不同亲水性胶体的凝胶特性及影响因素汇总_综合加工技术_食品生产加工技术_生产技术

　　目前，亲水性胶体作为食品添加剂应用非常广泛，主要作为增稠剂、稳定剂等。现就几种常用的亲水性胶体的凝胶特性及其影响因素进行探讨。

　　01、亲水性胶体的分类及几个重要的凝胶体质地指标

　　亲水胶体来源十分广泛，主要分类如下：

　　表1 常用亲水胶体分类（按来源）

生物聚合物	黄原胶，结冷胶
植物籽粉	刺槐豆胶，瓜儿豆胶
植物萃取物	阿拉伯胶
纤维素及纤维素衍生物	CMC
淀粉类	原生或变性淀粉
动物类亲水胶体	明胶
果胶类	源于苹果或柠檬、橘类
海藻类	卡拉胶、海藻酸（盐）、琼脂

　　表征亲水性胶体凝胶质地的常用指标为模数、硬度、脆性、弹性和粘结性等，见表2。

　　表2 亲水性胶体几个重要的凝胶体质地指标

模数	测量坚硬度的量度标准
硬度	测量断裂强度的量度标准
脆性	破裂凝胶体所必须的张力
弹性	测量凝胶体回复力的量度标准
粘结性	测量分离的容易度

　　表 3 不同胶体特性的简要比较（强-弱）

酸稳定性	果胶、黄原胶、海藻酸盐、卡拉胶、琼脂
凝胶透明度	卡拉胶、明胶、海藻酸盐
凝胶热可逆性	卡拉胶、琼脂、明胶、LM 果胶
快速凝胶性	琼脂、果胶
口感	果胶、明胶、卡拉胶

　　02、几种常用的亲水性胶体凝胶系统的特性

　　不同的亲水性胶体体系各自的凝胶条件不同，以下为常用的亲水性胶体凝胶的特性及影响因素。

　　一、果胶

　　果胶根据甲酯化程度不同可分为高酯果胶（HighMethoxyl Pectin）和低酯果胶（Low Methoxyl Pectin）。

　　（一）高酯果胶（High Methoxyl Pectin）凝胶的特性

　　高酯果胶凝胶体系满足凝胶形成的基本条件为 pH2.0~ 3.8、可溶性固形物55%，而影响凝胶形成及强度的因素还有以下几点：

　　1、果胶质量及DE 值：果胶质量的好坏直接影响成胶能力，DE 值越高，脱水化程度越大，果胶分子间脱水而形成结合区成胶就越好；

　　2、果胶含量：体系中果胶含量越高，相互间越容易形成结合区，凝胶效果越好；

　　3、可溶性固形物含量及种类：可溶性固形物含量及种类不同，对水分子的争夺激烈程度不同，对凝胶形成及强度影响不同；

　　4、温度持续时间及冷却速率：冷却速率加快使凝胶形成温度降低，相反体系温度长时间处于略高于凝胶温度将导致凝胶形成温度上升。

　　（二）低酯果胶（Low Methoxyl Pectin）凝胶的特性[1]

　　与高酯果胶体系相似，低酯果胶的凝胶形成条件、成胶温度、胶强度等也受到下列诸多因素的相互制约：

　　1、果胶质量：质量好坏直接影响成胶能力及强度；

　　2、果胶的DE 及DA 值：DE 值升高，成胶温度降低；DA 值升高，成胶温度也升高，但DA 值过高，会导致成胶温度超过体系的沸点温度，使得体系立即形成预凝胶；

　　3、果胶的含量：含量增加，凝胶强度及成胶温度均上升，但过高又会导致形成预凝胶，反面使得凝胶强度降低。

　　4、Ca2+浓度及Ca2+鏊合剂：Ca2+浓度增加，凝胶强度和成胶温度均上升；达到最佳凝胶强度之后，钙离子浓度继续增加，凝胶强度开始变脆、变弱最终形成预凝胶；Ca2+鏊合剂能降低Ca2+有效浓度，降低预凝胶形成的危险，尤其是当体系中固形物含量较高时。

