明膠的凝膠特性及多糖對(duì)明膠凝膠特性的影響

1、年第 5技術(shù) ·食品工程>>>EREALS AND OILS PROCESSING糧油加工明膠的凝膠特性及多糖對(duì)明膠凝膠特性的影響陳海華(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 【 摘要 】 本文研究了濃度 、 pH 值 、 蔗糖 、 氯化鈣 、 氯化鈉對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響 , 以及多糖對(duì)明膠凝膠特性的影響 。 結(jié)果表明 , 明膠凝膠強(qiáng)度隨明膠濃度的增加而增強(qiáng) ; pH 值影響明膠 的凝膠強(qiáng)度 , 分別在 pH 值 2和 10時(shí)取得最大值 。 蔗糖濃度低于 1%時(shí) , 明膠的凝膠強(qiáng)度隨蔗糖 濃度增加而增加 , 當(dāng)蔗糖濃度高于 1%時(shí) , 明膠的凝膠強(qiáng)度隨濃度的增高而下降 。

2、 明膠的凝膠強(qiáng) 度隨氯化鈉濃度增加而減小 , 隨氯化鈣濃度增大而增大 。 添加卡拉膠 、 CMC 或海藻酸鈉等多糖 能改善明膠的凝膠特性 , 提高其凝膠強(qiáng)度 ?！?關(guān)鍵詞 】 明膠 ; 凝膠強(qiáng)度 ; 卡拉膠 ; CMC ; 海藻酸鈉 中圖分類號(hào) :TS201文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A文章編號(hào) :1673-7199(2009 05-0130-04明 膠 是 動(dòng) 物 的 皮 、 骨 等 通 過 部 分 酸 法 水 解 (A 型 , 或者堿法水解 (B 型 , 或酶解 , 提純而獲得的膠 原蛋白 。 明膠是一種大分子的親水膠體 , 在低濃度或 高于熔點(diǎn)溫度之上時(shí) , 其水溶液主要表現(xiàn)為黏性 ; 一 定濃度的明

3、膠溶液降溫至 30 以下時(shí) , 不需要外加任 何離子就可以發(fā)生凝膠 , 凝膠在 030 之間發(fā)生熱可 逆性轉(zhuǎn)變 , 因此明膠具有入口即化的特性 。 根據(jù)這一 特性 , 在冷凍食品中明膠可作為膠凝劑 , 應(yīng)用于果凍 、 甜點(diǎn)和肉制品中 , 還可作為穩(wěn)定劑應(yīng)用于酸牛奶中 。本試驗(yàn)主要研究濃度 、 pH 值 、 蔗糖 、 氯化鈣 、 氯 化鈉對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響 , 以及多糖對(duì)明膠凝膠特 性的影響 。1材料與方法試驗(yàn)材料明膠 、 黃原膠 、 瓜爾膠 、 可得膠 (curdlan 、 羅望子膠 、 CMC , 青島天新食品添加劑有限公司 ; 卡拉膠 、 瓊膠 , 福建石獅市環(huán)球瓊膠公司 ; 果膠 ,

4、浙江省衢州 果膠食品有限公司 ; 魔芋膠 , 青島蘊(yùn)寶貿(mào)易公司 ; 海 藻酸鈉 , 青島膠南明月集團(tuán)有限公司 。電熱恒溫水浴鍋 , 龍 口 市 先 科 儀 器 公 司 ; pH-S-3C 型 pH 計(jì) , 上 海 精 密 科 學(xué) 儀 器 有 限 公 司 ; 電 冰 箱 , 青 島 海 爾 集 團(tuán) ; TA.XT2i 型 物 性 測(cè) 定 儀 , 美 國(guó) SMS 公司 。明膠凝膠的制備稱 取 一 定 質(zhì) 量 的 明 膠 溶 于 一 定 體 積 的 水 中 , 在凝膠強(qiáng)度的測(cè)定采用 TA.XT2i 型物性儀和 P /0.5型探頭測(cè)定 , 測(cè)試 條件 :下壓速度 2mm /s , 下壓高度 10mm

5、, 取破斷曲線 上的最大值即為凝膠強(qiáng)度 , 如圖 1所示 。圖 1凝膠強(qiáng)度測(cè)試示意圖EREALS AND OILS PROCESSING<<<食品工程 ·技術(shù)5期糧油加工 圖 2明膠濃度對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響分別配制 6%、 8%、 10%、 11%、 13%的明膠溶液 , 按 1.3.1所示方法制成凝膠后 , 測(cè)定其凝膠強(qiáng)度 。1.3.4蔗糖 、 氯化鈣 、 氯化鈉對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響(1 配 制 濃 度 為 7.5%的 明 膠 溶 液 , 分 別 加 入0.1%、 0.3%、 0.5%、 1%、 2%的蔗糖 , 按 1.3.1的方法 制成凝膠后測(cè)定其凝膠強(qiáng)度 。(

