結冷膠產品凝膠特性的影響因素研究

1、 結冷膠可以說是目前性能最為優(yōu)異的增稠劑、穩(wěn)定劑之一,并具有優(yōu)良的凝膠特性。結冷膠凝膠易于使用、有良好的風味釋放性、較高的熱穩(wěn)定性、在口中易融化、透明度高、凝膠的時間及溫度可調控、凝膠不易受pH 影響、產品穩(wěn)定、具有多樣的質構特性等。作為一種新型的親水性膠體,結冷膠進入中國市場的時間并不長,影響其凝膠質構的諸多因素并不為廣大食品生產企業(yè)所熟悉,因此也限制了結冷膠作為膠凝劑在食品工業(yè)中的應用。所以了解并掌握影響結冷膠凝膠質構的因素對于用戶正確使用結冷膠、擴大結冷膠的應用范圍來說非常重要。1結冷膠的來源及結構結冷膠是一種分子量高達2×1053×105u 的陰離子線型微生物多糖1

2、。結冷膠的產生菌原來稱為伊樂藻假單胞桿菌(Pseudomonas elodea,后來基結冷膠產品凝膠特性的影響因素研究Study on affecting factors for gel properties of gellan gumXU Huai-yuan,REN Xian-yan,WANG Yao(Zhejiang Zhongken Biotechnology Co.,Ltd,Tongxiang 314515Abstract:Objective:As a novel kind of hydrocolloids -gellan gum has excellent gelling perfo

3、rmance,thepaper gave a comprehensive analysis on the affecting factors for gel properties of gellan gum.Methods:To search the relative literatures about gellan gum,make analysis of them and draw a conclusion.Results:Gum concentration,added metal cations types and content,chelating agent,pH value,sug

4、ar,acyl content,molecular weight of gellan gum will all effect the gel properties of gellan gum.Conclusion:Gellan gum is a novel gelling agent,we should fully understand and grasp its gel properties before we get the desired gel texture.Key words:gellan gum;gel properties;affecting factors 許懷遠,任向妍,王

5、垚(浙江中肯生物科技有限公司,桐鄉(xiāng)314515摘要:作為新型親水性膠體,結冷膠具有非常優(yōu)異的凝膠特性,力圖對影響結冷膠凝膠特性的因素做一綜合分析。方法:查閱今年來國內外的相關文獻報道,并進行分析、整理和歸納。結果:膠體濃度,外加金屬陽離子類型、含量、螯合劑、pH 值、糖分,結冷膠自身的差異都會對凝膠特性產生影響。結論:結冷膠作為一種新型凝膠劑,只有在充分理解掌握其凝膠特性的基礎上才能獲得理想的凝膠質構。關鍵詞:結冷膠;凝膠特性;影響因素中圖分類號:TS 202.3文獻標志碼:A文章編號:1005-9989(200911-0263-06收稿日期:2009-02-19作者簡介:許懷遠(1977,男

6、,碩士,主要從事食品加工和研發(fā)方面的工作。·263· 于r-RNA特征及含有鞘氨醇糖脂被進一步確認為一種革蘭陰性好氧桿狀菌少動鞘氨醇單胞菌(Sphingomonas paucimobilis2。結冷膠分子的基本結構是一條主鏈,由重復的四糖單元構成。參與形成的單糖有D-葡萄糖、D-葡萄糖醛酸、D-葡萄糖及L-鼠李糖。在這種多糖的天然形式中,每單位約有1.5個O-?；鶊F,其中每單位有1個O-甘油酰取代基,每隔一個單位有1個O-乙酰取代基3。甘油酰基位于3-連接成鍵的葡萄糖殘基的2位,乙?；鶆t在6位上。?；苋菀妆粔A脫除,從而由天然形式的結冷膠得到脫酰基形式的產品,與此相對,天

7、然形式的結冷膠也可稱為高?；a品。2結冷膠的凝膠特性結冷膠兼有黃原膠、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。由于低?；Y冷膠在食品工業(yè)等領域上的應用更常見,所以在許多普通場合下,結冷膠即指低?；问降漠a品,低?；Y冷膠的凝膠特性如表1所示。表1低?；Y冷膠凝膠特性一覽表特性功能極低的用量下即可發(fā)揮作用結冷膠可作為一種非常有效的膠凝劑,結冷膠的用量范圍常在0.012%0.4%凝膠具有極高的透光度結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pH4.07.5性能最好從酸性至中性產品配方中都能獲得滿意的加工使用效果,延長酸性食品

