卡拉膠及其應(yīng)用

【摘 要】本文介紹了卡拉膠的結(jié)構(gòu)及其在物理化學(xué)等方面的性能，闡述了國內(nèi)卡拉膠常用的提取方法及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用，最后分析了卡拉膠的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】卡拉膠；結(jié)構(gòu)；性能；提取方法；應(yīng)用

Carrageenan and the Application of Carrageenan

ZHAO Jing-kun

（College of Chemical Science and Engineering， Qingdao University， Qingdao Shandong， 266071， China）

【Abstract】The paper introduces the structure of carrageenan and its properties in the aspect of physical and chemical ，describes the commonly used extraction method of carrageenan and its application in food industry. At the end of the paper illustrates the prospects for the development of carrageenan.

【Key words】Carrageenan； Structure； Property； Extraction method； Application

0 引言

卡拉膠又名角叉菜膠、鹿角藻膠，是從紅藻中提取的一種高分子親水性多糖， 具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是世界三大海藻膠工業(yè)產(chǎn)品（瓊膠、卡拉膠、褐藻膠）之一?？ɡz為食品添加劑，而食品級(jí)的卡拉膠為白色至淡黃褐色、表面皺縮、微有光澤的半透明片狀體或粉末狀物，無臭無味，口感粘滑?？ɡz形成的凝膠是熱可逆性的，即加熱融化成溶液，溶液放冷時(shí)，又形成凝膠?？ɡz因具有良好的保水性、增稠性、乳化性、膠凝性和安全無毒等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中。

1 卡拉膠的結(jié)構(gòu)

卡拉膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)是由D-半乳糖和3， 6-脫水-D-半乳糖殘基所組成的線形多糖化合物。而根據(jù)半酯式硫酸基在半乳糖上所連接的位置不同，卡拉膠又可分為7種類型：k-卡拉膠、L-卡拉膠、r-卡拉膠、λ-卡拉膠、？諄-卡拉膠、φ-卡拉膠、ξ-卡拉膠。而目前生產(chǎn)和使用的有k-型、L-型和λ-型卡拉膠或它們的混合物，尤其以k-型多見。

2 卡拉膠的性能

2.1 凝膠性

卡拉膠的凝膠性能主要與其化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和分子大小有關(guān)?？ɡz凝膠的形成分為四個(gè)階段：卡拉膠溶解在熱水中時(shí)分子為不規(guī)則的卷曲狀；溫度下降的過程中其分子向螺旋化轉(zhuǎn)化，形成單螺旋體；溫度再下降，分子間形成雙螺旋體，為立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這時(shí)開始有凝固現(xiàn)象；溫度再下降，雙螺旋體聚集形成凝膠。

2.2 溶解性

卡拉膠都能溶解于70℃以上的溫水中，一般硫酸根含量越多越易溶解。在水中卡拉膠首先形成膠粒，加入蔗糖、甘油等可以改善其分散性，或用高速攪拌器打破膠團(tuán)達(dá)到分散效果。為促進(jìn)卡拉膠的溶解，在食品工業(yè)生產(chǎn)中，一般使用80℃以上的熱水對(duì)其進(jìn)行溶解分散。

2.3 穩(wěn)定性

在中性或堿性溶液中卡拉膠很穩(wěn)定，pH值為9時(shí)最穩(wěn)定，即使加熱也不會(huì)發(fā)生水解。在酸性溶液中，尤其是pH=4以下時(shí)易發(fā)生酸催化水解，從而使凝凍強(qiáng)度和粘度下降。成凝凍狀態(tài)下的卡拉膠比溶液狀態(tài)時(shí)穩(wěn)定性高，在室溫下被酸水解的程度比溶液狀態(tài)小得多。

2.4 反應(yīng)性

卡拉膠與其它水溶性大分子相比最大的不同之處在于它可以和蛋白質(zhì)反應(yīng)?？ɡz分子上的硫酸根具有極強(qiáng)的負(fù)電荷。而蛋白質(zhì)是一種兩性物質(zhì)，在等電點(diǎn)以下氨基酸和卡拉膠因持相反電荷而結(jié)合產(chǎn)生沉淀，在等電點(diǎn)以上的條件下，二者持相同電荷，有多價(jià)陽離子作為膠聯(lián)劑和卡拉膠結(jié)合形成親水膠體，在等電點(diǎn)，由于多價(jià)陽離子為膠聯(lián)劑與卡拉膠相結(jié)合而形成沉淀。

