卡拉胶的结构-性能-生产及其在饮料工业中的应用解读.doc

卡拉胶的结构性能生产及其在饮料工业中的应用张乐华, 王元兰, 李忠海(中南林业科技大学, 湖南株洲412006摘要介绍了卡拉胶的结构、性能、生产及其在各种饮料中用作稳定剂、悬浮剂、增稠剂等的应用, 并且阐述了卡拉胶的发展前景。关键词卡拉胶; 结构; 性能; 生产; 应用中图分类号T S273文献标识码A 文章编号0517-6611(2008 07-03042-03Study on the Structure , P roperties and P roduction of C arrageenan and Its Application in B everage I ndustry ZH ANG Le 2hu a et al (Central S outh University of F orestry and T echn ology , Z huzh ou , Hunan 412006Abstract T he structure , properties and production of carrageenan and its application of being taken as stabilizing agent , suspending agent , thickening a 2gent , and s o on in all kinds of beverages were introduced. T he developm ent prospect of carrageenan was ex pounded. K ey w ords Carrageenan ; S tructure ; Properties ; Production ; A pplication基金项目中南林业科技大学青年科研基金项目(10120570 。作者简介张乐华(1980- , 男, 湖南娄底人, 硕士研究生, 研究方向:森林食物资源开发利用。收稿日期2007211201卡拉胶(C arrageenan 也叫角叉菜胶、鹿角藻胶、爱尔兰菜胶, 主要是从红藻的角叉菜属(Chondrus 、麒麟菜属(Eu 2cheuma 、杉藻属(G igartina 及沙菜属(Hypnea 得1。酯式硫酸基(ROS O 3- , 是一种典型的阴离子多糖。用原料和生产工艺的不同而有显著性的差异, 相对分子质量1051062, 卡拉胶的相对分子质量对性能和用途有明显的影响。食品级卡拉胶为白色或淡黄色、表面皱缩、微有光泽、半透明片状体或粉末状物, 无臭或有微臭, 无味, 口感粘滑, 溶于60以上的热水中, 形成粘性透明或轻微乳白色的易流动溶液。由于卡拉胶大分子没有分支的结构、阴离子特性, 它们可以形成高粘度溶液。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, 故卡拉胶通常作为增稠剂、胶凝剂、悬浮剂、乳化剂和稳定剂等应用于乳制品、冰淇淋、果汁饮料、面包、水凝胶(水果冻 、肉食品、调味品、罐头食品等方面3, 是一种用途广泛的食用胶。目前, 卡拉胶的年产量已突破2. 5万t , 并且市场需求量每年仍以5%10%的速度递增4。1化学组成和结构根据已确定的卡拉胶重复结构特征以及1,3-连接的D-半乳糖上的硫酸基位置, 可将卡拉胶分为族卡拉胶、族卡拉胶和族卡拉胶。族卡拉胶(包括-、-、-、-卡拉胶 在1,3-连接的D -半乳糖单位上不含硫酸基; 族卡拉胶(包括-、-、-、卡拉胶 在1,3-连接的D -半乳糖单位C 4上带有1个硫酸基; 族卡拉胶(包括-、-、-、卡拉胶 则在其C 2上有一个硫酸基。