8、貨架期控制凝膠化所需陽離子的類型、濃度等因素,能在一定范圍內調節(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,同時與其他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?？梢詮团涑龆喾N凝膠質構可以形成多種獨特的凝膠質構,所成體系具有良好的風味釋放幫助開發(fā)新產品,如新的質感、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由表1可知,低酰基結冷膠產品是一種多功能的、優(yōu)秀的凝膠劑。3結冷膠的凝膠質構凝膠劑最重要的一個特性是它所提供的凝膠質構。為了具體評價結冷膠的凝膠能力,需要建立一些方法。用感官評定時會

9、存在較多的主觀因素并難以定量描述,較客觀的評價方法是用儀器分析。為了具體評價結冷膠的凝膠能力,我們可以采用TPA(Texture Profile Analysis技術4-6。這種技術最早是全美食品技術中心開發(fā)出來,用于模擬人類口腔咀嚼運動,該技術后來被改進用于定量分析凝膠質構7-8。它要求連續(xù)2次壓縮獨立凝膠圓盤,以樣品原高度為起點,垂直往下壓縮到原高度的30%時結束,探頭撤回原位,再循環(huán)一次。測定所用壓力及對應變形情況,以獲得凝膠質構參數(shù)。結冷膠凝膠質構的評價中常用到4個參數(shù),具體如下表2。表2TPA凝膠質構幾個參數(shù)的定義及意義參數(shù)項目定義意義模數(shù)在凝膠被稍微壓縮的情況下測量到的堅實度,這個

10、類似于輕輕擠壓果實來測定它的成熟程度凝膠受到初始輕微擠壓時,人口腔或手感覺到的堅實度硬度第1次壓縮周期中,探頭對凝膠所需施加的最大壓力需用多大的咬勁或捏勁才能使凝膠崩潰脆性在凝膠被破壞之前測量到的壓縮程度,低的破壞應變則對應著高的凝膠脆性有多大的脆口感(TPA測得的脆性值越小,人感覺越脆彈性這個參數(shù)衡量的是在凝膠第1次壓縮周期中凝膠被壓縮后能復原的程度這個參數(shù)高則表明凝膠的彈性很高4影響結冷膠的凝膠特性的因素結冷膠形成凝膠的過程受到多種因素的影響,因此,對這些凝膠影響因素的系統(tǒng)分析將會指導用戶如何更好地在食品工業(yè)中使用結冷膠產品的凝膠特性。我們對影響結冷膠凝膠形成及改變凝膠質構的因素綜合分析如

11、下。4.1溶解過程因素對結冷膠凝膠形成和凝膠質構的影響結冷膠要發(fā)揮凝膠作用,首先必須保證膠體·264· 在水溶液中得到充分的溶解,很多親水性膠體由于溶解不充分而影響了膠體性能的發(fā)揮。在實際工作中就發(fā)現(xiàn)不少用戶因為不了解結冷膠的溶解特性而無法正確使用結冷膠的事例。因此結冷膠的凝膠性能影響因素中首先要注意的就是膠體的溶解。結冷膠的溶解過程包括兩個步驟,首先是均勻分散在冷水中,接著是在加熱的條件下與水分子發(fā)生水合形成結冷膠溶液,從而達到充分的溶解9。在食品工業(yè)中,親水性膠體的均勻分散是非常重要的,生產中有時候需要大量的攪拌處理以避免由于膠體抱團、結塊溶脹導致水合不充分而產生的“魚

12、眼”。而要使得結冷膠有好的分散性,在配方和生產工藝允許的情況下,可以將結冷膠與螯合劑、白糖或其他配料干粉、植物油、丙二醇等先行混合起來,再一并投入到冷水中。這種處理可以將結冷膠細小顆粒分隔開來,達到在水中均勻分散的效果10。低酰基結冷膠的水合溫度對于離子環(huán)境非常敏感,特別是對于二價陽離子。低?；Y冷膠中混有鹽類,只能在冷的去離子水中部分水合11。膠體的水合會進一步在其他的水質環(huán)境,如在硬水中被二價陽離子所阻礙。此時膠體可以通過加入螯合劑,加熱或者同時使用上述2方法而充分水合12。由此可以看出,結冷膠在溶解過程中必須保證其充分的分散及水合。如果以上兩個條件都不能滿足或只能滿足一個,則會出現(xiàn)凝膠效

