親水膠體通常是指能溶解于水、并在一定條件下充分水化形成黏稠、滑膩或膠凍溶液的大分子物質(zhì),在食品、醫(yī)藥、化工及其他許多領(lǐng)域中都有著廣泛應(yīng)用。親水膠體在性能上既有共性又有各自的特異性。當(dāng)前在常用單體膠方面已有廣泛的研究,有關(guān)各自化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及實(shí)際應(yīng)用等方面已有大量詳細(xì)的研究報(bào)道,但在復(fù)合膠方面的研究還較少,尤其對(duì)于國(guó)內(nèi)更是這樣。有些親水膠體之間能相互作用,達(dá)到一種協(xié)同效應(yīng),產(chǎn)生各單體膠本身并不具有的特性,或能改善各單體膠在某些方面的性能。此外,某些親水膠體由于產(chǎn)地及環(huán)境的影響、產(chǎn)量低、來(lái)源不穩(wěn)定、價(jià)格偏高;也限制了實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用;因而,復(fù)合食品膠已逐漸成為親水膠體研究的熱點(diǎn),也是今后食品膠生產(chǎn)與發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。
復(fù)合食品添加劑與單體相比具有十分顯著的優(yōu)點(diǎn),同樣復(fù)合食品膠也不例外。食品膠的協(xié)同效應(yīng),既有功能互補(bǔ)、協(xié)同增效的效應(yīng),也有功能相克、相互抑制的效應(yīng),但在食品工業(yè)中有應(yīng)用價(jià)值的一般是協(xié)同增效效應(yīng)。復(fù)合食品膠在復(fù)合食品添加劑中應(yīng)最具代表性,目前國(guó)內(nèi)外對(duì)其研究和應(yīng)用也最多。復(fù)合食品膠(也稱復(fù)配食品膠)是指將兩種或兩種以上食品膠體按照一定的比例復(fù)合而成的食品添加劑產(chǎn)品。而廣義的復(fù)合食品膠定義還包括下面的情況:一種或一種以上食品膠與非食品膠類別的食品添加劑(或可食用化學(xué)物,如鹽類)復(fù)合而得到的添加劑。 復(fù)合食品膠在食品中的應(yīng)用一般都是作為增稠、膠凝劑使用。增稠劑溶液的黏度對(duì)其使用效果有很大的影響,而影響增稠劑黏度的因素是多方面的,除其結(jié)構(gòu)、相對(duì)分子質(zhì)量外,還取決于系統(tǒng)的溫度、pH、切變力等。隨著增稠劑濃度的提高,增稠劑分子體積增大,相互作用的概率增加,吸附的水分子增多,因此黏度增大。溶液的pH對(duì)增稠劑的黏度和穩(wěn)定性有重要影響,選用和使用增稠劑時(shí)必須引起注意。增稠劑的黏度通常隨pH發(fā)生變化,如海藻酸鈉的黏度在pH6~9時(shí)穩(wěn)定,pH小于4.5時(shí)黏度明顯增加。pH2~3時(shí),海藻酸丙二醇酯呈現(xiàn)最大的黏度,但海藻酸鈉卻析出沉淀。明膠在等電點(diǎn)時(shí)黏度最小,而黃原膠特別在少量鹽存在時(shí),pH變化對(duì)黏度的影響不大。多糖類苷鍵的水解是在酸催化條件進(jìn)行的,因此在強(qiáng)酸溶液的飲料中,直鏈的海藻酸鈉和側(cè)鏈較小的羧甲基纖維素鈉等易發(fā)生降解,導(dǎo)致黏度下降,因此酸性汽水和乳飲料應(yīng)選用側(cè)鏈較大或較多、且位阻較大又不易發(fā)生水解的海藻酸丙二醇酯和黃原膠等增稠劑。海藻酸鈉和CMC等則適合豆奶等中性飲料使用。此外隨溫度的升高,分子運(yùn)動(dòng)速度加快,一般溶液的黏度降低。經(jīng)驗(yàn)表明,多數(shù)膠類的溶液,當(dāng)其溫度每升高5℃,其黏度約降低15%。例如通常條件下使用的海藻酸鈉溶液,溫度每升高5~6℃時(shí),黏度就下降12%。溫度升高,化學(xué)反應(yīng)速度加快,特別是在酸性條件下,大部分膠體分解速度也大大加快。高分子膠體解聚時(shí),黏度下降是不可逆的。為避免黏度不可逆的下降,應(yīng)盡量避免膠體溶液長(zhǎng)時(shí)間的高溫加熱。在膠類增稠劑中,黃原膠和海藻酸丙二醇酯的熱穩(wěn)定性較好。溫度每升高5℃時(shí),黃原膠溶液的黏度僅降低5%左右。在少量氯化鈉存在下,黃原膠的黏度在-4~93℃溫度范圍內(nèi)變化很小,這是增稠劑中的特例,也是黃原膠廣泛用于食品的有利特性。
增稠劑粒子的分散和溶解也影響其應(yīng)用特性。親水性膠體分子的化學(xué)構(gòu)造直接影響其溶解性。實(shí)際溶解應(yīng)按以下兩個(gè)步驟進(jìn)行,即親水性膠體向水介質(zhì)的很好分散以及水介質(zhì)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)和物理的環(huán)境,如pH、溫度等。親水性膠體粉末在向液體中分散時(shí),首先應(yīng)注意混合粒子的均勻分散,防止發(fā)生結(jié)團(tuán)即“疙瘩”現(xiàn)象。粒子分散的方法有:①使用粗粒(100~150μm)膠體直接分散。將膠體分散在中間溶劑中,如糖漿等能使膠體與水成結(jié)合狀態(tài),很少發(fā)生粒子水合作用溶劑。預(yù)先將膠體與原料中的其他粉末,如砂糖進(jìn)行混合,使粒子相互離開(kāi),混合的原料具有物理分散劑的作用。②將膠體粉末慢慢加到強(qiáng)烈攪拌的水溶液中。在食品制造的連續(xù)過(guò)程中,特別是溶液中的粒子形成懸浮狀態(tài)時(shí),膠體必須均勻分散在整個(gè)溶液中,因此在分散時(shí)必須進(jìn)行一定的而且有效的攪拌。膠體的均勻分散可以提高液體的黏度,較好地保持粒子的懸浮狀態(tài)。
