食用胶

亲水胶体,食品添加剂中的一大类别

食用胶

食用胶(或称食品胶)是一类大分子物质,它能在水中溶解并形成粘稠、滑腻或胶冻液。在食品加工中,食用胶可以起到增稠、增黏、凝胶、稳定乳化、悬浮体等作用,使食品获得所需的各种形状和口感,因此常被称为食品增稠剂、增粘剂、胶凝剂、稳定剂、悬浮剂、胶质等。食用胶属于亲水性高分子化合物,能够水化并形成高黏度的均相液,因此也称为亲水胶体。[2][1]添加适量的食用胶可经济有效地改善食品体系的稳定性,因此食用胶可作为食品添加剂应用于凝胶糖果、果冻、肉制品、乳制品、啤酒饮料以及烘焙食品和冷冻食品等。食用胶也可应用于化工行业、医药行业、造纸、烟草及科学研究等领域。[2][1]

食用胶(或称食品胶)是一类大分子物质,它能在水中溶解并形成粘稠、滑腻或胶冻液。在食品加工中,食用胶可以起到增稠、增黏、凝胶、稳定乳化、悬浮体等作用,使食品获得所需的各种形状和口感,因此常被称为食品增稠剂、增粘剂、胶凝剂稳定剂、悬浮剂、胶质等。食用胶属于亲水性高分子化合物,能够水化并形成高黏度的均相液,因此也称为亲水胶体。[3][2]

添加适量的食用胶可经济有效地改善食品体系的稳定性,因此食用胶可作为食品添加剂应用于凝胶糖果、果冻、肉制品、乳制品、啤酒饮料以及烘焙食品和冷冻食品等。食用胶也可应用于化工行业、医药行业、造纸、烟草及科学研究等领域。[3][2]

发展历史

食用胶广泛来源于自然界,穴居社会时期人们已经能够从动物组织中提取胶黏物质;古埃及时期的人们利用动物胶与木质黏胶作为黏合剂;[4]四千年前,阿拉伯人开始将阿拉伯胶应用到他们的香料制作中;[5]在英格兰,明胶曾经作为一种奢侈品,直到拿破仑时期开始普遍为人们所用。[4]数百年前的爱尔兰人发现将当地的海藻加入牛奶中加糖煮沸后会使牛奶凝固,此即卡拉胶的前身,后来这种卡拉胶粉末流传到美国后陆续开始有公司对其进行商品化生产。[6]

中国的食用胶使用同样有数千年历史,先秦典籍《周礼》中就有关于动物胶的记载——“鹿胶青白,马胶赤白,牛胶火赤,鼠胶黑,鱼胶饵,犀胶黄”,当时的胶根据其种类及颜色分为这六种。[4]一千多年前,在中国已有人使用含琼脂藻类加水煮成胶液,冷冻成胶冻食用。[7]

进入现代工业社会,食用胶逐步实现工业化生产,现在食用胶主要根据其不同的原料来源,经过多道工序提取、精制而成,并成为食品工业生产不可或缺的一类食品添加剂。[8][9][10]

食品胶的分类

食品胶体广泛分布于自然界,根据其来源可以分为五大类。

①由植物渗出液、种子、果皮和茎等制取获得的食品胶,简称为“植物胶”;

②由含蛋白质的动物原料制取的食品胶,简称为“动物胶”;

③由微生物代谢产物中获得的食品胶,简称为“微生物多糖”;

④由海藻制取获得的食品胶,简称为“海藻胶”;

⑤以天然物质为基础经化学合成、加工修饰而成的食品胶,简称为“化学改性胶”。[11]

种类主要胶体品种
植物胶——植物籽胶瓜尔胶槐豆胶、罗望子胶、他拉胶、沙蒿籽胶、亚麻籽胶、田箐胶、胡芦巴胶、皂荚豆胶
植物胶——植物树胶阿拉伯胶、黄shī胶、印度树胶、刺梧桐胶、桃胶
植物胶——其他植物胶果胶魔芋胶、印度芦荟提取物、菊糖、仙草多糖
动物胶明胶、干酪素、酪蛋白酸钠、甲壳素、壳聚糖乳清分离蛋白、乳清浓缩蛋白、鱼胶
微生物胶黄原胶结冷胶、茁霉多糖、凝结多糖、酵母多糖
海藻胶琼脂卡拉胶海藻酸(盐)、海藻酸丙二醇zhǐ、红藻胶、褐藻盐藻聚糖
化学改性胶羧甲基纤维素钠羟乙基纤维素、微晶纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素羟丙基纤维素变性淀粉聚丙烯酸钠聚乙烯吡咯烷酮

