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食品胶特性及其在食品中应用

发布日期:
2020年9月16日

食品胶是一类十分重要而又独特的食品添加剂,具有增稠、胶凝、乳化、悬浮、稳定澄清、充当膳食纤维等多种重要功能,可广泛应用于冷冻食品、饮料、乳制品、调味品、糕点、淀粉、糖果、酿酒、食品保鲜与冷藏等。

1、食品胶基本特性

1)概念

食品胶也称亲水胶体、水溶胶,是能溶解或分散于水中,并在一定条件下,其分子中的亲水基团,如羧基、羟基、氨基和羧酸根等,能与水分子发生水化作用形成黏稠、滑腻的溶液或凝胶,在食品加工中起到增稠、增黏、黏附力、凝胶形成力、硬度、脆性、紧密度、稳定乳化、悬浊体等作用,使食品获得所需要各种形状和硬、软、脆、黏、稠等各种口感,故也常称作食品增稠剂、增黏剂、胶凝剂、稳定剂、悬浮剂、胶质等。

2)组成与结构

食品胶主要成分是多糖类或蛋白质的大分子物质,多糖类食品胶,基本组成是单糖及其衍生物。化学结构是以单糖为单位形成的大分子多糖,因单糖种类、聚合度、糖单元之间的键连及排列方式、糖单元上羟基取代情况等各异,产生不同功能特性,主要体现在溶解性、黏度、流体特性、胶溶液对酸碱及温度的稳定性,成胶冻能力及凝胶强度、胶溶液对其他电解质的兼容性、假塑性及各种多糖之间协同互补等方面。蛋白质类食品胶,一般由氨基酸构成,因种类、数量与空间结构排列直接影响与制约着其功能特性。

2、食品胶功能特性

1)凝胶作用

食品胶凝胶的作用,是亲水胶体在氢键、电场极化力或溶液中的某些高价离子的键桥作用下,其长链分子相互交联而形成并将液体缠绕固定在内的三维连续式网络,获得坚固严密的结构以抵制外界压力而最终阻止体系的流动。

三维网络的缠绕度、分子交联的数量和属性、形成网络各单元的相互吸引和排斥以及与不同溶剂作用的差异等形成了各种食品胶的不同胶凝特性。某些食品胶单独存在时不具胶凝性,但与其它胶复配却呈现出增稠和凝胶协同效应。

2)增稠作用

几乎所有食品胶因其分子发生水化作用而具有增稠作用。不同种类食品胶因其自身结构产生不同增稠和流变特性,同一种食品胶,相对分子质量越大,相同质量浓度的体系黏度就越大。

食品胶黏度随其浓度增大出现不同程度增加,呈现一定正相关性,但与体系温度呈负相关。一般温度升高,黏度下降;温度下降,黏度上升。食品胶溶液受体系电解质、pH、压力的影响呈现出明显不同的变化规律,主要与食品胶分子本身结构差异有关。

3)乳化稳定作用

食品胶添加到食品中后,其体系黏度增加,体系中分散相不容易聚集和凝聚,而使分散体系稳定,可作为果汁饮料、啤酒泡沫、糕点裱花等的乳化稳定剂,但并不是真正的乳化剂或起泡刺,其作用方式不是按照一般乳化剂的亲水一亲油平衡机制来进行,而是通过增稠或增加水相黏度以阻止或减弱分散的油粒小球发生迁移和聚合倾向方式完成的。

4)悬浮分散作用

食品胶大多数具有表面活性,可吸附于分散相的表面,使其具有一定的亲水性而易于在水体系中分散。食品胶加入食品体系中可增加黏度,根据斯托克斯定律,液相黏度越大,颗粒沉降速度就越慢,可延迟固体颗粒的沉淀作用。

5)膳食纤维功能

绝大数食品胶应用于食品中还能发挥膳食纤维的功能保健作用。近年来,国内外对多糖类食用胶作为膳食纤维生理作用的研究报道较多,如瓜尔豆胶、果胶、魔芋胶、壳聚糖和黄原胶等,它们作为膳食纤维都有着显著的生理功效。

食品胶作为脂肪取代物较广泛地应用于低脂食品、疗效食品和保健食品的生产中。目前脂肪取代物大部分是以食品胶为主要原料或以食品胶体为关键成分。

6)结晶控制作用

食品中许多重要性质如形状、光亮度、咀嚼性和融化性等都与晶体结构直接相关。

食品胶对结晶作用有3种方式:

①相容性:与晶体结合,且依附在增长的晶体表面,改变晶体正常的增长方式;

②竞争性:与晶体相互竞争形成结晶;

③结合性:与其它物质结合,进而影响晶体增长。

因此,用于糖果、乳制品、冷冻食品中,能提高膨胀率,降低冰晶析出的可能性,可使产品口感细腻,提高抗融性和保藏稳定性,改善体系形体和组织结构。

7)被膜剂和胶囊作用

食品胶用作被膜剂,可覆盖于食品表面,形成一层保护性薄膜。保护食品不与氧气、微生物接触。起保质、保鲜、保香或上光等作用,也可被制作可食性膜。

此外,还可用作包装食品的外胶囊,主要利用西种含有不同正负电荷的离子化食品胶反应形成复杂化合物,同时形成微细胞膜包覆在芯材表面,被包覆固定的芯材物质在食品中可通过物理压力、pH值或温度变化而释放出来。

