卡拉膠的結(jié)構(gòu)性能生產(chǎn)及其在飲料工業(yè)中的應(yīng)用解讀

1、卡拉膠的結(jié)構(gòu)性能生產(chǎn)及其在飲料工業(yè)中的應(yīng)用張樂(lè)華, 王元蘭, 李忠海(中南林業(yè)科技大學(xué), 湖南株洲412006摘要介紹了卡拉膠的結(jié)構(gòu)、性能、生產(chǎn)及其在各種飲料中用作穩(wěn)定劑、懸浮劑、增稠劑等的應(yīng)用, 并且闡述了卡拉膠的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞卡拉膠; 結(jié)構(gòu); 性能; 生產(chǎn); 應(yīng)用中圖分類號(hào)T S273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)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 AN

2、G 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 beverage

3、s were introduced. T he developm ent prospect of carrageenan was ex pounded. K ey w ords Carrageenan ; S tructure ; Properties ; Production ; A pplication基金項(xiàng)目中南林業(yè)科技大學(xué)青年科研基金項(xiàng)目(10120570 。作者簡(jiǎn)介張樂(lè)華(1980- , 男, 湖南婁底人, 碩士研究生, 研究方向:森林食物資源開(kāi)發(fā)利用。收稿日期2007211201卡拉膠(C arrageenan 也叫角叉菜膠、鹿角藻膠、愛(ài)爾蘭菜膠, 主要是從紅藻的角叉菜屬(Chon

4、drus 、麒麟菜屬(Eu 2cheuma 、杉藻屬(G igartina 及沙菜屬(Hypnea 得1。酯式硫酸基(ROS O 3- , 是一種典型的陰離子多糖。用原料和生產(chǎn)工藝的不同而有顯著性的差異, 相對(duì)分子質(zhì)量1051062, 卡拉膠的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)性能和用途有明顯的影響。食品級(jí)卡拉膠為白色或淡黃色、表面皺縮、微有光澤、半透明片狀體或粉末狀物, 無(wú)臭或有微臭, 無(wú)味, 口感粘滑, 溶于60以上的熱水中, 形成粘性透明或輕微乳白色的易流動(dòng)溶液。由于卡拉膠大分子沒(méi)有分支的結(jié)構(gòu)、陰離子特性, 它們可以形成高粘度溶液?？ɡz具有形成親水膠體、凝膠、增稠、乳化、成膜、穩(wěn)定分散等諸多物理化學(xué)特性,

5、 故卡拉膠通常作為增稠劑、膠凝劑、懸浮劑、乳化劑和穩(wěn)定劑等應(yīng)用于乳制品、冰淇淋、果汁飲料、面包、水凝膠(水果凍 、肉食品、調(diào)味品、罐頭食品等方面3, 是一種用途廣泛的食用膠。目前, 卡拉膠的年產(chǎn)量已突破2. 5萬(wàn)t , 并且市場(chǎng)需求量每年仍以5%10%的速度遞增4。1化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)根據(jù)已確定的卡拉膠重復(fù)結(jié)構(gòu)特征以及1,3-連接的D-半乳糖上的硫酸基位置, 可將卡拉膠分為族卡拉膠、族卡拉膠和族卡拉膠。族卡拉膠(包括-、-、-、-卡拉膠 在1,3-連接的D -半乳糖單位上不含硫酸基; 族卡拉膠(包括-、-、-、卡拉膠 在1,3-連接的D -半乳糖單位C 4上帶有1個(gè)硫酸基; 族卡拉膠(包括-、-、

6、-、卡拉膠 則在其C 2上有一個(gè)硫酸基。不同類型卡拉膠的結(jié)構(gòu)組成見(jiàn)表1。而實(shí)際應(yīng)用的有-型、-型和-型卡拉膠或它們的混合物, 尤其以-型多見(jiàn)。這3種卡拉膠的結(jié)構(gòu)式如圖1所示。2特性2. 1穩(wěn)定性粉末狀卡拉膠穩(wěn)定性很強(qiáng), 長(zhǎng)期放置不會(huì)很快降解, 在室溫下存放超過(guò)1年其強(qiáng)度無(wú)明顯損失。一般情況下, 卡拉膠在中性或堿性溶液中也很穩(wěn)定(pH 值為9時(shí)最穩(wěn)定 , 尤其是, 從而, 這種水解程度, 另外, 呈凝膠狀態(tài)下的卡拉膠比呈溶液狀態(tài)時(shí)穩(wěn)定性高。在相同酸度下, 在室溫時(shí)前者比后者水解程度輕得多。表1不同類型卡拉膠的結(jié)構(gòu)組成5T ab le 1The structural composition o f

