食用胶
食用胶是一种高分子物质,能溶于水,形成粘性、滑腻或胶冻液。在食品加工中,食用胶可以增稠、增黏、凝胶、稳定乳化、悬浮等功能使食品获得各种形状和口感,故常被称为食品增稠剂、增粘剂、胶凝剂、稳定剂、悬浮剂、胶质等。食用胶是一种亲水性高分子化合物,能水合形成粘度很高的均质液体,所以也叫亲水胶体。添加适量的食用胶可以经济有效地提高食品体系的稳定性,因此食用胶可以作为食品添加剂应用于凝胶糖果中、果冻、肉制品、乳制品、啤酒和饮料烘焙食品和冷冻食品等。食用胶也可用于化学工业、医药行业、造纸、烟草和科学研究等领域。
组成结构 编辑本段
除了一些动物胶和化学改性胶(例如,明胶是由氨基酸组成的)食用胶的化学成分多为天然多糖及其衍生物,基本化学成分为单糖及其衍生物。一些食物胶的化学成分中还含有非糖部分,可以赋予这些食物胶特殊的功能特性。比如卡拉胶的半乳糖单元含有硫酸基团,使其与酪蛋白有很好的亲和力。阿拉伯树胶含有2%蛋白质成分使其成为少数几种可用作乳化剂的食用胶之一。卡拉胶是由D-半乳糖通过交替的α-1,3和β-通过1,4糖苷键连接的线性硫酸多糖。其中κ-卡拉胶的硫酸根含量为18%25%,ι-卡拉胶的硫酸根含量为25%34%,λ-卡拉胶的硫酸盐含量为30%40%阿拉伯胶大概98%的多糖和2%蛋白质组成。其主键由(1→3)键合的β-D-半乳糖基,侧键长度为2-5个单位的(1→3)β-D-半乳糖基,由(1→6)键合在主键上。蛋白质以共价键的形式连接到多糖上。
虽然大分子多糖在化学结构上是由单糖组成的,但是由于多糖的单糖类型,、聚合度、糖单元的键合和排列、糖单元上羟基的取代不同,导致了不同食用胶多糖的相似性和特点,因此不同的胶体类型具有不同的溶解性、黏度、流体特性、凝胶溶液对pH和温度的稳定性成胶能力和凝胶强度、胶体溶液与其他电解质的相容性、假塑性和多糖之间的协同作用是不同的。
作用机理 编辑本段
从流变学的角度来看,食用胶大多属于粘弹性体,具有粘性和弹性的综合特性。粘度是食用胶体系中颗粒之间因流动而产生的摩擦,其粘度受多种因素影响,包括胶液浓度、温度、分子质量、剪切速率、剪切力、共存离子和共存组分等。弹性来自于食用胶体系中大分子形成的稳定的交联网络结构。食用胶的凝胶化现象可以简单地描述为亲水胶体的长链分子交联形成的三维连续网络,可以将液体缠绕固定,从而获得牢固紧密的结构来抵抗外界压力,最终使体系停止流动而脱模“固体”。因此,如果食用胶体系中粘度占主导地位,胶体主要起增稠剂的作用;同样,如果食用胶系统中的弹性占主导地位,胶体主要起胶凝剂的作用。
功能特性 编辑本段
增稠性:通常,食物胶可以溶解或分散在水中,以增稠或提高流体的粘度。当胶体完全水合后,其水溶液表现出不同的流变性,产生改变水溶液粘度的效果。随着温度的升高,大多数食用胶的粘度会明显下降。当食用胶的浓度增加时,其流体粘度一般会明显增加,但两者之间并不存在线性关系。
胶凝性:食物胶的胶凝需要在合适的外部条件下发生,例如合适的温度、pH值、离子浓度、胶液浓度等。一些胶体在特定金属阳离子的促进下具有很强的结合能力如海藻酸钠和低酯果胶能与钙离子形成分子间交联,形成稳定的三维网络结构,κ卡拉胶在钾离子存在下能形成碳水化合物的螺旋凝胶。许多胶体可以 当它们单独存在时不会形成凝胶,但当它们混合在一起复合使用时,可以显示出增稠和凝胶的协同作用。比如槐豆胶和黄原胶,它们本身不能形成凝胶,但当它们按一定比例复配成复合食用胶时,就可以成为理想的增稠剂和胶凝剂。类似效果的还有卡拉胶和刺槐豆胶、黄蓍胶和海藻酸钠等。
膳食纤维功能:多糖食用胶属于膳食纤维,且多为水溶性膳食纤维,说明多糖食用胶具有膳食纤维的功能。如瓜尔胶在人体内具有水溶性膳食纤维的功能,可制成保健食品,可降低肝脏和血液中的胆固醇,在糖负荷试验中可抑制血糖的升高;高甲氧基果胶不仅能从食物中带走胆固醇,还能抑制内源性胆固醇的产生;动物实验发现黄原胶具有抗氧化和免疫功能;临床试验证明,低分子量的海藻酸钾具有明显的降压作用。
