亚麻籽胶的主要应用

背景及概述^[1]

亚麻(LinumustitatissimumL.)又称胡麻，属亚麻科、亚麻属，是世界十大油料作物之一，主要产于加拿大、阿根廷、印度、美国、中国等国家。目前，亚麻籽总产量全世界在300万吨以上，我国主要产于华北及西北地区的黑龙江、甘肃、内蒙古、新疆、山西、河北、宁夏等地，据统计2000年我国亚麻籽产量大约有62万吨，是世界产量最高的国家，居我国油料总产量的第4位。亚麻籽品种较多，大致可分为油用型、纤维用型和兼用型三类。亚麻籽由壳和仁组成，其主要成分为油和蛋白，还含有一定量的黏胶、植酸、二糖苷、抗维生素B6因子等抗营养因子或毒性物质。亚麻籽中胶的含量约占种子重量的2%～10%，随品种和栽培区域不同而不同。亚麻籽胶是一种杂多糖，新型的食品添加剂，广泛应用于食品工业，也应用于其他工业，如制药工业等。在食品工业中它可以替代果胶、琼脂、阿拉伯胶、海藻胶等，用作增稠剂、粘合剂、稳定剂、乳化剂及发泡剂。

组成与结构^[1-2]

亚麻籽胶由酸性多糖和中性多糖组成，以酸性多糖为主，酸性多糖与中性多糖的摩尔比例为2∶1。酸性多糖由L-鼠李糖、L-岩藻糖、L-半乳糖和D-半乳糖醛酸组成，其摩尔比为2.6∶1.0∶1.4∶1.7。主链是1，2-连接的α-L-吡喃鼠李糖和1，4-连接的D-吡喃半乳糖醛酸残基，侧链是岩藻糖和半乳糖残基。基本上所有的D-半乳糖醛酸基都在主链上，所有的岩藻糖基和大约半数的L-半乳糖基存在于非还原性末端。中性多糖主要由L-阿拉伯糖、D-木糖、D-半乳糖组成，其摩尔比为3.5∶6.2∶1.0。中性多糖为高度支化的阿拉伯木聚糖，以1，4-β-D-木糖为主链，端基含有大量的吡喃阿拉伯糖单位，阿拉伯糖和半乳糖侧链连接在2和/或3位上。

亚麻籽胶中单糖的组成随品种不同而不同。

对12个地区的109个品种的亚麻籽进行研究，发现水溶性多糖的含量在3.6%～8.0%的范围内，酸性多糖与中性多糖的摩尔比在0.3～2.2之间变化；92%的品种中鼠李糖的含量在10%～20%之间，木糖是第二碳水化合物组分，葡萄糖的含量在21%～40%。亚麻籽多糖主要由半乳糖醛酸(21%～36%)、木糖(19%～38%)、鼠李糖+岩藻糖(11%～16%)、半乳糖(12%～16%)、阿拉伯糖(8%～13%)、少量的葡萄糖(4%～6%)组成，阿拉伯糖与木糖的摩尔比为1∶0.32～0.57，木糖和岩藻糖的摩尔比为12.5∶1。中性多糖中主要是木糖(41%)，其次是阿拉伯糖(18.8%)、鼠李糖和半乳糖(11%)，葡萄糖和岩藻糖分别为3.9%和3.5%。通过气相色谱测定表明，亚麻籽胶含有木糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、鼠李糖、岩藻糖六种单糖，其中木糖是亚麻籽胶的主要单糖组分，而岩藻糖是含量最少的单糖组分，其摩尔比木糖∶半乳糖∶阿拉伯糖∶葡萄糖∶鼠李糖∶岩藻糖15.8∶12.6∶9.4∶7.2∶5.4∶1。采用高碘酸氧化、Smith降解、甲基化分析、部分酸水解、1H-NMR和13CNMR等方法对亚麻籽胶中的NFG-1的结构进行研究，结果表明NFG-1的主链主要由木糖和葡萄糖组成，大部分阿拉伯糖和部分木糖位于NFG-1的侧链或末端；木糖主要以1→4位键合为主，并存在少量的1→2位键合和1→3位键合，约有1/3的木糖位于非还原末端；葡萄糖主要以1→6或1→2位键合为主；阿拉伯糖有1→4、1→2、1→3位键合，有1/3的阿拉伯糖位于非还原末端；半乳糖存在1→4或1→6位键合，约有1/5位于非还原末端。

性质^[1]

