《食品添加劑》教案-第七章 食品增稠劑

《食品添加劑》教案（第7次課2學(xué)時）一、授課題目第七章食品增稠劑二、學(xué)習(xí)的目的與要求本章節(jié)主要介紹食品增稠劑的定義、分類及其在食品加工中的作用；其結(jié)構(gòu)與其流變特性的關(guān)系。通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握食品加工中常見的具有代表性的增稠劑的性狀、性能、應(yīng)用以及當(dāng)前食品增稠劑的發(fā)展趨勢和前景。三、教學(xué)重點和難點重點：熟悉食品增稠劑概念及其作用，掌握根據(jù)食品增稠劑的來源進行分類的增稠劑的性能和使用方法。難點：掌握根據(jù)食品增稠劑的的性能和使用方法。五、教學(xué)過程1、教學(xué)方法：常規(guī)教學(xué)講授方法和手段2、輔導(dǎo)手段：多媒體教學(xué)等手段3、學(xué)時分配：2學(xué)時；4、教學(xué)內(nèi)容：第七章食品增稠劑7．1食品增稠劑的分類和作用食品增稠劑通常指能溶解于水中，并在一定條件下充分水化形成粘稠溶液或膠凍的大分子物質(zhì)，又稱食品膠。食品增稠劑在食品加工中起到提供稠性、粘度、粘附力、凝膠形成能力、硬度、脆性、緊密度、穩(wěn)定乳化懸濁液等作用。因此，在保持食品的色、香、味、結(jié)構(gòu)和食品的相對穩(wěn)定性等方面具有相當(dāng)重要的作用，是食品工業(yè)中有廣泛用途的一類重要的食品添加劑。7．1．1食品增稠劑的分類在食品中需要添加的食品增稠劑其量甚微，通常為千分之幾，但卻能有效又經(jīng)濟地改善食品體系的穩(wěn)定性。迄今為止世界上用于食品工業(yè)的食品增稠劑已有四十余種。食品增稠劑根據(jù)組成，可分為多肽和多糖兩大類物質(zhì)，除明膠、酪蛋白酸鈉為以氨基酸為結(jié)構(gòu)單元所組成的多肽類蛋白質(zhì)外，其他大多是天然多糖及其衍生物，廣泛分布于自然界。根據(jù)來源，可分為天然和合成兩大類，但以天然的增稠劑為主，可分為動物性膠、植物性膠、微生物膠及酶處理生成膠四大類，它們的大致分類如下：(1)動物性增稠劑：明膠、酪蛋白酸鈉、甲殼質(zhì)、殼聚糖。(2)植物性增稠劑：分為種子類膠、樹脂類膠、植物提取膠及海藻類膠。①種子類膠：主要有瓜爾豆膠、刺槐豆膠、羅望子膠、亞麻子膠、決明子膠、沙蒿膠、車前子膠、田菁膠。②樹脂類膠：主要有阿拉伯膠、黃芪膠、桃膠、刺梧桐膠、印度樹膠。③植物提取膠：主要有果膠、魔芋膠、黃蜀葵膠、阿伯伯半乳聚糖、非洲蘆薈提取物、微晶纖維素、秋葵根膠等。④海藻類膠：主要有瓊脂、卡拉膠、海藻酸、紅藻膠。(3)微生物性增稠劑：主要有黃原膠、結(jié)冷膠、凝結(jié)多糖、氣單孢菌屬膠、半知菌膠、菌核膠等。(4)其他增稠劑：主要有羧甲基纖維素鈉、海藻酸丙二醇脂、變性淀粉、酶水解瓜爾豆膠、酶處理淀粉、葡萄糖胺、低聚葡萄糖胺。7．1．2食品增稠劑在食品加工中的作用食品增稠劑是食品工業(yè)中最重要的原料之一，它在食品加工中主要起穩(wěn)定食品形態(tài)的作用，如懸浮穩(wěn)定、光潔穩(wěn)定、乳化穩(wěn)定等。此外，它可以改善食品的觸感及加工食品的色、香、味和水相等的穩(wěn)定性。一般認(rèn)為增稠劑在食品加工中主要起如下幾方面的作用：1)增稠、分散和穩(wěn)定作用食用增稠劑都是水溶性高分子，溶于水中有很大的粘度，使體系具有稠厚感。體系粘度增加后，體系中的分散相不容易聚集和凝聚，因而可以使分散體系穩(wěn)定。