不同类型卡拉胶的结构组成见表1。而实际应用的有-型、-型和-型卡拉胶或它们的混合物, 尤其以-型多见。这3种卡拉胶的结构式如图1所示。2特性2. 1稳定性粉末状卡拉胶稳定性很强, 长期放置不会很快降解, 在室温下存放超过1年其强度无明显损失。一般情况下, 卡拉胶在中性或碱性溶液中也很稳定(pH 值为9时最稳定 , 尤其是, 从而, 这种水解程度, 另外, 呈凝胶状态下的卡拉胶比呈溶液状态时稳定性高。在相同酸度下, 在室温时前者比后者水解程度轻得多。表1不同类型卡拉胶的结构组成5T ab le 1The structural composition o f di fferent carrageenans 5族1,3连接的-D -半乳糖1,4连接的-D -半乳糖单位类型族卡拉胶D -半乳糖6-硫酸基-D -半乳糖3,6内醚-D -半乳糖、2,6-二硫酸基-D -半乳糖族卡拉胶4-硫酸基-D -6-硫酸基-D -半乳糖半乳糖3,6内醚-D -半乳糖2,6-二硫酸基-D -半乳糖2-硫酸基-3,6-内醚-D -半乳糖族卡拉胶2-硫酸基-D -6-硫酸基-D -半乳糖半乳糖2,6-二硫酸基-D -半乳糖2-硫酸基-3,6-内醚-D -半乳糖 图1、-卡拉胶的分子结构Fig. 1The molecu lar structure o f 、2carrageenans2. 2凝胶特性卡拉胶的凝胶强度、粘度和其他特性很大程度上取决于卡拉胶的类型和分子质量、体系pH 值、含盐、安徽农业科学,Journal of Anhui Agri. Sci. 2008,36(7 :3042-3044责任编辑刘月娟责任校对马君叶酒精、氧化剂和其他食品胶共存的状况。卡拉胶中的-卡拉胶和-卡拉胶形成的凝胶一般是热可逆的, 即加热凝胶融化成溶液, 溶液冷却时又形成凝胶, 即有凝胶-溶胶的可逆反应。有的-卡拉胶和-卡拉胶在较低浓度时可形成硬的凝胶; 有的-卡拉胶虽也能形成凝胶, 但富于弹性, 强度较弱。其他类型卡拉胶则基本不形成凝胶。另外, 人为加入某些阳离子也能明显地增高凝胶强度。如, -卡拉胶中加入K +形成的凝胶强度高, 硬而脆; -卡拉胶中加入C a 2+时形成的凝胶强度也大, 但弹性强, 不脆。2. 3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。卡拉胶通过与其他食品胶的协同增效作用能解决其凝胶脆性大、弹性小、易脱液收缩等问题。如, 加槐豆胶可明显提高-卡拉胶的凝胶强度、热稳定性和弹性6; 柔软、更粘稠和更有弹性; 食品脱水收缩; -析水率低等特点7; 玉米和小麦淀粉对卡拉胶的凝胶强度也有所提高; 明胶与卡拉胶之间亦存在协同作用, 在合适条件下可得到凝胶强度和持水性均较好的凝胶体8。3生产工艺提取卡拉胶主要用2种方法:热水萃取, 纯化, 酒精沉淀, 再干燥粉碎, 可获得精制品; 用浓碱液高温短时连续循环喂料处理, 再沉淀干燥粉碎, 该方法有较高得率, 但分子质量降解严重, 且产品是含有部分纤维的半精制品。在我国, 卡拉胶的生产常以麒麟菜、沙菜为主要原料, 采用稀碱溶液分离提取制得。一般制得的是卡拉胶的钠盐。生产工艺过程一般为:原料(麒麟菜 碱处理(废碱液回收 水洗涤至中性酸化漂白水洗至中性煮胶过滤冷却压榨脱水干燥成品。卡拉胶生产的关键工序为碱处理、提胶精制和脱水干燥。这3个工序的处理工艺科学与否不但影响卡拉胶的性能和质量, 而且对卡拉胶的提取率和生产成本有着重要的影响9。卡拉胶存在于沙菜细胞间层中, 碱处理导致卡拉胶质量差。