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爽口片成膜工艺及特性的研究 摘要 爽口片是一个很有创意性的小食品，表面光洁透明，入口能够快速溶解 并迅速释放清凉，具有口腔清洁、保持口气清新、杀菌、环保、食用方便等 特点。该产品在美国市场上非常火爆，但是在国内因设备粗糙、要求简单、 技术不过关，很多产品达不到该产品应该具备的特点。因为爽口片在国内外 的发展时间比较短，尤其在国内，无论是在膜材料的选择上，还是在成膜工 艺上都还处于探索阶段，目前还没有一个非常成熟的技术，也还没有一个主 导爽口片市场的品牌。在研发上，虽然有一些企业和机构曾做过一定的研究， 但是总的来说，关于爽口片的研究资料还是相对较少，而且比较片面。鉴于 以上情况，本实验欲从可食性、成膜性、速溶性、成膜质量等方面对成膜材 料和成膜工艺做一个相对深入的研究，将重点放于爽口片的配方研究和解决 成膜材料的复配成膜、及香料或功效成分的稳定问题。 + 本文通过查阅大量的资料，首先进行了单体成膜实验，初步确定了单体 成膜材料。实验以水溶性、吸湿性、失水性、柔韧性、透明度和厚度作为成 膜的实验指标，通过对溶液的粘度测定、浓度对膜性能的影响、烘干温度对 膜性能的影响以及甘油对膜性能的影响实验，初步确定了如下七个材料和其 较好的成膜工艺条件：甲基纤维素( m c ) ，质量浓度4 0 ，成膜温度6 0 ， 甘油用量小于1 0 ；羟丙基甲基纤维素( 唧m c ) ，质量浓度2 5 ，成膜温 度6 0 ，甘油用量小于1 5 ；羧甲基纤维素钠( c m c ) ，质量浓度1 5 ， 成膜温度7 5 ；羧甲基羟丙基纤维素( c p c ) ，质量浓度1 5 ，成膜温 度5 0 ，甘油用量小于0 2 ；魔芋精粉( k g m ) ，质量浓度0 3 o 6 ；羧 甲基壳聚糖( c a t b o x y m e t h y lc h i t o s a n ) ，质量浓度4 0 ，成膜温度7 0 ； 普鲁兰多糖( p u l l u l a n ) ，需复配成膜。 本文在单体成膜实验的基础上，对上述成膜材料进行复配成膜。根据成 膜材料的分子结构特性首次提出成膜镶嵌效应和成膜框架效应，以阿拉伯胶 和普鲁兰多糖作为通用成膜材料进行复配成膜。通过实验确定了如下复配组 合：h p m c 和阿拉伯胶；m c 和阿拉伯胶；h p m c 、m c 和阿拉伯胶；h p m c 和普鲁兰多糖；c m c 、普鲁兰多糖和结冷胶；k g m 和普鲁兰多糖的复配成 膜；h p m c 和羧甲基壳聚糖。膜的性能测定实验证明，复合膜的水溶性比单 体成膜时有较大幅度的提高。在复配实验的基础上进行成膜正交实验设计， 实验结果如下：h p m c4 o ，阿拉伯胶2 7 ，甘油0 3 ；m c4 o ，阿拉 伯胶1 2 ，甘油0 3 ；h p m c2 0 ，m c2 2 ，阿拉伯胶2 0 ，甘油0 4 ； h p m c3 0 ，普鲁兰多糖4 0 ，甘油0 1 ：c m c0 9 ，普鲁兰多糖3 0 ， 结冷胶o 2 5 ；k g m0 3 5 ，普鲁兰多糖5 2 ，柠檬酸o 5 ；i - i p m c2 9 ， 羧甲基壳聚糖1 3 ，甘油0 0 5 。 本文在成膜实验的基础上进行了调味实验。实验结果如下：甜味剂采用 安赛蜜和阿斯巴甜，比例为1 ：1 ，用量为1 6 ；包埋剂采用口环糊精( b c d ) ， 包埋剂在膜中的用量为2 5 ；在口环糊精和薄荷脑得物料比为1 ：1 0 ，搅拌 时间1 5 m i n ，温度3 0 。c 的条件下，口环糊精对薄荷脑的包结率9 0 9 。风味 物质选择的正交实验结果为：复合甜味剂1 6g 、百里酚0 0 2 9 、薄荷脑1 0 9 、 桉叶油0 3 0 m l 。以h p m c 、阿拉伯胶和甘油为成膜材料的风味调配最终结 果为：羟丙基甲基纤维素4 0 、阿拉伯胶2 7 、甘油0 3 l n l 、薄荷脑的口 环糊精包合物2 5 、土温8 0o 0 5 1 i l l 、薄荷香精l m l 、水杨酸甲酯0 0 5 m l 、 复合甜味剂1 6g 、百里酚0 0 2 9 、薄荷脑1 0 9 、桉叶油o 3 0l l l l 、水1 0 0 m l 。 关键词：爽口片，成膜性，水溶性，复配成膜，成膜工艺，风味调配 r e s e a r c ho nf i l m f o r m e d p r o c e s sa n dp r o p e i 门? y o ft a s t ya n dr e f r e s h i n gc h i p s a b s t r a c t 1 a s t ya n dr e f r e s h i n gc h i p si so n ek i n d so ff o o dw i t hc r e a t i v i t yw h i c hs u r f a c e i ss m o o t ha n d t r a n s p a r e n t ，c a nd i s s o l v eq u i c k l ya n dl e l e a s ef r e