食品工业

根据不同胶体的功能特性不同,食品胶体在食品工业领域早已有广泛且成熟的应用,如下列举了食品胶在不同食品中的应用。[1][12]

糖果/果冻

因为食品胶的线型胶粒彼此结成大孔隙网络结构,可以吸附较多填充物,能使软糖富有弹性和韧性,所以食品胶(如卡拉胶、可得然胶、明胶等)经常应用于软糖的生产。[13][1]

食用胶是生产果冻/布丁等软糖类产品的主要原材料之一。不同类型的食用胶可以进行复合使用,以帮助果冻产品获得更好的风味和口感。[14]

肉制品

食品胶添加到肉制品中既可以改善肉制品使用品质,如颜色、风味、质地、保水性等功能特性,还可以降低生产成本。[1]

卡拉胶广泛应用于香肠肉丸、火腿等肉制品,[15]魔芋胶可应用于低脂肪肉制品、仿生肉制品、重组肉制品和肉制品保鲜,[16]相比于使用单一胶体,肉制品中添加复配食用胶可以使产品更加具有弹性和咀嚼性,并有延长其货架期的作用。[17]

乳制品

卡拉胶具有稳定酪蛋白胶束的能力,并且与许多增稠剂(如明胶、刺槐豆胶、低甲氧基果胶黄原胶变性淀粉等)都有协同作用,可以赋予乳制品多种质构形态和口感,因而在中性乳制品和乳饮料中应用广泛。[18]

饮料

食品胶在饮料中有很好的增稠和悬浮性能,其用量少,在低浓度下即可达到所需的黏度和悬浮力,且受温度和pH的影响相对较小,在室温下就能保持黏度和悬浮力相对稳定,使饮料食品保持良好的口感和外观。[1]如卡拉胶、黄原胶、结冷胶等在各种饮料中可作为稳定剂、悬浮剂、增稠剂而得到广泛应用。[19][20][21]卡拉胶还是啤酒生产中常用的麦汁澄清剂,能有效地去除多余的高分子蛋白,提高啤酒的非生物稳定性。[22]

烘焙食品

添加适当的食用胶(如海藻酸钠、黄原胶羟甲基纤维素钠刺槐豆胶羟丙基纤维素等)可以提高面包的焙烤品质,改善面包的质构特性,降低面包的硬度和咀嚼性,增加面包的弹性和内聚性。[23]

冷冻食品

食品胶添加到冷冻食品中,可提高黏度,改善凝胶性,防止或抑制微粒冰晶增大,延缓冰渣出现,改善口感、内部结构和外观状态,提高体系的稳定性和抗融性。例如在冰淇淋生产中经常加入食品胶作为稳定乳化剂来提高混合料的黏度和冰淇淋膨胀率,提高抗融性和保藏稳定性,改善冰淇淋的形体和组织结构。[1]

在冷冻食品中得到广泛应用的食品胶有海藻酸钠、瓜尔胶黄原胶果胶羟甲基纤维素钠亚麻籽胶等。[1]

化工行业

瓜尔胶经化学化改性成羟丙基瓜尔胶是一种非离子型黏合剂,它具有良好的耐盐性和触变性,以及能适应较宽pH值范围的特性,使之成为一种很好的牙膏粘合剂,用它制成的牙膏可以改变牙膏的流变性而使膏体表面光亮,细腻,成条性更好。[24]

黄原胶在护肤霜和乳液的生产中提供优秀的稳定性,同时它还是所有类型牙膏的优良结合剂。[25]褐藻胶可应用于日用化妆品的生产如牙膏、洗涤剂、发泡剂等。[26]

医药行业

褐藻胶具有抗过敏、调节免疫、抗氧化和抗炎生物活性,能够激活人单核细胞产生在抗肿瘤、抗菌、抗病毒中发挥重要作用的免疫因子,可用于治疗外伤、修复皮肤损伤,具有良好的止血作用、可靠的治疗效果和较低的干扰率等特性。褐藻胶也可用作医学支架的材料,其韧性可以弥补组织缺陷,并且光滑的表面可以避免对损伤部位造成二次伤害。[27]

短梗霉多糖应用于制药行业可以简化防氧化胶囊的生产,也可以适当提高软胶囊的柔性、弹性,使其能在肠胃预定区域溶解,释放内容物,以提高药物的疗效。[28]琼脂可用作轻泻药,治疗便秘症。[29]

