卡拉胶的性质与应用
在食品工业中卡拉胶条状主要用作凝胶剂、稳定剂和持水剂,其凝胶强度, 粘度和其它特性很大程度上取决于卡拉胶条状的类型和分子量,ph值,含盐、酒精、氧化剂和其它食品胶的状况。在实际应用时,需要考虑的是凝胶强度,成胶温度和胶特性,粘度及流体特性,与蛋白质作用活性,和冷冻脱水收缩。在不同的条件下卡拉胶可以(1)与蛋白质作用既能形成凝胶也能形成非凝胶的悬浮液或沉淀;(2)形成透明或浑浊,弹性或脆性,高强度或弱强度,热可逆型或非热可逆型凝胶;(3)形成各种不同融化温度的凝胶(包括反复融化/冷冻型凝胶).
一般来说卡帕型能完全溶解于70度以上的热水中,冷却后形成结实但又脆弱的可逆性凝胶,透明性较差,冷冻后脱水收缩。钾离子的存在能使凝胶达到最大强度,钙离子的加入则使凝胶收缩并趋于脆性,调整不同的离子浓度可改变凝胶强度和凝胶温度;凝胶的组织结构可通过添加刺槐豆胶变得富有弹性和韧性,添加蔗糖则可增进透明度。阿欧塔型也同样只溶于热水,在钙离子的存在下冷却后产生比卡帕型胶更加柔软、富有弹性且透明性很好的凝胶,也是热可逆型,并具有良好的抵抗脱水收缩性质,在牛奶及水系统中呈触变型流体特性,并且耐高盐浓度。莱姆达型卡拉胶可以溶解于冷水中,但并不形成凝胶,有高粘度的增稠作用。所有的卡拉胶在中性及碱性ph条件下都稳定,但在酸性条件(ph=3.5)下,卡拉胶分子将发生降解,加热又将促使降解速度加快。
只有卡帕型卡拉胶与刺槐豆胶有增进胶强度的协同作用,2:1可达到最大凝胶强度,而1:4为最弱。为使刺槐豆胶充分水化,溶液需加热至82度以上,形成的凝胶仍为热可逆型凝胶;达到同样的凝胶强度,卡帕卡拉胶与刺槐豆胶的复合胶用量约只有卡帕卡拉胶单用量的1/3。卡帕卡拉胶在水系统中0.5% 以上的浓度就能形成凝胶,在牛奶系统中成胶浓度可低达 0.1-0.2%。卡拉胶在食品工业中主要用作胶凝、增稠、稳定和持水剂功能,在奶制品饮料中用作悬浮剂;在布丁、酸奶、掼奶油、冰淇淋、奶酪中用作增稠稳定剂;在红肠、洋火腿生产中用作持水剂 ;果冻中用作胶凝剂等.
(一)卡拉胶条状凝胶时间对凝胶强度的影响
实验结果证实,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。
(二)温度对卡拉胶条状凝胶流变性能的影响
1. 温度对卡拉胶凝胶强度的影响
温度上升,卡拉胶溶液的凝胶强度下降,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,在此胶凝过程中放热;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。
2. 温度对卡拉胶溶液黏度的影响
卡拉胶溶液黏度随温度升高而呈指数规律下降。在稳定状态下黏度与温度的关系(在温度变化时间短而不致于发生降解的前提下)具有可逆性,但升温和降温过程?quot;黏度-温度"曲线斜率不同,升温时曲线斜率较小,这是滞后现象引起的。降温至30℃时,黏度急剧上升,是卡拉胶分子逐步开始缠结成网状结构之故。
(三)恒温加热时间对卡拉胶条状溶液黏度的影响
温度为75℃时,随着恒温时间的延长,卡拉胶溶液黏度降低,因为胶体大分子随溶液的加热而解离,分子缠结减少,故黏度下降。当温度为100℃时,黏度随加热时间增长而下降,且黏度下降有急有缓,原因在于刚开始时,受高热导致拆散分子间的缠结使黏度下降,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,黏度再次急剧下降。
(四)转速对卡拉胶条状溶液黏度的影响
随着转速增加,卡拉胶溶液黏度缓慢下降,卡拉胶溶液呈现假塑性,黏度与测定时的切变力大小有关,这是液体具有剪切稀化的特点。
(五)搅拌时间对卡拉胶条状溶液黏度的影响
卡拉胶溶液黏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,黏度上升。当分子聚集到一定程度形成小的胶体絮状小颗粒,且被打散时,其黏度反而下降。搅拌超过80min,黏度下降,耐机械破坏的能力下降。
(六)PH值对卡拉胶条状流变性能的影响
1.黏度
卡拉胶溶液的黏度随PH的增大而增大,在接近中性(PH5.0~9.0)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,削弱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间的缠结,故强酸、强碱性条件下,溶液黏度均下降。
2.凝胶强度
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-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。
3.吸光度
在PH3.5~7.5时,卡拉胶的吸光度变化很小,PH>8.0时,吸光度迅速增大,透明度下降。
4.黏弹性和持水性
卡拉胶的黏弹性和持水性在PH5.0~8.5时为最佳。
综上所述,卡拉胶最适作用PH为5.0~8.5