增稠劑大多具有表面活性，可以吸附于分散相的表面，使其具有一定的親水性而易于在水體系中分散。增稠劑可以提高泡沫量及泡沫的穩(wěn)定性，如啤酒泡沫及瓶壁產(chǎn)生“連鬢”均是使用了增稠劑的緣故。2)膠凝作用有些增稠劑，如明膠、瓊脂等溶液，在溫?zé)釛l件下為粘稠流體。當(dāng)溫度降低時，溶液分子連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，溶劑和其他分散介質(zhì)全部被包含在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之中，整個體系形成了沒有流動性的半固體，即凝膠。很多食品的加工都利用了增稠劑的這個性質(zhì)，如果凍、奶凍等。有些離子性的水溶性高分子，如海藻酸鈉，在有高價離子的存在下可以形成凝膠，而與溫度沒有關(guān)系。這對于加工很多特色食品都有益處。3)凝聚澄清作用增稠劑是高分子物質(zhì)，在一定條件下，可以同時吸附于多個分散介質(zhì)體上使其凝聚而達到凈化的目的。如在果汁中加入少量明膠，就可以得到澄清的果汁。4)保水作用持水性增稠劑都是親水性高分子，本身有較強的吸水性，將其施加于食品后，可以使食品保持一定的水分含量，從而使產(chǎn)品保持良好的口感。5)控制結(jié)晶增稠劑可以賦予食品以較高的粘度，從而使體系不易結(jié)晶或使結(jié)晶細(xì)小。6)成膜、保鮮作用食品增稠劑可以在食品表面形成一層保護性薄膜，保護食品不受氧氣、微生物的作用。食品增稠劑與食品表面活性劑并用，可以用于水果、蔬菜的保鮮。7.2增稠劑的結(jié)構(gòu)和流變性的關(guān)系是食品增稠劑應(yīng)用的主要理論依據(jù)。7．2．1增稠劑的粘度和濃度的關(guān)系多數(shù)增稠劑在較低濃度時，符合牛頓液體的流變特性，而在較高濃度時呈現(xiàn)假塑性。隨著增稠劑濃度的增加，含有增稠劑的溶液的強度也增加。然而最特殊的食品增稠劑為阿拉伯膠，它在水中可以配成濃度高達50％的溶液。甲基纖維素的表觀粘度，9與濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))及特性粘度正V)的關(guān)系可用Philippoffs來表示：7．2．2增稠劑的協(xié)同效應(yīng)卡拉膠和槐豆膠、黃原膠和槐豆膠、黃蓍膠和海藻酸鈉、黃蓍膠和黃原膠都有相互增效的協(xié)同效應(yīng)。這種增效效應(yīng)的共同特點是：混合溶液經(jīng)過一定的時間后，體系的粘度大于體系中各組分粘度的總和，或者在形成凝膠之后成為高強度的凝膠。在卡拉膠和槐豆膠體系中，卡拉膠是以具有半酯化硫酸酯的半乳糖殘基為主鏈的高分子多糖?；倍鼓z是以甘露糖殘基組成主鏈，平均每四個甘露糖殘基就置換一個半乳糖殘基，其大分子鏈中無側(cè)鏈區(qū)與卡拉膠之間有較強的鍵合作用。在槐豆膠和卡拉膠形成的凝膠體系中，卡拉膠的雙螺旋結(jié)構(gòu)與槐豆膠的無側(cè)鏈區(qū)之間的強鍵合作用，使生成的凝膠具有更高的強度。而另一種與槐豆膠結(jié)構(gòu)相似，但側(cè)鏈平均數(shù)增加一倍的瓜爾豆膠，正因為其側(cè)鏈太密而不具有槐豆膠這么明顯的增稠效應(yīng)。利用各種增稠劑之間的協(xié)同效應(yīng)，采用復(fù)合配制的方法，可以產(chǎn)生無數(shù)種復(fù)合膠，以滿足食品生產(chǎn)的不同需要，并可達到最低用量水平。