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食用膠是目前世界上廣泛使用的食品添加劑，尤其是在食品工業(yè)相對發(fā)達(dá)的國家，食品中的大部分都使用了食用膠，卡拉膠作為食用膠中重要的一種，具有很多優(yōu)良的性質(zhì)，在食品加工中發(fā)揮著越來越重要的作用。
一、卡拉膠的性質(zhì)與作用
1、卡拉膠的性質(zhì)
1）物理化學(xué)性質(zhì)
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。
食品級卡拉膠為白色至淡黃褐色、表面皺縮、微有光澤、半透明片狀體或粉末狀物，無臭或有微臭，無味，口感粘滑，在冷水中膨脹，可溶于60℃以上的熱水后形成粘性透明或輕微乳白色的易流動溶液，但不溶于有機溶劑，在低于或等于它們的等電點時，它們易與醇、甘油、丙二醇相溶，但與清潔劑、低分子量胺及蛋白質(zhì)不相溶。
由于卡拉膠大分子沒有分支的結(jié)構(gòu)及其具有強陰離子特性，它們可以形成高粘度溶液，其粘度取決于濃度、溫度、卡拉膠類型以及是否有其他溶解物質(zhì)存在等。另外，卡拉膠還可以在低溫下在水中或奶基食品體系中形成多種不同的凝膠。
卡拉膠穩(wěn)定性強，干粉長期放置不易降解。它在中性和堿性溶液中也很穩(wěn)定，即使加熱也不會水解，但在酸性溶液中(尤其pH≤4.0)，卡拉膠易發(fā)生酸水解，凝膠強度和粘度下降。值得提出的是在中性條件下，若卡拉膠在高溫長時加熱時，也會水解，導(dǎo)致凝膠強度降低。所有類型的卡拉膠都能溶解于熱水中、熱牛奶中，溶于熱水中能形成粘性透明或輕微乳白色的易流動溶液�？ɡz在冷水中只能吸水膨脹而不能溶解。
2）卡拉膠的流變性能
基于卡拉膠具有的性質(zhì)，在食品工業(yè)中，卡拉膠通常用作增稠劑、膠凝劑、懸浮劑、乳化劑和穩(wěn)定劑等。而這些卡拉膠的生產(chǎn)應(yīng)用與卡拉膠的流變特性有著較大的關(guān)系，因而準(zhǔn)確掌握卡拉膠的流變性能及其在各種條件下的變化規(guī)律對生產(chǎn)具有重要的意義。
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。在穩(wěn)定狀態(tài)下粘度與溫度的關(guān)系具有可逆性，但升溫和降溫過程的“粘度一溫度”曲線斜率不同，升溫時曲線斜率較小，這是滯后現(xiàn)象引起。降溫至30℃時，粘度急劇上升，是卡拉膠分子逐步開始纏結(jié)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之故。在降溫時，K-卡拉膠和。L-卡拉膠達(dá)到它們的凝膠點時粘度會突然增大；而λ-卡拉膠卻不會這樣。恒溫加熱時問對卡拉膠溶液粘度也有影響。
75℃時，隨著恒溫時間的延長，卡拉膠溶液粘度降低，因為膠體大分子隨溶液的加熱而解離，分子纏結(jié)減少，故粘度下降。當(dāng)100℃時，粘度隨時間增長而下降，且粘度下降有急有緩，原因在于剛開始時，受高熱導(dǎo)致拆散分子間的纏結(jié)使粘度下降，之后有一段較平緩的階段，接著少數(shù)不穩(wěn)定的大分子開始降解，粘度再次下降。
卡拉膠溶液的粘度隨pH的增大而增大，再接近中性時基本穩(wěn)定，隨后又下降。酸性增強，氫離子增加，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。堿性增強，氫氧根離子與帶負(fù)電的卡拉膠相斥而減少分子降的纏結(jié)，故強酸、強堿性條件下，溶液粘度均下降。溶液中存在一定的陽離子時溶液粘度會降低。這是因為陽離子可降低半酯化硫酸酯之間的靜電引力。