乳化性、稳定性:食用胶添加到食品中后,体系粘度增加,体系中的分散相不易聚集和凝聚,分散体系可以稳定,可用于果汁饮料、啤酒泡沫、糕点装饰等食品体系的稳定性。
作为包衣剂和胶囊:许多食物胶可以用作涂层剂它们可以覆盖在食物表面,形成一层保护膜,保护食物免受氧气侵害、微生物的作用,从而保证质量、保鲜、保存香味或上光剂等。也可用作包装食品的外胶囊,如明胶卡拉胶等,可用于制作软胶囊阿拉伯胶等、黄原胶可以作为胶囊的壁材。
悬浮分散性:大多数食用胶具有表面活性,可以吸附在分散相的表面,使其具有亲水性,易于在水体系中分散。例如,它可以用作巧克力牛奶的悬浮剂。
保水性、持水性:食用胶是亲水性聚合物,吸水性很强。将其应用于食品后,能保持食品中一定的水分含量,常用于布丁中、糕点、奶酪、冷冻食品等。
控制结晶:食用胶能赋予食品高粘度,使体系不易结晶或细化,用于糖果中、乳制品(冰淇淋)在冷冻食品中,可以提高膨胀率,降低冰晶析出的可能性,使产品口感细腻。
其他功能:除了上述功能,食用胶还有粘结性、例如,在一定条件下,食用胶可以吸附多种分散介质使其凝结,可用于啤酒中、白酒的澄清。
制备方法 编辑本段
植物胶:大多数植物科都有能分泌多糖的种类。植物多糖通常以蠕虫或泪液的形式分泌,形成多糖层。这些多糖可以来源于植物的种子实体、树皮或树皮、根、其他部分,如茎,手工收集并去除杂质、破碎、分离净化、胶质提取、杀菌脱色、干燥、包装等工序完成工业植物胶的生产。
动物胶:与植物胶相比,动物原料提取的食用胶种类较少,主要是蛋白质亲水胶(包括明胶、酪蛋白、酪蛋白酸钠、鱼胶、乳清蛋白浓缩物和乳清分离蛋白、蛋清粉等)甲壳素和壳聚糖等。蛋白质中亲水胶的主要来源是富含蛋白质的动物骨骼、来自皮肤动物奶和大豆等植物的胶原蛋白、花生之类的蛋白质食物。胶原蛋白的水解产物明胶——可通过处理动物皮或骨并加热水解获得。甲壳素一般由新鲜蟹壳混合而成、虾壳去杂、水洗、晒干,用盐酸除去钙等无机盐,用碱除去脂肪和蛋白质,脱色精制。甲壳素用一定浓度的热碱处理除去乙醚,洗涤干燥后得到壳聚糖。
微生物多糖:许多微生物在生长代谢过程中,在不同的外界条件下都能产生一定量的多糖,微生物多糖的产生受到地理环境的影响、气候、自然灾害影响不大,与植物胶和动物胶相比,其产量更高、质量都更稳定。微生物多糖的生产一般是通过菌种的选育、逐级扩培、分离提取、干燥粉碎、包装等工序进行。
海藻胶:海藻胶是从天然海藻中提出的一种食用胶海藻胶的生产主要是海藻胶的提取和加工。一般可以用热水提取、纯化、冷冻、脱水干燥的工艺过程,或在高温下用浓碱短时间连续进料处理,然后沉淀干燥粉碎生产海藻胶的过程。
主要分类 编辑本段
食物胶体在自然界中分布广泛,根据来源可以分为五大类。
①由植物渗出液、种子、由果皮和茎等制成的食用胶,简称为“植物胶”
2由含蛋白质的动物原料制成的食品胶,简称“动物胶”
3从微生物代谢产物中获得的食用胶,简称“微生物多糖”
④海藻制成的食用胶,简称“海藻胶”
⑤以天然物质为基础的化学合成、食品胶的加工和改性,简称“化学改性胶”
应用领域 编辑本段
食品工业:根据不同胶体的不同功能特性,食品胶体在食品工业中已经得到了广泛而成熟的应用食品胶体在不同食品中的应用如下。
糖果/果冻:由于食品胶的线状胶粒相互之间形成大孔网络结构,可以吸附更多的填充物,使软糖富有弹性和韧性,食品胶(如卡拉胶、可得然胶、明胶等)常用于软糖的生产。食用树胶被用来生产果冻/布丁等软糖产品的主要原料之一。不同类型的食用胶可以结合使用,以帮助果冻产品获得更好的风味和味道。