s hi n t e n s e l y b e s i d e si t h a si t st r a i l ss u c ha se l e a r lm o u t h ，s t e r i l i z a t i o n ，g r e e n ，c o n v e n i e n c ea n ds oo n t h e p r o d u c t sa r eb e s t s e l l e ri nt h ea m e r i c a nm a r k e t ，b u ti nt h eh o m eb e c a u s eo f e q u i p m e n tu n d e v e l o p e da n dt h es k i l lu n q u a l i f i e d ，m a n yp r o d u c t sc a n tr e a c hi t s q u a l i t y b e c a u s et a s t ya n dr e f r e s h i n gc h i p sh a sb e e nd e v e l o p e df o ras h o r t t i m e ，e x p e c i a l l yi nt h eh o m e ，n o to n l yt h ef i l m f o r m e dm a t e r i a l sb u ta l s ot h e f i l m - f o r m e dt e c h n i c h ei ss t i l lu n d e rs t u d y s oa tp r e s e n t ，t h e r eh a s n tt h em a t u r e s k i l la n di t so w nb r a n d t h o u g hs o m ee n t e r p r i s e sa n di n s t i t u t i o n so n c ed i ds o m e s t u d yi nt h i sf i e l d ，t h e r ei sl i t t l ei n f o r m a t i o na b o u tt h et a s t ya n dr e f r e s h i n gc h i p s a b o v ea 1 1 t h ee x p e r i m e n tw o u l dd os t u d yd e e p l ya b o u tt h ef i l m f o r m e dm a t e r i a l s a n di t st e c h n i q u ef r o ms o m ee s p e c t ss u c ha si t s e d i b i l i t y 、f i l ms h a p i n g 、 d i f f l u e n c e 、q u a l i t ya n ds oo n n ek e yp o i n t si nt h i se x p e r i m e n ti si t si n g r e d i e n t 、 i n t e n s i t y 、c o n g l u t i n a t i o no ft h ef i l ma n df l a v o ro rs t a b i l i z a t i o no ft h ef u n c t i o n a l c o m p o n e n t f i r s t l y , r e f e r r i n gt oa b u n d a n c er e f e r e n c e s ，t h ef i l m f o r m e dm a t e r i a l sw a s c o n f i r m e di nt h i st h e s i st h r o u g hs i n g l ef a c t o r sm e t h o d w a t e r s o l u b i l i t y 、m o i s t u r e a b s o r p t i o n 、f l e x i l i t y 、t r a n s p a r e n c ea n dt h i c k n e s sw e r eu s e da si n d e xo ft h e e x p e r i m e n t ，s e v e nk i n d s o fm a t e r i a l sa n db e t t e rf i l m f o r m e dc o n d i t i o n sw e r e c o n f i r m e di nt h i sa r t i c l eb yt e s t i n gi t sm u c o s i t y 、c o n c e n t r a t i o n 、t h et e m p e r a t u r e o ft h el i q u o ra n de f f e c t so fm y