卡拉膠的性質與應用
在食品工業中卡拉膠條狀主要用作凝膠劑、穩定劑和持水劑,其凝膠強度, 粘度和其它特性很大程度上取決于卡拉膠條狀的類型和分子量,ph值,含鹽、酒精、氧化劑和其它食品膠的狀況。在實際應用時,需要考慮的是凝膠強度,成膠溫度和膠特性,粘度及流體特性,與蛋白質作用活性,和冷凍脫水收縮。在不同的條件下卡拉膠可以(1)與蛋白質作用既能形成凝膠也能形成非凝膠的懸浮液或沉淀;(2)形成透明或渾濁,彈性或脆性,高強度或弱強度,熱可逆型或非熱可逆型凝膠;(3)形成各種不同融化溫度的凝膠(包括反復融化/冷凍型凝膠).
一般來說卡帕型能完全溶解于70度以上的熱水中,冷卻后形成結實但又脆弱的可逆性凝膠,透明性較差,冷凍后脫水收縮。鉀離子的存在能使凝膠達到最大強度,鈣離子的加入則使凝膠收縮并趨于脆性,調整不同的離子濃度可改變凝膠強度和凝膠溫度;凝膠的組織結構可通過添加刺槐豆膠變得富有彈性和韌性,添加蔗糖則可增進透明度。阿歐塔型也同樣只溶于熱水,在鈣離子的存在下冷卻后產生比卡帕型膠更加柔軟、富有彈性且透明性很好的凝膠,也是熱可逆型,并具有良好的抵抗脫水收縮性質,在牛奶及水系統中呈觸變型流體特性,并且耐高鹽濃度。萊姆達型卡拉膠可以溶解于冷水中,但并不形成凝膠,有高粘度的增稠作用。所有的卡拉膠在中性及堿性ph條件下都穩定,但在酸性條件(ph=3.5)下,卡拉膠分子將發生降解,加熱又將促使降解速度加快。
只有卡帕型卡拉膠與刺槐豆膠有增進膠強度的協同作用,2:1可達到最大凝膠強度,而1:4為最弱。為使刺槐豆膠充分水化,溶液需加熱至82度以上,形成的凝膠仍為熱可逆型凝膠;達到同樣的凝膠強度,卡帕卡拉膠與刺槐豆膠的復合膠用量約只有卡帕卡拉膠單用量的1/3。卡帕卡拉膠在水系統中0.5% 以上的濃度就能形成凝膠,在牛奶系統中成膠濃度可低達 0.1-0.2%。卡拉膠在食品工業中主要用作膠凝、增稠、穩定和持水劑功能,在奶制品飲料中用作懸浮劑;在布丁、酸奶、摜奶油、冰淇淋、奶酪中用作增稠穩定劑;在紅腸、洋火腿生產中用作持水劑 ;果凍中用作膠凝劑等.
(一)卡拉膠條狀凝膠時間對凝膠強度的影響
實驗結果證實,在凝膠形成的短時間內,凝膠強度隨時間成正比地迅速增大,然后相對穩定,10多小時后又開始下降。凝固初期卡拉膠網絡結構形成,凝膠強度迅速增大并達到穩定,以后釋出游離水分,脫水收縮,強度下降。
(二)溫度對卡拉膠條狀凝膠流變性能的影響
1. 溫度對卡拉膠凝膠強度的影響
溫度上升,卡拉膠溶液的凝膠強度下降,但在溫度升降過程中,其變化曲線不同,因為降溫時凝膠中卡拉膠分子進一步形成雙螺旋體,再進而形成立體網狀結構,在此膠凝過程中放熱;而升溫時,膠溶的過程吸熱。吸熱和放熱對凝膠強度的變化均產生滯后現象,降溫和升溫曲線斜率不同。
2. 溫度對卡拉膠溶液黏度的影響
卡拉膠溶液黏度隨溫度升高而呈指數規律下降。在穩定狀態下黏度與溫度的關系(在溫度變化時間短而不致于發生降解的前提下)具有可逆性,但升溫和降溫過程?quot;黏度-溫度"曲線斜率不同,升溫時曲線斜率較小,這是滯后現象引起的。降溫至30℃時,黏度急劇上升,是卡拉膠分子逐步開始纏結成網狀結構之故。
(三)恒溫加熱時間對卡拉膠條狀溶液黏度的影響
溫度為75℃時,隨著恒溫時間的延長,卡拉膠溶液黏度降低,因為膠體大分子隨溶液的加熱而解離,分子纏結減少,故黏度下降。當溫度為100℃時,黏度隨加熱時間增長而下降,且黏度下降有急有緩,原因在于剛開始時,受高熱導致拆散分子間的纏結使黏度下降,之后有一段較平緩的階段,接著少數不穩定的大分子開始降解,黏度再次急劇下降。
(四)轉速對卡拉膠條狀溶液黏度的影響
隨著轉速增加,卡拉膠溶液黏度緩慢下降,卡拉膠溶液呈現假塑性,黏度與測定時的切變力大小有關,這是液體具有剪切稀化的特點。
(五)攪拌時間對卡拉膠條狀溶液黏度的影響
卡拉膠溶液黏度隨攪拌時間的增長先緩慢上升,80min后又下降。這是因為攪拌過程拆散卡拉膠分子群,拆散的分子又自動集結纏繞,攪拌時間增長,分子纏繞增加,黏度上升。當分子聚集到一定程度形成小的膠體絮狀小顆粒,且被打散時,其黏度反而下降。攪拌超過80min,黏度下降,耐機械破壞的能力下降。
(六)PH值對卡拉膠條狀流變性能的影響
1.黏度
卡拉膠溶液的黏度隨PH的增大而增大,在接近中性(PH5.0~9.0)時基本穩定,隨后又下降。酸性增強,H+增加,促進卡拉膠分子解離并中和其電性,削弱了半酯化硫酸根之間的靜電引力。堿性增強,OH-與帶負電的卡拉膠相斥而減少分子間的纏結,故強酸、強堿性條件下,溶液黏度均下降。
2.凝膠強度
PH<5.0時,卡拉膠的凝膠強度隨PH的增大而增強;PH5.0~8.5時,趨于平衡;PH8.0~9.5時,強度下降;而當PH>9.5時,強度又回升。這是由于卡拉膠分子殘基中存在交鏈扭結,使凝膠強度明顯下降。適當濃度的OH-可在大分子中引入3,6-脫水氧橋結構,有助于消除扭結,使分子鏈伸直,形成雙螺旋結構,從而使凝膠強度增強。
3.吸光度
在PH3.5~7.5時,卡拉膠的吸光度變化很小,PH>8.0時,吸光度迅速增大,透明度下降。
4.黏彈性和持水性
卡拉膠的黏彈性和持水性在PH5.0~8.5時為最佳。
綜上所述,卡拉膠最適作用PH為5.0~8.5