卡拉胶的生产及应用

提纲简介卡拉胶分类和物理化学性质2.1卡拉胶的流变性能2.2卡拉胶结构质量标准卡拉胶的3大性能4.1卡拉胶的重要性质之一蛋白反应性4.2卡拉胶的重要性质之二凝胶性4.2.1卡拉胶凝胶机理探讨4.2.2卡拉胶和离子的作用4.2.3卡拉胶和其他多糖的作用卡拉胶应用以及生产工艺5.1果冻5.2软糖5.3肉制品5.4冰淇淋5.5啤酒5.6乳饮料内容将分几天上传2.卡拉胶简介卡拉胶（Carrageenan）又名角叉菜胶、鹿角藻胶，是从红藻中提取的一种高分子亲水性多糖。其化学结构是由D-半乳糖和3,6』脱水-D-半乳糖残基所组成的线形多糖化合物。根据其半乳糖残基上硫酸酯基团的不同可分为K-型、i-型、入-型、。-型、p-型等13种，其中主要的是K-型、i-型、入-型。四-型通过碱处理，脱除6位上的硫酸酯形成内酯形成了料型，因此四-型又称为K-型的前体，同理，Y-型是i-型的前体，入-型是0-型的前体，参见结构图。市售最多的应用也最广的是K-型，如下文没有特别指出，一般为指K-型精品。卡拉胶物理化学性质食品级卡拉胶为白色至淡黄褐色、表面皱缩、微有光泽、半透明片状体或粉末状物，无臭或有微臭，无味，口感粘滑，在冷水中膨胀，可溶于60°C以上的热水后形成粘性透明或轻微乳白色的易流动溶液，但不溶于有机溶剂，在低于或等于它们的等电点（此概念貌似不正确，卡拉胶应该没有等电点）时，它们易与醇、甘油、丙二醇相溶，但与清洁剂、低分子量胺及蛋白质不相溶。由于卡拉胶大分子没有分支的结构及其具有强阴离子特性，它们可以形成高粘度溶液，其粘度取决于浓度、温度、卡拉胶类型以及是否有其他溶解物质存在等。另外，卡拉胶还可以在低温下在水中或奶基食品体系中形成多种不同的凝胶。卡拉胶稳定性强，干粉长期放置不易降解。它在中性和碱性溶液中也很稳定，即使加热也不会水解，但在酸性溶液中（尤其pH<4.0），卡拉胶易发生酸水解，凝胶强度和粘度下降。值得提出的是在中性条件下，若卡拉胶在高温长时加热时，也会水解，导致凝胶强度降低。所有类型的卡拉胶都能溶解于热水中、热牛奶中。溶于热水中能形成粘性透明或轻微乳白色的易流动溶液。卡拉胶在冷水中只能吸水膨胀而不能溶解。由于卡拉胶的特殊结构，其结构中的硫酸酯具有强阴离子性，加之空间结构，有特殊的蛋白反应性。卡拉胶在水中的溶解度受卡拉胶的类型、反离子的存在、其它溶质的存在、温度、pH值等这些因素的影响。卡拉胶的类型：K-型卡拉胶亲水型弱，所以难溶于水；入-型卡拉胶在大部分条件下易溶于水；i-型卡拉胶介于两者之间。K-型卡拉胶在Na盐中可溶，但在K、Ca盐中不溶；i-型在Na盐中可溶，Ca盐中形成触变分散体（摇溶）；入-型卡拉胶在所有盐类中均可溶。其它溶质：无机盐对卡拉胶的水合作用（溶解性）的影响最大。特别溶度为1.5—2%的KCl溶液阻止k-型在常温下溶解；而溶度为4—4.6%或更高时的NaCl溶液才能达到。蔗糖的溶度对k-型卡拉胶的水合作用影响很少。温度：温度越高，溶解性越好。温度于溶解性成正比。pH值：在酸性条件下，只能溶胀。（常温下）卡拉胶分类及相关性能卡拉胶加热溶解后，放冷时能形成半固体透明的凝胶。钾、铵、钙等阳离子能很大地提高其凝固性。K-型卡拉胶对钾离子敏感，形成脆性凝胶，有泌水性；I-型卡拉胶对钙离子敏感，形成柔性凝胶，不泌水；入-型卡拉胶不能形成凝胶。一般市售卡拉胶以K-型为主，如不严格标明，往往是K-型为主，并有少量未分离的I-型和入-型。有些多糖对卡拉胶的凝固性也有影响。如：刺槐豆胶可明显提高K-型卡拉胶的凝胶强度和弹性，玉米淀粉和小麦淀粉对其凝胶强度也有提高。卡拉胶形成的凝胶具有可逆性，即加热时凝胶融化成溶液，溶液放冷时又形成凝胶：凝胶-一溶胶，但一般强度有损伤。。-型类似琼脂，硫酸酯含量很低，在酸性饮料中可以使用。卡拉胶根据工艺流程可以分为精品卡拉胶（RefinedCarrageenan，E407）和粗品卡拉胶（Semi-refinedCarrageenan，E407a）K-卡拉胶简单工艺流程精品：水洗浸泡-碱处理-洗涤-煮胶-过滤-凝胶-脱水-干燥-粉碎粗品：水洗浸泡-碱处理-洗涤-干燥-粉碎2.1卡拉胶的流变性能基于卡拉胶具有的性质，在食品工业中，卡拉胶通常用作增稠剂、胶凝剂、悬浮剂、乳化剂和稳定剂等。在医药、精细化工中，卡拉胶也有着广泛的应用。而这些卡拉胶的生产应用与卡拉胶的流变特性有着较大的关系，因而准确掌握卡拉胶的流变性能及其在各种条件下的变化规律对生产具有重要的意义。1粘度由于卡拉胶大分子没有分支的结构及聚阴离子特性，它们可以形成高粘度溶液。例如，2%的水溶液（不含金属例子）的平均粘度分布未500〜1000厘泊间。影响溶液粘度的因素很多，如分子量、浓度、温度、卡拉胶的类型及溶液中的阳离子。1.1卡拉胶分子量对溶液粘度的影响卡拉胶的粘度随胶体分子量的增大而显著增大。食品级卡拉胶分子量分布于约200000道尔顿左右。低于10万道尔顿的卡拉胶粘度很低，目前还没有商业价值。1.2卡拉胶浓度对溶液粘度的影响溶液粘度随浓度增大而呈指数规律增加，这是线性荷电分子的典型特点，也是高分子间的相互作用随浓度升高而增强，在中性PH值下带阴离子的多糖链强烈的排斥电子所致的结果。1.3温度对卡拉胶溶液粘度的影响卡拉胶的溶液粘度随温度升高呈指数规律下降。在稳定状态下粘度与温度的关系具有可逆性，但升温和降温过程的“粘度一温度”曲线斜率不同，升温时曲线斜率较小，这是滞后现象引起。降温至30°。时，粘度急剧上升，是卡拉胶分子逐步开始缠结成网状结构之故。在降温时，k一卡拉胶和l一卡拉胶达到它们的凝胶点时粘度会突然增大；而入卡拉胶却不会这样。1.4恒温加热时间对卡拉胶溶液粘度的影响75r时，随着恒温时间的延长，卡拉胶溶液粘度降低，因为胶体大分子随溶液的加热而解离，分子缠结减少，故粘度下降。当100°C时，粘度随时间增长而下降，且粘度下降有急有缓，原因在于刚开始时，受高热导致拆散分子间的缠结使粘度下降，之后有一段较平缓的阶段，接着少数不稳定的大分子开始降解，粘度再次下降。1.5转速对卡拉胶溶液粘度的影响随着转速增加，卡拉胶溶液粘度缓慢下降，卡拉胶溶液呈现假塑性，粘度与测定时的切变力大小有关，这时液体具有剪切稀化的特点。1.6搅拌时间对卡拉胶溶液粘度的影响卡拉胶溶液粘度随搅拌时间的增长先缓慢上升，80min后又下降。这是因为搅拌过程拆散卡拉胶分子群，拆散的分子又自动集结缠绕，搅拌时间增长，分子缠绕增加，粘度上升。当分子聚集到一定程度形成小的胶体絮状颗粒，且被打散时，其粘度反而下降。搅拌超过80min，粘度下降，耐机械破坏能力下降。pH值对卡拉胶溶液粘度的影响卡拉胶溶液的粘度随pH的增大而增大，再接近中性时基本稳定，随后又下降。酸性增强，H+增加，促进卡拉胶分子解离并中和其电性，肖原了半酯化硫酸根之间的静电引力。碱性增强，OH—与带负电的卡拉胶相斥而减少分子降的缠结，故强酸、强碱性条件下，溶液粘度均下降。离子对卡拉胶溶液粘度的影响溶液中存在一定的阳离子时溶液粘度会降低。这是因为阳离子可降低半酯化硫酸酯之间的静电引力2.2卡拉胶的化学结构1卡拉胶的命名卡拉胶是一类线性、含有硫酸酯基团的高分子多糖。理想的卡拉胶具有重复的a-（1一4）-D-半乳毗喃糖P-（1一3）-D-半乳毗喃糖（或3,6内醚-D-半乳毗喃糖）二糖单元骨架结构交替地连接而成的线性多糖。但是天然产的卡拉胶往往不是均一的多糖，而都是以少数几种理想的或特别的、具有固定化学结构的多糖变种和其混合物的形式存在，很多时候是结构中混有其它碳水化合物取代基（如木糖、果糖或酮酯类物质）。