8)泡沫形成作用

食品胶可发泡,形成网络结构,其溶液在搅拌时可包含大量气体,并因液泡表面黏性增加使其稳定。利用蛋白受热变性,把食品胶与热糖浆混合搅拌再冷却可实现泡沫的稳定化,或是利用卡拉胶、海藻酸钠或刺槐豆胶等的凝胶反应,也可形成稳定泡沫产品。

9)香精固定作用

香精固定化技术是在油水乳化系统中,利用合适的乳化剂包埋香精小液滴,当水分被去除时可防止香精蒸发,防止氧化变质或从空气中吸收水分,且包埋的香精小液滴能溶解或有效分散到水媒介中,当香精从包埋膜内释放出来可得到相同香气。

以明胶包埋香精,放入口香糖中,经咀嚼便可释放出香味。阿拉伯胶是目前所有天然食品胶或其它物质中最好的载体,蔗糖、淀粉及其衍生物也具备固定香精功能,但效果次于阿拉伯胶。

10)相乘作用

许多食品胶间有相当明显的相乘作用。各种单体食品胶在使用过程中存在一定缺陷,难以满足人们所需及适应日益激烈的市场竞争,通过复配,可发挥各种食品胶的互补作用,产生“l+1>2”的协同增效效应,满足食品生产不同需要,扩大食品胶使用范围、提高使用功能。

11)保水稳定作用

食品胶因具有亲水性高分子,呈现强亲水作用,可有效改善食品生产或贮存中的脱水收缩问题,也可改良结构及咀嚼口感。

12)其他功能

食品胶还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、矫味作用等,在许多食品的加工和改良方面有着重要的作用。研究表明,食品胶在一定条件下,能同时吸附于多个分散介质体上使其凝聚,且能掩蔽一些不良气味。

3、功能特性的作用机理

1)物理作用

食品胶的分子结构中含有许多亲水基团,如羟基、羧基、氨基、羧酸根等,水化后均匀分散于溶液中,形成黏稠胶体溶液,使蛋白质分子运动减慢,降低蛋白质分子相互结合的几率和沉降速度,使其均匀稳定地悬浮于体系中。同时,还可使悬浮组织稳定化,限制金属离子活动,避免食品成分凝聚、沉淀。

2)化学作用

食品胶大分子中含有羟基、羧基、烷氧基、糖苷键中的氧原子和肽键中的氮原子外层均含有sp3杂化轨道,轨道中未共用的孤电子对可与水分子带部分正电荷的氢离子结合形成氢键,氢键的键合力极强,当大于食品胶分子链间内聚力时,食品胶分子链舒展,食品胶分子与水结合形成长分子链,且溶解分散在水中,形成热力学稳定体系。

食品胶分子舒展使多种基团充分暴露,各极性基团与极性水分子以氢键或偶极作用力相互制约形成内层水膜。内层水再与外层水作用发生缔合,体积极大的溶胶分子作为骨架,大量的水被束缚,介质的自由移动受到阻碍而产生层流间的阻力,表现出黏稠性。

4、食用胶在食品工业中的应用

1)在肉制品中的应用

食品胶添加到肉制品中不仅能够改善肉制品食用品质,如颜色、风味、质地、保水性等功能特性,还能降低生产成本,具有巨大市场应用前景和实际生产价值。

卡拉胶应用在斩拌型高温火腿肠中能够改善产品质构和切片性,增强肉蛋白凝胶性,提高保水性,降低出油性等优点。

2)在冷冻食品中的应用

食品胶添加到冷冻食品中,可提高黏度,改善凝胶性,防止或抑制微粒冰晶增大,延缓冰渣出现,改善口感、内部结构和外观状态,提高体系稳定性和抗融性。

3)在凝胶糖果中的应用

凝胶糖果因咀嚼性好、有咬劲、不黏牙、不易蛀齿、低甜度、低热量等特点,已成为开发糖果的新热点。选择线型胶粒的食品胶结成大空隙网状结构,通过吸附较多填充物,使软糖富有弹性和韧性。

4)在饮料食品中的应用

琼胶、黄原胶是饮料食品良好增稠和悬浮稳定剂,其用量少,在低浓度下即可达到所需的黏度和悬浮力,而且受温度和pH值影响相对较小,在室温下能保持黏度和悬浮力相对稳定性,保持饮料食品口感和外观。研究报道,0.1%海藻酸丙二醇酯应用到果汁中,不但可提高果肉稳定性,使果汁滋味厚实,口感更佳,且对果汁中的油类成分也起到稳定作用。

5、展望

中国食品胶的发展总体上仍处于起步阶段。随着当前食品添加剂“天然、营养和多功能”的发展潮流,现代生物技术(如酶工程、基因工程)的成熟运用,食品胶功效性的全面开发将成为可能。

食品胶的功能及其选择

食品胶对食品工业的发展十分重要,从食品胶体这几十年来在国内外的发展历程来看,其重要性与日俱增,相当数量和种类的加工食品若要进一步提高其感官品质和质量,都离不开食品胶体在其中的有效应用,同时,不少天然产物(包括植物、动物及微生物食品原料)要顺利地加工成合适的食品,也往往要靠食品胶体……阅读全文 >>

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食品增稠剂

通常指能溶解于水中,并在一定条件下充分水化形成黏稠、滑腻溶液的大分子物质,又称食品胶。

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