1. 溶解性

亚麻籽胶是一种白色粉末，具有较好的溶解性能，能够缓慢的吸水形成一种具有较低粘度的分散体系，当浓度低于1～2g/L时，能够完全溶解，溶解度高于瓜尔胶和刺槐树胶，但不及阿拉伯胶。亚麻籽胶的溶解度与浓度和温度有密切的关系，0.5%的胶溶液在15℃时溶解度即达到70%，当温度达95℃时溶解度可达到90%。通过亚麻籽胶溶液静态和动态流变性质的测定研究了亚麻籽胶的溶解特性，结果表明亚麻籽胶在相同的溶解时间下，随着溶解温度的升高，亚麻籽胶溶液的表观粘度逐渐增大；在相同的溶解温度下，随着溶解时间的延长，亚麻籽胶溶液的表观粘度逐步增加到值后又呈下降趋势；在不同的溶解温度下，1%的亚麻籽胶溶液达到粘度1600Pa·s所需时间不同，分别为40℃溶解8h；50℃溶解6h；60℃溶解4h；70℃溶解4h；80℃溶解2h；而且其粘弹性不同，溶解温度越高，则凝胶特性越强。

2. 乳化性

由于亚麻籽胶结合一定量的蛋白质，因此亚麻籽胶具有乳化作用，可以替代阿拉伯胶制备O/W乳状液，起到乳化和稳定乳状液的作用。亚麻籽胶具有表面活性、乳化性和增稠稳定性。研究发现，高含量胶的浓缩蛋白(HMPC)具有较好的吸水性和乳化特性，较高起泡能力，较低的氮溶解性、吸油性、泡沫稳定性；它比低含量胶的分离蛋白(LMPI)具有较高粘度和乳化特性。研究发现亚麻籽胶的质量分数、溶解温度、乳化温度、加油量以及贮存温度等对亚麻籽的乳化性质都有影响。质量分数增加，亚麻籽胶的乳化稳定性增强；加油量增多，亚麻籽胶的乳化稳定性下降；溶解温度升高能提高亚麻籽胶的乳化稳定性；而乳化温度和贮存温度越高，亚麻籽胶乳状液越不稳定。

3. 胶凝性

亚麻籽胶是一种亲水胶体，而胶凝性是亲水胶体的一个重要功能性质，只有部分亲水胶体具有胶凝的特性，如明胶、卡拉胶、淀粉、果胶等；有些亲水胶体自身不能形成凝胶，但与其它亲水胶体复合在一起时能形成凝胶，如黄原胶和刺槐豆胶。亚麻籽胶具有弱凝胶的特性，质量分数为1%亚麻籽胶溶液加热至75℃后冷却，能得到粘度为0.5～20Pa·s的半凝胶的产品；中性多糖(阿拉伯木聚糖)含量高的亚麻籽胶表现出剪切变稀和弱凝胶的特性；不同品种的亚麻籽胶的凝胶特性不同；研究表明，亚麻籽胶需要加入其胶凝剂才能形成凝胶；研究表明亚麻籽胶具有胶凝性，可以形成一种热可逆的冷致凝胶，胶凝点低于其凝胶的熔化点，且胶凝点及其凝胶的熔化点均随冷却的起始温度的升高而升高；亚麻籽胶浓度、溶解温度、pH、NaCl、CaCl2及复合磷酸盐能影响亚麻籽胶的凝胶强度，凝胶强度随着浓度的增加及溶解温度的升高而增强；在pH6.0～9.0的范围内，凝胶强度达到；NaCl和复合磷酸盐可以降低亚麻籽胶的凝胶强度，低浓度(<0.3%)的CaCl2可以增强亚麻籽胶的凝胶强度，而高质量分数(>0.3%)的CaCl2能降低亚麻籽胶的凝胶强度。

4. 流变性

对不同种类的亚麻籽提取的胶的流变性质进行分析，结果表明10g/L的亚麻籽胶溶液的粘度约为0.02～0.08Pa·s，并且粘度随质量浓度的增加而增加，随剪切速率的增加而降低。研究了亚麻籽胶的静态流变性质和动态流变性质，结果表明在相同的剪切速率下，亚麻籽胶溶液的粘度随着质量分数的增加而速增加，当亚麻籽胶溶液的质量分数低于0.1%时，其粘度基本上不随剪切速率的变化而变化，呈现出牛顿流体的流动特性；当亚麻籽胶溶液的质量分数高于0.3%时，亚麻籽胶溶液的粘度随着剪切速率的增加逐渐降低，表现出剪切变稀的假塑性；在相同的质量分数(1%)下，亚麻籽胶溶液的粘度高于黄原胶，但低于瓜儿胶，这与三种亲水胶体的分子大小有关，分子越大，分子流体动力学半径越大，则流动阻力越大，因而粘度越高。温度对亚麻籽胶溶液的表观粘度的影响符合Arrhenius模型，活化能为27.48kJ/mol；pH值对亚麻籽胶溶液的表观粘度影响很大，在酸性条件下，随着pH值的降低，表观粘度逐渐降低；在碱性条件下，随着pH值的增大，表观粘度也逐渐下降；在中性条件下，亚麻籽胶溶液的表观粘度达到值。添加不同质量浓度的NaCl和CaCl2溶液后，亚麻籽胶溶液的粘度降低，NaCl质量浓度超过0.5g/dL，CaCl2的质量浓度超过0.3g/dL后，粘度下降的幅度很小，基本保持不变；添加相同质量浓度的NaCl和CaCl2溶液，CaCl2降低亚麻籽胶溶液粘度的能力比NaCl大。