6、2 配 制 濃 度 為 7.5%的 明 膠 溶 液 , 分 別 加 入0.1%、 0.3%、 0.5%、 1%、 2%的氯化鈣 , 按 1.3.1的方 法制成凝膠后測(cè)定其凝膠強(qiáng)度 。(3 配 制 濃 度 為 7.5%的 明 膠 溶 液 , 分 別 加 入0.1%、 0.3%、 0.5%、 1%、 2%的氯化鈉 , 按 1.3.1的方 法制成凝膠后測(cè)定其凝膠強(qiáng)度 。1.3.5pH 值對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響配制濃度為 7.5%的明膠溶液 , 分別用 0.1mol /L 的 氫氧化鈉或鹽酸溶液調(diào)節(jié)明膠溶液 pH 值 , 按 1.3.2的 方法 , 測(cè)定凝膠強(qiáng)度 ?？ɡz或瓊脂與明膠復(fù)配時(shí)總濃度固定為

7、1%, 復(fù) 配比例分 別 為 01、 12、 23、 11、 32、 21, 按 1.3.1的方法制成凝膠后測(cè)定其凝膠強(qiáng)度 。黃原膠 、 瓜兒膠 、 可得膠 、 羅望 子 膠 、 CMC 、 果 膠 、 魔芋膠 、 海藻酸鈉與明膠的復(fù)配總濃度為 3%, 復(fù) 配比例 分別 為 01、 12、 23、 11、 32、 21, 按 1.3.1的方法制成凝膠后測(cè)定其凝膠強(qiáng)度 。的影響配制總濃度為 3%的明膠與海藻酸鈉混合溶液 , 其 中明膠與海藻酸鈉的比例為 01、 12、 23、 11、 32、21, 再分別加入 0.1%、 0.3%氯化鈣溶液 , 按 1.3.1的 方法制成凝膠后測(cè)定其凝膠強(qiáng)度 。

8、2結(jié)果與分析濃度對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響由圖 2可知 , 隨著明膠濃度的增加 , 凝膠強(qiáng)度增 大 , 破壞凝膠體系所需施加的應(yīng)力越大 。 這是 因?yàn)槊?膠濃度越大 , 形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越致密 , 分子間作 用力越大 , 因而凝膠強(qiáng)度越大 。2.2蔗糖 、 氯化鈣 、 氯化鈉對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響由圖 3可知 , 氯化鈣對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響十 分 明顯 , 隨著氯化鈣濃度的提高 , 凝膠強(qiáng)度也不斷提高 。 在氯化鈣濃度較低時(shí) , 凝膠強(qiáng)度的增加較為平緩 , 當(dāng) 鈣 離 子 濃 度 超 過 1%后 , 凝 膠 強(qiáng) 度 增 強(qiáng) 的 幅 度 明 顯 增 大 。 造成這種現(xiàn)象的主要原因是二價(jià)鈣離子可以使蛋

9、白質(zhì)中相鄰的多肽鏈之間形成交聯(lián)的鈣橋從而增強(qiáng)其 凝膠強(qiáng)度 。由圖 4可知 , 氯化鈉的添加會(huì)使明膠凝膠強(qiáng)度 顯 著降低 , 在氯化鈉濃度小于 0.5%時(shí) , 凝膠強(qiáng)度降低的 幅度不明顯 , 而在濃度超過 0.5%后 , 其凝膠強(qiáng)度顯著 降低 。 造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于氯化鈉中和了 明膠所帶的電荷 , 使明膠分子間的斥力減小 , 分子鏈 不能完全展開 , 導(dǎo)致明膠的凝膠強(qiáng)度下降 。由圖 5可知 , 蔗糖的添加也會(huì)增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度 , 且 在 1%時(shí)達(dá)到最大后開始下降 。 當(dāng)加入少量蔗糖時(shí) , 凝 膠強(qiáng)度略有增大 , 蔗糖與明膠分子產(chǎn)生交聯(lián)鍵 ; 但是 當(dāng)濃度到超過 1%后 , 由于交聯(lián)鍵產(chǎn)生過