c e r i n t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ：m c ，m a s s c o n c e n t r a t i o n4 0 ，f i l m - f o r m e dt e m p e r a t u r e6 0 ，t h ed o s a g eo fg l y c e r i nl e s s t h a n1 0 ；h p m c ，m a s sc o n c e n t r a t i o n2 5 ，f i l m f o r m e dt e m p e r a t u r e6 0 ，t h e d o s a g eo fg l y c e r i nl e s st h a n1 5 ；c m c ，m a s sc o n c e n t r a t i o n1 5 ，f i l m f o r m e d t e m p e r a t u r e7 5 ；c m h p c ，m a s sc o n c e n t r a t i o n1 5 。f i l m f o r m e dt e m p e r a t u r e 5 0 。c ，t h ed o s a g eo f 酉y c e r i nl e s st h a n0 2 ；k g m ，m a s sc o n c e n t r a t i o n0 3 - - 0 6 ； i i i c a r b o x y m e t h yc h i t o s a n ，m a s sc o n c e n t r a t i o n4 0 ，f i l m f o r m e dt e m p e r a t u r e7 0 ， p u l l u l a n ，n e e dt os h a p ef i l mc o m p o u n dw i t ho t h e rf i l m f o r m e dm a t e r i a l s o nt h eb a s i so ft h es i n g l ef a c t o r sm e t h o d ，c o m p l e xf i l mw a sc a r r i e do u ti n t h ep a p e r a c c o r d i n gt om o l e c u l ec o n f i g u r a t i o no ff i l m f o r m e dm a t e r i a l s ，t h e e f f e c t so fi n c r u s t a t i o na n df l a m eh a sb e e nm e n t i o n e df o rt h ef i r s tt i m ei nt h i s p a p e r a r a b i cg u ma n dp u l l u l a na sb a s a lf i l m f o r m e dm a t e r i a l sw e r ea p p l i e di n t h ee x p e r i m e n t t h eo p t i m a lc o m p l e xf i l mw e r ea sf o l l o w s ：h p m ca n da r a b i c g u m ：m ca n d a r a b i cg u m ；h p m c 、m ca n da r a b i cg u m ；h p m ca n dp u l l u l a n ： c m c 、p u l l u l a na n dg e l l a ng u mk g ma n dp u l l u l a n ；卸p m ca n dc a r b o x y m e t h y l c h i t o s a n w a t e r - s o l u b i l i t yo fc o m p l e xf i l ma r eg r e a t l yi m p r o v e dt h a nt h es i n g l e f i l mb yp e r f o r m a n c et e s t t h r o u g ho r t h o g o n a ld e s i g nt h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： h p m c4 o ，a r a b i cg u m2 7 ，g l y c e r i n0 3 ；m c4 0 ，a r a b i cg u m1 2 ， g l y c e r i n0 3 ；h p m c2 o ，m c2 2 ，a r a b i cg u m2 0 ，g l y c e r i n0 4 ； h p m c4 0 ，a r a b i cg u m2 7 ，g l y c e r i n0 3 ；c m co 9 ，p u l l u l a n3 0 ， g e l