造纸

植物胶是一种环保型的天然造纸助剂,在造纸工业中主要被用作增强剂、絮凝剂、助留助滤剂等。植物胶能有效地促进纤维之间、纤维与填料之间的絮聚,在抄纸过程中有良好的助留助滤效果,可作为非木材原料抄纸的湿部添加剂。由于植物胶的耐盐性,它不受造纸过程中产生的杂质离子影响,其白水可循环使用,所以它也可以用来处理造纸废水。常用于造纸的植物胶种类有田箐胶瓜尔胶、皂荚豆胶、刺槐豆胶、香豆胶等。[30]

烟草

羟甲基纤维素钠壳聚糖、瓜尔胶、黄原胶等食用胶常用做烟草薄片的胶黏剂。[31][32][33]使用单一胶黏剂制备出来的薄片可能存在抗张强度较差的缺陷,使用复配胶黏剂由于复配后胶体之间相互缠绕形成网状结构,对于提高干法烟草薄片的强度有协同作用,可以提高烟草薄片的抗张强度。例如瓜尔胶和羟甲基纤维素钠的复配胶黏剂制备的烟草薄片具有烟碱释放量低、致香成分释放量高、刺激性或有毒成分释放量低和纵向抗张强度大的优点。[31]

科研

琼脂是生产培养基的主要原料之一,医院或科研单位每年需要使用大量的琼脂做各种细菌的培养、分离、鉴定。从琼脂中分离出来的琼脂糖及其衍生物,在医药卫生、生物化学及其他科学研究领域中都有广泛应用。[29]

组成与结构

除部分动物胶及化学改性胶外(如明胶是由氨基酸构成[34]),食用胶的化学组成大多是天然多糖及其衍生物,其基本化学组成是单糖及其衍生物。[1]

有些食品胶的化学组成中还含有非糖部分,这些非糖部分能赋予这些食品胶特殊的功能性质。如卡拉胶半乳糖单位上含有硫酸脂基团,从而使其与酪蛋白有良好的亲和作用。阿拉伯胶中含有2%的蛋白质组分,使其成为为数不多的可以被用作乳化剂的食品胶。[1]

不同构型的卡拉胶结构示意图
不同构型的卡拉胶结构示意图

卡拉胶是由D-半乳糖通过交替的α-1,3和β-1,4糖苷键连接而成的线性硫酸多糖。[35]其中κ-卡拉胶的硫酸脂含量为18%-25%,ι-卡拉胶的硫酸脂含量为25%-34%,λ-卡拉胶的硫酸脂含量为30%-40%。[36]

阿拉伯胶的化学结构【式中A=L-Araf(五元环阿拉伯糖或六元环阿拉伯糖)或α-D-Galp-(1-3)-L-Araf;G=β-D-Galp(半乳糖);U=4-甲氧基葡糖糖酸】
阿拉伯胶的化学结构【式中A=L-Araf(五元环阿拉伯糖或六元环阿拉伯糖)或α-D-Galp-(1-3)-L-Araf;G=β-D-Galp(半乳糖);U=4-甲氧基葡糖糖酸】

阿拉伯胶约由98%的多糖和2%蛋白质组成。其主键由(1→3)键合的β-D- 半乳糖基,侧键有长2-5 个单位的(1→3)- β-D-半乳糖基,由(1→6)键合在主键上。蛋白质共价键的形式与多糖联结。[37]

虽然在化学结构上都是以单糖为单位形成的大分子多糖,但是由于所构成的多糖的单糖种类、聚合度、糖单元之间的键连及排列方式、糖单元上羟基的取代情况各有不同,导致不同的食品胶多糖在性质上既有共性又有各自的特性,所以不同的胶体种类在其溶解性、黏度、流体特性、胶溶液对pH及温度的稳定性,成胶冻能力及凝胶强度、胶溶液对其他电解质的兼容性、假塑性及各种多糖之间的协同互补等方面各有差异。[1]

作用机理

流变学角度看,食品胶大多属于黏弹性体,具有黏性和弹性的综合特征。[38]

黏性是由于食品胶体系内质点相互间因流动而发生的摩擦,其黏度受多种因素的影响,包括胶液浓度、温度、分子质量、剪切速率、剪切力、共存离子和共存组分等。[38][1]