7、 di fferent carrageenans 5族1,3連接的-D -半乳糖1,4連接的-D -半乳糖單位類型族卡拉膠D -半乳糖6-硫酸基-D -半乳糖3,6內(nèi)醚-D -半乳糖、2,6-二硫酸基-D -半乳糖族卡拉膠4-硫酸基-D -6-硫酸基-D -半乳糖半乳糖3,6內(nèi)醚-D -半乳糖2,6-二硫酸基-D -半乳糖2-硫酸基-3,6-內(nèi)醚-D -半乳糖族卡拉膠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-內(nèi)醚-D -半乳糖 圖1、-卡拉膠的分子結(jié)構(gòu)Fig. 1The molecu lar structure o f 、2carrage

8、enans2. 2凝膠特性卡拉膠的凝膠強(qiáng)度、粘度和其他特性很大程度上取決于卡拉膠的類型和分子質(zhì)量、體系pH 值、含鹽、安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),Journal of Anhui Agri. Sci. 2008,36(7 :3042-3044責(zé)任編輯劉月娟責(zé)任校對(duì)馬君葉酒精、氧化劑和其他食品膠共存的狀況?？ɡz中的-卡拉膠和-卡拉膠形成的凝膠一般是熱可逆的, 即加熱凝膠融化成溶液, 溶液冷卻時(shí)又形成凝膠, 即有凝膠-溶膠的可逆反應(yīng)。有的-卡拉膠和-卡拉膠在較低濃度時(shí)可形成硬的凝膠; 有的-卡拉膠雖也能形成凝膠, 但富于彈性, 強(qiáng)度較弱。其他類型卡拉膠則基本不形成凝膠。另外, 人為加入某些陽(yáng)離子也能明顯地增高

9、凝膠強(qiáng)度。如, -卡拉膠中加入K +形成的凝膠強(qiáng)度高, 硬而脆; -卡拉膠中加入C a 2+時(shí)形成的凝膠強(qiáng)度也大, 但彈性強(qiáng), 不脆。2. 3復(fù)配性能卡拉膠具有膠凝、增稠、乳化、成膜、穩(wěn)定分散等優(yōu)良特性?？ɡz形成凝膠所需濃度低、透明度高, 但存在凝膠脆性大、彈性小、易脫液收縮等問(wèn)題。卡拉膠通過(guò)與其他食品膠的協(xié)同增效作用能解決其凝膠脆性大、彈性小、易脫液收縮等問(wèn)題。如, 加槐豆膠可明顯提高-卡拉膠的凝膠強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和彈性6; 柔軟、更粘稠和更有彈性; 食品脫水收縮; -析水率低等特點(diǎn)7; 玉米和小麥淀粉對(duì)卡拉膠的凝膠強(qiáng)度也有所提高; 明膠與卡拉膠之間亦存在協(xié)同作用, 在合適條件下可得到凝膠強(qiáng)

10、度和持水性均較好的凝膠體8。3生產(chǎn)工藝提取卡拉膠主要用2種方法:熱水萃取, 純化, 酒精沉淀, 再干燥粉碎, 可獲得精制品; 用濃堿液高溫短時(shí)連續(xù)循環(huán)喂料處理, 再沉淀干燥粉碎, 該方法有較高得率, 但分子質(zhì)量降解嚴(yán)重, 且產(chǎn)品是含有部分纖維的半精制品。在我國(guó), 卡拉膠的生產(chǎn)常以麒麟菜、沙菜為主要原料, 采用稀堿溶液分離提取制得。一般制得的是卡拉膠的鈉鹽。生產(chǎn)工藝過(guò)程一般為:原料(麒麟菜 堿處理(廢堿液回收 水洗滌至中性酸化漂白水洗至中性煮膠過(guò)濾冷卻壓榨脫水干燥成品?？ɡz生產(chǎn)的關(guān)鍵工序?yàn)閴A處理、提膠精制和脫水干燥。這3個(gè)工序的處理工藝科學(xué)與否不但影響卡拉膠的性能和質(zhì)量, 而且對(duì)卡拉膠的提取率