l a ng u mo 2 5 ；k g m0 3 5 ，g l y c e r i n5 2 ，c i t r i ca c i d0 5 ；h p m c2 9 ， c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n1 3 g l y c e r i n0 0 5 n et a s t et e s t i n gw a sa l s oa c c o m p l i s h e di nt h i sp a p e r t h eo u t c o m ea r ea s f o l l o w s ：a ss w e e t e n e r s ，a c e s u l f a m ea n da s p a r - t a m ew e r eu s e di nt h ee x p e r i m e n t ， w h i c hp r o p o r t i o ni sl ：l a n dt h ed o s a g ei s1 6 ；多一c da r eu s e da sm i c r o c a p s u l w h i c hd o s a g ei s2 5 ；m e n t h o lw a se m b e db y 口c dt h a tr a t i oi s9 0 9 ，o nt h e c o n d i t i o no fi b c d ：m e n t h o l = l ：1 0 ，m i xt i m e1 5 m i n ，t h et e m p e r a t u r e3 0 f 1 a v o r s u b s t a n c ew a sd e c i d e dt h r o u g ho r t h o g o n a ld e s i g n c o m p o u n ds w e e t e n e r s1 6g 、 t h y m o l0 0 2 9 、m e n t h o ll 0 9 、e u c a l y p t u so i l0 3 0m 1 t h ef i n a l l yr e s u l t sa r eh p m c 4 0 、a r a b i cg u m2 7 、g l y c e r i n0 3 m l 、t h em e n t h o lo f 鼻一c y c l o d e x t r i ni n c l u s i o n c o m p o u n d2 5 、t o w e e n 8 0o 0 5 m l 、m e n t h o le s s e n c el m l 、m e t h y ls a l i c y l a t e 0 0 5 m l 、c o m p o u n ds w e e t e n e r s1 6g 、t h y m o l0 0 2 9 、m e n t h o l1 0 9 、e u c a l y p t u s o i l0 3 0 m 】 k e y w o r d s ：t a s t ya n dr e f r e s h i n gc h i p s ，f i l m f o r m e dp r o p e r t y ，w a t e r - s o l u b i l i t y , c o m p l e xf i l m - f o r m e d ，f i l m f o r m e dt e c h n i c h e ，m a t c h i n gf l a v o r w 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位沦文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 臣盔i 璋 日期：2 q qz 生旦一 关于学位论文使用授权的声明 、 ： 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：酶垒珐导师签名：妣日 期：2 q qz 生旦 爽口片成膜工艺及特性的研究 第一章前言 1 1 概述 1 1 1 传统口香糖存在的问题 作为一种习惯性和嗜好性的食品，传统口香塘在过去的几十年中已经风靡全世界， 人们认为咀嚼口香糖可以让口气清新，有利于社交活动。而医学专家研究证明，口香糖 清新口气的作用只是表面的，它们既不能预防也不能消除口臭。它们只是用另一种气味 暂时掩盖一下口气，效果不会超过一小时。因此，医学专家并不主张将咀嚼口香糖作为 一种时尚来倡导，尤其是过多、过长时间咀嚼口香糖有可能对健康产生不良影响。医生 建议，咀嚼口香糖的时间不要超过1 5 分钟，因为长时间嚼口香糖，咀嚼肌始终处于紧张 状态，有可能养成睡梦中磨牙的习惯，从面影响睡眠质量。对于补过牙的人来说，经常 嚼口香糖会损坏1 3 腔中用于补牙的物质，使其中的汞合金释放出来，造成血液、尿液中 的水银含量超标，从而对大脑、中枢神经和肾脏造成危害。有胃病的人更不宜过多地嚼 口香糖，因为长时间咀嚼口香糖，会反射性地分泌大量胃酸。