弹性则源于食品胶体系内大分子形成的稳定的相互交联的网络结构。对于食品胶的凝胶现象可以简单描述为由亲水胶体的长链分子相互交联而形成能将液体缠绕固定在内的三维连续式网络,并由此获得坚固严密的结构以抵御外界压力而最终能阻止体系的流动,成为能脱模的“固体”。[38][1]

因此,如果食品胶体系中的黏性占支配地位,则该胶体主要起增稠剂作用;同样的,如果食品胶体系中的弹性占支配地位,则该胶体主要起胶凝剂的功能。[38]

增稠性

食品胶一般都能溶解或分散在水中产生增稠或提高流体黏度的效应。[1]当胶体完全水化后,其水溶液表现出各异的流变学特性,产生改变水溶液黏度的效果。[39]

大部分食品胶液随着温度升高,其黏度会明显降低。当食品胶液浓度升高时,其流体黏度一般会明显增加,但两者之间并不呈线性关系。[1]

胶凝性

食品胶的凝胶,需要在合适的外界条件下发生,如适宜的温度、pH值、离子浓度、胶液浓度等。某些胶体在特定金属阳离子促进下有较强的结合能力,如海藻酸钠和低酯果胶可以与钙离子形成分子间交联,构成稳定的空间三维网络结构,[39]Kappa型卡拉胶在有钾离子条件下能形成碳水化合物类的螺旋式凝胶。[1]

不少胶体在单独存在时不能形成凝胶,但当它们混合在一起复配使用时,能呈现增稠和凝胶的协同效应。例如槐豆胶黄原胶本身都无法形成凝胶,但当两者按一定比例复配成为复合食品胶时,能成为理想的增稠剂和胶凝剂。类似作用的还有卡拉胶和槐豆胶、黄蓍胶和海藻酸钠等。[1]

膳食纤维功能

多糖类食品胶都属于膳食纤维,并且大部分是水溶性膳食纤维,这说明多糖类食品胶具备着膳食纤维的功能。[40]

例如瓜尔胶在人体中具有水溶性膳食纤维的功能,可以制备成保健食品,能降低肝脏和血液中的胆固醇,在糖负荷试验中能抑制血糖升高;[41][42][43]甲氧基果胶,不仅能带走食物中的胆固醇也能抑制内源性胆固醇的产生;黄原胶经动物试验发现有抗氧化和免疫功能;低分子化的海藻酸钾经临床试验证明有显著的降压作用。[44]

乳化性、稳定性

食品胶添加到食品中后,体系黏度增加,体系中的分散相不容易聚集和凝聚,因而可以使分散体系稳定,可用于果汁饮料、啤酒泡沫、糕点裱花等食品体系的稳定。[40]

作为被膜剂和胶囊

许多食品胶可用作被膜剂,它们可被覆盖于食品表面并形成一层保护性薄膜,保护食品不受氧气、微生物的作用,从而起保质、保鲜、保香或上光等作用。也可以作为包装食品的外胶囊,例如明胶和卡拉胶可被用于制作软胶囊,阿拉伯胶、黄原胶可作为胶囊的壁材使用。[40]

悬浮分散性

食品胶大多数具有表面活性,可以吸附于分散相的表面,使其具有一定的亲水性而易于在水体系中分散。例如可作为巧克力奶的悬浮剂。[40]

保水性、持水性

食品胶都是亲水性高分子,本身有较强的吸水性。将其施加于食品后,可以使食品保持一定的水分含量,常用于布丁、糕点、奶酪、冷冻食品等。[40]

控制结晶

食品胶可以赋予食品较高的黏度,从而使体系不容易结晶或结晶细小,用于糖果、乳制品(冰淇淋)、冷冻食品上,能提高膨胀率,降低冰晶析出的可能性,可使产品口感细腻。[40]

其他功能

除了上述功能外,食品胶具有凝聚性、搅打气泡性等功能,比如在一定条件下,食品胶可以吸附多个分散介质体使其凝聚,此功能可以用于啤酒、白酒的澄清。[40]

植物胶

大多数的植物科中都有能分泌多糖的种属。植物多糖通常以蠕虫状或泪状分泌,形成多糖层。这些多糖可能来源于植物的籽实体、树木的树皮或是果皮、根、茎等其他部位,通过人工采集后,经过去杂、破碎、分离净化、胶质提取、杀菌脱色、干燥、包装等工序,完成工业植物胶的生产。[45][46]

动物胶

相对于植物胶,从动物原料中提取获得的食品胶种类较少,主要有蛋白质亲水胶(包括明胶、酪蛋白、酪蛋白酸钠鱼胶乳清浓缩蛋白和乳清分离蛋白、蛋清粉等)、甲壳素壳聚糖等。[47]