为适应卡拉胶这种复杂结构的基础研究需要，常用希腊字母词头来区别这些固定的化学结构，例如P，K,Y，I,入，P，&a,0,v,5,n,3等13种卡拉胶。市场上可以买到具有实际使用效果的K、I、入、。-卡拉胶都是化学组成方面接近于理想化学结构的混合物。2卡拉胶的不同类型在K-卡拉胶中1,3-G和1,4-C分别为D-半乳糖-4-半酯式硫酸盐残基和3,6AG(3,6-月脱水D-半乳糖残基)。p-卡拉胶则不同于k-卡拉胶.其中后一个残基(3.6-AG)被。-半乳糖-6-半酯式硫酸残基所取代，而且被认为是经生化作用后生成k-卡拉胶的母体。其在藻体内天然存在。在红海藻中，由p-向k-的转化是在去扭结酶催化下进行的。3,6羟基脱水而形成的闭合环排除了1,4-苷键半乳糖残基上C6半酯式硫酸盐形成的可能性。在某些阳离子，尤其是钾离子存在下，K-卡拉胶与水形成凝胶.而其母体p-卡拉胶由于在32(1一4)连接的半乳糖基上含有6位硫酸酯基团，在高分子链上易形成扭结，影响凝胶的形成而不形成凝胶。商业上使用较多的是k型卡拉胶,它可以通过碱处理或酶催化由p转化而来。目前生产上通用的方法是碱处理(如NaOH,Ca(OH)2等)，又称碱转化、碱改性。主要含有p卡拉胶的藻体在热碱的长时间作用下(如0.1mol/LCa(OH)2作用30-48h)转化为k型卡拉胶，且转化比较彻底。所得到的K-卡拉胶凝胶能力强、反应性能较好，在食品行业使用较广泛。类似的，Y-卡拉胶被认为是I-卡拉胶的母体。从化学结构上看、它们同各自的对应物p-卡拉胶和K-卡拉胶的区别仅仅在于1,4-G的C2形成半酯式硫酸酯。同样地，Y-卡拉胶与水不形成凝胶，而i-卡拉胶则可形成凝胶。入-卡拉胶与水不形成凝胶，它同Y-卡拉胶的差别在于大约只有70%的1.3-G上具有-OSO3-取代基，并且取代位置是C2而不是C4,其余30%则不合-OSO3-取代基。碱催化消除C6的-OSO3-基团，使1,4-G保留C2的-OSO3-基团变成3,6』脱水-半乳糖-2-半酯式硫酸盐，正如p-(Y-)转化为k-(i-)一样；然而，既不同于K-,也不同于1-,用碱改性的人-卡拉胶已被命名为0-卡拉胶，它与水不生成凝胶。&-卡拉胶，在另一些杉海苔科海藻中代替入-存在，其结构虽末完全描述清楚，但似乎在1,3-G上C2具有-OSO3-取代基，这一点能区别于入-,另一方面，至少有一部分1,4-G上的C6不存在这种取代基。时至今日，具有这种特性的多糖尚未单独分离出来。它可能完全缺乏C6半酯化硫酸盐基团。3-卡拉胶，主要存在于部分琼枝类海藻中，其结构主要为3-3-D-半乳毗喃糖和4-3,6内醚-a-D-半乳毗喃糖，-OSO3-含量极少，结构和性能都近似琼脂，溶于水后能形成坚硬的凝胶。不同来源的卡拉胶被认为是结构不同的各种多糖的混合物，其重复结构单元1,4苷键键合的半乳糖残基上C3、C6的脱水度及C2的酯化度在一定范围内变动。卡拉胶基本可分为两大类：其一包括p、k、y和i卡拉胶及其混合物，这一类卡拉胶在钾离子存在时或用碱处理时可胶凝，其特点在于1,3-G的C4具有-OSO3-取代基。其二包括0-和入-卡拉胶及其碱改性产品，它们在碱处理前后都不胶凝，并且它们的1,4-G和1.3-G上，C2都是部分地或全部地具有-OSO3-取代基。3硫酸酯基团-OSO3-含有硫酸酯基团(-OSO3-)是卡拉胶的重要特征。-OSO3-以共价键与半乳毗喃糖基团上C2,C4或C6相连接，在卡拉胶中含量约为20%-40%(w/w)，导致卡拉胶带有较强的负电性。卡拉胶重要的三种类型中硫酸酯基分布分别为k,i和入，。理想的k,X卡拉胶重复二糖结构中分别含有1,2,3个硫酸酯基团，可推算出它们在卡拉胶中分别占20%,33%和41%(w/w)。典型的卡拉胶商业产品含硫酸酯基分别为k型22%(w/w)，入型38%(w/w)，i型32%(w/w)。而不同藻种、不同批次的红藻提取的卡拉胶含硫酸酯量都有所不同。这些差别表明,硫酸酯的位置、含量与理想结构存在一定的差异。43,6内醚醚桥(内酯)及其形成卡拉胶和琼胶一样,在结构中含有3,6内醚键。天然存在的3,6内醚键比较罕见，性质非常特殊,是卡拉胶具有独特性能的重要影响因素。k,i型卡拉胶在3-(1一4)连接的D2半乳毗喃糖基上含有3,6-内醚醚桥键M卡拉胶不含有内醚键。k,i型卡拉胶的前体物质p,i型卡拉胶3-(1一4)-D半乳毗喃糖基C6位上含有硫酸酯基,3,6内醚醚桥即为硫酸酯基脱除C6与C3位羟基作用形成的。形成机理分成两步:首先,a连接的半乳毗喃糖基上含有的6位硫酸酯基团随温度升高，由4C1构象变为1C4构象,

使得C6-OSO3-半乳糖基与C3-OH处于轴向位置。强碱作用下,0-（1一4）-D半乳毗喃糖基上C3位的羟基被激发而离子化，产生O-。第二步是C6-OSO3-在O3离子攻击下发生亲核取代反应,导致同一个半乳糖基（DA）释放出C6硫酸酯基团，从而形成3,6-内醚醚桥键。3.卡拉胶质量标准A.精品（Refined,E407）指标项目GB15044-94FAO/WHO(2001)FCC(1996)JEFCA(2001)EU(2003)硫酸酯（以SO4计）15-4015-4015-4015-4015-40粘度(1.5%,75°C)mPa.s>10>5>5>5>5酸不溶灰分（%）<11111酸不溶物（%）<-2222水分（%）<1512121212灰分（%）<3015-4015-4015-4015-40铅（以Pb计，%）<0.001--0.00020.0005砷（以As计，%）<0.00020.00050.00050.00030.0003汞(ppm)<-1.01.01.01.0镉(ppm)<-2.02.01.01.0重金属（以Pb计，ppm）<----20.0细菌总数（cfu/g）<-5000500050005000霉菌和酵母菌（cfu/g）<----300沙门氏菌-阴性阴性不得检出不得检出/10g大肠杆菌E.Coli-阴性阴性不得检出不得检出/5g甲醇、乙醇和异丙醇，（%）<-0.10.10.10.1PH(1%)-8.0-11.08.0-11.08.0-11.0-水中溶解度（1g/30ml80C水）--澄清--4.卡拉胶的3大性能4.1卡拉胶的重要性质之一蛋白反应性4.1.1简介卡拉胶具有凝胶、增稠和蛋白反应性。目前应用最广的是K-型卡拉胶，又分为精品卡拉胶（RefinedCarrageenan）和半精制卡拉胶（Semi-refinedCarrageenan），下文所指卡拉胶都为k-型卡拉胶。4.1.2卡拉胶的蛋白反应机理在一级结构中，在分子结构图上可以看到整个卡拉胶分子呈现强阴离子性，它的半酯式硫酸盐基团（R—OSO3―）带有极强的负电荷（可以和硫酸离子HOSO3—相比较），该基团与蛋白质荷电基团，在pH不等于等电点的时候，分别同蛋白质的胺基或者通过2价阳离子同蛋白质的羧基产生离子一离子相互反应。在二级结构中，尽管某些蛋白质的大分子净带负电荷，但只要具有毗邻相接带正电荷的氨基酸残基的暴露区，直接的相互作用仍然可以发生。牛奶蛋白质中的K-酪蛋白就是按照这种机理和卡拉胶相互作用的。在三维空间结构中，溶液中的蛋白质聚集形成蛋白质胶束，卡拉胶游离在溶液中，和蛋白质胶束的裸露氨基酸片断产生离子反应，根据浓度和pH的不同，分别发生凝聚沉淀、悬浮和胶凝；而在肉制品固态中的蛋白质经过盐提取（腌制、滚揉）、热处理，蛋白质互相之间产生反应，形成蛋白质网状结构，卡拉胶能通过和蛋白质的互相作用加强这种结构。