适量的复合酶(纤维素分解酶、半纤维素酶和果胶降解酶等 在温和条件下可以有效地破坏细胞壁, 而不破坏卡拉胶基本成分, 所提取的卡拉胶质量高10。4在饮料中的应用4. 1在乳饮料中的应用由于牛奶蛋白之间存在较强的相互作用及形成三维网络结构的能力, 而卡拉胶具有独特的与牛奶中的蛋白起络合反应的能力, 所以在乳饮料中可形成触变性的摇溶结构, 防止由于颗粒间聚集而形成的沉淀11。2卡拉胶添加到速溶饮料和营养饮料中, 可稳定混合物中的可可粉和蛋白质, 从而使产品有奶油口味, 富有质感; 用于牛奶中, 与C MC (羧甲基纤维素 和MC (甲基纤维素 结合, 可改善饮料品质, 使制成冷奶的泡沫稳定, 有良好口感。例如加可可粉制成的可可牛奶, 可可粉常发生沉淀, 但加入卡拉胶作稳定剂则能使可可粉均匀地分散在牛奶中, 防止可可粉的下沉12。以0. 05%卡拉胶与C MC 、PV (单甘酯 和蔗糖酯(SE-15 配比成复合乳化稳定剂可解决豆乳饮料中蛋白质变性和沉淀的问题13。0. 1%卡拉胶与PV 、SE -15和酪蛋白酸钠配制的乳化稳定剂可以提高核桃乳体系的稳定性, 研制出营养丰富、口味独特、体系稳定的核桃乳饮料14。卡拉胶可有效解决咖啡乳放置一段时间后会出现分层现象、有沉淀产生的问题15。在酸乳饮料中, 卡拉胶可与酸乳饮料中的酪蛋白形成微弱的胶体结构。它们相互作用形成的相互牵连的聚合物网络可阻止乳饮料的相分离16。在甜乳饮料中, 用0. 006%卡拉胶与SE -15、PV 、C MC -Na 、海藻酸钠配制的复合乳化稳定剂能使饮料在常温下放置3个月, 稳定状态良好17。4. 2在果汁果肉饮料中的应用当有些水果汁放置时间稍长时, 影响外观, 即使经, 卡拉胶能使细小, 大大减缓下沉的速度, 比同时, 由于卡拉胶的粘度较低, 不易造成糊口, 并能改进饮用时的口感。如, 在粒粒黄桃汁饮料添加一定量的卡拉胶, 果汁果粒大小一致, 呈均匀悬浮状态, 甜酸适口, 具有黄桃果汁饮料特有的香味18。猕猴桃果粒果汁饮料兼具果肉饮料和果汁饮料的优点, 营养丰富, 酸甜适口。采用C MC -Na 、卡拉胶和结冷胶构成的复合稳定剂可使果粒均匀悬浮在果汁中, 不分层, 不水析19。在南瓜果肉饮料的研制中, 加入卡拉胶与C MC -Na 的复合稳定剂可使饮料体系内所含的果胶物质达到液相平衡状态, 避免在饮料的贮藏和销售过程中出现的沉淀和分层现象, 保持饮料的稳定性20。4. 3在酒饮料中的应用卡拉胶在酒饮料中可作为澄清剂, 也可作为泡沫稳定剂。如果酒和啤酒中含有一些胶体状物质, 并且使得酒混浊或发生沉淀, 则必须加入澄清剂。但是, 一般的澄清剂难以将这些物质完全除去, 而且花费时间长。若加入卡拉胶, 则可能完全除去这些物质, 并且缩短澄清时间。另外, 作为澄清剂, 卡拉胶能除去使啤酒发浑的蛋白质, 使产品澄清透明, 还能提高啤酒的挂杯能力和啤酒泡沫的稳定性21。在啤酒生产过程中, 麦汁煮沸时添加一定量的卡拉胶, 将有助于提高麦汁过滤速度, 也有助于去除麦汁中的可凝固氮, 起到麦汁澄清的作用。米酒中含有大量不溶性固形物, 为使其均匀分布于饮料中, 常加入卡拉胶、黄原胶、琼脂和魔芋胶复配而成的食品增稠稳定剂, 以达到增稠悬浮的目的22。4. 4在膳食纤维饮料中的应用膳食纤维是一种国际上公认的功能性食品的基料。由于该纤维具有对人体健康明显的生理功能, 近年来日益受到人们的重视, 并且广泛应用于各种食品、饮料、保健品中。膳食纤维饮料流行于欧美和日本等发达国家, 如日本可口可乐公司生产含纤维矿泉水, 西欧国家和美国生产高纤维橙汁、高纤维茶等。国内对膳食纤维饮料的研制也逐渐步入正轨。