10、量 , 導(dǎo)致凝膠圖 3氯化鈣濃度對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響圖 4氯化鈉濃度對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響131年第 5技術(shù) ·食品工程>>>EREALS AND OILS PROCESSING糧油加工圖 5蔗糖濃度對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響圖 6pH 值對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響圖 7多糖對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響 圖 8卡拉膠對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響圖 9CMC 對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響發(fā)生斷裂 , 從而凝膠強(qiáng)度下降 。2.3pH 值對(duì)明膠凝膠強(qiáng)度的影響由圖 6可知 , pH 值對(duì)于明膠凝膠強(qiáng)度的影響是十分明顯的 , 在 pH 值 114的區(qū)間中凝膠強(qiáng)度曲線成馬 鞍狀 。 在 pH 值 <2和 pH

11、 值 >11時(shí)明膠溶液不能成膠 。 在 pH 值 2和 10時(shí)凝膠強(qiáng)度達(dá)到最大 , 而在 pH 值 39范圍內(nèi)曲線則較平穩(wěn) 。 這是因?yàn)槊髂z處于酸性環(huán)境時(shí) , 隨著 pH 值降低 , 溶液 pH 值達(dá)到明膠的等電點(diǎn) (4.5 附 近 , 溶 液 中 的 凈 電 荷 減 少 , 分 子 間 不 易 相 互 作 用 , 因此凝膠強(qiáng)度在較低的水平 ; 當(dāng) pH 值繼續(xù)降低 , 靠近3時(shí) , 由于遠(yuǎn)離等電點(diǎn) , 溶液中的明膠分子帶正電荷 , 分子間靜電斥力增大 , 凝膠強(qiáng)度也隨之增大 , 并在 pH 值 2達(dá)到最大值 ; 當(dāng) pH 值 <2時(shí) , 由于酸的作 用使明 膠發(fā)生降解 , 分子量

12、變小 , 所以溶液不能成膠 。 當(dāng)溶液在 pH 值 710之間時(shí) , 明膠的凝膠強(qiáng)度始終保持在 較低的 水 平 , 直 到 pH 值 10時(shí) 凝 膠 強(qiáng) 度 達(dá) 到 最 大 值 , 隨著 pH 值的繼續(xù)增大 , 在 pH 值 11時(shí)凝膠強(qiáng)度略有降 低 , pH 值超過 11后 , 溶液不能成膠 。 造成這種現(xiàn)象 的原因是 :當(dāng) pH 值超過 11后 , 明膠分子中的肽鏈水 解 , 從而破壞了明膠的分子結(jié)構(gòu) , 導(dǎo)致凝膠強(qiáng)度下降 。明膠與多糖的相互作用由圖 7可知 , 果膠 、 瓜兒膠 、 魔芋膠 、 瓊脂 、 羅望子膠 、 黃原膠與明膠復(fù)配后都不能成膠 。 原因可能 是這些多糖與明膠之間沒有發(fā)

13、生相互作用 , 所以不能 形成凝膠 。由圖 8可知 , 隨著復(fù)配溶液中卡拉膠比例的增大 , 凝膠強(qiáng)度也逐漸增大 , 明膠的凝膠性質(zhì)得到改善 。 試 驗(yàn) 過 程 中 還 發(fā) 現(xiàn) , 卡 拉 膠 比 例 較 大 時(shí) 凝 膠 強(qiáng) 度 較 大 , 但是彈性較差 , 當(dāng)明膠濃度增加時(shí) , 凝膠彈性得到改 善 , 說明卡拉膠與明膠之間存在相互作用 。 造成這種 現(xiàn)象的原因可能是由于形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)由以卡拉膠為 主的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)橐悦髂z為主的網(wǎng)絡(luò)所致 。2.4.2明膠與 CMC 的相互作用由圖 9可知 , 隨著明膠比例的增加 , 混合物的凝 膠強(qiáng)度也在增加 。 造成這種現(xiàn)象的原因可能 是 :CMC 是一種陽(yáng)離子膠

14、體與含有 NH 4+的明膠混合后 , 由于分EREALS AND OILS PROCESSING<<<食品工程 ·技術(shù)5期糧油加工 子間的靜電相互作用 , 從而增強(qiáng)了凝膠強(qiáng)度 。由圖 10可知 , 在單純海藻酸鈉進(jìn)行溶解成膠時(shí) , 溶液并不能形成凝膠 , 隨著明膠的比例的增加 , 凝膠 強(qiáng)度有顯著的增加 。 這是因?yàn)?:在明膠 -海藻酸鈉混合 物凝膠化過程中 , 第一階段明膠與海藻酸鈉由于靜電 相互作用 , 形成絡(luò)合物 。 改變組成比 , 可以得到溶解 的聚陰離子 , 或是不溶性的電中性的絡(luò)合物 。 第二階 段由于絡(luò)合物中的明膠通過形成氫鍵和疏水鍵 , 而 生 成絡(luò)

