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黃原膠在食品中的應用

放大字體  縮小字體 發布日期:2024-11-08  來源:食品質量管理公眾號  作者:網絡
核心提示:黃原膠被認為是國際上性能最優越的生物膠,被大量應用在食品、果汁、飲料、飼料、化妝、醫藥、陶瓷、消防、石油等行業,其市場增長潛力超過所有的親水性膠。本文綜述了黃原膠的結構、性質和生產,敘述了黃原膠在食品行業中的應用。
  黃原膠是由D一葡萄糖、D一甘露糖、D一葡萄糖醛酸、乙酸和丙酮酸構成的五糖重復單位。其中葡萄糖、甘露糖、葡萄糖醛酸摩爾比為2.8:3.0:2.0。
 
  黃原膠是由含有糖類(如葡萄糖、蔗糖、淀粉、水解淀粉等)的發酵培養基,在適宜的氮源、磷酸氫二鉀和適量的微量元素存在下,由野油菜黃單胞菌菌株作用,進行發酵,再經后提取、干燥、粉碎等工序制得。
 
  黃原膠無味、無臭、無毒、食用安全,易溶于水。在水溶液中呈現多聚陰離子,具有獨特的理化性質。在工業生產中主要作為增稠劑,也可以作為懸浮劑、乳化劑、穩定劑。
 
  到目前為止,黃原膠被認為是國際上性能最優越的生物膠,被大量應用在食品、果汁、飲料、飼料、化妝、醫藥、陶瓷、消防、石油等行業,其市場增長潛力超過所有的親水性膠。本文綜述了黃原膠的結構、性質和生產,敘述了黃原膠在食品行業中的應用。
 
一、結構
 
  黃原膠是淡白色或淺米黃色粉末,由五糖單位重復構成,其主鏈與纖維素相同,即由以β-1,4糖苷鍵相連的葡萄糖構成,三個相連的單糖組成其側鏈:甘露糖一葡萄糖一甘露糖。與主鏈相連的甘露糖通常由乙酰基修飾,側鏈末端的甘露糖與丙酮酸發生縮醛反應從而被修飾,而中間的葡萄糖則被氧化為葡萄糖醛酸。
 
  黃原膠除擁有規則的一級結構外,還擁有二級結構,經X一射線衍射和電子顯微鏡測定,黃原膠分子間靠氫鍵作用而形成規則的螺旋結構。雙螺旋結構之間依靠微弱的作用力而形成網狀立體結構,這是黃原膠的三級結構,它在水溶液中以液晶形式存在。
 
二、性質
 
  黃原膠被譽為“工業味精”,是目前世界上生產規模最大且用途最廣泛的微生物多糖。其主要有以下性質。
 
  (1)黃原膠無味、無臭、適用安全性強,粘度高,1%水溶液粘度相當于明膠的100倍,從而可作為良好的增稠和穩定劑。
 
  (2)獨特的流變性,在剪切作用下,溶液的粘度會迅速下降,一旦剪切作用解除,溶液的粘度會立即恢復,這種特性賦予食品如冰淇淋、火腿腸、果汁和植物蛋白型飲料、焙烤食品以良好的口感。這種特性也使得黃原膠在石油鉆井和開采中得到廣泛的應用。
 
