【食品生产加工技术】卡拉胶在食品工业中的应用

【食品生产加工技术】卡拉胶在食品工业中的应用

食用胶是目前世界上广泛使用的食品添加剂，尤其是在食品工业相对发达的国家，食品中的大部分都使用了食用胶，卡拉胶作为食用胶中重要的一种，具有很多优良的性质，在食品加工中发挥着越来越重要的作用。一、卡拉胶的性质与作用1、卡拉胶的性质1）物理化学性质卡拉胶又名角叉菜胶、鹿角藻胶，是从红藻中提取的一种高分子亲水性多糖。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℃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。2）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。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。溶液粘度随浓度增大而呈指数规律增加，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-卡拉胶和。L-卡拉胶达到它们的凝胶点时粘度会突然增大；而λ-卡拉胶却不会这样。恒温加热时问对卡拉胶溶液粘度也有影响。75℃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℃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。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，氢离子增加，促进卡拉胶分子解离并中和其电性，削弱了半酯化硫酸根之间的静电引力。碱性增强，氢氧根离子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。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、卡拉胶的在食品工业中的作用卡拉胶应用在食品工业中的作用主要表现在具有凝胶、增稠和蛋白反应性三个方面。1）卡拉胶的与蛋白反应作用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。因此在蛋白质溶液中卡拉胶可以吸附蛋白质分子后，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。2）卡拉胶的凝胶作用①影响卡拉胶凝胶强度的因素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。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。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KCI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，以后释出游离水分，脱水收缩，强度下降。到后期，添加KCI地起凝胶强度下降较快，这与电解质加剧脱液收缩有关。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。适当浓度的氢氧根离子可在大分子中引入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。据有关研究，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。钙离子、钾离子、铵离子可形成坚硬的凝胶，而Na+，Li+则形成脆弱凝胶。3）卡拉胶的增稠作用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。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，结合卡拉胶一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，它需要卡拉胶一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。二、卡拉胶在果冻生产中的应用1、卡拉胶在果冻生产中的作用卡拉胶作为一种很好的凝固剂，可取代通常的琼脂、明胶及果胶等。用琼脂做成的果冻弹性不够，价格较高；用明胶做水果冻的缺点是凝固和融化点低，制备和贮存都得低温冷藏；用果胶的缺点是需要加高溶度的糖和适当的pH才能凝固。卡拉胶没有这些缺点，以卡拉胶制成的水果冻富有弹性且没有离水性，卡拉胶因具有独特的凝胶特性而成为果冻常用的凝胶剂。2、卡拉胶在果冻中应用时的注意事项1）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10min，春秋季节介于2者之间。2）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。3）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。三、卡拉胶在软糖生产中的应用1、卡拉胶在软糖中的作用用卡拉胶做透明水果软糖在我国早有生产，它水果香味浓，甜度适中，爽口不粘牙，而且其透明度比琼脂更好，价格较琼脂低，加到一般的硬糖和软糖中能使产品口感滑爽，更富弹性，粘性小，稳定性增高。2、注意事项1）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。2）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。3）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。四、卡拉胶在肉制品生产中的应用1、卡拉胶在肉制品生产中的作用卡拉胶用于禽肉制品可提高并能给保持水分，风味、质构、切割性、冷冻融化及稳定性带来益处。如卡拉胶用于火腿及火腿肠就能起到凝胶、乳化、保水、增强弹性的作用，尤其是提供适当的保水性，即使是制造高出品率的产品时，它也能有良好的持水性，并且由于它能够与蛋白质络合，就能提供相当好的组织结构，使产品具有细腻、切片良好、口感好，弹性好、韧脆适中，嫩滑爽口等性能，从而提高了产品质量，降低了成本，是制作火腿必需的食品添加剂。另外，因为卡拉胶在冷盐中分散且不会使盐水粘度上升，因此在禽肉给水处理中不会带来不便。K-型和L-型卡拉胶或K-卡拉胶与槐豆胶复配使用会使肉汤凝胶，而且调味料也悬浮在肉汤中清晰可见，并能保持罐头中鱼的风味。K-卡拉胶、槐豆胶与KCI溶液在冷冻鱼表面形成被膜，它保护鱼肉不被破坏，在加工过程中保持完整不被机械损坏。在火腿生产中，K-卡拉胶和游离水结合并且与蛋白质作用，保证水分含量以及可溶蛋白含量。2、卡拉胶在肉制品中的应用卡拉胶在火腿中的用量一般为0.75％，再经过注射、滚揉等工艺的控制，可以得到良好的效果。五、卡拉胶在冰淇淋生产中的应用1、卡拉胶在冰淇淋生产中的作用在冰淇淋和雪糕制作中，卡拉胶可使脂肪和其它固体成分分布均匀，防止乳成分分离和冰晶在制造与存放时增大；使冰淇淋和雪糕组织细腻，结构滑爽、可口；在冰淇淋生产中，卡拉胶因可与牛奶中的阳离子发生作用，产生独特的胶凝特性，可增加冰淇淋的成型性和抗融性，提高冰淇淋在温度波动时的稳定性，放置时也不易融化。在冰淇淋生产中卡拉胶虽然不适合作为主稳定剂，但它在很低浓度下能作为很好的防止乳清分离的辅稳定剂使用。因为卡拉胶虽然会增加体系的粘度，但不能包容足够的胶以稳定体系。刺槐豆胶，瓜尔豆胶以及羧甲基纤维素单独使用或组合使用是较好的主稳定剂，然而，它们具有相同的缺点：在冰淇淋混合物中会导致乳清分离。所以加入卡拉胶能抑制这种现象的发生。2、卡拉胶在冰淇淋中的用量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。3、使用注意事项1）可以添加少量淀粉填充，数量多了就有粉质感，口感不佳。2）卡拉胶用量较少，多用会在老化后凝冻。六、卡拉胶在啤酒生产中的应用1、卡拉胶在啤酒生产中的作用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