2.5 流變性

卡拉膠溶液粘度隨濃度增大而呈指數(shù)規(guī)律增加，隨溫度升高呈指數(shù)規(guī)律下降。而在恒溫狀態(tài)下，隨時(shí)間的增長，大分子開始解離，分子間纏繞減少，溶液粘度下降?？ɡz溶液的粘度隨pH的增大而增大，酸性增大促進(jìn)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。若堿性過大，氫氧根與帶負(fù)電的卡拉膠相斥而減少分子降的纏結(jié)，故強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性條件下，溶液粘度均下降。

3 卡拉膠的提取方法

國內(nèi)卡拉膠的生產(chǎn)以麒麟菜、沙菜為主要原料，一般工藝流程如下：原料→洗凈晾干→堿處理→洗滌至中性→酸化漂白→提膠→過濾→冷卻切條→凍結(jié)脫水→解凍→干燥→成品。

堿處理、酸化漂白和提膠是卡拉膠生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝。這些工藝處理地科學(xué)與否不但影響卡拉膠的性能和質(zhì)量，而且對(duì)卡拉膠的提取率和生產(chǎn)成本有著重要的影響。

3.1 堿處理

朱敏等[1]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明常溫和高溫條件下分別用KOH處理藻體時(shí)，得到的卡拉膠產(chǎn)品，無論是凝膠強(qiáng)度還是產(chǎn)率均明顯優(yōu)于同樣條件下采用用NaOH處理得到的卡拉膠產(chǎn)品。

3.2 酸化漂白

黃家康等[2]在研究沙菜卡拉膠漂白工藝時(shí)， 得出了在酸化漂白工藝環(huán)節(jié)中用草酸再次酸化漂白， 可以綜合兼顧卡拉膠產(chǎn)品的色澤、出膠率和凝膠強(qiáng)度。

3.3 不同的提膠方法

湯毅珊等[3]提出了用兩種麒麟菜提取卡拉膠的新工藝，即高壓空氣提膠和高壓蒸汽提膠， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明蒸汽高壓提膠產(chǎn)率低于常壓提膠且凝膠強(qiáng)度下降較大， 而空氣高壓可以在較短的時(shí)間達(dá)到較高的產(chǎn)率。另外，提膠前用100U/g的纖維素酶對(duì)藻體進(jìn)行預(yù)處理，產(chǎn)率可提高3.69%。

4 卡拉膠的主要應(yīng)用

卡拉膠在食品工業(yè)中的應(yīng)用主要是圍繞其凝膠性、增稠性和與蛋白反應(yīng)三方面展開的。

4.1 飲料中的應(yīng)用

4.1.1 乳飲料、果汁果肉飲料及固體飲料中的應(yīng)用

卡拉膠具有獨(dú)特的與牛奶中的蛋白起絡(luò)合反應(yīng)的能力，所以在乳飲料中可形成觸變性的搖溶結(jié)構(gòu)，防止由于顆粒間聚集而形成的沉淀[4]。卡拉膠用于加可可粉制成的可可牛奶，加入卡拉膠作穩(wěn)定劑則能使可可粉均勻地分散在牛奶中，防止可可粉形成沉淀。而果汁飲料放置時(shí)間稍長時(shí)，其中所含的細(xì)小果肉顆粒就會(huì)下沉，影響外觀?？ɡz作為懸浮劑和穩(wěn)定劑，能使細(xì)小的果肉顆粒均勻地懸浮在果汁中，大大減緩下沉的速度。同時(shí)，由于卡拉膠的粘度較低，不易造成糊口，并能改進(jìn)飲用時(shí)的口感。以卡拉膠作穩(wěn)定劑應(yīng)用于固體飲料中，可改善其沖調(diào)性，且沖后飲料穩(wěn)定不易分層。