卡拉胶由于其独特的稳定作用, 常用作膳食纤维饮料研制过程中的稳定剂, 以维持饮料的长时间稳定。如, 以卡拉胶和果胶为复合稳定剂用于以大豆膳食纤维粉为原料研制的新型饮品大豆膳食纤维饮料中, 可使饮料状态稳定, 酸甜可口, 口味宜人23。在绿豆340336卷7期张乐华等卡拉胶的结构性能生产及其在饮料工业中的应用纤维饮料中, 以C MC 、黄原胶、卡拉胶和海藻酸钠为复合稳定剂制得的绿豆纤维功能饮料具有绿豆特有的清香, 久存无沉淀, 流动性好, 口感柔和, 清爽24。4. 5在固体饮料中的应用固体饮料是指水分含量在2. 5%之内, 具有一定形状, 须经冲溶后方可饮用的颗粒状、鳞片状或粉末状的饮料。作为一种即冲即饮的饮料, 固体饮料的稳定性要求虽然不是很高, 但饮料中有相当部分的固形物, 需要加入一定量的稳定剂, 以保证冲后能保持一定的稳定时间。以卡拉胶作稳定剂应用于固体饮料中, 可改善其冲调性, 且冲后饮料稳定不易分层。如, 在马铃薯固体饮料中加入0. 4%卡拉胶作稳定剂, 经冲调后可获得稳定且稠度适中的悬浊液25。5应用前景卡拉胶属于纯天然物质, 其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(J FA 所认可。成亲水胶体、凝胶, , , 可广泛应用于各种饮料工艺中。近年来, 卡拉胶在饮料中的应用研究发展迅速, 特别是在乳饮料、蔬菜果汁饮料和功能性饮料方面, 卡拉胶已成为必不可少的优良添加剂。随着对卡拉胶结构、性质研究的深入, 它在饮料中的应用也越来越广泛。同时, 卡拉胶作为含有硫酸酯基的多糖, 还具有广谱抗病毒活性。这已经引起国内外多糖药物学家的高度重视。卡拉胶有望在保健功能性饮料方面开拓崭新的应用领域26。参考文献1胡国华. 功能性食品胶M.北京:化学工业出版社,2004:86-91.2刘芳, 沈光林, 彭志英. 卡拉胶的交互作用特性及其在食品工业中的应用J.冷饮与速冻食品工业,2000(4 :31-33.3宁发子, 何新益, 殷七荣, 等. 卡拉胶的特性与应用J.食品工业,2002(3 :30-32.4刘芳, 赵谋明, 彭志英. 卡拉胶与其他多糖类协同作用机理的研究进展J.食品科学,2000(4 :8.5詹晓北. 食品胶的生产、性能与应用M.北京:中国轻工业出版社,2003:258.6何东保, 詹东风. 卡拉胶与槐豆胶协同相互作用及其凝胶化J.武汉大学学报:自然科学版,1998,44(4 :444-446. 7林炜, 宁正祥. 魔芋卡拉胶相互作用特性研究J.食品与机械,1997(4 :29-30.8周爱梅, 刘欣, 林正高, 等. 明胶与卡拉胶相互作用特性的研究J.华南农业大学学报,2002,23(1 :78-81.9赵谋明, 林伟锋, 杨晓泉, 等. 酶法处理沙菜藻体对卡拉胶得率和品质的影响研究J.食品科学,2002,23(6 :27-30.10金苏. 卡拉胶在乳饮料中的应用J.中国食品工业,2001(12 :46.11苏彤. 卡拉胶在食品中的应用J.化工中间体:市场快讯版,2003(4 :19.12安广杰, 王亮. 豆乳饮料的稳定性及控制技术的研究J.现代食品科技,2006(3 :20.13周玉宇, . ,2006(2 :69.14, , J.河北科技师(4 O ,G o carrageenan on m ilk protein polysaccharideix Dairy Journal ,2003,13:763-771. 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