  (2)良好的熱穩定性,在較大的溫度范圍內(一18—130℃)保持特有的功能,是生產冷凍食品和焙烤食品的良好輔料。
 
  (4)酸堿穩定性,其粘度基本上不受酸堿的影響,在PH值1~12范圍內能保持原有特性,從而使其有廣泛的應用范圍。
 
  (5)具有極強的抗氧化和抗酶解作用,即使在次氯酸納、雙氧水、生物活性酶存在的條件下仍能發揮作用。
 
  (6)具有廣泛的相溶性。與瓜爾豆膠、槐豆膠混合物可產生有益的協同作用。這種結構膠在一定條件下可產生凝膠作用。
 
  (7)與高濃度鹽類、糖類共存時,仍保持穩定的增稠體系。
 
  (8)對不溶性固體顆粒和油滴具有良好的懸浮性。
 
  (9)微波穩定性。已經形成的穩定體系,即使在微波爐中凍結一解凍都對其性能不會產生影響。
 
  (10)與鹽類、酸堿的配伍性好,與半乳一甘露聚糖的反應性好。
 
三、生產
 
  生產黃原膠的菌株:黃原膠生產菌株為黃單孢菌屬幾個種,目前工業化生產用菌株主要是甘藍黑腐病黃單孢桿菌,此外菜豆黃單胞菌、錦葵黃單胞菌和胡蘿卜黃單胞也可作為發酵菌種。
 
  下圖是黃原膠生產工藝簡圖,黃原膠的生產受到培養基組成、培養基條件(溫度、PH值,溶氧量等)、反應器類型、操作方式(連續式或間歇式)等多方面因素的影響。菌株可在25℃~30℃下生長,最適的發酵溫度為28℃,已有研究者提出具體的溫度與生長速率關系的方程。
 
  黃原膠的提取:相比較而言,從發酵液中回收產品的成本較高。一般的,最終發酵液中的組分為:黃原膠:10~30L,細胞:1~10g/L,殘余營養物質3~10L,以及其他代謝物。由于高濃度的黃原膠的存在,溶液濃度很大,從而增加了提取操作的困難,因此,宜先做稀釋處理。提取的主要步驟包插細胞的沉淀,黃原膠的沉淀、脫水、干燥、研磨。
 
四、在食品中的應用
 
  黃原膠作為食品添加劑,已被許多國家接受。在飲料、糕點、果凍、罐頭食品、海產品、肉制品加工等領域中成為重要的穩定劑、懸浮劑、乳化劑、增稠劑、黏合劑及具高附加值、高質量的加工原料。具體可概括為以下幾個方面。
 
  1)耐酸、耐鹽的食品增稠穩定劑
 
  應用于各種果汁飲料、濃縮果汁、調味料(如醬油、蠔油、沙拉調味汁)的食品中。黃原膠的穩定效果明顯優于其它膠,具有較強的熱穩定性,一般的高溫殺菌對其不會有影響,可用于各種果汁飲料、果肉飲料、植物蛋白飲料等,用量0.08~0.3。
 
  黃原膠優良的耐鹽、耐酸堿性可以完全取代醬油中的傳統增稠劑淀粉等,可以克服淀粉沉淀的缺點,且能使醬油細膩均一,提高掛壁性和著色性,延長貨架期。果醬、豆醬等風味調制醬,用黃原膠作增稠穩定劑,使醬體統一,涂拌性好,不結塊,易于灌裝,且提高口感。
 
  2)食品乳化劑
 
  作為乳化劑用于各種蛋白質飲料、乳飲料中,防止油水分層和提高蛋白質的穩定性,防止蛋白質沉淀,也可利用其乳化能力作為起泡劑和泡沫穩定劑,如用于啤酒制造等。在以豆類蛋白為主的乳化體系中加入0.02%的黃原膠后,乳化性明顯提高,并使混合體系具有高的剪切率和熱誘導的高粘特性。
 
  3)食品填充劑
 
  作為穩定的高粘度填充劑,可廣泛應用于各類點心、面包、餅干、糖果等食品的加工,在不改變食品的傳統風味的前提下,使食品具有更優越的保形性,更長的保質期,更良好的口感,有利于這些食品多樣化和工業化規模生產。在各種冷凍食品生產中,黃原膠具有防止其失水,延緩老化,延長保質期的作用。
 