4.1.3实际应用卡拉胶在蛋白溶液中的反应配制1%脱脂乳粉溶液，添加卡拉胶，80C30分钟，静置24-48小时。现象如下表：编号卡拉胶用量静置后变化10ppm上部出现乳清分离25ppm上部出现乳清分离330ppm蛋白凝集沉淀在底部4150ppm溶液稳定5400ppm产生弱凝胶说明（见图3）。：编号1：经过加热，乳蛋白性质改变，悬浮平衡破坏，逐步发生凝聚。编号2：少量卡拉胶没有作用。编号3：卡拉胶含量大于10ppm，和蛋白发生离子作用，一个卡拉胶分子链可以吸附几个热凝聚的蛋白质分子形成较大的胶束，达到一定重量和体积后发生絮凝沉淀。实际应用是啤酒澄清剂，沉淀麦芽汁中的多余蛋白。编号4：卡拉胶含量大于100ppm，含量比较大的时候，由于卡拉胶分子链相对吸附的蛋白质分子减少，同时作为多羟基高分子多糖对溶液有增稠效果，局部产生的弱凝胶又增强了这种效果，因而此时的现象是吸附蛋白质分子后，使蛋白溶液悬浮稳定。实际应用是乳品饮料的稳定剂和冰淇淋乳化稳定剂，稳定增稠乳蛋白溶液。编号5：卡拉胶含量继续上升，大于300ppm后，卡拉胶密度增加，分子链互相靠近，形成双螺旋结构，产生弱凝胶，将蛋白包含在凝胶之内。其后如卡拉胶继续上升，凝胶将越来越坚实。实际应用是奶冻和布丁。对卡拉胶蛋白反应性的影响因素还有pH，温度，离子浓度等。4.2卡拉胶的重要性质之二凝胶性4.2.1卡拉胶凝胶机理探讨凝胶强度的影响要素K-卡拉胶的一个重要特性就是它们可以在低温下在水中和奶基食品体系中形成多种不同的凝胶。凝胶作用是K-卡拉胶的基本功能。K-卡拉胶浓度，温度，凝胶时间，pH值以及电解质种类及浓度对凝胶均有影响。1.1K-卡拉胶浓度对凝胶强度的影响在一定范围内凝胶强度随K-卡拉胶浓度的增大而线性的增大。这是因为浓度增大，K-卡拉胶分子数增多，分子间的交联增强。添加KCl的K-卡拉胶的凝胶强度在低浓度时比没有添加的大，到高浓度时渐趋一致，这是因为K+量一定，其产生的链结及削弱分子斥力的作用为一定，不随K-卡拉胶浓度增大而增大。当K-卡拉胶浓度较高时，K-卡拉胶浓度成为影响凝胶强度的主要因素。1.2温度对K-卡拉胶凝胶强度的影响温度上升，K-卡拉胶溶液地凝胶强度下降，但在温度升降过程中，其变化曲线不同，因为降温时凝胶中K-卡拉胶分子进一步形成双螺旋体，再进而形成立体网状结构，在此凝胶过程中放热；而升温时，胶溶的过程吸热。吸热和放热对凝胶强度的变化均产生滞后现象，降温和升温曲线斜率不同。例如，以20°C为基准，那么K-卡拉胶精品的凝胶强度每1C变化约2-3%。1.3凝胶时间对凝胶强度的影响实验结果证实，添加0.2%KCl的K-卡拉胶起凝胶强度比不添加KCl的高4.6倍。在凝胶形成的短时间内，凝胶强度随时间成正比地迅速增大，然后相对稳定，10多小时后又开始下降。凝固初期K-卡拉胶网络结构形成，凝胶强度迅速增大并达到稳定，以后释出游离水份，脱水收缩，强度下降。到后期，添加KCl地起凝胶强度下降较快，这与电解质加剧脱液收缩有关。1.4pH值对凝胶强度的影响pH<5.0时，卡拉胶的凝胶强度随pH的增大而增强；pH5.0〜8.5时，趋于平衡；pH8.0〜9.5时，强度下降；而当pH>9.5时，强度又回升。这是由于卡拉胶分子残基中存在交链扭结，使凝胶强度明显下降。适当浓度的OH一可在大分子中引入3,6-脱水氧桥结构，有助于消除扭结，使分子链伸直，形成双螺旋结构，从而使凝胶强度增强。即四-卡拉胶转换成了K-卡拉胶。1.5电解质对K-卡拉胶凝胶强度的影响据A.S.Micheel等人研究，电解质浓度增大，凝胶强度增大。阳离子种类对凝胶强度也有重要的作用°Ca2+,K+,NH4+,Rb+,Cs+可形成坚硬的凝胶，而Na+，Li+则形成脆弱凝胶。后两者不能有效的凝胶。综合上述，目前料卡拉胶的凝胶强度检测方法一般规定为：1.5%胶体浓度，0.2%kcL加热溶解（90-100C），10小时冷却静置，胶体温度20C检测。卡拉胶凝胶机理探讨关于卡拉胶形成凝胶的机理，Anderson（1969）用X射线衍射法和Rees（1969）用旋光色散法研究之后指出，凝胶的生成是因为生成了双螺旋体束。第一阶段，卡拉胶分散在热水中，当温度升高到凝胶融点以上时，热搅动能阻碍双螺旋体的形成趋势，卡拉胶分子形成不规则的卷曲状线图存在于溶液中。现象是溶液有良好的流动性，1.5%75C粘度在50-200mpas之间。第二阶段，当温度降到一定程度,其分子向螺旋化转化，形成单螺旋体，也有看法认为这步不存在，由一直接到三。第三阶段，随着冷却的进行，温度下降，先生成三维聚合物网状结构，在其中，于半乳糖的3-2和O-6之间以氢键纽成双螺旋体，生成聚合物链的结合点，初步具凝胶态。现象是溶液极粘稠，流动性变差，表面有结皮现象。第四阶段，继续冷却，温度再下降，导致这些结合点聚集，分子间形成双螺旋体，双螺旋体聚集形成硬的凝胶。由于形成的双螺旋结构，卡拉胶的凝胶具有热可逆性，即加热时溶化，冷却时候又形成凝胶。硫酸酯基团和3,6内醚键、特别是硫酸酯基团，对卡拉胶的理化性能影响非常大。卡拉胶的凝胶形成、凝胶性能、流变学性质及其应用特性都与这两者紧密相关。一般认为硫酸酯含量越高越难形成凝胶。p，v-卡拉胶通过碱作用脱除硫酸酯形成3,6内醚除去了扭结，同时是分子链伸直从而使高聚物更加规整，因而K-卡拉胶形成硬的脆性胶，有泌水性（胶体脱水收缩），i-卡拉胶中硫酸酯含量高于K-卡拉胶，形成弹性的软凝胶；入-卡拉胶在形成单螺旋体时，C2位上含有硫酸酯基团，妨碍双螺旋体的形成，因而入-卡拉胶只起增稠作用，不能形成凝胶。四，v-卡拉胶中a-（1一3）-D半乳毗喃糖基含有C6硫酸酯，在高分子长链中形成一个扭结，妨碍双螺旋体的形成，因此p和v-卡拉胶也不能形成凝胶。凝胶强度对于卡拉胶的应用相当重要，测量其强度大小可以判断卡拉胶性能好坏、纯度高低以及推断卡拉胶在食品加工过程中是否受到降解。强度值也作为卡拉胶在食品中(尤其是胶冻类食品)所提供的粘稠度、口感、包形性、脱膜性以及持水性等功能的直接或间接的评价及参考。此外，也有学者提出卡拉胶的凝胶结构为单螺旋结构，这里不再展开讨论。4.2.2卡拉胶和离子的作用电解质对卡拉胶粘度的影响在1.5g/100mL的卡拉胶溶液中添加不同种类的电解质进行实验，电解质的添加浓度由低到高，可以看见，电解质的添加均降低了卡拉胶溶液的粘度，并随着电解质的添加浓度的增大，卡拉胶溶液的粘度越来越低。这是因为电解质中和了半酯式硫酸根的负电荷，从而降低了半酯式硫酸根的相互作用力，这导致大分子的伸展性下降，并且电解质的存在可降低大分子的亲水性，使得形成的水化层变薄，从而表现出溶液粘度下降。电解质浓度越大，它降低溶液中的滞流水含量的能力越强，从而使得粘度逐步下降。电解质对卡拉胶凝胶强度的影响钾盐、铵盐、钙盐的添加可大幅度地提高卡拉胶的凝胶强度，钠盐对凝胶强度影响不大，只有高浓度的氯化钠和碳酸钠才对凝胶强度有一定的提高。第一.在钾离子溶液中，卡拉胶的两步凝胶化机理是卡拉胶分子从线团到螺旋(Coiltohelix),螺旋再聚集(Aggregation)形成三维网络结构的过程：首先，随着溶液温度的下降，k-卡拉胶大分子长链从线圈状转化为双螺旋结构，之后，随着温度的进一步降低，双螺旋结构变得不稳定并相互联结形成由二聚双螺旋结构组成的坚硬杆状物(rigidrod)，它们三三两两地平行排列，彼此间隙很少，形成超分子束(superstrands)，超分子束彼此缠结形成致密的超分子网络结构——典型的钾离子诱导形成的凝胶。