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食品膠特性及其在食品中應用

   日期:2020-06-11

食品膠是一類十分重要而又獨特的食品添加劑,具有增稠、膠凝、乳化、懸浮、穩定澄清、充當膳食纖維等多種重要功能,可廣泛應用于冷凍食品、飲料、乳制品、調味品、糕點、淀粉、糖果、釀酒、食品保鮮與冷藏等。
1、食品膠基本特性
1)概念
食品膠也稱親水膠體、水溶膠,是能溶解或分散于水中,并在一定條件下,其分子中的親水基團,如羧基、羥基、氨基和羧酸根等,能與水分子發生水化作用形成黏稠、滑膩的溶液或凝膠,在食品加工中起到增稠、增黏、黏附力、凝膠形成力、硬度、脆性、緊密度、穩定乳化、懸濁體等作用,使食品獲得所需要各種形狀和硬、軟、脆、黏、稠等各種口感,故也常稱作食品增稠劑、增黏劑、膠凝劑、穩定劑、懸浮劑、膠質等。
2)組成與結構
食品膠主要成分是多糖類或蛋白質的大分子物質,多糖類食品膠,基本組成是單糖及其衍生物。化學結構是以單糖為單位形成的大分子多糖,因單糖種類、聚合度、糖單元之間的鍵連及排列方式、糖單元上羥基取代情況等各異,產生不同功能特性,主要體現在溶解性、黏度、流體特性、膠溶液對酸堿及溫度的穩定性,成膠凍能力及凝膠強度、膠溶液對其他電解質的兼容性、假塑性及各種多糖之間協同互補等方面。蛋白質類食品膠,一般由氨基酸構成,因種類、數量與空間結構排列直接影響與制約著其功能特性。
2、食品膠功能特性
1)凝膠作用
食品膠凝膠的作用,是親水膠體在氫鍵、電場極化力或溶液中的某些高價離子的鍵橋作用下,其長鏈分子相互交聯而形成并將液體纏繞固定在內的三維連續式網絡,獲得堅固嚴密的結構以抵制外界壓力而最終阻止體系的流動。
三維網絡的纏繞度、分子交聯的數量和屬性、形成網絡各單元的相互吸引和排斥以及與不同溶劑作用的差異等形成了各種食品膠的不同膠凝特性。某些食品膠單獨存在時不具膠凝性,但與其它膠復配卻呈現出增稠和凝膠協同效應。
2)增稠作用
幾乎所有食品膠因其分子發生水化作用而具有增稠作用。不同種類食品膠因其自身結構產生不同增稠和流變特性,同一種食品膠,相對分子質量越大,相同質量濃度的體系黏度就越大。
食品膠黏度隨其濃度增大出現不同程度增加,呈現一定正相關性,但與體系溫度呈負相關。一般溫度升高,黏度下降;溫度下降,黏度上升。食品膠溶液受體系電解質、pH、壓力的影響呈現出明顯不同的變化規律,主要與食品膠分子本身結構差異有關。
3)乳化穩定作用
食品膠添加到食品中后,其體系黏度增加,體系中分散相不容易聚集和凝聚,而使分散體系穩定,可作為果汁飲料、啤酒泡沫、糕點裱花等的乳化穩定劑,但并不是真正的乳化劑或起泡刺,其作用方式不是按照一般乳化劑的親水一親油平衡機制來進行,而是通過增稠或增加水相黏度以阻止或減弱分散的油粒小球發生遷移和聚合傾向方式完成的。
4)懸浮分散作用
食品膠大多數具有表面活性,可吸附于分散相的表面,使其具有一定的親水性而易于在水體系中分散。食品膠加入食品體系中可增加黏度,根據斯托克斯定律,液相黏度越大,顆粒沉降速度就越慢,可延遲固體顆粒的沉淀作用。
5)膳食纖維功能
絕大數食品膠應用于食品中還能發揮膳食纖維的功能保健作用。近年來,國內外對多糖類食用膠作為膳食纖維生理作用的研究報道較多,如瓜爾豆膠、果膠、魔芋膠、殼聚糖和黃原膠等,它們作為膳食纖維都有著顯著的生理功效。
食品膠作為脂肪取代物較廣泛地應用于低脂食品、療效食品和保健食品的生產中。目前脂肪取代物大部分是以食品膠為主要原料或以食品膠體為關鍵成分。
6)結晶控制作用
食品中許多重要性質如形狀、光亮度、咀嚼性和融化性等都與晶體結構直接相關。
食品膠對結晶作用有3種方式:
①相容性:與晶體結合,且依附在增長的晶體表面,改變晶體正常的增長方式;
②競爭性:與晶體相互競爭形成結晶;
③結合性:與其它物質結合,進而影響晶體增長。
因此,用于糖果、乳制品、冷凍食品中,能提高膨脹率,降低冰晶析出的可能性,可使產品口感細膩,提高抗融性和保藏穩定性,改善體系形體和組織結構。
7)被膜劑和膠囊作用
食品膠用作被膜劑,可覆蓋于食品表面,形成一層保護性薄膜。保護食品不與氧氣、微生物接觸。起保質、保鮮、保香或上光等作用,也可被制作可食性膜。