例如一定比例的黃原膠、魔芋糖復(fù)合膠，在水中的濃度低達0．002％時仍能形成膠凍。增稠劑還有一種疊加減效的效應(yīng)，例如，阿拉伯膠可降低黃蓍膠的粘度。80％的黃蓍膠和20％的阿拉伯膠的混合物溶液具有最低的粘度，比其中任一組分的粘度都低，用此混合物制備的乳液具有均勻、流暢的特點。這種復(fù)合膠在制備低糖度的穩(wěn)定乳液方面具有良好的前景。7．2．3切變力對增稠劑溶液粘度的影響由于增稠劑分子的高分子質(zhì)量和分子的剛性，因而在較低的濃度時就具有較高的粘度。切變力的作用是降低分散相顆粒間的相互作用力，在一定條件下，這種作用力愈大，結(jié)構(gòu)粘度降低也愈多。具有假塑性的液體飲料或食品調(diào)味料，在擠壓、攪拌等切變力的作用下發(fā)生的切變稀化現(xiàn)象，有利于這些產(chǎn)品的管道運送和分散包裝。7．2．4增稠劑的膠凝作用增稠劑高相對分子質(zhì)量、大分子鏈間的交聯(lián)與螯合以及大分子鏈的強烈溶劑化，都有利于體系三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，有利于形成凝膠。瓊脂的濃度即使低于l％也能形成凝膠，是典型的膠凝劑?？ɡz、果膠在K+或Ca2+存在下也能形成凝膠。1％～2％的明膠溶液在30℃以下膠凝，1％的卡拉膠溶液在引起膠凝的陽離子K+或Ca2+為0．1％一0．9％時，于20～70℃以下膠凝。1％果膠溶液在pH3，可溶性固體>55％時，于室溫條件下也能發(fā)生膠凝。在作為交聯(lián)劑的陽離子存在時，隨著陽離子濃度的升高，果膠所形成的凝膠強度以及凝膠的熔化溫度均會隨之升高。7．2．5增稠劑凝膠的觸變在增稠劑所形成的凝膠中，增稠劑大分子間的鍵合只形成松弛的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在交聯(lián)劑存在的情況下，大分子與大分子之間的螯合，或者螺旋形分子由于氫鍵和分子間力的作用，均易形成松弛的三維結(jié)構(gòu)。在K+或Ga++存在下，卡拉膠的凝膠就具有這種特點。增稠劑凝膠的這種松弛三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的存在，使其易發(fā)生觸變現(xiàn)象。這種現(xiàn)象特別有利于食用涂抹醬。這是因為切變力可以破壞松弛的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使醬變稀，但只要外力停止，經(jīng)過一段時間，已經(jīng)搖溶或變稀的凝膠又可以恢復(fù)原狀。7．2．6有機溶劑對增稠劑的增效效應(yīng)當(dāng)在極性有機溶劑中或有機極性溶劑的水溶液中加入某些增稠劑時，由于體系中的氫鍵和分子間力的作用，可以形成一定的結(jié)構(gòu)粘度，使體系的粘度高于體系中任何一組分的粘度。這種有機溶劑，可以選作增稠劑薄膜的增塑劑。例如，對CMC薄膜，甘油就是良好的增塑劑。7．7．2增稠劑的發(fā)展趨勢和前景增稠劑在食品添加劑工業(yè)和食品工業(yè)中的地位已經(jīng)越來越重要。在過去10年內(nèi)食用膠的生產(chǎn)及銷售趨勢是穩(wěn)中有升，其原因除了食品膠的功能性外，另外一個重要的原因是迎合市場需要的眾多低脂、無脂及低熱值產(chǎn)品的問世。采用人體無法消化吸收的類脂物質(zhì)取代配方中的油脂，以水替代配方中的油，然后以多糖膠質(zhì)控制水的流變性質(zhì)來賦予食品類似脂肪的口感，這往往與使用食品膠有關(guān)。