卡拉胶的生产及应用.doc

提纲 1.简介2.卡拉胶分类和物理化学性质 2.1 卡拉胶的流变性能 2.2 卡拉胶结构3.质量标准4.卡拉胶的 3 大性能 4.1 卡拉胶的重要性质之一蛋白反应性 4.2 卡拉胶的重要性质之二凝胶性 4.2.1 卡拉胶凝胶机理探讨 4.2.2 卡拉胶和离子的作用 4.2.3 卡拉胶和其他多糖的作用5.卡拉胶应用以及生产工艺 5.1 果冻 5.2 软糖 5.3 肉制品 5.4 冰淇淋 5.5 啤酒 5.6 乳饮料内容将分几天上传2.卡拉胶简介卡拉胶（Carrageenan）又名角叉菜胶、鹿角藻胶，是从红藻中提取的一种高分子亲水性多糖其化学结构是 由 D-半乳糖和 3，6-脱水-D-半乳糖残基所组成的线形多糖化合物根据其半乳糖残基上硫酸酯基团的不同可分为 κ-型、ι-型、λ-型、β-型、μ-型等 13 种，其中主要的是 κ-型、ι-型、λ-型μ-型通过碱处理，脱除 6 位上的硫酸酯 形成内酯形成了 κ-型，因此 μ-型又称为 κ-型的前体，同理，γ-型是 ι-型的前体，λ-型是 θ-型的前体，参见结构图 市售最多的应用也最广的是 κ-型，如下文没有特别指出，一般为指 κ-型精品一．卡拉胶物理化学性质 食品级卡拉胶为白色至淡黄褐色、表面皱缩、微有光泽、半透明片状体或粉末状物，无臭或有微臭，无味， 口感粘滑，在冷水中膨胀，可溶于 60℃以上的热水后形成粘性透明或轻微乳白色的易流动溶液，但不溶于有机溶 剂，在低于或等于它们的等电点（此概念貌似不正确，卡拉胶应该没有等电点）时，它们易与醇、甘油、丙二醇 相溶，但与清洁剂、低分子量胺及蛋白质不相溶。

由于卡拉胶大分子没有分支的结构及其具有强阴离子特性，它 们可以形成高粘度溶液，其粘度取决于浓度、温度、卡拉胶类型以及是否有其他溶解物质存在等另外，卡拉胶 还可以在低温下在水中或奶基食品体系中形成多种不同的凝胶卡拉胶稳定性强，干粉长期放置不易降解它在中性和碱性溶液中也很稳定，即使加热也不会水解，但在酸 性溶液中（尤其 pH≤4.0），卡拉胶易发生酸水解，凝胶强度和粘度下降值得提出的是在中性条件下，若卡拉胶 在高温长时加热时，也会水解，导致凝胶强度降低所有类型的卡拉胶都能溶解于热水中、热牛奶中溶于热水 中能形成粘性透明或轻微乳白色的易流动溶液卡拉胶在冷水中只能吸水膨胀而不能溶解由于卡拉胶的特殊结 构，其结构中的硫酸酯具有强阴离子性，加之空间结构，有特殊的蛋白反应性卡拉胶在水中的溶解度受卡拉胶 的类型、反离子的存在、其它溶质的存在、温度、pH 值等这些因素的影响1.卡拉胶的类型：κ-型卡拉胶亲水型弱，所以难溶于水；λ-型卡拉胶在大部分条件下易溶于水；ι-型卡拉胶介于两 者之间κ-型卡拉胶在 Na 盐中可溶，但在 K、Ca 盐中不溶；ι-型在 Na 盐中可溶，Ca 盐中形成触变分散体（摇溶） ；λ-型卡拉胶在所有盐类中均可溶。

2.其它溶质：无机盐对卡拉胶的水合作用（溶解性）的影响最大特别溶度为 1.5—2%的 KCl 溶液阻止 κ-型在常 温下溶解；而溶度为 4—4.6%或更高时的 NaCl 溶液才能达到蔗糖的溶度对 κ-型卡拉胶的水合作用影响很少 3.温度：温度越高，溶解性越好温度于溶解性成正比 4.pH 值：在酸性条件下，只能溶胀常温下）二．卡拉胶分类及相关性能 卡拉胶加热溶解后，放冷时能形成半固体透明的凝胶钾、铵、钙等阳离子能很大地提高其凝固性κ-型卡 拉胶对钾离子敏感，形成脆性凝胶，有泌水性；ι-型卡拉胶对钙离子敏感，形成柔性凝胶，不泌水；λ-型卡拉胶不 能形成凝胶一般市售卡拉胶以 κ-型为主，如不严格标明，往往是 κ-型为主，并有少量未分离的 ι-型和 λ-型有 些多糖对卡拉胶的凝固性也有影响如：刺槐豆胶可明显提高 κ-型卡拉胶的凝胶强度和弹性，玉米淀粉和小麦淀 粉对其凝胶强度也有提高卡拉胶形成的凝胶具有可逆性，即加热时凝胶融化成溶液，溶液放冷时又形成凝胶： 凝胶←→溶胶，但一般强度有损伤β-型类似琼脂，硫酸酯含量很低，在酸性饮料中可以使用 卡拉胶根据工艺流程可以分为精品卡拉胶（Refined Carrageenan，E407）和粗品卡拉胶（Semi-refined Carrageenan，E407a）三．κ-卡拉胶简单工艺流程 精品： 水洗浸泡-碱处理-洗涤-煮胶-过滤-凝胶-脱水-干燥-粉碎 粗品：水洗浸泡-碱处理-洗涤-干燥-粉碎2.1 卡拉胶的流变性能 基于卡拉胶具有的性质，在食品工业中，卡拉胶通常用作增稠剂、胶凝剂、悬浮剂、乳化剂和稳定剂等。