  4)食品乳化穩定劑
 
  作為乳化穩定劑應用于冷凍食品,在冰淇淋、雪糕中黃原膠能調整混合物粘度,是使其具有均勻穩定的組成,組織滑軟,由于黃原膠的粘度和溫度的關系有可塑性和剪切性能,故在加工操作時粘度下降,阻力減小,有利于工藝進行,而在冷卻老化階段,粘度恢復,有利于提高膨脹率,防止冰淇淋組織中大冰晶的形成,使冰淇淋口感潤滑細膩。
 
  同時提高了產品的凍融穩定性,而且在融化時奶油和水混合均勻,不會產生漿液分離現象。一般老化時間2~3h。用量0.2%~0.4%。
 
  5)食品黏合劑
 
  黃原膠可將一些水溶性粉末物質,如褐藻酸鈉、酪蛋白、甲基纖維素和聚乙二醇纖維素鈉鹽等交聯起來從而制成一種黏合劑。此黏合劑用于食品加工,可起到改善質地增加成膜性的作用。利用黃原膠的這一性能可以制造粒狀糊料。與傳統糊料相比,用黃原膠制作的糊料飛散性小,均一性和可溶解度高,流動性及填充性能好,因不具凝聚性固保存性優良。
 
  6)黃原膠在特定食品加工中的應用
 
  ①黃原膠對面條品質的影響
 
  (1)黃原膠對面筋的形成成現出先強化后弱化的趨勢,其中對持水率的影響會影響面筋其他指標。
 
  (2)黃原膠對粉質特性呈現出較好的改良作用,而對拉伸特性有弱化影響。
 
  (3)黃原膠對淀粉的膨脹勢影響不大,對面粉的起始糊化溫度有規律的降低,在膠體加入量為0.2時峰值黏度最大。
 
  (4)黃原膠對蒸煮特性有很好的改善,隨著膠體比例的增大,蒸煮特性各項指標降低。
 
  (5)膠體的加入增大了面條質構的硬度、粘合性、咀嚼性,粘附性和彈性、粘結性、回復性較空白有所降低。
 
  ②對牛肉品質的改善
 
  黃原膠改善牛肉的保水性主要基于兩個方面,一是黃原膠本身就是親水膠體,滲入牛肉組織可提高肌肉的持水能力;二是肉的保水性可通過蛋白質的凝膠狀結構和靜電作用表現出來的,其中肌肉結構蛋白中的肌球蛋白對其保水性具有決定作用。
 
  pH值是衡量牛肉品質的一個重要參數,不僅影響牛肉的適口性、嫩度、烹煮損失和貨架時問,還與牛肉的系水力、肉色和風味等顯著相關。肌肉pH值接近其蛋白質等電點(5.0~5.5)時,肉的機械強度最大,嫩度較差,系水力也較低。生產上通常要求肉品的pH值偏離其等電點。黃原膠溶液浸泡牛肉可提高其肌肉的PH值,因此,添加黃原膠將有利于改善牛肉的保水與質構品質。
 
  牛肉最大剪切力的大小可以反映牛肉的嫩度,剪切力越小嫩度越好。因此,0.5%的黃原膠浸泡液可以改善牛肉的嫩度。其原因可能在于:黃原膠可以螯合Ca2+,可能促使肌細胞中的Ca2+轉入肌漿中,由此激活肌漿中的鈣激活酶,促進肌肉蛋白質的水解,致使肌纖維結構中的z線崩解直至消失,以及使肌節斷裂、肌原纖維小片化,從而嫩化肌肉。
 
五、總結
 
  黃原膠的水溶液具有獨特的流變特性——剪切稀化,隨著剪切速率增加,溶液的表觀粘度明顯下降;
 
  具有增粘性,在較低濃度下即有較大粘度;
 
  具有良好的水溶性、對熱及酸堿的穩定性、與多種鹽類有很好的相容性。
 
  這諸多特性使其通過控制產品的流變學行為而顯著改善食品的質地、口感、外觀品質,提高其商業價值,因此在食品中的應用前景非常的廣泛。
編輯:foodqm

 
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