1)增稠劑的發(fā)展趨勢世界范圍內(nèi)，用于食品工業(yè)的增稠劑的總產(chǎn)量及消費量都已趨于飽和，但各品種之間的相互消長取決于供應(yīng)量及價格的變化。有些品種的需求量逐年增加，如用于生產(chǎn)低熱量果醬的低酯果膠就越來越受歡迎；而另一些品種則在逐年下降，如許多樹膠，這是因為原用途不斷被其他膠所取代。由于每種現(xiàn)存的親水膠都有其特殊的用途及獨特的性質(zhì)，使得在不同的食品加工體系中，合理應(yīng)用各種食品膠成為一種專門知識。值得注意的是，相同名稱的增稠劑產(chǎn)品，如果原料來源的品種不一、生產(chǎn)工藝控制水平不一，不同生產(chǎn)商的產(chǎn)品都會導(dǎo)致某些應(yīng)用性質(zhì)和品質(zhì)的差異。即使同一生產(chǎn)商的同逸聞品也發(fā)展出許多不同的規(guī)格供應(yīng)給不同的使用對象，所以增稠劑市場早已體現(xiàn)出豐富的選擇性。目前，增稠劑生產(chǎn)商已開始注重與用戶之間的合作關(guān)系，在為用戶提供針對性產(chǎn)品及符合工藝條件要求的復(fù)合膠的同時，又提供良好的技術(shù)支持，使食品制造商選擇正確的增稠劑的品種及用量來達到最佳食品的造型、口感及最低的生產(chǎn)成本。增稠劑除充當(dāng)穩(wěn)定、增稠、凝膠等品質(zhì)改良劑功能之外，目前已成為“功能食品”的組分之一。這是因為隨著人們對健康食品方向發(fā)展，對功能食品及健康食品的興趣不斷提高，對多糖化合物所表現(xiàn)出來的功能性更加重視。目前比較熱門的應(yīng)用有：健康飲料、高纖維果汁，低粘度增稠劑用于脂肪替代品，純天然親水膠如果膠、阿拉伯膠的應(yīng)用等。2)增稠劑的研究趨勢近幾十年來，增稠劑的研究已成為國內(nèi)外碳水化合物或多糖方面的研究熱點，有關(guān)各種新型食品膠的結(jié)構(gòu)組成、物化特性及在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究報告比較多，預(yù)測增稠劑今后的研究趨勢如下：(1)深入研究增稠劑的“構(gòu)效”關(guān)系研究各種增稠劑的功能與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系很有必要，但這方面的系統(tǒng)研究報告還較少，這些研究可為今后尋找增稠劑的替代品、增稠劑的改性、人工化學(xué)合成增稠劑提供化學(xué)理論基礎(chǔ)。(2)研究復(fù)合型增稠劑以現(xiàn)有增稠劑為基礎(chǔ)原料，通過研究各種單體膠的性質(zhì)特性、膠與膠之間及膠與電解質(zhì)之間的反應(yīng)行為，確定單體膠種類及各自比例，從而產(chǎn)生不同功能的復(fù)合膠，滿足食品工業(yè)市場的需求。(3)深入研究增稠劑的生理功效作為可溶性膳食纖維，更加深入研究各種增稠劑所具有的功效也是今后這方面研究的熱點。尤其是對于那些產(chǎn)量大、應(yīng)用廣泛的增稠劑采說就顯得十分重要，如果膠、卡拉膠、黃原膠和海藻膠等，這也符合當(dāng)今食品添加劑天然、營養(yǎng)和多功能的發(fā)展潮流。(4)研究開發(fā)生物食品膠資源經(jīng)過較長時間的開發(fā)，目前從自然界的植物、動物中獲得的增稠劑已十分有限，并且自然界植物、動物生產(chǎn)周期較長，生產(chǎn)效率較低，同時也不利于自然生態(tài)保護，采用