在 医药、精细化工中，卡拉胶也有着广泛的应用而这些卡拉胶的生产应用与卡拉胶的流变特性有着较大的关系， 因而准确掌握卡拉胶的流变性能及其在各种条件下的变化规律对生产具有重要的意义 1 粘度 由于卡拉胶大分子没有分支的结构及聚阴离子特性，它们可以形成高粘度溶液例如，2％的水溶液（不含金 属例子）的平均粘度分布未 500～1000 厘泊间影响溶液粘度的因素很多，如分子量、浓度、温度、卡拉胶的类 型及溶液中的阳离子 1.1 卡拉胶分子量对溶液粘度的影响 卡拉胶的粘度随胶体分子量的增大而显著增大食品级卡拉胶分子量分布于约 200000 道尔顿左右低于 10 万道尔顿的卡拉胶粘度很低，目前还没有商业价值 1.2 卡拉胶浓度对溶液粘度的影响 溶液粘度随浓度增大而呈指数规律增加，这是线性荷电分子的典型特点，也是高分子间的相互作用随浓度升 高而增强，在中性 PH 值下带阴离子的多糖链强烈的排斥电子所致的结果 1.3 温度对卡拉胶溶液粘度的影响 卡拉胶的溶液粘度随温度升高呈指数规律下降在稳定状态下粘度与温度的关系具有可逆性，但升温和降温 过程的“粘度－温度”曲线斜率不同，升温时曲线斜率较小，这是滞后现象引起。

降温至 30℃时，粘度急剧上升， 是卡拉胶分子逐步开始缠结成网状结构之故在降温时，k－卡拉胶和 l－卡拉胶达到它们的凝胶点时粘度会突然 增大；而 λ 卡拉胶却不会这样 1.4 恒温加热时间对卡拉胶溶液粘度的影响75℃时，随着恒温时间的延长，卡拉胶溶液粘度降低，因为胶体大分子随溶液的加热而解离，分子缠结减少， 故粘度下降当 100℃时，粘度随时间增长而下降，且粘度下降有急有缓，原因在于刚开始时，受高热导致拆散 分子间的缠结使粘度下降，之后有一段较平缓的阶段，接着少数不稳定的大分子开始降解，粘度再次下降 1.5 转速对卡拉胶溶液粘度的影响 随着转速增加，卡拉胶溶液粘度缓慢下降，卡拉胶溶液呈现假塑性，粘度与测定时的切变力大小有关，这时 液体具有剪切稀化的特点 1.6 搅拌时间对卡拉胶溶液粘度的影响 卡拉胶溶液粘度随搅拌时间的增长先缓慢上升，80min 后又下降这是因为搅拌过程拆散卡拉胶分子群，拆 散的分子又自动集结缠绕，搅拌时间增长，分子缠绕增加，粘度上升当分子聚集到一定程度形成小的胶体絮状 颗粒，且被打散时，其粘度反而下降搅拌超过 80min，粘度下降，耐机械破坏能力下降 1.7 pH 值对卡拉胶溶液粘度的影响 卡拉胶溶液的粘度随 pH 的增大而增大，再接近中性时基本稳定，随后又下降。

酸性增强，H＋增加，促进卡 拉胶分子解离并中和其电性，削弱了半酯化硫酸根之间的静电引力碱性增强，OH－与带负电的卡拉胶相斥而减 少分子降的缠结，故强酸、强碱性条件下，溶液粘度均下降 1.8 离子对卡拉胶溶液粘度的影响 溶液中存在一定的阳离子时溶液粘度会降低这是因为阳离子可降低半酯化硫酸酯之间的静电引力2.2 卡拉胶的化学结构 1 卡拉胶的命名 卡拉胶是一类线性、含有硫酸酯基团的高分子多糖理想的卡拉胶具有重复的 α-(1→4)-D-半乳吡喃糖 β-(1 →3)-D-半乳吡喃糖(或 3 ,6 内醚-D-半乳吡喃糖) 二糖单元骨架结构交替地连接而成的线性多糖但是天然产的卡 拉胶往往不是均一的多糖，而都是以少数几种理想的或特别的、具有固定化学结构的多糖变种和其混合物的形式存在，很多时候是结构中混有其它碳水化合物取代基(如木糖、果糖或酮酯类物质)为适应卡拉胶这种复杂结构的 基础研究需要，常用希腊字母词头来区别这些固定的化学结构，例如 μ，κ，γ，ι，λ，β，ξ，α，θ，ν，δ，π，ω 等 13 种卡拉胶市场上可以买到具有实际使用效果的 κ、ι、λ、β-卡拉胶都是化学组成方面接近于理想化学结构 的混合物。