第二.从结构上，卡拉胶分子链的聚阴离子的静电排斥作用不利于螺旋结构的生成。需要阳离子作为抗衡离子。第三.抗衡离子可屏蔽聚阴离子，是生成螺旋结构，并聚集生成凝胶网状结构的先决条件，且屏蔽作用随抗衡离子强度增大而增大显然，浓度相同时二价离子强度比一价离子大，能够更好的屏蔽电荷，因而Ca2+，Cu2+，Zn2+应该比Na+具有更强的促凝胶化作用。对于为什么K+，NH4+比二价离子有更强的促凝胶化能力的分析是，它们除了能屏蔽阴离子外，还能以离子结合和静电引力在卡拉胶分子中，3,6内醚的氧与邻近的4-硫酸基之间构成分子内桥，稳定螺旋构型，加速凝胶化进程，它们引发螺旋构型的速率是其他离子的10〜60倍。而在所有的钾盐中，氯化钾的效果最为明显。另外，电解质的盐析对凝胶强度的提高也起到一定的作用。铵离子对k-卡拉胶凝胶形成的诱导作用可相似地应用钾离子诱导机理进行解释。另一种说法是，水化离子的大小是决定钾离子和k-卡拉胶作用最强烈的重要因素，离子半径和钾离子相似的阳离子(NH4+，Rb+，Cs+，Tl+)也有类似的作用，而Na则不适合。因此，钙离子诱导形成凝胶的机理与钾离子和铵离子的机理不同，钙离子诱导形成良好的均一的网络结构，并不含有超分子束。这可能是钙离子与卡拉胶的半酯式硫酸盐基产生架桥作用，并降低k-卡拉胶大分子间的斥力，这有助于k-卡拉胶彼此间扭结、缠绕，形成具有网络结构的凝胶，并且，又由于钙离子的架桥作用和填充支撑作用，从而形成强度很大的凝胶。而在钠离子的诱导下，k-卡拉胶大分子同样可以产生超分子束。然而，在钠的存在下，这些超分子束的刚性远远不如钾离子诱导形成的超分子束，而且所形成的凝胶并不是钾离子诱导所形成的致密网状结构，而是形成一种柔软的超分子束均匀分布在其中的凝胶体中，这导致钠离子诱导形成的凝胶强度很低，而且，在较低浓度下，钠离子诱导有可能不形成凝胶。钙离子诱导i-卡拉胶形成凝胶的机理和k-卡拉胶相类似。但是由于i-卡拉胶在半乳毗喃糖基比k-卡拉胶多一个-OSO3-，使i-卡拉胶大分子链之间排斥力增加，很难形成超分子胶束，因而只能形成柔软的凝胶体，钾、铵、钠等离子离子诱导作用也较弱。这也就是k-卡拉胶为钾敏型，而i-卡拉胶为钙敏型的原因。入-卡拉胶添加任何离子都不凝胶。电解质对卡拉胶保水性的影响纯K-卡拉胶钾盐的凝胶是柔软而透明的，过量的钾离子能获得更坚硬而透明的凝胶。同时K-卡拉胶钾盐凝胶表面容易发生脱液收缩现象，这个现象可以清楚的表明凝胶的内部相邻的分子链间进一步聚集的结果，脱液收缩现象的程度取决于产生凝胶作用的阳离子浓度。I-卡拉胶能在钙离子的作用下形成非常柔软和透明而且不脱液收缩的凝胶，其原因就是I-卡拉胶大分子链之间存在排斥力，很难形成超分子胶束，因此凝胶形成后，内部相邻的分子链间不会再进一步聚集。电解质对卡拉胶凝胶温度的影响卡拉胶凝胶的溶化温度比胶凝温度要高，基本上随胶凝阳离子浓度的增加而增加。1%k-卡拉胶和0.2mol/l钾离子，凝胶温度约30C0.9mol/l，凝胶温度则大于60GK-卡拉胶和氯化钾的一些特殊现象由于氯化钾对K-卡拉胶有着强烈的凝胶促进作用。因此在实际应用中就产生几个很有趣的现象。盐析：大于0.5%的卡拉胶溶液和较浓的氯化钾溶液混合后，卡拉胶会迅速凝胶脱液，即遇盐析出。盐阻溶：卡拉胶粉末加入含氯化钾溶液（常温）中，不容易溶解，原因应该是粉末颗粒表面形成了凝胶保护层，阻止了卡拉胶进一步水合。分散：卡拉胶粉末掺入氯化钾粉末，能有效的促进卡拉胶粉末在水中的分散，不易结块。4.2.3卡拉胶与其他高分子物质的相互作用虽然K-卡拉胶有着优异的胶凝性能，如形成凝胶所需浓度低，透明度高，但却存在凝胶脆性大、弹性小、易脱液收缩等问题。这些问题可以通过与其他大分子物质的协同作用来解决。国内外学者对此已经做了大量研究。如AthinaTziboula*,DavidS.Horne的《牛奶蛋白质对卡拉胶凝胶的影响》，《谷蛋白的变性对卡拉胶凝胶的影响》，A.Tecante.JL.Doublier的《直链淀粉和k一卡拉胶相互作用的流变学测量》，赵谋明等的《卡拉胶与其他多糖类协同作用的研究进展》，《酪蛋白一卡拉胶体系交互作用机理的研究》，何东保等的《卡拉胶与槐豆胶协同相互作用及其凝胶化》等。但是由于多糖结构的多变和复杂性，到目前为止K-卡拉胶协同凝胶的凝胶生成机理仍不十分清楚。一般认为如果溶液中含有两种不同的聚合物，根据不同的性质，会形成三种不同的状态：非亲和性：形成两种聚合物相亲和性：两种聚合完全的混合并形成均一的单相聚合物交联：以固相凝聚形式共沉淀或形成凝胶就个人的感觉按此分类卡拉胶和多糖复配效果可以分为3个类型：有协同作用，没有作用，和有抵触（拮抗）作用，最后一种没有发现。有协同效果目前已知的能和k-卡拉胶起协同效果的胶体除了酪蛋白（干酪素）都是甘露聚糖，具体有刺槐豆胶，他拉胶，魔芋胶，和罗望子胶等，前2者为半乳甘露聚糖，后2者为葡甘露聚糖。协同的主要机理是甘露聚糖和卡拉胶的双螺旋结构交联，抑制双螺旋结构的产生。详细就是：在卡拉胶的冷却过程中，分子链经历了从蜷曲到双螺旋的构想转换过程，在与K结合后变得更稳定，然后发生竞争性反应，螺旋结构可自交联或与甘露聚糖分子链交联。因为甘露聚糖分子不带电荷，甘露聚糖与卡拉胶的交联要优于卡拉胶与卡拉胶的交联。交互作用会因电解质的存在及硫酸酯含量的增加而增强。交互反应的强度：葡甘露聚糖〉刺槐豆胶〉他拉胶>瓜胶。这与卡拉胶-水、甘露聚糖-水、卡拉胶-甘露聚糖反应的热动力平衡有关。在此，简单说明刺槐豆胶和K-卡拉胶的相互作用。刺槐豆胶是一种半乳甘露聚糖，以甘露糖残基为主链，平均每相隔四个毗连的甘露糖残基就键接一个半乳糖残基支链。但支链倾向于连接在一系列连续的甘露糖残基上形成“毛发阶段”，在“毛发阶段”之间留下未取代的由甘露糖残基组成的“光秃链断”。而在卡拉胶中，这种“光秃阶段”可与双螺旋结合，产生附加的交链以增强其凝胶强度。此外，“毛发链断”在这些链之间虽不能结合，但却为交链提供了柔韧性，产生柔软的凝胶。这种凝胶除了较强韧和较柔软之外，还不易发生脱液收缩现象。同时只要有刺槐豆胶存在，即使溶液稀释到能正常形成凝胶的最低浓度以下，而K-卡拉胶片断在任何浓度下也不能形成凝胶的时候，与刺槐豆胶混合后既能形成凝胶，比如Turquois等人发现单一的k-卡拉胶在凝胶的时候需要最低分子量为60000，当加入刺槐豆胶后，30000分子量的k-卡拉胶就能凝胶。Turquois发现在k-卡拉胶和刺槐豆胶体系中，刺槐豆胶炜35%-40%时候弹性系数和屈服应力达到最大。当k-卡拉胶的浓度固定为0.4%时，刺槐豆胶在0.8%-1.4%范围内弹性系数和屈服应力随刺槐豆胶的增加而增大，超过1.4%时，又略为降低。若刺槐豆胶浓度不变，改变卡拉胶含量，logE与log｛卡拉胶浓度｝的关系图出现了两条直线。卡拉胶浓度低时，直线的斜率约为1，卡拉胶浓度高时，斜率上升到2左右，与单一卡拉胶相似。当刺槐豆胶浓度增高时，两直线的交点向高卡拉胶浓度方向偏移。可见协同效果与刺槐豆胶中甘露糖/半乳糖的比率、kcl浓度及刺槐豆胶的浓度有关。至于更加详细协同作用的微观架构，分子结构、分子构象的影响不再展开讨论了。他拉胶也是一种半乳甘露聚糖，和k-卡拉胶混合后能形成凝胶，相对刺槐豆胶，他拉胶需要的浓度较高，凝胶相对较弱，增效机理和上述相似，不再展开了。