當(dāng)膠體的干燥粒子適當(dāng)分散于水中時(shí)就開(kāi)始水合作用,水進(jìn)入膠體分子的親水基部分發(fā)生膨潤(rùn)。在巨大分子間沒(méi)有牢固結(jié)合時(shí),膠體會(huì)進(jìn)一步膨潤(rùn),直至巨大分子逐個(gè)分離、完全溶解。瓜爾膠、黃原膠、海藻酸鈉、果膠、卡拉膠可溶解在冷水中,但需要攪拌和時(shí)間。另一方面,當(dāng)干燥狀態(tài)下巨大分子間牢固結(jié)合時(shí),必須加熱才能分離和溶解。膠體完全溶解時(shí)的最低溫度,明膠為40℃、刺槐豆膠85℃。有些膠體在加熱時(shí)也不能溶解,例如要使海藻酸鈣溶解必須先離解鈣。親水膠一般很難溶解于高濃度食鹽水、高鈣(硬水、牛乳)和高糖液(糖漿)中。膠體完全溶解時(shí)需要注意溫度和時(shí)間兩種參數(shù)。通過(guò)減少粒子半徑和強(qiáng)力攪拌則可以縮短膠體溶解的時(shí)間。
另一方面,某些增稠劑之間有協(xié)同作用,兩種或兩種以上的增稠劑混合使用時(shí),往往具有協(xié)同增效作用,混合使用時(shí)其黏度高于體系中任一組分的黏度,具有良好的加工特性,因此注意增稠劑的搭配,使用復(fù)合型增稠劑可以起到更好的效果。例如卡拉膠與刺槐豆膠、黃原膠與刺槐豆膠或瓜爾膠、黃原膠與海藻酸鈉等都有增效作用,黃原膠與CMC混用可防止凝聚反應(yīng)。協(xié)同增效的特點(diǎn)是其混合溶液經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后,系統(tǒng)黏度大于系統(tǒng)各組分黏度之和。例如卡拉膠是以硫酸根取代基的半乳糖殘基組成主鏈的高分子多糖;刺槐豆膠以甘露糖殘基為主鏈,每4個(gè)甘露糖殘基側(cè)換一個(gè)半乳糖殘基。在卡拉膠與刺槐豆膠形成的凝膠系統(tǒng)中,不能被刺槐豆膠置換的甘露糖的“平滑區(qū)”(即無(wú)側(cè)鏈區(qū))可以與卡拉膠的雙螺管部分結(jié)合,這種反應(yīng)可以形成類似于卡拉膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而使凝膠更具有彈性。再如具有固定螺旋結(jié)構(gòu)的黃原膠的巨大分子可以與沒(méi)有半乳糖甘露聚糖置換基的甘露糖相結(jié)合,因此由黃原膠與刺槐豆膠協(xié)同作用產(chǎn)生的凝膠根據(jù)不規(guī)則排列的甘露糖鏈的置換程度而有不同的變化,而黃原膠與瓜爾豆膠組合,其黏度比期望的黏度高,不會(huì)凝膠化。兩種增稠劑混合使用時(shí)有時(shí)還有減效作用,例如阿拉伯膠可降低黃蓍膠的黏度,80%黃蓍膠與20%阿拉伯膠的混合溶液具有最低黏度,比其中任一組分的黏度都低,用此混合物制備的乳液具有均勻流暢的特點(diǎn)。
增稠劑的協(xié)同可以產(chǎn)生1 1>2的相乘效果。在增稠劑的使用中,以往較多地使用單一品種。隨著對(duì)增稠劑協(xié)同效應(yīng)的認(rèn)識(shí),我國(guó)目前使用增稠劑的水平大大提高,為食品飲料成本的降低、質(zhì)量的提高起到了關(guān)鍵性的作用。應(yīng)特別提出的是,我國(guó)冷凍糧食制品,如餃子、湯圓等在開(kāi)始起步時(shí)的設(shè)備條件是較低水平的,那么我國(guó)的冷凍食品又是如何保證質(zhì)量的呢?其中的秘密武器就是復(fù)合增稠劑。復(fù)合增稠劑保證了水餃、湯圓在冷凍加工和冷凍運(yùn)輸、冷藏出售和加熱食用中最重要、最基本的品質(zhì)指標(biāo)??梢哉f(shuō),我國(guó)目前速凍食品企業(yè)能迅速完成資本的原始積累,我國(guó)能躍居為世界最大的以谷物為原料的冷凍食品生產(chǎn)、消費(fèi)國(guó),復(fù)合增稠劑在其行業(yè)最初的發(fā)展上起到了關(guān)鍵的作用,而且現(xiàn)在仍在發(fā)揮著重要的作用。
另外,乳化劑和增稠劑的配合也十分重要,兩者的配合也在我國(guó)已取得了很好的成功。例如,西式蛋糕產(chǎn)品都要涂上一層厚厚的奶油,繪上精美的圖案。厚厚的奶油之所以又便宜又不膩人,就是乳化劑、增稠劑科學(xué)配合的結(jié)果。同樣對(duì)于冰淇淋、植物蛋白飲料等食品,乳化劑和增稠劑的配合應(yīng)用也不可缺少。
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