　　5、可溶性固形物含量及种类：可溶性固形物含量高，凝胶强度加大及成胶温度上升，但过高则易形成预凝胶；而种类的不同会影响果胶与Ca2+结合能力的程度不同。

　　6、体系pH 值：形成凝胶的pH 值可在2.6~6.8 范围，pH 值升高，形成相同质量的凝胶需要更多的果胶或钙离子，同时可使成胶温度降低。

　　二、黄原胶

　　凝胶性质上，黄原胶溶液具有较好的耐热、耐盐及耐酸碱度的稳定性，粘度随浓度上升而迅速上升，在含有NaCl 的胶溶液其粘度pH2.5~12 之间受酸碱度的影响很小。

　　朱桂兰[2]等对质量分数1%的不同比例的结冷胶和黄原胶复配体系的流变和凝胶特性进行了研究，初步探讨了其相互作用机理。结果表明：

　　1）动态频率扫描表明，黄原胶可提高结冷胶-黄原胶复配体系的粘弹性和流动性，黄原胶的含量对复配体系的动态流变性质起到决定性的作用。

　　2）温度扫描实验中，随着黄原胶比例的增加，储能模量G‘和损耗模量G″增加，凝胶温度升高。说明了结冷胶与黄原胶分子链之间存在着一定的相互作用。

　　3）结冷胶是结冷胶-黄原胶复配体系的凝胶硬度的决定性因素，黄原胶的添加会提高复配体系的粘弹性、内聚性和持水力。

　　三、结冷胶

　　结冷胶兼有黄原胶、果胶及卡拉胶的各种优良特性？是现代不可缺少的亲水性胶体，其凝胶特性主要有以下几点：

　　（1）在低浓度（0.05%~0.25%）可形成优质凝胶；

　　（2）在加热和低pH 条件下都非常稳定，在PH3.5~7.0 之间均能形成凝胶；

　　（3）由钠或钾离子形成的凝胶，加后可以复原，而镁或钙盐的凝胶无法复原；

　　（4）与其它胶类可复配使用效果较好，如变性淀粉、黄原胶、刺槐豆胶等；

　　（5）结冷胶与其它配类有良好的相容性。

　　由于低酰基结冷胶在食品工业等领域上的应用更常见？所以在许多普通场合下？结冷胶即指低酰基形式的产品？低酰基结冷胶的凝胶特性如表4所示。

　　表4 低酰基结冷胶凝胶特性一览表[3]

特性	功能
极低的用量下即可发挥作用	结冷胶可作为一种非常有效的胶凝剂，结冷胶的用量范围常在0.050.4%
凝胶具有极高的透光度	结冷胶凝胶具有极好的透明度，可以满足多种对凝胶有高透明度食品的要求
所形成凝胶在酸性下比较稳定，尤其在pH值4.07.5性能最好	从酸性至中性产品配方中都能获得满意的加工使用效果，延长酸性食品货架期
控制凝胶化所需阳离子的类型、浓度等因素，能在一定范围内调节胶凝温度及融化温度，凝胶的胶凝温度和融化温度间有滞后性	根据需要，可以制成热可逆凝胶。也可制成热不可逆凝胶
凝胶热稳定性很好，同时与其它亲水胶体具有很好的相容性	能耐受加工过程的加热、杀菌、蒸煮等高温处理。可以复配出多种凝胶质构
可以形成多种独特的凝胶质构，所成体系具有良好的风味释放	帮助开发新产品，如新的质感、外观或口味
弱凝胶具有良好的悬浮性	可作高档悬浮剂使用

　　四、卡拉胶

　　卡拉胶是一种多功能的食品添加剂，起持水、持油、增稠、稳定并促进凝胶形成等作用，常用于乳制品、甜食、饮料、果冻及肉制品中。卡拉胶形成的凝胶比较硬，因此需与其他食品胶体配合使用，增加凝胶的弹性。近年来？在乳制品、软糖、果冻中卡拉胶的应用基本取代了传统的明胶和琼胶等，但是卡拉胶的应用与卡拉胶的凝胶特性关系密切，因而准确掌握卡拉胶的凝胶性能及其在各种条件下的变化规律对生产应用具有重要的意义。