值得提一下的另一种常用的半乳甘露聚糖胶一瓜儿豆胶，与k-卡拉胶不发生协同作用或很微弱，这是因为它的大分子链上每2个甘露糖残基就侧接一个半乳糖残基，支链太密，以致于不能提供所需要的结合位置，但相对瓜胶的粘度较高，胡芦巴胶与之类似。葡甘露聚糖在使卡拉胶在非凝胶浓度下形成凝胶的能力比刺槐豆胶更高，和K-卡拉胶能起很高协同作用的是魔芋胶，魔芋胶是一种葡甘露聚糖，在大分子链接上每19个糖残基就有一个乙酰基，相对刺槐豆胶来说，魔芋胶的裸露链段更长，能产生的协同效果比刺槐豆胶更强烈，因此K-卡拉胶和魔芋胶能形成韧性很高的凝胶，最适合的比例约为5.5：4.5，不过魔芋胶-卡拉胶体系容易发生脱液收缩现象。罗望子胶（纤维素主链上75%的葡萄糖残基上带有单糖或多糖分支）也可以使非凝胶的k-卡拉胶凝胶，不过相对凝胶很弱。而酪蛋白的协同作用应该反过来是k-卡拉胶对酪蛋白的补强作用，酪蛋白实际的使用量相对k-卡拉胶高很多，其作用机理为：卡拉胶和酪蛋白交互作用以静电作用为主，氢键和疏水作用则对交互作用贡献较小。凝胶网络越致密、均匀以及网络支架大小越均一，则体系的凝胶强度越高。体系的凝胶结构是以卡拉胶分之为主体而形成的三维空间网络结构，蛋白质分子吸附在网络的支架上，而不是以胶粒的形式存在于网络的链接区上，相分离和不溶物的存在会妨碍网络的形成并降低网络支架的刚性。参见前文“卡拉胶的蛋白反应性”，需要补充的是K-卡拉胶和K-酪蛋白同时在空间架构上相契合，有很好的补强作用。无协同效果林炜等人研究了卡拉胶与其他食品胶混合后的凝胶强度，认为从凝胶强度来看，K-卡拉胶与琼脂、黄原胶、瓜儿豆胶、P-环糊精、淀粉、CMC、海藻酸钠、果胶间无协同效果。4.3卡拉胶的重要性质之三增稠性相对前面叙述的蛋白反应性和凝胶性，卡拉胶的增稠性就比较弱，实际应用中也和蛋白反应性相混淆，因此是涉及实际应用最少的一个性质。卡拉胶的粘度一般在20-250mPas之间，可提供的粘度远低于其他增稠剂，比如魔芋胶粘度5000-50000mPas，黄原胶1000-3000mPas，瓜儿豆胶10000mPas。不过卡拉胶的溶液有一定的稠度，就是卡拉胶溶液呈现一种流动滞性的稠厚感。给予这种稠厚感的机理，笔者分析是，卡拉胶在溶液中分子链上的硫酸酯有强电负性，水合后产生氢键，产生粘度，而卡拉胶和卡拉胶之间部分链接交联，单螺旋化，从总体来看就是形成了一个不稳定的大网络，因此产生了一定的稠厚感，不稳定则是加热则网络破坏，稠厚感和粘度下降，冷却则卡拉胶螺旋化程度加剧，稠厚感和粘度上升，最终卡拉胶双螺旋化，产生凝胶。因此从某种意义上稠厚度也以可认为是卡拉胶形成弱凝胶引起的。在实际应用中，弱凝胶的卡拉胶增稠一般用于冰淇淋和乳饮料，结合卡拉胶-蛋白质体系产生的弱凝胶网络结构，加上钙盐等作用，可以赋予物料一定的稠度。在冰淇淋中，卡拉胶加上甘露聚糖，配合乳蛋白，形成弱凝胶网络，赋予冰淇淋保型性，抗热变性，防止浆液分离，抑制冰晶长大，提高冰淇淋的膨胀率和融化率。可可奶是卡拉胶使用最多的奶饮料，它需要卡拉胶-蛋白质体系形成的弱凝胶提供“托”住可可粉的稠度，同时卡拉胶形成的弱凝胶并不会破坏其他物质产生的口感。其他乳饮料用卡拉胶较少或不用。具体在相关应用中再详细展开下。值得一提的是入-卡拉胶在牛奶中的使用，它对钾离子和钙离子不敏感，硫酸酯的高含量使入-卡拉胶具有良好的蛋白反应性，在冷牛奶体系中，入-卡拉胶只要浓度够，还是能形成微弱凝胶，因此入-卡拉胶是一种在牛奶中应用的良好的添加剂，不过入-卡拉胶国内无人生产，价格很贵，实际用量很小。卡拉胶应用以及生产工艺5.1果冻果冻的分类果冻按口感等分类，可以分为种类复配果冻粉用量口感冻冻爽（吸吸冻）0.2-0.3%利用卡拉胶用量少的时候凝胶嫩，易碎，易出水，味觉释放快的效果，形成口感，同时能带有若干凝胶块提供少许咬劲布丁粉0.4-0.6%在果冻中加入蛋、奶、淀粉等，提供糯、碎、腻、细腻等口感。普通粉0.4-0.6%普通的果冻，口感从脆到稍韧，以水果味居多，包括需要过滤的果冻粉，混浊的果冻粉。高档果冻粉0.5-0.8%使用效果好于普通粉，一般有添加果肉、高钙，不需要过滤就能达到透明效果，口感从脆到韧都有。蒟蒻粉0.8-1.2%大量使用胶体，使果冻产生极好的咬劲，有Q的口感可冲式果冻粉按需要配制使用90。的水冲泡的果冻粉，果冻粉内配有香精、色素、糖、酸味剂等，口感一般较弱。还有一些特殊的果冻，例如，宠物果冻，多层果冻，入口即化的果冻等等。果冻工艺由于卡拉胶果冻粉的主要成分都是卡拉胶和魔芋胶体系的，因此果冻的生产工艺都相差不大。基本如下:将果冻粉和砂糖进行预混合。基本均匀后加入水中，并且加热搅拌至煮沸。停止加热，保温10分钟。过滤。冷却至75-80摄氏度。加入柠檬酸等。灌装。巴氏杀菌，75—85摄氏度20分钟。冷却后即为成品。不同种类的果冻需要有所修改，比如吸吸冻，可能需要在第二天摇碎。注意事项由于是卡拉胶一魔芋胶体系，后者的溶解度相对不好，因此要进行保温，保温时间不够，魔芋胶溶解不完全，则做出的果冻口感就不对，严重的会造成果冻很嫩不成形；但同时如果保温时间过长，卡拉胶又偏碱或者加入了柠檬酸钠之类的缓冲剂，魔芋胶就容易发生去乙酰化变性，产生'蛋花汤”的现象，果冻仍可能不成形。因此建议夏天煮沸后不需要保温，冬天煮沸后保温10分钟，春秋季节介于2者之间。加酸，由于卡拉胶不耐酸，加酸温度建议越低越好，一般在70-80。。果冻灌装之前或根据实际工艺条件，不然温度越高卡拉胶越容易被破坏，影响口感，同时建议柠檬酸溶于水后添加，避免造成局部过酸；调节ph一般不低于4,需要更加酸的口感，建议使用其他胶体辅助；同时巴氏杀菌也会影响口感，需要根据实际情况进行调节。过滤指在煮沸后，使用筛网过滤料液，其目的是去除无法溶解的魔芋胶颗粒，获得相对很透明的果冻，这样做可以得到某些高档果冻透明的效果。5.2软糖一.软糖的分类卡拉胶软糖按口感、外观分类如下:种类复配软糖粉用量口感，外观软糖粉0.8-1.2%可以制作透明的和不透明的软糖，口感不粘牙，有弹性，不透明的软糖一般添加淀粉类混浊剂，比如玉米糖。酸性软糖粉1.0-1.5%在制作软糖时候加入酸味剂，获得酸甜感的软糖，口感同上，口味较好。浇注软糖粉利用浇注机，浇注入模，一次成型，这种软糖直接熬制到适合水分，不经过烘干，口感更有嚼劲，并且表面光亮，十分透明。其他软糖使用的胶体还有明胶，琼脂，果胶，变性淀粉等，口感各不一样，各有特点。二.软糖工艺软糖操作工艺A、 配方水35kg软糖粉1.2kg糖浆60kg白糖40kgB、 操作工艺称出1.2kg的软糖粉和适量白砂糖混匀，然后加入35kg的水中进行溶胀，时间约半小时；在夹层锅或熬糖锅中加入60kg糖浆，再加入剩余的白砂糖，加热至90^左右时，加入已溶胀好的上述软糖粉，继续熬煮至沸，约105°C-107°C时，视糖液的拉丝状态，可停止加热；按需要加入香精、色素，并注入模具；4姬模；5.置于60C左右的烘房烘36-48小时；成品包装。酸性软糖操作工艺A、 配方水35kg酸性软糖粉1.4kg糖浆60kg白糖40kg柠檬酸0.5kgB、 操作工艺称出1.4kg的软糖粉和适量白砂糖混匀，然后加入35kg的水中进行溶胀，时间约半小时；在夹层锅或熬糖锅中加入60kg糖浆，再加入剩余的白砂糖，加热至90^左右时，加入已溶胀好的上述软糖粉，继续熬煮至沸，约105°C-107°C时，视糖液的拉丝状态，可停止加热；用尽可能少的水溶解0.5kg柠檬酸，在停止加热后，稍冷时，加入糖液中拌匀；按需要加入香精、色素，并注入模具；5姬模；置于60C左右的烘房烘36-48小时；成品包装。