特别是在空腹状态下，不 仅会出现恶心、食欲不振、反酸水等症状，长期下去还有可能导致冒溃疡和胃炎等疾病。 其实，传统口香糖最大的软肋在于它的环境污染问题。口香糖的主要原料是合成或 天然橡胶，口香糖经过在口腔中反复咀嚼，已经粘上口腔中的多种细菌，一旦离开口腔 环境，就会成为传播细菌的污染源。大家都吃口香糖，只会让污染造成更多的疾病。口 香糖环境污染问题是一个世界性难题，一直令各国环境卫生部门头疼。所以无污染的功 能性口香糖必将取代传统的口香糖。 1 1 2 爽口片的起源及特点 “清凉爽口片”是美国辉瑞公司在2 0 0 1 年推出的一个非常具有创意性的小食品。产品 外观如邮票般大小，厚度在0 0 5 毫米左右，表面光洁透明，入口快速溶解并迅速释放清 凉，清凉感非常强烈，直冲鼻喉，产品包装在一个特制的小塑料盒内。因产品具有i ：1 腔 清洁、保持口腔清新、杀菌、环保、食用方便等特点，所以自产品自推出后，很快就受 到消费者的特别宠爱，2 0 0 2 年在美国评为四大畅销产品之一，2 0 0 3 年被评为最具有创意 性产品。同时该产品在国外市场也迅速出现，并在日本、韩国、台湾、西欧、东南亚一 带快速流行，在糖果类中成为了人们的宠爱。 爽口片与传统口香糖相比，有以下几个特点： a 环保只需将一片爽口片轻轻放在舌尖，瞬间即可溶化且没有任何残留物。产品具 有强烈的薄荷风味或其他风味，入口即溶、气味芳香，具有提神醒脑、杀灭口腔细菌、 清除口腔异味等功能。 陕两科技大学硕士学位论文 b 方便自从传统口香糖一问市，它就成为白领阶层、公共关系人员及青年人的随 身必备物品。在谈判、开会期间以及正式的场合，爽口片的出现，彻底解决了咀嚼口香 糖所带来的尴尬。 c 无糖随着人们健康意识的提高，无论是糖尿病人还是年轻女士，都是谈糖变色， 所以无糖的爽口片被广大消费群体所接受就成为一种必然的趋势。 d 保健功能可以开发出具有多种保健功能的口腔清洁保健用品。因为爽口片大多 以可食用、易溶解吸收的天然高分子多糖和食用胶做为载体而生产的一种可溶性薄膜， 因此能在口腔中迅速溶解，并将薄膜载体中的天然药物或功能成分释放出来，对杀菌、 除口臭、治疗和预防各种口腔疾病，对牙龈炎、牙周炎、牙痛、口腔溃疡有显著健康效 果，是口腔疾病的克星。 作为新一代的环保型口香糖，爽口片入口即溶，清新口气，清凉爽口，清除口腔异 味，是传统口香糖的理想替代品。 1 1 3 成膜材料简介 a 甲基纤维素 甲基纤维素为纤维素的改性产品，由于其某些独特性质而被长期使用于食品工业生 产中。甲基纤维素被食品化学规范和国际营养规范所许可，认为可作为食品添加剂。特 别是在食物疗法食品中，如对糖尿病人适用的低热值、无盐、无变原性食品，则具有更 独特的实用性。甲基纤维素是一种国际普遍接受的食品品质改良剂，溶液p h 值在5 8 之间，食品级的甲基纤维素的甲氧基含量通常在2 0 - 3 3 之间，其相应的取代度为 1 7 之2 。当取代度小于1 3 时可溶于碱溶液，大于2 6 时可溶于有机溶剂，在1 3 2 6 时 可溶于冷承l l l 。 。 1 ) 结构 甲基纤维素，英文名m e t h yc e k l l u l o s e ( m c ) ，属非离子型纤维素醚嘲，由于在纤维 素的葡萄糖单元环上引入甲基，使其具有很多优良的性能。食品工业所用m c 的甲氧基 取代度为1 d 1 妒，该范围是水中溶解度最大的。 式中n 为聚合度，r 为h 或c i 1 3 图1 - 1 甲基纤维素的分子结构 f i 9 1 1t h es t r u c t u r eo fm e t h yc e k l l u l o s e 2 爽口片成膜工艺及特性的研究 2 ) 理化性质 白色或类白色粉末或颗粒，无嗅无味无毒，并且稍有吸湿性，几乎不溶于乙醇、乙 醚和氯仿。在水、冰醋酸或乙醇一氯仿( 1 ：1 ) 的混合物中能形成澄清或混悬的粘性溶液。 在8 0 9 0 的热水中迅速溶胀，降温后迅速溶解，水溶液在常温下相当稳定，高温时能 凝胶，并且此凝胶能随温度的高低与溶液互相转变。具有优良的润湿性、分散性、粘结 性、增稠性、乳化性、保水性和成膜性，以及对油脂的不透性。所成膜具有优良的柔韧 性和透明度，因属非离子型，可与其它的乳化剂配伍，但易盐析，溶液在p h 2 1 2 范围 内稳定。 3 ) 溶解方法： m c 直接加入到水里，会产生凝聚，接着溶解，但这样溶解很慢，并且困难，其溶 解方法如下1 4 1 ： ( 1 ) 热水法：由于m c 不溶解于热水中，但是初期m c 能够均匀的分散在热水 中，随后冷却时溶解，两种典型的方法描述如下： 在容器内放入需要量的热水，并加热到大约7 0 。在慢慢搅拌下逐渐加入m c ， 开始m c 浮在水的表面，然后逐渐形成一种淤浆，在搅拌下冷却该淤浆即可均匀溶解。 在容器内加入所需量1 3 或2 3 的水，并加热到7 0 ，按( 1 ) 的方法，分散m c ， 制备热水淤浆：然后加入剩余量的冷水或冰水至热水淤浆中，搅拌之后冷却该混合物。 ( 2 ) 粉末混合法：将m c 粉末与相等的或更大量的其它粉状的配料，通过干混来 充分分散，之后加水溶解，则此时m c 可以溶解而不凝聚。 ( 3 ) 有机溶剂湿润法：将m c 用有机溶剂，如乙醇、乙二醇或油预先分散或湿润， 然后加水，m c 也可以顺利地溶解。 b 羟丙基甲基纤维素 h p m c 为甲基纤维素的衍生物，它具有与m c 相类似的冷水溶解和热水不溶的特性， 也是一种具有良好亲水性的非离子型纤维素醚。h p m c 具有优良的增稠、乳化成膜、保 护胶体、保持水分、粘合、抗酶等性能，广泛应用于涂料、聚合反应、建筑材料、油田、 纺织、食品、医药、日用陶瓷等工业部门及农业种子等行业1 4 - 5 1 。 1 ) 结构1 6 1 羟丙基甲基纤维素，英文名h y d r o x y p r o p y lm e t h y lc e l l u l o s e ( h p m c ) ，亦属非离子 型纤维素醚。h p m c - - 般都用棉绒为原料，以环氧丙烷为改性剂得到的纤维素改性产品， 生产过程主要包括棉绒碱处理、羟丙基化、甲基化三步反应。对于其取代度及分子量的 控制可以产生不同的凝胶特性，可用来调节某些活性成分透过凝胶层的速率1 1 。而对于 本实验来说，取代度及分子量的控制则直接影响到膜的水溶性和其他性能。 3 陕西科技大学硕士学位论文 - - 1 t 。一e 托， 岛书弘鞫 图1 - 2 羟丙基甲基纤维素的分子结构 f i 9 1 - 2 t h es t r u c t u r e o f h y d r o x y p r o p y l m e t h y l c e l l u l o s e 2 ) 理化特性 白色或类白色粉末，性能如下：( 1 ) 水溶性产品可以用不同分量溶解于水中，其最 高浓度仅受粘度的限制。( 2 ) 有机溶性产品溶于部分有机溶剂，如适当比例的乙醇水， 丙醇水，二氯乙烷以及两种有机溶剂组成的溶剂体系。( 3 ) 非离子惰性产品属非离子 型纤维素醚，不与金属盐或其它离子结合生成不溶性沉淀。( 4 ) 热凝胶化产品的水溶液 被加热会形成凝胶，所形成的凝胶在冷却后又重新变成溶液1 日。( 5 ) 表面活性在溶液中 提供表面活性，达到所要求的乳化和保护胶体，以及相稳定作用。( 6 ) 悬浮可防止固体 粒子沉淀，因而可抑制沉淀物的形成。( 7 ) 保护胶体能防止液滴和颗粒聚结或凝结。( 8 ) 粘结性用作颜料、烟草制品、纸制品的粘合剂，具有优良功能。( 9 ) 成膜能形成透明 坚韧柔软的薄膜，具有优良抗油脂性| 9 - 1 q 。( 1 0 ) 酸碱稳定性适应于在p h 3 肌1 1 0 范围 内使用。( n ) 无味无臭，不受代谢作用的影响。用作食品和药物的添加剂，它们不会 被代谢在食物中，不会提供热量。 3 ) 溶解方法 溶解方法同甲基纤维素。 c 羧甲基纤维素钠 c m c 通常是由天然纤维素与苛性碱及一氯醋酸反应后制得，属于天然纤维素改性， 目前联合国粮农组织( f a o ) 和世界卫生组织( w h o ) 已正式称它为“改性纤维素”。作 为食品添加剂，c m c 的安全性已被国际所公认1 1 l l 。 1 ) 结构 羧甲基纤维素钠，英文名为s o d i u mc a r b o x y m e t l i y lc e l l u l o s e ，简称c m c ，是一种水 溶性纤维素醚，它的基本分子结构如下旧： 4 爽口片成膜工艺及特性的研究 ”1 5 0 o o o 图1 - 3 羧甲基纤维素的分子结构 f i g l - 3t h es t r u c t u r eo fs o d i u mc a r b o x y m e t l i y lc e l l u l o s e 2 ) 理化性质1 1 3 - 1 6 1 c m c 外观为无嗅无味的白色粉末，有吸湿性，可溶于水，溶解时它首先膨胀而后逐 渐溶解，当尽量使粒子均匀湿润时溶解会加速。c m c 没有融熔点，2 2 5 以上时开始分 解。以下特性是一般c m c 均具有的： ( 1 ) c m c 的聚合度越高，它的粘度就越大，其增稠和凝聚作用就越大。 ( 2 ) 当c m c 溶液的温度升高时，它的粘度将下降，冷却后会恢复，但长时间高 温可能导致粘度不再恢复，比起其他非离子型的改性纤维素来说耐热性是较好的。 ( 3 ) c m c 溶液的p h 值降低( 呈酸性) 会导致粘度下降，它的稳定性与代替度和 粘度有一定的关系。代替度高而粘度低的c m c 比较稳定。 ( 4 ) c m c 在钾、钠、钙盐中稳定性较好。 ( 5 ) c m c 与许多物质能很好地溶合，在与某些物质溶合有时会产生“增效作用”。 d 羧甲基羟丙基纤维素 1 ) 结构 羧甲基羟丙基纤维素，简称c m h p c ，是一种离子与非离子型纤维素复合醚，它兼 备有离子型和非离子型纤维素醚性质。结构上它含有离子型取代基羧甲基和非离子型取 代基羟丙基两个基团。 2 ) 理化性质 其常温下为白色或淡黄色的粉末，水溶液是透明的粘状溶液。它具有聚电解质性质， 在溶液中其分子由于静电斥力处于伸展的状态，使水溶液具有较高粘度。羟丙基是非离 子基团，它增大了复合醚的非离子性质并减弱了离子性质，增强了与多价金属离子的相 容性和稳定性。