13、能大大下降、凝膠質構達不到理想要求等情況。溶解過程中涉及的陽離子及螯合劑我們在下面的分類因素中會具體討論。4.2陽離子對結冷膠質構的影響在諸多影響結冷膠凝膠形成和凝膠質構的因素中,陽離子是最為重要的因素,因為陽離子參與是結冷膠形成凝膠的必要條件。我們將從以下幾個方面重點探討陽離子對結冷膠凝膠的影響。由表3可知,如果水溶液中的鈣鹽含量達到0.008%以上時,結冷膠的水合溫度將高于100。由此可見,在正常的生產加工工藝中,不能允許食品體系中含有過高的游離狀態(tài)二價陽離子鹽類,否則結冷膠的溶解會受到很大阻礙。0.004-880.008->1000.012->100-0.04650-0.27

14、670-0.46089注:Ca2+來源于CaCl2·2H2O,Na+來源于NaCl。·265· 礙作用,但是當結冷膠完全溶解后,加入額外的二價陽離子卻是結冷膠凝成凝膠的必要條件。如果結冷膠溶液中二價陽離子過多或不足,都會嚴重影響結冷膠的凝膠狀態(tài)。因此,在食品生產中,需要通過改變離子濃度尤其是鈣離子濃度來調節(jié)結冷膠的凝膠質構。圖1是電子顯微鏡顯示的結冷膠2種凝膠狀態(tài)對比。圖1a 是理想的凝膠的微觀結構,從中可以看到網絡結構中連接點之間的孔洞尺寸和距離是比較均勻的;圖1b 是不理想的凝膠微觀結構,從中可以看到網絡結構中有些地方膠體致密,而有些地方則存在很大的空洞。因此

15、想在生產過程中得到理想凝膠質構,就必須注意陽離子的添加方式和濃度。生產上正確的鈣鹽添加方式是將可溶性的鈣鹽調配成溶液,再加入到膠體溶液中,最好在溶液還是熱的時候加進去,并充分攪拌,溶液冷卻后就會形成凝膠。對于低?；Y冷膠的模數(shù)參數(shù)來說,隨著鈣離子濃度的升高,凝膠模數(shù)開始是上升,達到一個最大值后又開始下降。凝膠的硬度則隨著鈣離子的加入而降低,因為凝膠的質構變的更脆了。凝膠質構中的脆性和彈性參數(shù),在二價陽離子處于低濃度范圍(0.01%0.02%時,陽離子的的影響表現(xiàn)為:當凝膠脆性參數(shù)在30%40%,升高二價陽離子濃度會使得脆性參數(shù)稍有降低,而凝膠的彈性參數(shù)會由20%快速降低到10%。而之后隨著二價

16、陽離子濃度的進一步升高到0.05%,凝膠脆性和彈性都保持在一個相對比較平穩(wěn)的區(qū)間,變化不大。以上4個結冷膠的凝膠質構參數(shù)也受到一價離子的影響,且影響比較類似,但是達到相同質構變化所需一價離子的加入量要顯著多于二價離子。食品體系中經常是多種復雜離子并存的,但對促進結冷膠凝膠來說一般無協(xié)同作用,關鍵是控制好起主導作用的某些陽離子。因此,在實際生產過程中,要注意這方面的問題。對于某一凝膠體系,往往存在所謂“最適陽離子濃度”范圍。最適陽離子濃度是指使給定的體系有最大凝膠強度的離子濃度,但在實際生產中,由于食品體系非常復雜,真實體系的最適陽離子濃度需要考慮多方面的因素。比如,如果我們在食品飲料中加入過多