此外,還可用作包裝食品的外膠囊,主要利用西種含有不同正負電荷的離子化食品膠反應形成復雜化合物,同時形成微細胞膜包覆在芯材表面,被包覆固定的芯材物質在食品中可通過物理壓力、pH值或溫度變化而釋放出來。
8)泡沫形成作用
食品膠可發泡,形成網絡結構,其溶液在攪拌時可包含大量氣體,并因液泡表面黏性增加使其穩定。利用蛋白受熱變性,把食品膠與熱糖漿混合攪拌再冷卻可實現泡沫的穩定化,或是利用卡拉膠、海藻酸鈉或刺槐豆膠等的凝膠反應,也可形成穩定泡沫產品。
9)香精固定作用
香精固定化技術是在油水乳化系統中,利用合適的乳化劑包埋香精小液滴,當水分被去除時可防止香精蒸發,防止氧化變質或從空氣中吸收水分,且包埋的香精小液滴能溶解或有效分散到水媒介中,當香精從包埋膜內釋放出來可得到相同香氣。
以明膠包埋香精,放入口香糖中,經咀嚼便可釋放出香味。阿拉伯膠是目前所有天然食品膠或其它物質中最好的載體,蔗糖、淀粉及其衍生物也具備固定香精功能,但效果次于阿拉伯膠。
10)相乘作用
許多食品膠間有相當明顯的相乘作用。各種單體食品膠在使用過程中存在一定缺陷,難以滿足人們所需及適應日益激烈的市場競爭,通過復配,可發揮各種食品膠的互補作用,產生“l+1>2”的協同增效效應,滿足食品生產不同需要,擴大食品膠使用范圍、提高使用功能。
11)保水穩定作用
食品膠因具有親水性高分子,呈現強親水作用,可有效改善食品生產或貯存中的脫水收縮問題,也可改良結構及咀嚼口感。
12)其他功能
食品膠還具有一些其他的功能特性,包括粘合作用、膨松膨化作用、脂肪替代物、矯味作用等,在許多食品的加工和改良方面有著重要的作用。研究表明,食品膠在一定條件下,能同時吸附于多個分散介質體上使其凝聚,且能掩蔽一些不良氣味。
3、功能特性的作用機理
1)物理作用
食品膠的分子結構中含有許多親水基團,如羥基、羧基、氨基、羧酸根等,水化后均勻分散于溶液中,形成黏稠膠體溶液,使蛋白質分子運動減慢,降低蛋白質分子相互結合的幾率和沉降速度,使其均勻穩定地懸浮于體系中。同時,還可使懸浮組織穩定化,限制金屬離子活動,避免食品成分凝聚、沉淀。
2)化學作用
食品膠大分子中含有羥基、羧基、烷氧基、糖苷鍵中的氧原子和肽鍵中的氮原子外層均含有sp3雜化軌道,軌道中未共用的孤電子對可與水分子帶部分正電荷的氫離子結合形成氫鍵,氫鍵的鍵合力極強,當大于食品膠分子鏈間內聚力時,食品膠分子鏈舒展,食品膠分子與水結合形成長分子鏈,且溶解分散在水中,形成熱力學穩定體系。
食品膠分子舒展使多種基團充分暴露,各極性基團與極性水分子以氫鍵或偶極作用力相互制約形成內層水膜。內層水再與外層水作用發生締合,體積極大的溶膠分子作為骨架,大量的水被束縛,介質的自由移動受到阻礙而產生層流間的阻力,表現出黏稠性。
4、食用膠在食品工業中的應用
1)在肉制品中的應用
食品膠添加到肉制品中不僅能夠改善肉制品食用品質,如顏色、風味、質地、保水性等功能特性,還能降低生產成本,具有巨大市場應用前景和實際生產價值。
卡拉膠應用在斬拌型高溫火腿腸中能夠改善產品質構和切片性,增強肉蛋白凝膠性,提高保水性,降低出油性等優點。
2)在冷凍食品中的應用
食品膠添加到冷凍食品中,可提高黏度,改善凝膠性,防止或抑制微粒冰晶增大,延緩冰渣出現,改善口感、內部結構和外觀狀態,提高體系穩定性和抗融性。
3)在凝膠糖果中的應用
凝膠糖果因咀嚼性好、有咬勁、不黏牙、不易蛀齒、低甜度、低熱量等特點,已成為開發糖果的新熱點。選擇線型膠粒的食品膠結成大空隙網狀結構,通過吸附較多填充物,使軟糖富有彈性和韌性。
4)在飲料食品中的應用
瓊膠、黃原膠是飲料食品良好增稠和懸浮穩定劑,其用量少,在低濃度下即可達到所需的黏度和懸浮力,而且受溫度和pH值影響相對較小,在室溫下能保持黏度和懸浮力相對穩定性,保持飲料食品口感和外觀。研究報道,0.1%海藻酸丙二醇酯應用到果汁中,不但可提高果肉穩定性,使果汁滋味厚實,口感更佳,且對果汁中的油類成分也起到穩定作用。
5、展望
中國食品膠的發展總體上仍處于起步階段。隨著當前食品添加劑“天然、營養和多功能”的發展潮流,現代生物技術(如酶工程、基因工程)的成熟運用,食品膠功效性的全面開發將成為可能。



來源:食品研發與生產 整理

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