11、和生產(chǎn)成本有著重要的影響9?？ɡz存在于沙菜細(xì)胞間層中, 堿處理導(dǎo)致卡拉膠質(zhì)量差。適量的復(fù)合酶(纖維素分解酶、半纖維素酶和果膠降解酶等 在溫和條件下可以有效地破壞細(xì)胞壁, 而不破壞卡拉膠基本成分, 所提取的卡拉膠質(zhì)量高10。4在飲料中的應(yīng)用4. 1在乳飲料中的應(yīng)用由于牛奶蛋白之間存在較強(qiáng)的相互作用及形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力, 而卡拉膠具有獨(dú)特的與牛奶中的蛋白起絡(luò)合反應(yīng)的能力, 所以在乳飲料中可形成觸變性的搖溶結(jié)構(gòu), 防止由于顆粒間聚集而形成的沉淀11。2卡拉膠添加到速溶飲料和營(yíng)養(yǎng)飲料中, 可穩(wěn)定混合物中的可可粉和蛋白質(zhì), 從而使產(chǎn)品有奶油口味, 富有質(zhì)感; 用于牛奶中, 與C MC (羧甲基纖維

12、素 和MC (甲基纖維素 結(jié)合, 可改善飲料品質(zhì), 使制成冷奶的泡沫穩(wěn)定, 有良好口感。例如加可可粉制成的可可牛奶, 可可粉常發(fā)生沉淀, 但加入卡拉膠作穩(wěn)定劑則能使可可粉均勻地分散在牛奶中, 防止可可粉的下沉12。以0. 05%卡拉膠與C MC 、PV (單甘酯 和蔗糖酯(SE-15 配比成復(fù)合乳化穩(wěn)定劑可解決豆乳飲料中蛋白質(zhì)變性和沉淀的問(wèn)題13。0. 1%卡拉膠與PV 、SE -15和酪蛋白酸鈉配制的乳化穩(wěn)定劑可以提高核桃乳體系的穩(wěn)定性, 研制出營(yíng)養(yǎng)豐富、口味獨(dú)特、體系穩(wěn)定的核桃乳飲料14?？ɡz可有效解決咖啡乳放置一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象、有沉淀產(chǎn)生的問(wèn)題15。在酸乳飲料中, 卡拉膠可與酸

13、乳飲料中的酪蛋白形成微弱的膠體結(jié)構(gòu)。它們相互作用形成的相互牽連的聚合物網(wǎng)絡(luò)可阻止乳飲料的相分離16。在甜乳飲料中, 用0. 006%卡拉膠與SE -15、PV 、C MC -Na 、海藻酸鈉配制的復(fù)合乳化穩(wěn)定劑能使飲料在常溫下放置3個(gè)月, 穩(wěn)定狀態(tài)良好17。4. 2在果汁果肉飲料中的應(yīng)用當(dāng)有些水果汁放置時(shí)間稍長(zhǎng)時(shí), 影響外觀, 即使經(jīng), 卡拉膠能使細(xì)小, 大大減緩下沉的速度, 比同時(shí), 由于卡拉膠的粘度較低, 不易造成糊口, 并能改進(jìn)飲用時(shí)的口感。如, 在粒粒黃桃汁飲料添加一定量的卡拉膠, 果汁果粒大小一致, 呈均勻懸浮狀態(tài), 甜酸適口, 具有黃桃果汁飲料特有的香味18。獼猴桃果粒果汁飲料兼具

14、果肉飲料和果汁飲料的優(yōu)點(diǎn), 營(yíng)養(yǎng)豐富, 酸甜適口。采用C MC -Na 、卡拉膠和結(jié)冷膠構(gòu)成的復(fù)合穩(wěn)定劑可使果粒均勻懸浮在果汁中, 不分層, 不水析19。在南瓜果肉飲料的研制中, 加入卡拉膠與C MC -Na 的復(fù)合穩(wěn)定劑可使飲料體系內(nèi)所含的果膠物質(zhì)達(dá)到液相平衡狀態(tài), 避免在飲料的貯藏和銷售過(guò)程中出現(xiàn)的沉淀和分層現(xiàn)象, 保持飲料的穩(wěn)定性20。4. 3在酒飲料中的應(yīng)用卡拉膠在酒飲料中可作為澄清劑, 也可作為泡沫穩(wěn)定劑。如果酒和啤酒中含有一些膠體狀物質(zhì), 并且使得酒混濁或發(fā)生沉淀, 則必須加入澄清劑。但是, 一般的澄清劑難以將這些物質(zhì)完全除去, 而且花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。若加入卡拉膠, 則可能完全除去這些物