17、的鈣離子,雖然凝膠質構可能得到提升,但卻會產生口感發(fā)澀等副作用。所以,食品工業(yè)生產中,要在權衡各方面因素的前提下合理使用鈣量。4.3螯合劑對結冷膠溶解和質構的影響實際生產過程中,如果不加入螯合劑,結冷膠中本身所含的二價鹽離子以及水質或其他配料中引入的鹽會阻礙結冷膠的水合,導致膠體的水合溫度在95100之間,甚至更高,因此正確的生產操作必須是預先加入適當?shù)尿蟿?。在食品工業(yè)中使用結冷膠,通?？梢允褂玫降尿蟿┌?檸檬酸鈉、磷酸三鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉等。當結冷膠溶液完全溶解后,需要通過加入檸檬酸等有機酸來調節(jié)體系酸度(pH 值使得被螯合的二價陽離子從螯合劑中游離出來,以促進結冷膠的凝膠。因此

18、,可以通過平衡螯合劑,pH 值以及加入的陽離子用量來控制低?；Y冷膠的凝膠性質17-18。下表是三者之間平衡關系對結冷膠凝膠質構影響的比較。4.4pH 值對結冷膠凝膠質構的影響結冷膠的水合會受到可溶性固型物和低pH 值的影響,在高固型物體系中,必須特別注意結冷膠的水合效果。結冷膠中含有葡萄糖醛酸基團,其葡萄糖醛酸的pKa 值為3.5,因此在酸性環(huán)境中,想要得到好的水合效果,溶液pH 值必須在4以上。在溶液pH 值低于3.5時,一般是形成酸性凝膠19。這種凝膠的模數(shù)和硬度都比較低,質構效果不理想。如果進一步降低溶液pH 值,結冷膠將a 理想的凝膠b 不理想的凝膠圖1電子顯微鏡顯示的結冷膠2種凝膠

19、狀態(tài)對比·266· 會產生沉淀而不是形成凝膠。4.5糖分對凝膠質構的影響糖分對結冷膠的凝膠質構有顯著的影響,適量的糖分因能穩(wěn)定凝膠網絡的有序結構而與鈣離子有互補關系;糖分較高時,共溶物可能會阻礙了結冷膠多糖鏈間雙螺旋的聚集的程度和規(guī)模,從而形成的凝膠較柔軟,在被破壞之前有更大的伸展性,而且要花更大的力氣才能使它破壞20。下面選擇一些有代表性的單糖(葡萄糖、果糖、雙糖(蔗糖、麥芽糖、及淀粉糖漿(玉米糖漿和麥芽糖漿來介紹。不同糖分的影響有些共同規(guī)律:首先,對于形成凝膠最大模數(shù)來說,鈣離子與糖分有明顯互補關系,例如含糖量的增加一般會減少所需的鈣離子濃度,反之亦然。但涉及具體糖濃度

20、數(shù)值對凝膠質構的影響時,應該考慮鈣離子的因素。其次,對屈服應變(脆性的影響:凝膠呈最大模數(shù)時,它的屈服應變隨含糖量增大而增大(凝膠有很大的變形能力。含糖量的增加往往提高了凝膠的最大屈服應力,即要花更大的力氣才能破壞凝膠的網絡結構。不同糖分的影響又有些區(qū)別,具體對比見表5。4.6膠體濃度對結冷膠質構的影響結冷膠可作為一種非常有效的膠凝劑,用量范圍常在0.012%0.4%之間。不同結冷膠濃度對凝膠的質構有著極大的影響。當膠體濃度在0.012%0.05%之間時,結冷膠水溶液形成一種預凝膠的網絡結構,類似于一種極弱的凝膠,具有良好的懸浮性能。它的預凝膠網絡結構存在一個屈服應力,當剪切力超過屈服應力時,

21、溶膠可在較低的剪切速率下即成為水樣流體,撤消剪切力時又能很快恢復預凝膠結構,其懸浮能力不依賴于很高的黏度,因此結冷膠的懸浮效果和口感是令人滿意的。發(fā)揮懸浮效果時結冷膠凝膠稱為流體凝膠或液體凝膠(Fluid gels,結冷膠在生產流體凝膠方面具有獨特的優(yōu)勢,具體見表6。結冷膠的凝膠性能極強,用量往往是k-卡拉膠的1/31/2,或者是瓊脂的1/5,因此,要形成固體凝膠,結冷膠的用量范圍常在0.1%0.4%之間。在陽離子含量適當?shù)那闆r下,凝膠的強度會隨著膠體濃度的增加而快速提升。雖然結冷膠凝膠形成受到陽離子的顯著影響,但是隨著膠體濃度的進一步升高,比如1%時,即使溶液中不添加陽離子,結冷膠依然可以形