蛋白质亲水胶的主要来源是富含蛋白质的动物骨、皮的胶原,动物奶及植物如大豆、花生等高蛋白质食物。将动物的皮或骨经处理后,加热水解就可以获得胶原的水解产物——明胶。[48][47]

甲壳素的一般制法是将新鲜蟹壳、虾壳去杂、水洗、晒干,用盐酸去除钙等无机盐,再用碱除去脂肪和蛋白质,经过脱色,精制而成。将甲壳素再用一定浓度的热碱处理甲壳素脱乙醚,经水洗干燥后得到壳聚糖。[49]

微生物多糖

许多微生物在生长代谢过程中,在不同的外部条件下都能产生一定量的各种多糖,微生物多糖的生产受地理环境、气候、自然灾害等影响较小,与植物胶和动物胶相比,其产量、质量都更稳定。[50]

微生物多糖的生产一般通过菌种的选育、逐级扩培、分离提取、干燥粉碎、包装等工序进行。[51]

海藻胶

海藻胶是从天然海藻中提出的一类食品胶,海藻胶的生产主要是对海藻胶质的萃取加工过程。[52]

一般可以通过热水萃取、纯化、冷冻、脱水干燥的工艺流程,或者通过浓碱高温短时连续循环喂料处理,再沉淀干燥粉碎的流程来生成制取海藻胶。[53][54]

复配食品胶

复配食品胶(也称复合食品胶)是指将两种或两种以上的食品胶体按照一定的比例复合而成的食品添加剂,或是一种或一种以上的食品胶与非食品胶类别的食品添加剂(或可食用化合物,如盐类)复合而成的食品添加剂。[55]

复配食品胶相比于单体胶体的优点在于利用了不同胶体之间的协同增效作用,能够产生各自单体胶本身不具备的特性,或能改善各单体胶在某些方面的性能。另外,某些亲水胶体受到产地及环境的影响,产量低,价格高,来源不稳定,限制了其实际生产应用,而通过胶体复配技术的研究与应用,能够实现一些胶体的功能替代。现在,复配食品胶已逐渐成为亲水胶体行业研究的热点和重要趋势。[56]

法律法规

中国的国家标准《GB 2760 食品安全国家标准 食品添加剂的使用标准》中规定了食用胶的使用原则、允许使用的食品胶品种、使用范围及最大使用量或残留量。[57]卡拉胶应用于生干面制品时允许的最大添加量为8.0g/kg,而应用于婴幼儿配方食品时其添加量不允许超过0.3g/L,应用于其他糖和糖浆中时,其允许的最大使用量为5.0g/kg,也有一些具体的食品品类中允许“按声场需要适量使用”。[57]

GB2760中对卡拉胶的限值要求
GB2760中对卡拉胶的限值要求

欧盟的食品添加联合清单《Regulation (EC) No 1333/2008 of the European Parliament and of the Council of 16 December 2008 on food additives (Text with EEA relevance)》中同样对食用胶的使用范围、分类、限量以及在特定食品中的使用条件作出具体规定。[58]

新闻事件

2011年2月,河南媒体报道:卖面条的在面条里掺食用胶,买回的湿面条能点着燃烧!该消息在网上引发讨论,专家表示面条中掺胶很普遍易燃属正常现象。[59]

2012年5月,济南媒体报道:一支冰棍常温放置24小时后,竟成了一摊胶状物。对此,生产厂家称,这是一种新型果冻冰棍,不完全融化属于正常。而专家指出,这可能是增稠剂添加过量所致。[60]

2022年7月,有网友发文称网红雪糕品牌钟薛高旗下一款海盐口味的雪糕,在31℃的室温下放置近1小时后仍然没有完全融化。还有一段视频显示,网友用打火机点燃钟薛高雪糕但雪糕烧不化,该事件在网络上引起广泛讨论。随后钟薛高发布声明中称,该产品符合相关法规要求,增稠剂的使用严格按照国家标准添加。[61]

雪糕烧不化
雪糕烧不化
钟薛高回应雪糕不融化
钟薛高回应雪糕不融化

参考资料 61

  1. 参考 1
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  59. 专家:食用胶不可怕,面条掺胶很普遍易燃属正常 — 央视网经济频道
  60. 济南 冰棍放一天化成胶状物 — 新浪网
  61. 再上热搜!钟薛高雪糕烧不化?回应来了! — 澎湃新闻
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