2、卡拉膠的在食品工業(yè)中的作用
卡拉膠應(yīng)用在食品工業(yè)中的作用主要表現(xiàn)在具有凝膠、增稠和蛋白反應(yīng)性三個方面。
1）卡拉膠的與蛋白反應(yīng)作用
溶液中的蛋白質(zhì)聚集形成蛋白質(zhì)膠束，卡拉膠游離在溶液中，和蛋白質(zhì)膠束的裸露氨基酸片斷產(chǎn)生離子反應(yīng)，根據(jù)濃度和pH的不同，分別發(fā)生凝聚沉淀、懸浮和膠凝；而在肉制品固態(tài)中的蛋白質(zhì)經(jīng)過鹽提取(腌制、滾揉)、熱處理，蛋白質(zhì)互相之間產(chǎn)生反應(yīng)，形成蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，卡拉膠能通過和蛋白質(zhì)的互相作用加強這種結(jié)構(gòu)。
因此在蛋白質(zhì)溶液中卡拉膠可以吸附蛋白質(zhì)分子后，使蛋白溶液懸浮穩(wěn)定。實際應(yīng)用是乳品飲料的穩(wěn)定劑和冰淇淋乳化穩(wěn)定劑，穩(wěn)定增稠乳蛋白溶液。
2）卡拉膠的凝膠作用
①影響卡拉膠凝膠強度的因素
在一定范圍內(nèi)凝膠強度隨K-卡拉膠濃度的增大而線性的增大。這是因為濃度增大，K-卡拉膠分子數(shù)增多，分子間的交聯(lián)增強。
溫度上升，K-卡拉膠溶液地凝膠強度下降，但在溫度升降過程中，其變化曲線不同，因為降溫時凝膠中K-卡拉膠分子進(jìn)一步形成雙螺旋體，再進(jìn)而形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在此凝膠過程中放熱；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(chǎn)生滯后現(xiàn)象，降溫和升溫曲線斜率不同。
實驗結(jié)果證實，添加0.2％KCl的K-卡拉膠起凝膠強度比不添加KCI的高4.6倍。在凝膠形成的短時間內(nèi)。凝膠強度隨時間成正比地迅速增大，然后相對穩(wěn)定，10多小時后又開始下降。凝固初期K-卡拉膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成，凝膠強度迅速增大并達(dá)到穩(wěn)定，以后釋出游離水分，脫水收縮，強度下降。到后期，添加KCI地起凝膠強度下降較快，這與電解質(zhì)加劇脫液收縮有關(guān)。
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(dāng)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(jié)，使凝膠強度明顯下降。適當(dāng)濃度的氫氧根離子可在大分子中引入3，6-脫水氧橋結(jié)構(gòu)，有助于消除扭結(jié)，使分子鏈伸直，形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，從而使凝膠強度增強。
據(jù)有關(guān)研究，電解質(zhì)濃度增大，凝膠強度增大。陽離子種類對凝膠強度也有重要的作用。鈣離子、鉀離子、銨離子可形成堅硬的凝膠，而Na+，Li+則形成脆弱凝膠。
3）卡拉膠的增稠作用
相對前面敘述的蛋白反應(yīng)性和凝膠性�？ɡz的增稠性就比較弱，實際應(yīng)用中也和蛋白反應(yīng)性相混淆，因此是涉及實際應(yīng)用最少的一個性質(zhì)。