2 卡拉胶的不同类型 在 κ-卡拉胶中 1，3-G 和 1，4-C 分别为 D-半乳糖-4-半酯式硫酸盐残基和 3，6AG(3，6-脱水 D-半乳糖残基) μ-卡拉胶则不同于 κ-卡拉胶．其中后一个残基(3．6-AG)被 D-半乳糖-6-半酯式硫酸残基所取代，而且被认为是经 生化作用后生成 κ-卡拉胶的母体其在藻体内天然存在在红海藻中，由 μ-向 κ-的转化是在去扭结酶催化下进行 的3，6 羟基脱水而形成的闭合环排除了 1，4-苷键半乳糖残基上 C6 半酯式硫酸盐形成的可能性在某些阳离子， 尤其是钾离子存在下，κ-卡拉胶与水形成凝胶．而其母体 μ-卡拉胶由于在 β2(1 →4) 连接的半乳糖基上含有 6 位 硫酸酯基团,在高分子链上易形成扭结,影响凝胶的形成而不形成凝胶商业上使用较多的是 κ 型卡拉胶,它可以通 过碱处理或酶催化由 μ 转化而来目前生产上通用的方法是碱处理(如 NaOH , Ca (OH) 2 等),又称碱转化、碱改性 主要含有 μ 卡拉胶的藻体在热碱的长时间作用下(如 0.1mol/L Ca(OH)2 作用 30-48h)转化为 κ 型卡拉胶,且转化比较 彻底所得到的 κ-卡拉胶凝胶能力强、反应性能较好,在食品行业使用较广泛。

类似的，γ-卡拉胶被认为是 ι-卡拉胶的母体从化学结构上看、它们同各自的对应物 μ-卡拉胶和 κ-卡拉胶的 区别仅仅在于 1，4-G 的 C2 形成半酯式硫酸酯同样地，γ-卡拉胶与水不形成凝胶，而 ι-卡拉胶则可形成凝胶 λ-卡拉胶与水不形成凝胶，它同 γ-卡拉胶的差别在于大约只有 70％的 1．3-G 上具有-OSO3-取代基，并且取 代位置是 C2 而不是 C4，其余 30％则不合-OSO3-取代基碱催化消除 C6 的-OSO3-基团，使 1，4-G 保留 C2 的- OSO3-基团变成 3，6-脱水-半乳糖-2-半酯式硫酸盐，正如 μ-(γ-)转化为 κ-(ι-)一样；然而，既不同于 κ-，也不同于 ι-，用碱改性的 λ-卡拉胶已被命名为 θ-卡拉胶，它与水不生成凝胶 ξ-卡拉胶，在另一些杉海苔科海藻中代替 λ-存在，其结构虽末完全描述清楚，但似乎在 1，3-G 上 C2 具有- OSO3-取代基，这一点能区别于 λ-，另一方面，至少有一部分 1，4-G 上的 C6 不存在这种取代基时至今日，具 有这种特性的多糖尚未单独分离出来它可能完全缺乏 C6 半酯化硫酸盐基团 β-卡拉胶，主要存在于部分琼枝类海藻中，其结构主要为 3-β-D-半乳吡喃糖和 4-3 ,6 内醚-α-D-半乳吡喃糖，- OSO3-含量极少，结构和性能都近似琼脂，溶于水后能形成坚硬的凝胶。

不同来源的卡拉胶被认为是结构不同的各种多糖的混合物，其重复结构单元 1，4 苷键键合的半乳糖残基上 C3、C6 的脱水度及 C2 的酯化度在一定范围内变动卡拉胶基本可分为两大类：其一包括 μ、κ、γ 和 ι 卡拉胶及 其混合物，这一类卡拉胶在钾离子存在时或用碱处理时可胶凝，其特点在于 1，3-G 的 C4 具有-OSO3-取代基其 二包括 θ-和 λ-卡拉胶及其碱改性产品，它们在碱处理前后都不胶凝，并且它们的 1，4-G 和 1．3-G 上，C2 都是部 分地或全部地具有-OSO3-取代基3 硫酸酯基团-OSO3- 含有硫酸酯基团(-OSO3-)是卡拉胶的重要特征OSO3-以共价键与半乳吡喃糖基团上 C2,C4 或 C6 相连接,在 卡拉胶中含量约为 20%-40%(w/w),导致卡拉胶带有较强的负电性卡拉胶重要的。