　　卡拉胶在中性及碱性条件下都稳定，但在酸性条件（pH3.5）下，卡拉胶分子将发生降解，加热又促使降解速度加快。卡拉胶在水系统中 0.5%以上的浓度就能形成凝胶，在乳系统中成胶浓度可低达0.1%~0.2%。卡拉胶能与蛋白质作用，其结果取决于蛋白质的等电点和溶液pH 值，如在中性饮料中卡拉胶可与奶蛋白形成弱凝胶以维持微粒的悬浮，避免粒子迅速沉积；卡拉胶与蛋白质的作用还可用于除去体系中不希望的蛋白质；某些卡拉胶还具有快速形成蛋白-多糖体絮状沉积的功能，但该沉积在流动中易重新分散。

　　五、海藻酸钠

　　海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种多糖碳水化合物？是由1?4－聚－β－Ｄ－甘露糖醛酸和ａ－Ｌ－古罗糖醛酸组成的一种线型聚合物？是海藻酸衍生物中的一种？所以有时也称褐藻酸钠或海带胶和海藻胶？其分子式为（Ｃ6Ｈ7Ｏ6Ｎａ）ｎ？相对分子量在32000～200000左右？其结构单元分子量理论值为198?11。褐藻酸钠能与除镁汞以外的二价金属离子发生快速的离子交换反应？生成褐藻酸盐凝胶？其中以与氯化钙形成的凝胶薄膜强度为最大。形成的凝胶性能因M/G值、褐藻酸钠的浓度、结合的钙量、凝胶化的条件的不同而有显著的差异[4]。

　　表5　海藻酸钠浓度对凝胶品质的影响

　　
　　表6　氯化钙浓度对凝胶品质的影响

　　
　　表7　温度对凝胶品质的影响

温度（℃ ）	冻结前外观	冻结后外观	解冻后外观	脱水率（% ）	凝胶强度（ｇ）	弹性（ｍｍ）
20	无色透明‚胶体稍薄胶层稍松弛‚弹韧性好	表面冰晶稍大冰层稍厚	表面光滑‚不分层稍有弹性‚有韧性	53.38	289	1∙23
40	无色透明‚胶体厚胶层紧密‚弹韧性一般	表面冰晶小冰层稍厚	表面稍皱‚不分层有弹韧性	51∙32	311	1∙27
60	无色透明‚胶体稍厚胶层紧密‚弹韧性好	表面冰晶小冰层薄	表面光滑‚不分层有弹韧性	49∙67	358	1∙39
80	无色透明‚胶体薄拉伸易断‚弹性稍差	表面冰晶稍大冰层厚	表面稍皱‚不分层弹韧性差	55∙29	297	1.26

　　
　　表8　甘油用量对凝胶品质的影响

甘油用量（%）	冻结前外观	冻结后外观	解冻后外观	脱水率（%）	凝胶强度（ｇ）	弹性（ｍｍ）
1.0	无色透明‚胶体薄弹性好‚韧性大	表面冰晶小冰层薄	表面光滑‚不分层弹性差‚韧性好	44∙90	298	1.36
2.0	无色透明‚胶体薄弹性好‚韧性大	表面冰晶小冰层薄	表面光滑‚不分层弹性稍差‚韧性好	38∙25	261	1.30
3.0	无色透明‚胶体薄弹性稍差‚韧性大	表面冰晶小冰层薄	表面光滑‚不分层弹性差‚韧性好	28∙40	233	1.23

　　
　　六、明胶

　　明胶为一种动物来源的胶体，其凝胶体系特性为：明胶是一种很有弹性质地的胶体；明胶具有较低的溶解和凝固温度，同时它是热不稳定的凝胶体，酸稳定性较差，在冷藏时会硬化。

　　陈海华研究了浓度、pH值、蔗糖、氯化钙、氯化钠对明胶凝胶强度的影响，以及多糖对明胶凝胶特性的影响。结果表明，明胶凝胶强度随明胶浓度的增加而增强；pH值影响明胶的凝胶强度，分别在pH值2和10时取得最大值。蔗糖浓度低于1%时，明胶的凝胶强度随蔗糖浓度增加而增加，当蔗糖浓度高于1%时，明胶的凝胶强度随浓度的增高而下降。明胶的凝胶强度随氯化钠浓度增加而减小，随氯化钙浓度增大而增大。添加卡拉胶、CMC或海藻酸钠等多糖能改善明胶的凝胶特性，提高其凝胶强度[5]。