在實際應(yīng)用中，弱凝膠的卡拉膠增稠一般用于冰淇淋和乳飲料，結(jié)合卡拉膠一蛋白質(zhì)體系產(chǎn)生的弱凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加上鈣鹽等作用，可以賦予物料一定的稠度。
在冰淇淋中，卡拉膠加上甘露聚糖，配合乳蛋白，形成弱凝膠網(wǎng)絡(luò)，賦予冰淇淋保型性，抗熱變性，防止?jié){液分離，抑制冰晶長大，提高冰淇淋的膨脹率和融化率。
可可奶是卡拉膠使用最多的奶飲料，它需要卡拉膠一蛋白質(zhì)體系形成的弱凝膠提供“托”住可可粉的稠度，同時卡拉膠形成的弱凝膠并不會破壞其他物質(zhì)產(chǎn)生的口感。其他乳飲料用卡拉膠較少或不用。
二、卡拉膠在果凍生產(chǎn)中的應(yīng)用
1、卡拉膠在果凍生產(chǎn)中的作用
卡拉膠作為一種很好的凝固劑，可取代通常的瓊脂、明膠及果膠等。用瓊脂做成的果凍彈性不夠，價格較高；用明膠做水果凍的缺點是凝固和融化點低，制備和貯存都得低溫冷藏；用果膠的缺點是需要加高溶度的糖和適當(dāng)?shù)?/font>pH才能凝固。卡拉膠沒有這些缺點，以卡拉膠制成的水果凍富有彈性且沒有離水性，卡拉膠因具有獨特的凝膠特性而成為果凍常用的凝膠劑。
2、卡拉膠在果凍中應(yīng)用時的注意事項
1）由于是卡拉膠一魔芋膠體系，后者的溶解度相對不好，因此要進(jìn)行保溫，保溫時間不夠，魔芋膠溶解不完全，則做出的果凍口感就不對，嚴(yán)重的會造成果凍很嫩不成形；但同時如果保溫時間過長，卡拉膠又偏堿或者加入了檸檬酸鈉之類的緩沖劑，魔芋膠就容易發(fā)生去乙酰化變性，產(chǎn)生“蛋花湯”的現(xiàn)象，果凍仍可能不成形。因此建議夏天煮沸后不需要保溫，冬天煮沸后保溫10min，春秋季節(jié)介于2者之間。
2）加酸，由于卡拉膠不耐酸，加酸溫度建議越低越好，一般在70～80℃果凍灌裝之前或根據(jù)實際工藝條件，不然溫度越高卡拉膠越容易被破壞，影響口感，同時建議檸檬酸溶于水后添加，避免造成局部過酸；調(diào)節(jié)pH一般不低于4，需要更加酸的口感，建議使用其他膠體輔助；同時巴氏殺菌也會影響口感，需要根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3）過濾指在煮沸后，使用篩網(wǎng)過濾料液，其目的是去除無法溶解的魔芋膠顆粒，獲得相對很透明的果凍，這樣做可以得到某些高檔果凍透明的效果。
三、卡拉膠在軟糖生產(chǎn)中的應(yīng)用
1、卡拉膠在軟糖中的作用
用卡拉膠做透明水果軟糖在我國早有生產(chǎn)，它水果香味濃，甜度適中，爽口不粘牙，而且其透明度比瓊脂更好，價格較瓊脂低，加到一般的硬糖和軟糖中能使產(chǎn)品口感滑爽，更富彈性，粘性小，穩(wěn)定性增高。
2、注意事項
1）卡拉膠為主的軟糖粉在高糖濃度下不易溶解，所以建議先水溶，不然容易產(chǎn)生沙眼，一粒一粒的小膠粒。
2）注意還原糖含量，太低，儲存時間長容易返砂；太高，在熬糖時候容易注模不成形，拉絲。
3）可以在熬膠結(jié)束后加入花色物料，比如胡蘿卜醬之類的，不過要計算好軟糖粉的比例。
四、卡拉膠在肉制品生產(chǎn)中的應(yīng)用
1、卡拉膠在肉制品生產(chǎn)中的作用