羧甲基基团和羟丙基基团的协同效应具有羧甲基纤维素和羟丙基纤维素 共同的优点，又弥补了各自单独使用的不足，具有其特殊的性质和更优越的性能。c m h p c 具有下列的功能和性质： ( 1 ) 迅速溶解于冷水或热水； ( 2 ) 可作为增稠剂、流变助剂、粘合剂、稳定剂、保护胶体、悬浮剂和保水剂； 5 一。y州竺a，c一o，ch c 0 r 陕西科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 可以形成抗油脂和有机溶剂的薄膜； ( 4 ) 无毒性，具有良好的水溶性和高透光率，稳定的粘度和很宽的粘度范围，良好 耐酸性、耐盐性、保水性及相容性，成膜柔韧。食品级的取代度一般介于0 弘1 0 。 e 魔芋葡甘聚糖 魔芋葡甘聚糖，英文名k o n j a cg l u c o m a n n a n ，简称k g m ，是继淀粉和纤维素之后一 种较为丰富的高分子天然可再生资源，具有可生物降解性，其水溶胶具有很高的粘度和 多种特性，例如增稠、凝胶和成膜性能旧。也是一种优良的膳食纤维，可用于预防和治 疗高血压、高血脂、心血管疾病等症，已成为重要的食品添加剂和保健食品原料。 1 ) 结构 廿辜糖甘幸穗葡萄糖 萄萄糖 图1 - 4 魔芋葡甘聚糖的分子结构 f i g l - 4t h es t r u c l m eo fk o n j a cg l u c o r a a n n a n 魔芋的有效成分为葡甘聚糖，葡甘聚糖是一种非离子型水溶性高分子多糖。它是由 d 一葡萄糖和d 一甘露糖按1 ：1 6 的分子比例，以声( 1 4 ) 糖苷键聚合而成。在某些糖 残基的c - 3 位上存在由口( 1 - 3 ) 糖苷键组成的支链，主链上每3 2 8 0 个糖残基处有一个 支链，每条支链有几个至几十个糖残基，大约每1 9 个糖残基上有一个以酯键结合的乙酰 基1 1 ，- 2 0 1 。魔芋葡甘聚糖的分子量在2 0 到2 0 0 万之间i 工业生产的商品粘度可达 2 0 0 0 0 m p a s ，是目前所发现植物类水溶性食用胶中粘度最高的一种。魔芋葡甘聚糖确切 的分子结构，至今尚无统一的完善定论，图2 _ 4 是两个推理性结构。 在图2 - 4 糖残基的c - 3 位上，存在口( 1 - 3 ) 糖苷键连接d 葡萄糖组成的支链，是 魔芋葡甘聚糖结构中的精华部份，是魔芋葡甘聚糖结构中最能提高机体免疫力，最具预 防和治疗疾病作用的多糖部份。鼻( 1 - 3 ) 糖苷键连接的葡聚糖，对异源的，同源的，甚 至是蹶垢肿瘤，都有明显治疗效果。此外还具有抗细菌、抗病毒和抗凝聚作用，甚至还 6 爽口片成膜工艺及特性的研究 有促进伤口愈合的活性嘲。 2 ) 理化性质 魔芋粉的典型色泽( 天然粒度加目) 一般为棕白色至浅灰白色，加工后粒度变细， 白度提高；粗加工的魔芋胶有浓烈的特有腥味，精加工的魔芋胶气味微量或基本无味。 高纯度的魔芋胶在水中形成的溶胶粘度可达1 5 0 0 0 - 2 0 0 0 0 m p a s 以上；吸水膨润后，体 积可增加近1 0 0 倍1 7 , q ，远高于瓜尔豆胶和刺槐豆胶；魔芋胶形成的水溶胶随着加热温度 的提高而粘度降低，降温后粘度逐渐恢复，但略有损失；酸性条件下，p h 为4 0 时，魔 芋胶在水溶液中的粘度达到峰值，随着p h 值的下降，粘度略有下降，在p h 2 5 时的粘 度与p h4 0 时的粘度相比，平均下降1 0 - - 2 0 ；压力稳定性随着压力的增大，魔芋胶的 水溶胶粘度会有明显下降嘲。 3 ) 溶解方法 可溶于冷水或热水中，但在热水中需解决分散性问题，否则会因溶胶时颗粒表层快 速水合形成胶膜，而使内核的魔芋颗粒无法溶解。一般情况下魔芋胶的适宜溶胶温度应 小于8 5 ，大于9 5 后粘度会大幅度下降。溶解时应该一边加入魔芋胶，一边搅拌，加 料完成后应该保温溶胀足够的时间。 4 ) 成膜性能1 2 6 1 魔芋胶具有较好的成膜性，可以制成透明度和致密度高的薄膜，在薄膜中可添加防 腐剂。张其昌、史益敏等作者成功地把魔芋胶薄膜应用于柑桔和温州蜜桔的保鲜中。魔 芋胶薄膜可制成“叠层”薄膜食品，如把魔芋胶可食性薄膜作为包装材料用于包装食品， 就不会造成环境污染。魔芋胶的成膜性还可用于微胶囊粉末香精和粉末油脂的制作，冰 淇淋或雪糕的冰壳制作以及魔芋春卷皮的制作。 f 结冷胶 结冷胶是近年来最有发展前景的微生物多糖之一，1 9 9 6 年我国批准其正式列为食品 增稠剂、稳定剂使用，可在各类食品中按生产需要使用。美国k e c l o 公司在研发之初将 其定位于容易使用，适宜的风味释放性，高热稳定性，在口中易溶化，透明度高，凝胶 的时间和温度可变动，稍微加热即可形成凝胶，凝胶不受p h 值的影响，产品稳定，具 有多样的组织特性等1 2 7 2 s l 。 1 ) 结构 结冷胶是由沼假单胞菌a t c c 3 1 4 6 1 生产的一种线性阴离子杂多糖，已广泛应用于 食品工业中。结冷胶有k e l c o g e l 和g e l r i t e 两种类型，藻酸盐胶是唯一的食品级结冷胶。 通过增加离子浓度和提高温度，结冷胶能得到热可逆性胶。