　　谢苒荑[6]等研究明胶凝胶性质以及各种外界因素，如时间、温度、pH值等对明胶凝胶性质的影响。结论表明：

　　1）明胶在70℃的水中溶解并在70℃水浴中保温15min时，明胶体的凝胶强度最大；

　　2）当体系pH=4明胶溶液浓度越大越有利于其凝胶体的形成；

　　3）自来水中柠檬酸钠浓度仅达0.04%时，明胶凝胶体形成良好；

　　4）当明胶体系中含有10%白砂糖或25%麦芽糖浆时，其形成的凝胶体强度较大；

　　5）当明胶体系中白砂糖与麦芽糖浆的比例为5∶2，浓度约为25%时可形成较强的明胶凝胶体。

　　七、琼脂

　　琼脂，又称为琼胶，与海藻酸盐及卡拉胶同属于海藻胶，其凝胶体系特性为：较差的热/酸稳定性，质地光滑但不透明，是一种热不稳定的凝胶体，一般体系中用量较高。

　　刘施琳[7]等借助低场核磁共振仪及质构仪，探讨影响琼脂凝胶强度及弛豫特性的因素，并分析其凝胶机理。结果表明：琼脂凝胶强度随着琼脂质量分数增大而增大； pH 为 6.0～7.0 是琼脂凝胶形成最适条件；适当添加量的氯化钾、木糖醇、蔗糖可增大琼脂凝胶强度，分别在添加质量分数为 0.2% ～0.3% 、9% 和 6% 时效果最佳；适当比例的魔芋胶、卡拉胶和刺槐豆胶可与琼脂产生协同增效作用，分别在其所在比例为 15% 、5% 、10% 时与琼脂产生协同增效作用最强；氯化钙、氯化钠和 β－环状糊精则阻碍凝胶的形成，降低琼脂凝胶强度。琼脂凝胶的弛豫时间 T23均与凝胶强度存在极显著（ p ＜0.01）负相关，即凝胶中水分流动性越小，凝胶强度越大。

　　八、魔芋胶

　　魔芋的凝胶体系通常需要长时间水合，体系粘度较高，可以自身凝胶，和卡拉胶复配使用效果较好，热稳定性较差。粘度和强度关系：和改性的条件和改性物有关；粘度和持水关系：一般没有析水问题（酸性双蛋白饮料中出现析水现象）。

　　参考文献：

　　[1] 颜文斌。薜荔果胶的胶凝特性[J].吉首大学学报（自然科学版），2002,23（1）。

　　[2]朱桂兰，陶思远，童群义。结冷胶与黄原胶复配体系流变与凝胶特性[J].食品与发酵工业，2013，39（03）：56-60.DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.2013.03.027.

　　[3]许怀远，任向妍，王垚。结冷胶凝胶特性及在食品工业中的应用[J].中国食品添加剂，2009（04）：54-61.

　　[4] 王秀娟，张坤生，任云霞，姚俊。海藻酸钠凝胶特性的研究[J].食品工业科技，2008（02）：259-262.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2008.02.061.

　　[5]陈海华。明胶的凝胶特性及多糖对明胶凝胶特性的影响[J].粮油加工，2009（05）：130-133.

　　[6]谢苒荑，杨晓波，肖英宏。不同因素对明胶凝胶特性的影响研究[J].食品工业，2009，29（01）：51-53.

　　[7]刘施琳，朱丰，林圣楠，黄金城，李天骄，王红丽，林向阳。琼脂凝胶强度及弛豫特性的研究[J].食品工业科技，2017，38（13）：85-89+100.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2017.13.016.

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