卡拉膠用于禽肉制品可提高并能給保持水分，風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)、切割性、冷凍融化及穩(wěn)定性帶來益處。如卡拉膠用于火腿及火腿腸就能起到凝膠、乳化、保水、增強彈性的作用，尤其是提供適當(dāng)?shù)谋Ｋ�，即使是制造高出品率的產(chǎn)品時，它也能有良好的持水性，并且由于它能夠與蛋白質(zhì)絡(luò)合，就能提供相當(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，彈性好、韌脆適中，嫩滑爽口等性能，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了成本，是制作火腿必需的食品添加劑。
另外，因為卡拉膠在冷鹽中分散且不會使鹽水粘度上升，因此在禽肉給水處理中不會帶來不便。K-型和L-型卡拉膠或K-卡拉膠與槐豆膠復(fù)配使用會使肉湯凝膠，而且調(diào)味料也懸浮在肉湯中清晰可見，并能保持罐頭中魚的風(fēng)味。K-卡拉膠、槐豆膠與KCI溶液在冷凍魚表面形成被膜，它保護(hù)魚肉不被破壞，在加工過程中保持完整不被機械損壞。在火腿生產(chǎn)中，K-卡拉膠和游離水結(jié)合并且與蛋白質(zhì)作用，保證水分含量以及可溶蛋白含量。
2、卡拉膠在肉制品中的應(yīng)用
卡拉膠在火腿中的用量一般為0.75％，再經(jīng)過注射、滾揉等工藝的控制，可以得到良好的效果。
五、卡拉膠在冰淇淋生產(chǎn)中的應(yīng)用
1、卡拉膠在冰淇淋生產(chǎn)中的作用
在冰淇淋和雪糕制作中，卡拉膠可使脂肪和其它固體成分分布均勻，防止乳成分分離和冰晶在制造與存放時增大；使冰淇淋和雪糕組織細(xì)膩，結(jié)構(gòu)滑爽、可口；在冰淇淋生產(chǎn)中，卡拉膠因可與牛奶中的陽離子發(fā)生作用，產(chǎn)生獨特的膠凝特性，可增加冰淇淋的成型性和抗融性，提高冰淇淋在溫度波動時的穩(wěn)定性，放置時也不易融化。
在冰淇淋生產(chǎn)中卡拉膠雖然不適合作為主穩(wěn)定劑，但它在很低濃度下能作為很好的防止乳清分離的輔穩(wěn)定劑使用。因為卡拉膠雖然會增加體系的粘度，但不能包容足夠的膠以穩(wěn)定體系。
刺槐豆膠，瓜爾豆膠以及羧甲基纖維素單獨使用或組合使用是較好的主穩(wěn)定劑，然而，它們具有相同的缺點：在冰淇淋混合物中會導(dǎo)致乳清分離。所以加入卡拉膠能抑制這種現(xiàn)象的發(fā)生。
2、卡拉膠在冰淇淋中的用量
不同類型的冰淇淋需要不同的冰穩(wěn)，比如雪貝特脂肪含量低，就可以不使用乳化劑；而高級冰淇淋含有大量的乳品，其中的大量乳蛋白，也能起到乳化劑的作用，這就需要具體根據(jù)生產(chǎn)工藝配方產(chǎn)品的不同來調(diào)整。
3、使用注意事項
1）可以添加少量淀粉填充，數(shù)量多了就有粉質(zhì)感，口感不佳。
2）卡拉膠用量較少，多用會在老化后凝凍。
六、卡拉膠在啤酒生產(chǎn)中的應(yīng)用
1、卡拉膠在啤酒生產(chǎn)中的作用
卡拉膠帶有的強陰離子基團(tuán)——硫酸酯，能直接或通過金屬離子“架橋”與帶正電荷的蛋白質(zhì)、類酯、葡聚糖結(jié)合，由于卡拉膠的長鏈結(jié)構(gòu)物質(zhì)特性，不斷結(jié)合和擴大，形成絮狀物，在重力作用下，很快就沉淀出來，從而使麥芽汁達(dá)到澄清的目的。因此卡拉膠是一種有效的麥汁澄清劑，它能迅速沉淀蛋白，使麥汁獲得良好的清亮外觀，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。
2、卡拉膠在啤酒中的用量
在使用量方面，各廠家根據(jù)自己的原料情況，麥芽和輔料的比例、麥汁的濃度、工藝的特點，摸索合理有效的用量，一般都在15～25mg/kg之間。