一般的胞外多糖胶不均匀且 不透明，不适合应用于食品工业中，结冷胶的优点是在金属离子存在时也可形成透明胶 体，所以它可应用于食品工业。 7 陕西科技大学硕士学位论文 天然结冷胶是一种由d 一葡萄糖、d 葡萄糖醛酸、d 葡萄糖和l 鼠李糖四个糖分子 重复结合而成的，其中第一个葡萄糖分子和前一个鼠李糖分子结合在一起是以1 ，3 键结 合，其他各分子之间是以1 , 4 键结合，并且其分子主链上同时结合着乙酰基团和甘油酯 基团。天然结冷胶含有4 6 葡萄糖、3 0 鼠李糖、2 1 葡萄糖醛酸、3 乙酸酯和甘油酯 基团，分子量约为0 5 l * ，町。 2 ) 理化性质 结冷胶与其他食品胶有良好的配伍性和相容性，例如与淀粉、黄原胶、刺槐豆胶， 可以增进其凝胶特性，可从脆到有弹性的任意转变。结冷胶特有的性质是能在极低的用 量下( 0 0 5 ) 即可形成澄清透明的凝胶。它的用量通常只为琼脂和卡拉胶用量的1 2 至 1 3 ，通常用量为0 1 加3 。制成的凝胶富含汁水，具有良好的风味释放性，由入口即化 的1 2 1 感p i i 。凝胶有良好的稳定性，耐酸、耐高温、热可逆，还能抵抗微生物及酶作用。 在高压蒸煮和烘烤条件下都很稳定。在酸性产品中亦很稳定，而以p h 在4 肛7 5 条件下 性能最好。贮藏时其质构不受时间与温度的变化而变化 r z t 。 3 ) 溶解方法 结冷胶使用方便，它虽然不溶于冷水，但略加搅拌即分散于水中，加热即溶解成透 明的溶液，冷却后，形成透明但坚实的凝胶。 g 羧甲基壳聚糖 壳聚糖是甲壳素经化学法处理脱乙酰基后的产物，是一种天然的阳离子生物聚合物， 它无毒、无害、安全可靠，易于生物降解，不污染环境，具有广泛的用途。壳聚糖的分 子结构类似于纤维素，进行各种化学改性处理后即可成为应用价值较高的多功能物质。 在众多的壳聚耱衍生物中，羧甲基壳聚糖的研究较早，也最令人注目嗍。羧甲基壳聚糖 是甲壳素的高级衍生物，其理化性质均被优化，具有良好的水溶性、成膜性及极强的重 金属螯合作用。 图1 - 5 羧甲基壳聚糖的分子结构 f i g 1 - 5t h es t r u c t u r eo f c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n 1 ) 结构 羧甲基壳聚糖( c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n ，c m c ) 是壳聚糖在碱性条件下与一氯乙酸反 应得到的一类壳聚糖的衍生物，根据羧甲基的取代位置不同，可以获得0 羧甲基壳聚糖 8 爽口片成膜工艺及特性的研究 ( o c m c ) 、n 羧甲基壳聚糖( n c m c ) 和n ，0 羧甲基壳聚糖( n ，0 c m c ) 三种衍生 物1 3 4 1 。 2 ) 理化性质 白色或微黄色，无色、无味，不定形半透明固体。遇水即溶、水溶液澄清透明，性 质稳定。羧甲基壳聚糖是一种两性聚电解质，能有效的与金属离子进行络合。它有优良 的增稠性、分散性、乳化性、保湿性、成膜性、凝胶性等。羧甲基在多糖主链上取代的 位置和程度都直接影响羧甲基壳聚糖的各种性能。与壳聚糖相比，羧甲基壳聚糖的水溶 性提高，并可以在任何p h 值溶液内溶解，且无毒、无味、生物相容性好，可降解，这 些丰富而独特的功能性质使羧甲基壳聚糖在诸多领域中得到了应用嗍。 羧甲基壳聚糖具有抑菌杀菌功能阳，口服羧甲基壳聚糖具有促进肠内共生有益菌群 如双岐杆菌的繁殖，抑制有害菌的生存，提高身体免疫力，有显著的降血脂及胆固醇的 作用，并能清除机体内的铅汞。羧甲基壳聚糖对口腔变形链球菌和口腔乳酸杆菌有一定 的抑制作用，可用于抑菌消炎的含片及口香糖的添加剂，以防治咽喉炎、口腔溃疡、龋 齿等1 3 7 1 。 羧甲基壳聚糖的优良性能1 3 a l ： ( 1 ) 水溶性取代度大于0 6 的羧甲基壳聚糖易溶于水，取代度愈高，水溶性愈好， 其溶液的透明度也愈好。 ( 2 ) 保湿性羧甲基壳聚糖上的羧基及胺基都是亲水基团，有较强的吸水性，0 2 5 的羧甲基壳聚糖溶液的吸湿度与2 0 的丙二醇相当，溶液的粘度恒定。 ( 3 ) 成膜性羧甲基壳聚糖有较好的成膜性，其膜有光泽、透明柔韧，并有较好的 透气性。 ( 4 ) 高分子性能对胶体有稳定作用，有增稠及凝胶的作用和气泡稳定作用。 ( 5 ) 安全无毒性羧甲基壳聚糖安全、无毒、无害。 h 普鲁兰多糖 普鲁兰多糖( p u l l u l a n ) 中文亦译为茁霉多糖、出芽短梗孢多糖、葡聚多糖或普鲁兰 糖。普鲁兰多糖是一种天然的水溶性中性葡聚糖，无色、无味、无毒，主要特点表现为 无毒，安全。动物实验表明，普鲁兰多糖不引起任何生物学毒性和异常状态，可以安全 可靠地用于食品和医药行业 搠。 1 ) 结构 普鲁兰多糖是出芽孢梗霉产生的胞外多糖，以口1 ，6 糖苷键结合麦芽糖构成同型多 糖为主，即葡萄糖按a 1 , 4 - 糖苷键结合成麦芽三糖，两端再以，1 ，6 糖苷键同另外的麦芽 三糖结合，如此反复连接而成高分子多糖。a 1 ，4 - 糖苷键同，1 ，6 - 糖苷键的比例为2 ：1 ， 聚合度( d p ) 为1 0 0 - 5 0 0 0 。分子量4 8 x 1 0 2 2 x 1 0 6 (