22、成凝膠。5結束語隨著中國食品工業(yè)的快速發(fā)展,眾多企業(yè)都渴望找到新的食品膠體以降低產品成本、提高現(xiàn)有產品品質、生產出與眾不同的食品質構以領先競爭對手。結冷膠以其出眾的凝膠特性,可以生產出風味釋放性好、質構廣泛的各種新穎食品。作為一種新型食品膠體,目前階段,結冷膠的凝膠性質和使用方法還未被廣大食品企業(yè)所熟悉,因此結冷膠在食品工業(yè)中的應用潛能遠遠沒有被開發(fā)出來?？梢韵嘈?在不久的將來,結冷膠使用在食品工業(yè)中必將得到更加廣泛地應用。參考文獻:1Grasdalen H,midsrod O.Gelation of gellam gum.Car bo-hydrate Polymers,1987,(7:371

23、2Yamamoto A,Yabuchi E,Yano I et al.M:Isolation of anovel sphingoglycolipid containing glucuronic acid and2-hydroxy fatty acid from Flavobacterium devorans ATCC10829.Journal of Biochemistry,1978,83:1213-12163Jasson P.Lindberg B.Sandford PA(1983Carbohydr Res124:135表4外加鈣離子、螯合劑以及有機酸對結冷膠凝膠質構的影響對比溶解的Ca2+/

24、%加入的檸檬酸鈉/%水合溫度/是否添加檸檬酸凝膠pH凝膠強度/(N/cm2表5不同糖分對結冷膠凝膠質構的影響對比糖分類型模數(shù)/(N/cm2脆度/% 40%w/w60%w/w40%w/w60%w/w表6用結冷膠造液體凝膠的優(yōu)勢特點優(yōu)勢弱凝膠結構在很低的濃度有很好的懸浮能力高假塑性可傾注,可泵送,低黏度,好口感靈活的制造方法可適應各種生產過程低用量保持極好的香料散發(fā)性能耐熱性在高溫下仍有良好的懸浮性·267·添加劑與調味品 4 5 食品科技 FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 2009 年 第 34 卷 第 11 期 Szczesniak A S. Clas

25、sification of textural characteristic. J Food Sci,1963,(28:385 Friedman H H, Whitney J E, Szczesniak A S. The textur ometer - a new instrument for objective texture measure ment. J Food Sci,1963,(28:390 14 13 M.Published by CRC Press,2001 E R Morris, et al. Rheology and gelation of deacylated gellan

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29、the gellan network in a high-sugar environment. Food Hydrocolloids,2006,(20: 132-136 6 Szczesniak A S, Brandt M A, Friedman H H. Development of standard rating scales for mechanical parameters of tex ture and correlation between the objective and the sensory methods of texture evaluation. J.Food Sci

30、,1963, (28:397 7 Sanderson G R, Bell V L, Clark R C, et al. The texture of gellan gum gels. In gums and stabilisers for the food in dustry. ed GO Phillips, DJ Wedlock and PA Williams.IRL Press Oxford,1988:219 8 Sanderson G R, Bell V L, Clark R C, et al. Comparison of gellan gum, agar, K-carrageenan,

31、 and algin. Cereal Foods World,1989,(34:991 9 10 11 Peter A. Williams Handbook of Hydrocolloids Published by Woodhead Publishing,2000 Sungsoo Cho, Mark L. Dreher Handbook of Dietary Fiber Published by CRC Press,2001 S Matsukawa, Z Huang. Structural change of polymer chains of gellan monitored by circular dichroism. Progr Colloid Polym Sci,1999,114:92-97 12 Sungsoo Cho, Mark L. Dreher Handbook of Dietary Fiber ! 口腔潰瘍治療法秘方 口瘡， 又叫口腔潰瘍病， 是一種反復發(fā)作的口腔黏膜 潰瘍性損害， 病因尚不太清楚， 可能與內分泌障