浇注糖工艺也相类似，不过在熬糖时一般用真空夹层，直接熬到水分20%左右，调色香味等后，直接加压注入模具，之后不需烘干，直接可以包装，缺点是一次性投入设备成本很高。注意事项卡拉胶为主的软糖粉在高糖浓度下不易溶解，所以建议先水溶，不然容易产生沙眼，一粒一粒的小胶粒。注意还原糖含量，太低，储存时间长容易返砂；太高，在熬糖时候容易注模不成形，拉丝。软糖拉丝不成形的可能原因可能原因解决方法熬煮时间过长时间过长，胶体被破坏的比例越大。一般到107度就可以结束，浇注糖除外。水分过少开始加入的水分少，胶体无法充分溶解。建议先用水事先溶胀胶体（不是绝对必要）。加入水分不要太少，建议30%左右。熬煮结束时水分少，胶体没有充分的水分形成凝胶。这个不太常见。糖浆偏酸造成整体环境偏酸高温下酸性很容易破坏胶体（果胶例外），造成胶体量不够，无法形成凝胶。最后出锅时加酸。酸用水溶解加入，加入迅速搅拌。加入柠檬酸钠（钾），控制糖浆ph，不是酸糖的话，可以多加些，0.1-0.4%；酸糖0.08-0.2%胶体用量少不太常见，一般胶体用量少，产生偏嫩的口感。烘干温度高或时间太长一般偏软，烘过头会有拉丝出现。4.可以在熬胶结束后加入花色物料，比如胡萝卜酱之类的，不过要计算好软糖粉的比例。5.3肉制品肉类科学保水性是指肉在加工过程中，肉的本身水分及添加到肉中的水分的保持能力。保水性的实质是肉的蛋白质形成网状结构，单位空间以物理状态所捕获的水分量的反映。捕获水量越多，保水性越大。因此，蛋白质的结构不同，必然影响肉的保水性变化。提高肉的保水性能，在肉制品生产中有重要意义，通常采取以下四种方法：1） 加盐腌制2） 提高肉的pH至接近中性（复合磷酸盐）3） 用机械方法提取可溶性蛋白（斩拌、滚揉、注射）4） 添加大豆蛋白（卡拉胶）嫩度是指肉入口咀嚼时组织状态所感觉的印象，包括三方面的感觉。第一是肉入口开始咀嚼时是否容易咬开，第二是是否容易被嚼碎，第三是咀嚼后留在口中的残渣量。汁液性肌肉中70%是水，其中大部分呈比较容易游离的状态，所以将烹调过的肉放入口中咀嚼时，这些水分就和肉中的可溶性蛋白、呈味物质一起流出，使人感到鲜美的风味，这种性质称作汁液性和多汁性。保水性肉中存在的约70%的水分中，和肌肉紧密结合的结合水占4〜5%左右，剩下的水由亲合水和游离水构成，亲合水是通过一种水合作用稳定存在于肌球蛋白、肌动蛋白、肌动球蛋白的网状组织间的水，游离水则是以极为自由的状态存在于肌纤维间的水。其中特别重要的是亲合水，亲合水的多少因蛋白的结构变化和电荷状态的变化而异，因肉的种类、状态不同而异。保持肉的这种亲合水的能力称作保水力或保水性。粘结性是指切碎、混合后的肉，在加热时形成具有弹性的凝集块的性质。实验表明，影响肉及肉制品粘结性和保水性的因素是肌肉构造蛋白质中的肌动蛋白部分。盐腌的原理1） 食盐通过食盐的腌渍，可提高肉制品的保水性和粘连性，肉蛋白质中包括水溶性蛋白质、盐溶性蛋白质以及不溶性基质蛋白，肌球蛋白属于盐溶性蛋白质，盐腌就是通过添加食盐，达到将盐溶性蛋白质成分在溶解状态下提取到细胞外的目的。2） 磷酸盐类添加磷酸盐后由于缓冲作用，pH上升，此外还有金属封锁作用、离子强度增加等作用，聚磷酸盐的构造与肌肉中ATP末端的焦磷酸键类似，在无离子和离子强度较低时，可直接与肌球蛋白结合，提高蛋白溶解性。其二，肌动凝球球蛋白在ATP作用下变为肌动蛋白和肌球蛋白，焦磷酸具有与ATP相同的作用效果。附：蛋白质分类蛋白位置肌原纤维肌凝蛋白肌动蛋白肌原蛋白肌浆蛋白肌溶蛋白肌红蛋白基质蛋白胶原蛋白弹性硬蛋白1 网状硬蛋白卡拉胶在肉制品中的作用机理辅助蛋白质凝胶蛋白质是影响肉制品得率、口感、品质的最重要的因素，由于卡拉胶的蛋白反应性，与蛋白质分子长链相作用，能增强蛋白质的网络凝胶强度，其作用类似添加蛋白。与离子作用卡拉胶的负离子性，通过氢键或金属离子，与极性水分子作用，能增加蛋白质网络的保水性。与脂肪作用卡拉胶的脂肪反应性不强，需辅以其他的保水包油型胶体，就能有效地增强肉制品品质，因此不同的产品及生产工艺要求不同（参见下文），就需不同的配方。卡拉胶和肉制品注射滚揉的目的是磷酸盐、盐和卡拉胶等充分和肉纤维中蛋白的接触，提取盐溶肉蛋白，使肉纤维膨胀。使用的卡拉胶一般是经过预煮胶的精品，它在冷水中溶胀，能和释出的盐溶肉蛋白相互作用，也能渗透入肉纤维内。主要产品是火腿、方腿、培根等。斩拌的目的是通过机械切碎和搅拌，使水、物料和打碎的肉纤维、蛋白、脂肪充分混合、乳化。使用的卡拉胶一般是半精制品，并配以高粘度有乳化效果的辅料，提高斩拌料的粘度和保水性、乳化性。主要产品是灌肠，三文治等。等加热处理后，肉蛋白受热变性凝固形成网络结构，卡拉胶的半酯式硫酸盐基团端和肉蛋白作用，多羟基端和水作用，彼此还发生凝胶作用，能有效的提高蛋白的网络结构强度，牢固的将水分锁定在网络中，增加保水性和粘结性。一•肉的加工方法盐腌湿腌法将肉浸泡在盐腌液中的方法，盐腌液中主要成分是食盐、复合磷酸盐、亚硝酸盐、抗坏血酸盐、糖类或者还有水溶性香辛料，在温度3〜5°C下，腌制2~5天。干腌法是将盐腌剂擦在肉的表面，通过肉的水分将其溶解、渗透的方法，腌制剂由食盐、复合磷酸盐、亚硝酸盐、糖类等组成。注射法盐腌主要通过渗透、扩散进行，盐腌剂的渗透度受盐水浓度及温度的影响，把腌制液注射入大块肉中可使肉的深部达到彻底腌制的作用，分为血管注射法与肌肉注射法。滚揉法滚揉原理是通过滚揉机将大肉块间歇的进行搅拌，从而起到促进盐腌液的渗透和盐溶性蛋白质的提取以及肉块表面组织的破坏作用，以缩短腌制期，提高粘性。绞肉指用绞肉机将肉及脂肪切碎，主要作用是在某种程度上将肉的各个部位或各种材料切碎后再混合，可以使其配合均匀，在绞肉期间要特别注意温度，一旦温度上升，会对肉的粘结性产生不利影响。斩拌作用与绞肉相类似，主要作用是在更强的程度上将肉的各个部位或各种材料切碎后再混合，斩拌的好坏将直接影响产品的质量，也需要特别注意温度。搅拌：是指使原料混合均匀，同时抽提肉馅中的空气，，一般搅拌5~10分钟，速度适中。5.填充、结扎即灌肠、制取肠类及压缩火腿，把原料肉填充到肠衣里，再用线绳及铅线进行结扎，有时也用模具成型，结扎是要注意膨胀，必须留出肠衣的余量。天然肠衣更要注意。6.蒸煮肉制品蒸煮加热的目的有四项：使肉粘连、凝固，产生与生肉不同的硬度、齿感、弹力等物理性变化。使制品产生特有的香味、风味。稳定肉色。消灭细菌、微生物与寄生虫，提高制品保存性。加热方法有蒸汽加热或用热水加热，加热程度分为：a-中心温度达到75莒后，继续加热30分钟，或在外部为85〜90C1.5〜2小时。针对结核菌，又称为低温制品。b.在外部为121C2小时，针对肉毒梭状芽抱杆菌，又称为高温制品。7.熏制以前使用木炭、糖类等进行烟熏烘烤，现在有些直接使用烟熏剂，赋予产品特殊的风味和口感，杀除细菌，抗氧化，增加储存期。二.实验方法（下列配比仅做参考和实验室使用的）斩拌a.肉配方/g精肉：850脂肪：300复合磷酸盐：7.5食盐：22胶体：7.5淀粉：75大豆蛋白：20葡萄糖：2维生素C：0.5香辛料：1味精：2水：230合计：1500流程腌制：24~48小时，10。。以下，同时将水溶性物质及盐类加入。制冰：预先制取冰屑备用。斩拌：温度不得高于14C依次加入香辛料（胶体预先混入）、大豆蛋白、淀粉等，冰屑分批加入，至物料均匀时结束。搅拌排气装罐：需在罐壁上上油。烧煮：沸水浴中2小时，取出后水冷。