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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(fā)布日期：2022-11-01  來源：食品研發(fā)與生產(chǎn)  作者：食品小研
核心提示：親水性膠體作為食品添加劑應(yīng)用非常廣泛，主要作為增稠劑、穩(wěn)定劑等。現(xiàn)就幾種常用的親水性膠體的凝膠特性及其影響因素進(jìn)行探討。
 　　目前，親水性膠體作為食品添加劑應(yīng)用非常廣泛，主要作為增稠劑、穩(wěn)定劑等�，F(xiàn)就幾種常用的親水性膠體的凝膠特性及其影響因素進(jìn)行探討。

　　01、親水性膠體的分類及幾個(gè)重要的凝膠體質(zhì)地指標(biāo)

　　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(jié)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(dòng)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(zhì)地的常用指標(biāo)為模數(shù)、硬度、脆性、彈性和粘結(jié)性等，見表2。


　　表2 親水性膠體幾個(gè)重要的凝膠體質(zhì)地指標(biāo)

模數(shù)

 測量堅(jiān)硬度的量度標(biāo)準(zhǔn)

硬度

 測量斷裂強(qiáng)度的量度標(biāo)準(zhǔn)

脆性

 破裂凝膠體所必須的張力

彈性

 測量凝膠體回復(fù)力的量度標(biāo)準(zhǔn)

粘結(jié)性

 測量分離的容易度

　　表 3 不同膠體特性的簡要比較（強(qiáng)-弱）

酸穩(wěn)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(tǒng)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(jù)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(qiáng)度的因素還有以下幾點(diǎn)：

　　1、果膠質(zhì)量及DE 值：果膠質(zhì)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(jié)合區(qū)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(jié)合區(qū)，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(qiáng)度影響不同；

　　4、溫度持續(xù)時(shí)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(shí)間處于略高于凝膠溫度將導(dǎo)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(qiáng)度等也受到下列諸多因素的相互制約：

　　1、果膠質(zhì)量：質(zhì)量好壞直接影響成膠能力及強(qiáng)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(dǎo)致成膠溫度超過體系的沸點(diǎn)溫度，使得體系立即形成預(yù)凝膠；

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

　　4、Ca2+濃度及Ca2+鏊合劑：Ca2+濃度增加，凝膠強(qiáng)度和成膠溫度均上升；達(dá)到最佳凝膠強(qiáng)度之后，鈣離子濃度繼續(xù)增加，凝膠強(qiáng)度開始變脆、變?nèi)踝罱K形成預(yù)凝膠；Ca2+鏊合劑能降低Ca2+有效濃度，降低預(yù)凝膠形成的危險(xiǎn)，尤其是當(dāng)體系中固形物含量較高時(shí)。

　　5、可溶性固形物含量及種類：可溶性固形物含量高，凝膠強(qiáng)度加大及成膠溫度上升，但過高則易形成預(yù)凝膠；而種類的不同會影響果膠與Ca2+結(jié)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(zhì)量的凝膠需要更多的果膠或鈣離子，同時(shí)可使成膠溫度降低。


　　二、黃原膠

　　凝膠性質(zhì)上，黃原膠溶液具有較好的耐熱、耐鹽及耐酸堿度的穩(wěn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的不同比例的結(jié)冷膠和黃原膠復(fù)配體系的流變和凝膠特性進(jìn)行了研究，初步探討了其相互作用機(jī)理。結(jié)果表明：

　　1）動(dòng)態(tài)頻率掃描表明，黃原膠可提高結(jié)冷膠-黃原膠復(fù)配體系的粘彈性和流動(dòng)性，黃原膠的含量對復(fù)配體系的動(dòng)態(tài)流變性質(zhì)起到?jīng)Q定性的作用。

　　2）溫度掃描實(shí)驗(yàn)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(jié)冷膠與黃原膠分子鏈之間存在著一定的相互作用。

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


　　三、結(jié)冷膠

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

　�。�1）在低濃度（0.05%~0.25%）可形成優(yōu)質(zhì)凝膠；

　　（2）在加熱和低pH 條件下都非常穩(wěn)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(fù)原，而鎂或鈣鹽的凝膠無法復(fù)原；

　�。�4）與其它膠類可復(fù)配使用效果較好，如變性淀粉、黃原膠、刺槐豆膠等；

　�。�5）結(jié)冷膠與其它配類有良好的相容性。

　　由于低�；Y(jié)冷膠在食品工業(yè)等領(lǐng)域上的應(yīng)用更常見？所以在許多普通場合下？結(jié)冷膠即指低�；问降漠a(chǎn)品？低�；Y(jié)冷膠的凝膠特性如表4所示。


　　表4 低酰基結(jié)冷膠凝膠特性一覽表[3]

特 性

功 能

極低的用量下即可發(fā)揮作用

結(jié)冷膠可作為一種非常有效的膠凝劑，結(jié)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(jié)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(wěn)定，尤其在pH值4.07.5性能最好圖片 

從酸性至中性產(chǎn)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(nèi)調(diào)節(jié)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(jù)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(wěn)定性很好，同時(shí)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。可以復(fù)配出多種凝膠質(zhì)構(gòu)