15、合物聚集體 。 在聚陰離子絡(luò)合物的情況下 , 組成 絡(luò)合物凝膠 ; 而在電中性絡(luò)合物的情況下 , 絡(luò)合物發(fā) 生凝膠化 , 也就是出現(xiàn)了兩相分配體系可溶性物質(zhì)的 富集相和貧化相 。 明膠與海藻酸鈉形成的凝膠可由富 集相得到 。另 外 , 也 有 研 究 表 明 , 海 藻 酸 鈉 加 入 量 較 低 時(shí) , 多糖不顯示出形成結(jié)構(gòu)的性質(zhì) , 但對(duì)于多組分體系的 凝膠化顯示出正協(xié)同效應(yīng) 。 在凝膠成熟時(shí) , 立體網(wǎng)絡(luò) 增強(qiáng) , 這與最初形成的離子鍵的重建有關(guān) (即在凝膠 形成時(shí)明膠與海藻酸鈉間進(jìn)行交聯(lián)而形成的鹽橋 。 當(dāng)pH 值低于明膠等電點(diǎn)并膠凝時(shí)間超過 15h 時(shí)最突出 。 提高海藻酸鈉在體系中

16、的含量將明顯地抑制明膠大分 子與多糖間的靜電相互作用力 , 結(jié)果導(dǎo)致形成了明膠 多肽鏈凝膠結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò) , 而海藻酸鈉只在其中起填 充劑的作用 。通過圖 10還可以看出 , 氯化鈣的加入對(duì)復(fù)配物的 凝膠強(qiáng)度有顯著提高 。 隨著鈣離子的增加 , 混合凝膠 的凝膠強(qiáng)度有顯著提高 。 當(dāng)鈣離子濃度增加到 0.3%時(shí) , 在加熱溶脹過程中已發(fā)生明顯的結(jié)粒現(xiàn)象 , 凝膠的脆 性增加 。 這種現(xiàn)象主要是由于海藻酸鈉本身與明膠間 存在著很強(qiáng)的分子間相互作用 。 此外 , 鈣離子的加入 使混合凝膠中形成了鈣橋 , 即發(fā)生了鈣交聯(lián) , 這 是由 于海藻酸中的羧基易與鈣離子容易形成鈣橋 , 使得形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)更為

17、堅(jiān)固 。3結(jié)論明 膠 溶 液 的 凝 膠 強(qiáng) 度 隨 明 膠 濃 度 的 提 高 而 提 高 ,氯化鈣 、 氯化鈉 、 蔗糖的加入以及 pH 值對(duì)凝膠強(qiáng)度都 有顯著影響 。 部分多糖由于自身不具備凝膠性能且不 與明膠發(fā)生相互作用 , 所以不能與明膠復(fù)配形成凝膠 。 卡 拉 膠 、 CMC 、 海 藻 酸 鈉 可 以 與 明 膠 復(fù) 配 形 成 凝 膠 ,其中海藻酸鈉對(duì)明膠的影響較為明顯 , 向明膠 -海藻酸 鈉混合溶液中加入氯化鈣后 , 凝膠強(qiáng)度更有顯著提高 。參 考 文 獻(xiàn)1 明膠生產(chǎn)工藝及設(shè)備 編寫組 . 明膠生產(chǎn)工藝及設(shè)備 M . 北 京 :中國(guó)輕工業(yè)出版社 , 1996:91.2R.h

18、interwaldner. 明膠技術(shù)進(jìn)展 . 明膠科學(xué)與技術(shù) , 1988, (7:3. 3 明膠科學(xué)與技術(shù) 編輯部信息組 . 食用明膠的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及明膠食 品 . 明膠科學(xué)與技術(shù) , 2006, (3:136.4徐華 , 梁慶華 . 明膠的生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù) M . 北京 :中國(guó)食品出 版社 , 1988:204.5帥興華 , 王少?gòu)?qiáng) , 宋增峰等 . 明膠應(yīng)用性能的研究 J . 皮革化工 , 2007, (3:20-23.6Keiji yoshimura , Mariko Tershima iki hozan , et.al Physical Proper-ties of Shark Gelatin compares with pig gelatin J J.Agric.Food Chemisty 2000, (48; 20232027.7劉曉玲 . 雞骨明膠的制備 、 結(jié)構(gòu)及功能性質(zhì)的研究 . 江南大學(xué)博士 論文 .8程晉生 . 明膠的凝膠化及添加劑的影響 J . 明 膠 科 學(xué) 與 技 術(shù)