产品特点一般是肠类产品，如火腿肠、红肠、熏肠、热狗肠、维也纳小香肠、午餐肉等等，需高粘接性，包油型胶体。滚揉肉配方/g精肉：1000复合磷酸盐：7.5食盐：22胶体：7.5葡萄糖：10维生素C：0.5香辛料：1味精：2水：450合计：1500b.流程腌制：24~48小时，10。。以下，同时将水溶性物质及盐类加入。滚揉：在0〜4。。下，将其他物料加入，间歇式搅拌8~24小时，以充分提取盐溶性蛋白，融入物料。搅拌排气装罐：需在罐壁上上油。烧煮：沸水浴中2小时，取出后水冷。产品特点其产品有西式方腿、三文治等，需较高渗透性胶体。注射肉配方/g同滚揉（由于需用注射机，实验室内无法进行，但其主要原理与滚揉相似，只是肉块更大，且在注射后仍需进行滚揉，因此用滚揉的方法进行试验。）b.流程同滚揉产品特点：其产品有火腿、圆腿、熏腿、培根等，需用高渗透性胶体。5.4冰淇淋.冰淇淋的分类总的来说，冰淇淋乳化稳定剂一般可以分成三个部分，其一，少量的卡拉胶和乳蛋白质即可形成弱凝胶网络，赋予冰淇淋一定架构，也可以添加甘露聚糖提高架构强度，不过不可太多，否则老化后会形成过厚实的凝胶；其二，使用黄原胶，瓜儿豆胶，CMC，明胶等提供冰淇淋料液的粘厚度和稳定性；其三，使用单甘酯，蔗糖酯，吐温等乳化剂使水油混合，三个部分一起配合赋予冰淇淋保型性，抗热变性，防止浆液分离，抑制冰晶长大，提高冰淇淋的膨胀率和融化率。不同类型的冰淇淋需要不同的冰稳，比如雪贝特脂肪含量低，就可以不使用乳化剂；而高级冰淇淋含有大量的乳品，其中的大量乳蛋白，也能起到乳化剂的作用，这就需要具体根据生产工艺配方产品的不同来调整。种类冰淇淋乳化稳定剂用量口感雪贝特（沙比特）1区而要不含脂肪或含脂肪很低或用脂肪替代物如微晶纤维素等，含固量低，口感爽口，脂肪含量越低，口感越近似冰霜。多为水果口味产品。需要的冰稳多为高粘度高凝胶的。低含固量冰淇淋0.4-0.6%固含量小于28%，成本较低，口感相对不是太好。一般产品为冰砖类，有时添加较多淀粉类填充，提高固含量。需要冰稳粘度适中，能提供较好的架构。普通冰淇淋0.4-0.6%固含量28-32%，膨胀率80-100%，口感一般。一般切割线，高拉花产品都是这类。需要冰稳粘度较高，有良好的架构作用。高级冰淇淋少量或者不用固含量32-36%，或者更高，口感细腻滑爽，奶味很足，有时使用高档油脂。该类产品不太需要冰稳，或者需要少量冰稳以改善品质。冰淇淋常用工艺各种冰淇淋工艺大同小异，就提供一个了普通冰淇淋配方/kg脂肪8kg奶粉12kg糖10kg香精 若干色素 若干冰稳120g简单工艺流程配料加热溶解，杀菌冷却老化凝冻注模包装硬化注意事项可以添加少量淀粉填充，数量多了就有粉质感，口感不佳。卡拉胶用量较少，多用会在老化后凝冻。5.5啤酒前言啤酒的酿造和销售进入发达的商品经济时期后，每个啤酒品牌的市场范围扩大，运输距离延长，品牌之间的竞争越来越激烈和残酷。同时，酿造师和科研人员倾注了极大的精力，使得啤酒酿造，从原材料到整个酿造工艺过程及相关设备都以前所未有的速度，在科学的深度和广度上不断攀升到新的水平。而啤酒外观的清亮、透明、有光泽，成为消费者的首选要求，从而引起啤酒行业的格外重视，因此半个世纪前啤酒行业就开始投入巨大的财力、人力、物力，解决啤酒的非生物稳定性问题。在众多的问题中，麦汁含有蛋白质和多酚是啤酒冷却后雾状混浊出现的主要原因，而由于卡拉胶与蛋白质能产生特殊作用，除去有害物质，从而使其进入了酿酒师们的视野。作用原理及效果冷凝固蛋白的危害：啤酒生产过程的前段是用麦芽及大米等淀粉质辅料制取麦芽汁，麦芽汁中存在相当含量的蛋白质、类酯、葡聚糖等胶体物质，因此麦汁经过煮沸冷却除去部分热凝固蛋白后，仍会有一些冷凝固蛋白无法去除，造成麦汁雾状混浊，蛋白会包裹住酵母，不利于酵母的成长，并在生产的后阶段造成过滤困难，后酵及过滤损耗居高不下，甚至最终影响成品的稳定性。卡拉胶带有的强阴离子基团——硫酸酯，能直接或通过金属离子'架桥”与带正电荷的蛋白质、类酯、葡聚糖结合，由于卡拉胶的长链结构物质特性，不断结合和扩大，形成絮状物，在重力作用下，很快就沉淀出来，从而使麦芽汁达到澄清的目的。下表为不同生产批号，相同的糖化工艺、原料，使用卡拉胶和不用卡拉胶的发酵液经相同处理后在600nm下测试透光率的数据：批号（不加卡拉胶）透光率％批号（加用卡拉胶）透光率％1#73.52#95.43#70.84#96.75#77.46#94.87#76.68#97.8 9#69.510#93.9 11#73.212#96.2由于使用卡拉胶后蛋白等杂质紧密沉淀，能降低啤酒过滤损耗的0.2-0.3%，仅此一项就可抵消卡拉胶的使用费。然而目前不少工厂因旺季啤酒销售周转快，并不担心货价期，为了成本考虑，就不使用卡拉胶，只在淡季才重视使用卡拉胶。但是使用卡拉胶后，麦汁和发酵液澄清良好，有利过滤和发酵，且并不提高成本，因此建议在旺季仍然使用卡拉胶。综合近几年我国啤酒行业使用卡拉胶的经验，在原料、工艺一致的条件，可以对空白样品和使用卡拉胶的样品在以下几方面进行测定，了解使用卡拉胶的效果。测定麦汁的浊度、透光率、总氮含量、热凝固氮含量、冷凝固氮含量（所有试验要求：将麦汁在4。静置18小时后测定，建议：在0。。下，静置过夜后取样测定），发酵液同样条件过滤测定浊度。测过滤酒损，测定过滤硅藻土单位耗用量（公斤/吨），成品保质期预期测定等。四、用量与使用方法在使用量方面，各厂家根据自己的原料情况，麦芽和辅料的比例，麦汁的浓度，工艺的特点，摸索合理有效的用量，一般都在15-25ppm之间。摘录下表供参考。试验序号卡拉胶用量（ppm）麦汁透光率（%）热凝固物高度（mm）点凝固物高度（mm）1072.45 || 621090.312| 2031593.015 |2442094.520 || 2652597.122 || 2863096.925 || 3073595.42530从透光率指标可以了解麦汁的澄清情况，选量为20-25ppm比较合理。不同剂型的使用方法：卡拉胶作为麦汁澄清剂，分为颗粒（又可分为10-20目大颗粒和40-60目小颗粒两种）、粉剂和片剂。颗粒：目前市场上使用最普遍的是颗粒，只需在煮沸结束之前20-30分钟直接加入煮沸锅中（最好慢速散入），也可加入旋涡沉淀槽中。颗粒纯度高，不会结团，不会粘壁，使用方便，得到大多数啤酒企业的认同。但有时会因为添加时间太晚，溶解不充分，引起沉淀效果不理想。建议在投料前用7-10倍的冷水浸涨充分（约需1-3小时），此方法十分有利于颗粒的溶解。片剂：也是在煮沸结束之前20-30分钟直接加入煮沸锅中就行，使用方便，溶解充分。但是因为片剂在加工成片的过程中（即粉剂加粘结剂、产气的NaHCO3、柠檬酸等压制干燥而成）引入了另外一些物质，因此片剂中有效成分的含量相应降低，所需的添加量增加较多，所以除了一些开始就用片剂的啤酒企业外，现在用的企业不多。粉剂：因为直接投入煮沸锅容易被排汽管抽走造成损失，而且容易粘在锅壁上产生'胶皮”，即影响使用效果又不易清理，所以使用时预先用15倍以上的冷水充分分散。操作要点：①确保没有粉团存在。②可以现调现用，没必要花时间溶涨，因为只要充分分散，无粉团，粉剂不存在溶解不充分的问题。③如果调的时间较长或静置过，在投入煮沸锅之前必须充分搅起沉底的粉剂，以防在煮沸锅中结块（所以分散的水越多越好）。粉剂只要使用得当，效果是最好的。但因为操作复杂，所以使用的企业也不是很多。