成的危险， 尤其是当体系中固形物含量较高时。 (5)可溶性固形物含量及种类：可溶性固形物含量 高，凝胶强度加大及成胶温度上升，但过高则易形成 预凝胶；而种类的不同会影响果胶与 Ca2+结合能力的 程度不同。 (6)体系 pH 值：形成凝胶的 pH 值可在 2.66.8 范 围， pH 值升高， 形成相同质量的凝胶需要更多的果胶 广州食品工业科技 Guangzhou Food Science and Technology Vol.20 No.4(总总 82) 161 或钙离子，同时可使成胶温度降低。 1.3.2 黄原胶 凝胶性质上，黄原胶溶液具有较好的耐热、耐盐 及耐酸碱度的稳定性，粘度随浓度上升而迅速上升， 在含有NaCl的胶溶液其粘度pH2.512之间受酸碱度 的影响很小。4 1.3.3 结冷胶 结冷胶做为近年来新开发的微生物胶体，有着其 它亲水性胶体所无法比拟的优势，其凝胶特性主要有 以下几点56： （1）在低浓度（0.05%0.25%）可形成优质凝胶； （2）在加热和低 pH 条件下都非常稳定，在 PH3.57.0 之间均能形成凝胶； （3）由钠或钾离子形成的凝胶，加后可以复原， 而镁或钙盐的凝胶无法复原； （4）与其它胶类可复配使用效果较好，如变性淀 粉、黄原胶、刺槐豆胶等； （5）结冷胶与其它配类有良好的相容性。 1.3.4 卡拉胶 卡拉胶在中性及碱性条件下都稳定，但在酸性条 件(pH3.5)下，卡拉胶分子将发生降解，加热又促使降 解速度加快。 卡拉胶在水系统中 0.5%以上的浓度就能形成凝 胶，在乳系统中成胶浓度可低达 0.1%0.2%。 卡拉胶能与蛋白质作用，其结果取决于蛋白质的 等电点和溶液 pH 值，如在中性饮料中卡拉胶可与奶 蛋白形成弱凝胶以维持微粒的悬浮，避免粒子迅速沉 积；卡拉胶与蛋白质的作用还可用于除去体系中不希 望的蛋白质； 某些卡拉胶还具有快速形成蛋白-多糖体 絮状沉积的功能，但该沉积在流动中易重新分散。7 1.3.5 海藻酸盐 海藻酸盐凝胶体系特性主要有：形成的凝胶体热 不可逆；透明性略差；可以钙盐形成凝胶体；不能在 高固型物含量系统里凝胶。 1.3.6 明胶 明胶为一种动物来源的胶体， 其凝胶体系特性为： 明胶是一种很有弹性质地的胶体；明胶具有较低的溶 解和凝固温度，同时它是热不稳定的凝胶体，酸稳定 性较差，在冷藏时会硬化。 1.3.7 琼脂 琼脂,又称为琼胶， 与海藻酸盐及卡拉胶同属于海 藻胶，其凝胶体系特性为：较差的热/酸稳定性，质地 光滑但不透明，是一种热不稳定的凝胶体，一般体系 中用量较高。 1.3.8 魔芋 魔芋的凝胶体系通常需要长时间水合，体系粘度 较高，可以自身凝胶，和卡拉胶复配使用效果较好， 热稳定性较差。 1.4 胶体特性的比较（强-弱） 由表 3 知果胶的酸稳定性非常好，同时果胶凝胶 体的口感也较好，果胶快速凝胶的特性已被广泛应用 于糖果生产中； 卡拉胶的凝胶透明度及热可逆性较好， 故卡拉胶常与魔芋复配用于果冻及果爽的生产中。 表 3 不同胶体特性的比较（强-弱） 酸稳定性： 果胶、黄原胶、海藻酸盐、卡拉胶、琼脂 凝胶透明度： 卡拉胶、明胶、海藻酸盐 凝胶热可逆性：卡拉胶、琼脂、明胶、LM 果胶 快速凝胶性： 琼脂、果胶 口感： 果胶、明胶、卡拉胶 2 亲水性胶体在食品工业中的应用 亲水性胶体在食品、制药、化工等领域有广泛的 应用前景。在食品工业中主要作为增稠剂、稳定剂， 可用于饮料、面包、乳制品、肉制品、面条、糕点、 饼干、起酥油、速溶咖啡、鱼制品、雪糕、冰淇淋等 中，其中果胶和结冷胶还可用做生产低固形物含量果 酱及果冻的胶凝剂， 也用于软糖、 甜食及宠物罐头中。 结冷胶应用于中华面、荞麦面和切面等面制品时，可 以增强面制品面条的硬度、弹性、粘度，改善口感、 抑制热水溶胀，减少断条和减轻汤汁浑浊等作用；而 LM 果胶形成凝胶的 pH 值可在 2.66.8 范围之内，在 酸性乳品中应用较多。 参考文献 1 王卫平等.食品品质改良剂：亲水胶体的性质及应用J.食 品与发酵工业,1995,(2):77. 2 詹晓北.结冷胶J.食品添加剂,1999(2):66. 3 颜文斌. 薜荔果胶的胶凝特性J.吉首大学学报(自然科学 版),2002,23(1). 4 Carcia-Ochoa F . , et al . Xanthan gum: Production, Recovery , and PropertiesJ . Biotechn