肉制品:在肉制品中添加食用胶,不仅可以改善肉制品的品质,如色泽、风味、质地、保水性等功能特性,还能降低生产成本。卡拉胶广泛用于香肠中、肉丸、火腿魔芋胶等肉制品可应用于低脂肉制品、仿生肉制品、与使用单一胶体相比,在肉制品中添加复合食用胶可以使产品更有弹性和嚼劲,延长保质期。
乳制品:角叉菜胶具有稳定酪蛋白胶束的能力,并且与许多增稠剂相容(如明胶、刺槐豆胶、低甲氧基果胶、黄原胶、变性淀粉等)它们都具有协同作用,可以赋予乳制品多种质地和口感,因此被广泛应用于中性乳制品和乳饮料中。
饮料:食品胶在饮料中具有良好的增稠性和悬浮性,且用量少,在低浓度下就能达到所需的粘度和悬浮力,受温度和pH值的影响相对较小,在室温下能保持粘度和悬浮力相对稳定,从而保持饮料和食品良好的口感和外观。如卡拉胶、黄原胶、结冷胶可在各种饮料中用作稳定剂、悬浮剂、增稠剂应用广泛。卡拉胶也是啤酒生产中常用的麦汁澄清剂,能有效去除多余的高分子蛋白质,提高啤酒的非生物稳定性。
烘焙食品:加入适当的食用胶(如海藻酸钠、黄原胶、羟甲基纤维素钠、刺槐豆胶、羟丙基纤维素等)可以提高面包的烘焙品质,改善面包的质构特性,降低面包的硬度和咀嚼性,增加面包的弹性和粘结性。
冷冻食品:在冷冻食品中添加食用胶可以增加粘度,改善凝胶性,阻止或抑制微粒冰晶的生长,延缓冰渣的出现,改善口感、内部结构和外观,提高系统的稳定性和耐熔性。例如,在冰淇淋的生产中,常添加食用胶作为稳定的乳化剂,以提高混合物的粘度和冰淇淋的膨胀率,改善抗融性和储存稳定性,改善冰淇淋的形状和质地。海藻酸钠广泛应用于冷冻食品、瓜尔胶、黄原胶、果胶、羟甲基纤维素钠、亚麻籽胶等。
化工行业:羟丙基瓜尔胶是瓜尔胶的化学改性物,是一种非离子粘合剂它具有良好的抗盐性和触变性,能适应较宽的pH值范围,是一种很好的牙膏粘合剂用它制成的牙膏可以改变牙膏的流变性质,使膏体表面光亮细腻呈条状。黄原胶在护肤霜和乳液的生产中提供了优异的稳定性,它也是所有类型牙膏的优异粘合剂。海藻酸盐可用于牙膏等日用化妆品的生产、洗涤剂、发泡剂等。
医药行业:褐藻胶具有抗过敏作用、调节免疫、抗氧化和抗炎的生物活性,能激活人体单核细胞产生抗肿瘤、抗菌、在抗病毒中起重要作用的免疫因子可用于治疗创伤、修复皮肤损伤,并有良好的止血效果、疗效可靠,干扰率低。海藻酸盐还可以作为医用支架的材料,其韧性可以弥补组织缺损,其光滑的表面可以避免对受伤部位的二次损伤。普鲁兰短梗霉在制药工业中的应用可以简化抗氧化胶囊的生产,并适当提高软胶囊的柔韧性、弹性,使其在胃肠预定区域溶解,内容物得以释放,从而提高药物的疗效。琼脂可作为泻药治疗便秘。
造纸:植物胶是一种环保型天然造纸添加剂,在造纸工业中主要用作增强剂、絮凝剂、助留助滤剂等。植物胶能有效促进纤维间的关系、纤维与填料之间的絮凝作用在造纸过程中具有良好的助留助滤作用,可作为非木材原料造纸的湿部添加剂。植物胶因其耐盐性,不受造纸过程中产生的杂质离子的影响,其白水可循环使用,因此也可用于处理造纸废水。造纸常用的植物胶是天青胶、瓜尔胶、皂荚豆胶、刺槐豆胶、香豆胶等。
烟草:羟甲基纤维素钠、壳聚糖、瓜尔胶、食用胶如黄原胶经常用作烟草薄片的粘合剂。用单一粘合剂制备的片材可能具有拉伸强度差的缺陷该复合粘合剂对提高干法烟草薄片的强度具有协同作用,因为胶体相互缠绕形成网络结构,可以提高烟草薄片的抗张强度。如瓜尔胶和羟甲基纤维素钠,尼古丁释放量低、香味成分的释放量高、刺激性或毒性成分释放量低,纵向拉伸强度高。
科研:琼脂是生产培养基的主要原料之一,医院或科研单位每年都需要使用大量的琼脂来培养各种细菌、分离、鉴定。从琼脂中分离出来的琼脂糖及其衍生物用于医药和保健、广泛应用于生物化学等科研领域。
相关事件 编辑本段
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