4.1.2 酒飲料中的應(yīng)用

卡拉膠在酒飲料中可作為澄清劑，也可作為泡沫穩(wěn)定劑。由于卡拉膠能與蛋白發(fā)生作用，因此它是一種有效的麥汁澄清劑，使產(chǎn)品澄清透明， 有利于酵母生長，并有利過濾，降低過濾損耗，提高麥汁得率，改善啤酒的生物穩(wěn)定性，延長啤酒的保質(zhì)期[5]。

4.2 冷飲中的應(yīng)用

卡拉膠有良好的乳蛋白反應(yīng)能力，可防止因加入CMC后乳清分離的現(xiàn)象。在冰淇淋的生產(chǎn)中，加入少量的冰淇淋乳化穩(wěn)定劑將使冰淇淋具有較高的膨脹率及細(xì)膩柔滑而又穩(wěn)定的組織形態(tài)。

4.3 肉制品中的應(yīng)用

卡拉膠用于火腿及火腿腸上具有凝膠、乳化、保水、增強(qiáng)彈性等作用，最主要是提供適當(dāng)?shù)谋Ｋ?。即使用來制造高制成率的產(chǎn)品時(shí)，它也有良好的持水性，并且由于它能夠與蛋白質(zhì)絡(luò)合，提供了相當(dāng)好的組織結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品具有細(xì)膩、切片良好、口感好等功能，是制作火腿腸必須的一種添加劑

4.4 糖果制造中的應(yīng)用

用卡拉膠做透明水果軟糖在我國早已有生產(chǎn)， 卡拉膠軟糖透明度好，色澤鮮艷、均勻、光滑、粘性小、爽脆利口。

4.5 果凍生產(chǎn)中的應(yīng)用

卡拉膠因具有獨(dú)特的凝膠特性而成為果凍首選的凝膠劑，以卡拉膠制成的水果凍富有彈性且沒有離水性。它可取代通常用的瓊脂、明膠及果膠等。用瓊脂做成的果凍彈性不夠，價(jià)格較高；用明膠做水果凍的缺點(diǎn)是凝固和融化點(diǎn)低，制備和貯存都得低溫冷藏；用果膠做的缺點(diǎn)是在需要加高濃度的糖和適當(dāng)?shù)膒H時(shí)才能凝固。

4.6 面包奶油點(diǎn)心中的應(yīng)用

新鮮的面包其心軟而富有彈性，但放置時(shí)容易老化，面包的硬度和脆性都逐漸增加，面包的特殊風(fēng)味也逐漸消失，加入卡拉膠（0.012%—0.02%）能增加其保水能力，從而延緩老化，保持面包新鮮。

5 卡拉膠的發(fā)展前景

卡拉膠具有良好的凝膠性、溶解性、穩(wěn)定性等特性，這使得卡拉膠在食品加工生產(chǎn)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。而與蛋白質(zhì)的反應(yīng)性是所有水溶性高分子所不具有的，這使得其在乳制品方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值。而隨著卡拉膠的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的研究深入，卡拉膠的應(yīng)用越來越廣泛，特別是它還具有的廣譜抗病毒活性，已經(jīng)引起國內(nèi)外藥物學(xué)家的高度重視和?？ɡz經(jīng)過生物降解產(chǎn)生的卡拉膠低聚糖、寡聚糖具有獨(dú)特的新型生理活性，如抗病毒抗腫瘤等。相信在未來，卡拉膠的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來越廣泛。

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱敏，張立新.刺麒麟菜提取l-卡拉膠工藝中堿處理的作用研究[J].科技研究，2011（7）：70-71.

[2]黃家康，蔡鷹，李思東，等.沙菜卡拉膠漂白工藝研究[J].廣東化工，2009，36（4）：31-33.

[3]湯毅珊，趙謀明，高孔榮.麒麟菜卡拉膠提取新工藝的探討[J].食品工業(yè)科技，1997（2）：30-34.

[4]蘇彤.卡拉膠在食品中的應(yīng)用[J].化工中間體，2003（4）：19.

[5]潘行星.使用麥汁澄清劑卡拉膠改善啤酒非生物穩(wěn)定性的探討[J].福建輕紡，2000（10）：35-37.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]