15、質(zhì), 并且縮短澄清時(shí)間。另外, 作為澄清劑, 卡拉膠能除去使啤酒發(fā)渾的蛋白質(zhì), 使產(chǎn)品澄清透明, 還能提高啤酒的掛杯能力和啤酒泡沫的穩(wěn)定性21。在啤酒生產(chǎn)過(guò)程中, 麥汁煮沸時(shí)添加一定量的卡拉膠, 將有助于提高麥汁過(guò)濾速度, 也有助于去除麥汁中的可凝固氮, 起到麥汁澄清的作用。米酒中含有大量不溶性固形物, 為使其均勻分布于飲料中, 常加入卡拉膠、黃原膠、瓊脂和魔芋膠復(fù)配而成的食品增稠穩(wěn)定劑, 以達(dá)到增稠懸浮的目的22。4. 4在膳食纖維飲料中的應(yīng)用膳食纖維是一種國(guó)際上公認(rèn)的功能性食品的基料。由于該纖維具有對(duì)人體健康明顯的生理功能, 近年來(lái)日益受到人們的重視, 并且廣泛應(yīng)用于各種食品、飲料、保健品

16、中。膳食纖維飲料流行于歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家, 如日本可口可樂(lè)公司生產(chǎn)含纖維礦泉水, 西歐國(guó)家和美國(guó)生產(chǎn)高纖維橙汁、高纖維茶等。國(guó)內(nèi)對(duì)膳食纖維飲料的研制也逐漸步入正軌?？ɡz由于其獨(dú)特的穩(wěn)定作用, 常用作膳食纖維飲料研制過(guò)程中的穩(wěn)定劑, 以維持飲料的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。如, 以卡拉膠和果膠為復(fù)合穩(wěn)定劑用于以大豆膳食纖維粉為原料研制的新型飲品大豆膳食纖維飲料中, 可使飲料狀態(tài)穩(wěn)定, 酸甜可口, 口味宜人23。在綠豆340336卷7期張樂(lè)華等卡拉膠的結(jié)構(gòu)性能生產(chǎn)及其在飲料工業(yè)中的應(yīng)用纖維飲料中, 以C MC 、黃原膠、卡拉膠和海藻酸鈉為復(fù)合穩(wěn)定劑制得的綠豆纖維功能飲料具有綠豆特有的清香, 久存無(wú)沉淀, 流動(dòng)

17、性好, 口感柔和, 清爽24。4. 5在固體飲料中的應(yīng)用固體飲料是指水分含量在2. 5%之內(nèi), 具有一定形狀, 須經(jīng)沖溶后方可飲用的顆粒狀、鱗片狀或粉末狀的飲料。作為一種即沖即飲的飲料, 固體飲料的穩(wěn)定性要求雖然不是很高, 但飲料中有相當(dāng)部分的固形物, 需要加入一定量的穩(wěn)定劑, 以保證沖后能保持一定的穩(wěn)定時(shí)間。以卡拉膠作穩(wěn)定劑應(yīng)用于固體飲料中, 可改善其沖調(diào)性, 且沖后飲料穩(wěn)定不易分層。如, 在馬鈴薯固體飲料中加入0. 4%卡拉膠作穩(wěn)定劑, 經(jīng)沖調(diào)后可獲得穩(wěn)定且稠度適中的懸濁液25。5應(yīng)用前景卡拉膠屬于純天然物質(zhì), 其安全無(wú)毒的特性已被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)(J

18、FA 所認(rèn)可。成親水膠體、凝膠, , , 可廣泛應(yīng)用于各種飲料工藝中。近年來(lái), 卡拉膠在飲料中的應(yīng)用研究發(fā)展迅速, 特別是在乳飲料、蔬菜果汁飲料和功能性飲料方面, 卡拉膠已成為必不可少的優(yōu)良添加劑。隨著對(duì)卡拉膠結(jié)構(gòu)、性質(zhì)研究的深入, 它在飲料中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。同時(shí), 卡拉膠作為含有硫酸酯基的多糖, 還具有廣譜抗病毒活性。這已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外多糖藥物學(xué)家的高度重視。卡拉膠有望在保健功能性飲料方面開(kāi)拓嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域26。參考文獻(xiàn)1胡國(guó)華. 功能性食品膠M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004:86-91.2劉芳, 沈光林, 彭志英. 卡拉膠的交互作用特性及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用J.冷飲與速凍食品工業(yè),20

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