可以形成多種獨(dú)特的凝膠質(zhì)構(gòu)，所成體系具有良好的風(fēng)味釋放

幫助開發(fā)新產(chǎn)品，如新的質(zhì)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(wěn)定并促進(jìn)凝膠形成等作用，常用于乳制品、甜食、飲料、果凍及肉制品中。卡拉膠形成的凝膠比較硬，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(yīng)用基本取代了傳統(tǒng)的明膠和瓊膠等，但是卡拉膠的應(yīng)用與卡拉膠的凝膠特性關(guān)系密切，因而準(zhǔn)確掌握卡拉膠的凝膠性能及其在各種條件下的變化規(guī)律對生產(chǎn)應(yīng)用具有重要的意義。

　　卡拉膠在中性及堿性條件下都穩(wěn)定，但在酸性條件（pH3.5）下，卡拉膠分子將發(fā)生降解，加熱又促使降解速度加快�？ɡz在水系統(tǒng)中 0.5%以上的濃度就能形成凝膠，在乳系統(tǒng)中成膠濃度可低達(dá)0.1%~0.2%。卡拉膠能與蛋白質(zhì)作用，其結(jié)果取決于蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)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(zhì)的作用還可用于除去體系中不希望的蛋白質(zhì)；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(dòng)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(shí)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(jié)構(gòu)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(jià)金屬離子發(fā)生快速的離子交換反應(yīng)？生成褐藻酸鹽凝膠？其中以與氯化鈣形成的凝膠薄膜強(qiáng)度為最大。形成的凝膠性能因M/G值、褐藻酸鈉的濃度、結(jié)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(zhì)的影響


　　
　　表6　氯化鈣濃度對凝膠品質(zhì)的影響

640 (1)
　　
　　表7　溫度對凝膠品質(zhì)的影響

溫度（℃ ）

 凍結(jié)前外觀

凍結(jié)后外觀

解凍后外觀

脫水率
（% ）

凝膠強(qiáng)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(zhì)的影響

甘油用量
（%）

凍結(jié)前外觀

凍結(jié)后外觀

解凍后外觀

脫水率
（%）

凝膠強(qiáng)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(dòng)物來源的膠體，其凝膠體系特性為：明膠是一種很有彈性質(zhì)地的膠體；明膠具有較低的溶解和凝固溫度，同時(shí)它是熱不穩(wěn)定的凝膠體，酸穩(wěn)定性較差，在冷藏時(shí)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(qiáng)度的影響，以及多糖對明膠凝膠特性的影響。結(jié)果表明，明膠凝膠強(qiáng)度隨明膠濃度的增加而增強(qiáng)；pH值影響明膠的凝膠強(qiáng)度，分別在pH值2和10時(shí)取得最大值。蔗糖濃度低于1%時(shí)，明膠的凝膠強(qiáng)度隨蔗糖濃度增加而增加，當(dāng)蔗糖濃度高于1%時(shí)，明膠的凝膠強(qiáng)度隨濃度的增高而下降。明膠的凝膠強(qiáng)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(qiáng)度[5]。

　　謝苒荑[6]等研究明膠凝膠性質(zhì)以及各種外界因素，如時(shí)間、溫度、pH值等對明膠凝膠性質(zhì)的影響。結(jié)論表明：

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

　　2） 當(dāng)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(dá)0.04%時(shí)，明膠凝膠體形成良好；

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

　　5） 當(dāng)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(shí)可形成較強(qiáng)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(wěn)定性，質(zhì)地光滑但不透明，是一種熱不穩(wěn)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(zhì)構(gòu)儀，探討影響瓊脂凝膠強(qiáng)度及弛豫特性的因素，并分析其凝膠機(jī)理。結(jié)果表明： 瓊脂凝膠強(qiáng)度隨著瓊脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大而增大； pH 為 6.0～7.0 是瓊脂凝膠形成最適條件； 適當(dāng)添加量的氯化鉀、木糖醇、蔗糖可增大瓊脂凝膠強(qiáng)度，分別在添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.2% ～0.3% 、9% 和 6% 時(shí)效果最佳； 適當(dāng)比例的魔芋膠、卡拉膠和刺槐豆膠可與瓊脂產(chǎn)生協(xié)同增效作用，分別在其所在比例為 15% 、5% 、10% 時(shí)與瓊脂產(chǎn)生協(xié)同增效作用最強(qiáng)； 氯化鈣、氯化鈉和 β－環(huán)狀糊精則阻礙凝膠的形成，降低瓊脂凝膠強(qiáng)度。瓊脂凝膠的弛豫時(shí)間 T23均與凝膠強(qiáng)度存在極顯著（ p ＜0.01） 負(fù)相關(guān)，即凝膠中水分流動(dòng)性越小，凝膠強(qiáng)度越大。

　　八、魔芋膠

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

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 顏文斌。 薜荔果膠的膠凝特性[J].吉首大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002,23（1）。

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

　　[3]許懷遠(yuǎn)，任向妍，王垚。結(jié)冷膠凝膠特性及在食品工業(yè)中的應(yīng)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(yè)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(yè)，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(qiáng)度及弛豫特性的研究[J].食品工業(yè)科技，2017，38（13）：85-89+100.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2017.13.016.

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編輯：fmt1592210117

 
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