从以上分析中可以看出，介于大颗粒和粉剂之间的小颗粒，因综合了粉剂和颗粒的优点，排除了粉剂和颗粒的缺点，正被越来越多的企业所接爱。结论卡拉胶是一种有效的麦汁澄清剂，它能迅速沉淀蛋白，使麦汁获得良好的清亮外观，有利于酵母生长，并有利过滤，降低过滤损耗，提高麦汁得率，改善啤酒的生物稳定性，延长啤酒的保质期。卡拉胶用于啤酒工业，是从使用高价的进口产品开始的，随后于二十世纪末开始国产卡拉胶进入我国啤酒生产企业获得成功，降低了卡拉胶的使用成本。希望卡拉胶生产企业和销售商不仅在价格上竞争，更应该把质量放在竞争的首位，为啤酒工业服务。5.6乳饮料一） 奶类，酸奶和乳饮料乳饮料有很多种，具体可以分为调配型酸奶，豆奶，花生奶，还原奶，乳酸菌饮料，调配凝固型酸奶，凝固型发酵酸奶，增稠牛奶等等，还有其他一些蛋白饮料，但实际卡拉胶在其中使用较少，情况也很复杂，如果详细写一是超出本讲座范围，二是这方面主要由我一个同事在做，在本文主要把相关基础配方工艺流程及操作要点罗列下。二） 相关工艺A调配型酸性含乳饮料基础配方、工艺流程及操作要点一、 概况：调配型酸性含乳饮料是指用乳酸，柠檬酸或果汁将牛乳PH调整到酪蛋白等电点以下（PH4.6）制成的一种乳饮料，国家标准规定该类饮料的蛋白质含量21%。二、 基础配方（以蛋白质含量1为例）：全脂奶粉：4% 白砂糖：6%甜蜜素：0.8%o 稳定剂：4%o柠檬酸：3.2% 柠檬酸钠：1%。苹果酸：1%o 果味香精（复合）：0.5%复合色素：适量 加水至：100%三、 工艺流程全脂乳粉一溶解稳定剂、白砂糖等一溶解-2者混合一巴氏杀菌一冷却（20°C）一酸化一高温杀菌及均质一无菌灌装四、 操作要求1、 用适量的40〜50。0温水将奶粉、甜蜜素完全溶解。2、 将白砂糖、稳定剂干混合均匀，用80C以上的适量热水充分溶解，并降温至40〜50C。3、 将复合酸味剂配制成20%的溶液。4、 将乳液、糖液进行混合并升温至80C进行10min巴氏杀菌，然后冷却至20C以下。5、 在快速搅拌的情况下将酸液均匀缓慢地喷洒入乳中，测定其PH应在4.0左右。6、 将酸化好的牛奶定容、调香、调色然后升温至60C，进行均质，条件为22Mpa。7、 将均质好的牛奶进行杀菌处理，条件95C/30S，无菌包装的应采用105〜115C/15〜30s，对包装于塑料瓶中的产品，应先灌装后杀菌，公式：95〜98C/20〜30min。五、 质量标准：1、 感官指标：色泽：色泽整体一致，无杂质。组织状态：无乳清析出，无沉淀物，无分层现象，呈均一流体。口感：酸甜适度，入口细腻，滑爽厚实，无糊口感。气味：具有果味特有的香味和奶味，无异味。2、 理化指标：蛋白质习％，脂肪＞1%，总固形物为＞10%。B豆奶基础配方、工艺流程及操作要求一、基础配方（以全脂奶粉为例）：

大豆：13%蛋白质：大豆：13%蛋白质：0.8%o香素：0.02%加水至：100%二、工艺流程：稳定剂：2%乙基麦芽酚：0.002%豆奶香精：0.5%。大豆一脱皮一酶钝化一磨碎一分离一调制一杀菌脱臭一均质一冷却一包装一成品操作步骤及其要点：1、 大豆脱皮由大豆脱皮机和辅助脱皮机完成，一般可除去豆皮和胚芽，脱皮率＞90%，损失率控制在15%以内。2、 酶钝化，向灭酶器中加入蒸汽，由螺旋带输送40s完成灭酶。3、 制浆：用8倍重量的80°C热水与大豆直接进入磨浆机中（用少量0.5%NaHCO3的溶液混入水中，可增进磨碎效果），然后豆糊再进入超微磨中后过150目筛网，用离心机再分离浆渣得到豆奶原浆，泵入调配缸中。4、 调配：将稳定剂、白砂糖、蛋白糖等固体小料干混后加70C水溶解完全，经均质机初处理后泵入调配缸中与豆奶原浆混合定容，加入香味料，混匀。5、 杀菌与脱臭：将调制后的豆奶连续泵入杀菌脱臭装置中，经蒸汽瞬间加热到130C并保温20s，再喷入真空罐中，罐内真空度26.7Kpa，使豆奶温度降至80C左右。6、 均质：均质两次，均质条件分别为15Mpa，5Mpa。7、 冷却：均质后经片式冷却器冷却到10C以下，送入贮罐中暂存，于较低温度下进行无菌包装。三、 理化指标：感官指标色泽：呈均匀一致的乳白色，无杂质。气味：具有豆奶特有的香味，无豆腥味，无其它异味。组织状态：无分层、无沉淀。口感：细腻，厚实饱满。四、 主要理化指标蛋白质：3.0%脂肪：2.5%固形物：＞15%C花生奶基础配方生产工艺及操作要求一、 基础配方（以全脂奶粉1%为例）：花生仁：5% 白砂糖：5%甜蜜素：0.8%稳定剂：0.4%乙基麦芽酚：0.015%花生香精：0.8%。加水至：100%二、 工艺流程：花生仁一筛选一烘烤冷却一脱红衣一称量一浸泡一漂洗一磨浆除渣一花生浆一调配（稳定剂、白砂糖等）一定容-调香一均质一灭菌一灌装一冷却操作步骤及其要点：1、 选料：花生仁应选用新鲜饱满、颗粒白净一致，认真挑选，剔除霉粒、杂质等。2、 脱红衣：采用烘烤法，即将花生仁送入烘箱中摊匀，烘烤条件为110C/10〜15min，完毕后进行冷却搓衣，如有去皮机则送入去皮机中进行去皮。3、 浸泡：花生仁：水=1：2，水中应加入0.5%NaHCO3。夏天浸泡6h，冬天浸泡12h以上，浸泡水温应控制在15〜20C，浸泡程度以花生仁色泽变暗为度。4、 磨浆：使用70C以上的热水（约6〜7倍）与花生仁进行磨浆，然后使用120目滤网进行浆渣分离，为提高提取率可用浆将渣进行二次磨浆。5、 调配：将白砂糖、稳定剂等干粉物预先混合充分，用剩下的计量水（水温80r以上）进行溶解，然后将所有料液进行总混（混合时两种料液的液温相差不超过5°C）,定容，调香。6、 均质：将混合液升温至70C左右进行均质，条件为25〜30Mpa。7、 灭菌：根据销售途径和包装形式的不同采用不同的灭菌方式，一般采用121C/20min保持灭菌法，或采用UHT法。8、 灌装，可用玻璃瓶、利乐包、纸质材料等。三、 操作要点：1、 烘烤时应随时观察温度和时间，烘烤程度应是花生仁稍冷却即可脱皮为度，不能烤到花生出油。2、 浸泡程度以花生仁外表色泽稍变暗为度，夏天气温较高，时间可相应缩短，冬天气温较低，时间可相应延长。3、 磨浆用水为配方中的计量水，也有将花生浆单独作为配方，其比例一般为1：10。四、 质量指标：1、 感官指标：组织呈均匀一致的流体，无脂肪析出，无分层，无沉淀，整体呈乳白色，具有花生特有的香味，无杂味。2、 理化指标：蛋白质：〉1.6%脂肪：＞1.6%总固形物：＞9%D还原奶基础配方生产工艺及操作要求一、 概述：工业生产还原奶有两种途径1、 选用脱脂奶粉与水混合并加入适当的无水黄油加工而成。优点：无水黄油和脱脂奶粉比较容易保存，长途运输，可灵活调整配方。缺点：多种原料需要储存，脂肪要熔化，要使用乳化剂。2、 选用全脂奶粉与水混合加入适当的稳定剂加工而成。优点：使用方便，含磷脂，不需熔化设备，库存原料简单。缺点：产品可调性小，全脂奶粉易变质。二、 基础配方（以全脂奶粉为例）：全脂奶粉：11.5%稳定剂：0.2%鲜牛奶香精：0.5%o 牛奶香精：0.5%o加水至：100%三、 工艺流程：稳定剂—溶解I原料一混合一均质一灭菌或灭菌处理一包装T香精四、 操作步骤及其要点：1、 将全脂奶粉用水溶解完全（水粉混合器），水温要求40〜50C，然后泵入混合缸中静置水合2h以上，料温控制在30〜40C。2、 将稳定剂用80C以上的水进行充分搅拌直至完全溶解，然后冷却至40C左右，泵入混合缸中，并加入香精，进行搅拌混合均匀。3、 由于在混合中可能混入空气，因此将混合好的奶液经热交换器升温60C左右，用真空脱气机进行