应用

1. 亚麻籽胶在面制品中的应用

亚麻籽胶具有较高黏度、较强的水结合能力，并具有形成热可逆的冷凝胶的特性，因此亚麻籽胶在食品和非食品领域中可替代大多数的非胶凝性的亲水胶体，与其它亲水胶体相比，具有较低廉的价格。研究发现亚麻籽胶添加到面粉中的量在0.1%～0.4%之间时，面团的筋力，而且面制品口感筋道、爽滑、不糊汤。研究发现添加亚麻籽胶使面团的吸水率增加，面团的形成时间和稳定时间延长，弱化度降低，使面团的稳定性更好；添加亚麻籽胶使面条烹煮后的硬度和咀嚼度提高，并具有较好的弹性和拉伸性能，面条的烹煮损失和面汤浊度降低，因而亚麻籽胶可用于面制品中以改善其食用品质。

2. 亚麻籽胶在肉制品中的应用

研究表明，亚麻籽胶添加到肉制品中，能减少蒸煮过程中脂肪和肉类风味的损失。研究发现亚麻籽胶能提高肉蛋白、肌原纤维蛋白和盐溶肉蛋白的热稳定性，增强盐溶肉蛋白的凝胶强度，适用于肉制品的加工。研究发现在肉制品加工后期加入亚麻籽胶，能够增强肉制品弹性，增强复水性，消除淀粉感，增加咀嚼感。研究发现添加单一亚麻籽胶的午餐肉的持油持水性较好，将亚麻籽胶与卡拉胶按1∶1(w/w)复配加入午餐肉中，其效果明显优于添加单一亚麻籽胶的样品，并能显著提高午餐肉的品质，质构也与添加复配胶CK的对照样品接近。

3. 亚麻籽胶改善蛋糕品质

由于亚麻籽胶具有良好的乳化性，因此能够改善蛋糕的柔软性。通过研究发现蛋糕中添加1%的亚麻籽胶后，产品的压缩力下降了66%，比添加相同浓度黄原胶实验的41%提高了25%。

4. 亚麻籽胶用于冰淇淋

亚麻籽胶具有较好的保湿作用和较大的持水量，能够较好地改善冰淇淋浆料的粘度，而且由于它具有良好的乳化性，能够使冰淇淋口感细腻。研究发现当亚麻籽胶的添加量为0.1%以上时，冰淇淋的口感为，而且加入亚麻籽胶还能避免粗大冰晶的生成。此外，由于亚麻籽胶和其他类食用胶具有良好的复配性，因此可广泛应用于各类食品加工行业，如亚麻籽胶与其它水溶性胶以一定比例复配应用于果冻制作，使果冻的凝胶强度、弹性、持水性都有很大的改善，解决了单一使用琼脂、明胶、果胶等制作果冻时容易出现的凝胶强而脆、弹性差、脱水收缩严重等问题；可作食品增稠剂，如添加到shoyu和teriyaki酱中，使产品具有较强的持水能力、透明度、抗老化活性；可作为膳食纤维，具有营养作用，在降低糖尿病和冠状动脉心脏病的发病率，防止结肠癌和直肠癌，减少肥胖病的发生率方面起到一定作用，可以制作营养保健食品。

制备^[3]

亚麻籽胶主要从脱脂饼粕或亚麻籽种子中提取，通常采用水提取法，在提取过程中加入铁盐可防止单宁的溶出。也可采用加压蒸气从亚麻籽中提取亚麻籽胶。亚麻籽胶的产率为3.5%～9.4%，它与提取的方法有关。水与种子的比例影响到固形物的含量、产率和胶的质量。研究发现，亚麻籽胶的产率和蛋白质的含量随提取的温度和原料的性质而变化，在4℃提取得到的胶的纯度高但产率低；随提取温度的升高，胶的产率增加，同时胶中蛋白质的含量也增加，亚麻粕中提取的胶中蛋白质含量高于从种子中直接提取的胶中蛋白质含量。温度、pH对胶的产率和质量有明显的影响，而水与种子的比例是次要的因素，并利用响应面分析确定了亚麻籽胶提取的方案：温度为85～90℃，pH6.5～7.0，水∶种子=13mL∶1g。为了减少亚麻籽胶的褐变，提高亚麻籽胶的产率，先用沸水浸泡种子，然后在室温下(25℃)提取，2h内大约有90%的亚麻籽胶被提取出来。将亚麻壳与水按1g∶30mL混合，在pH4.5、60～80℃下搅拌1h，离心、分离并调pH至7.0，真空浓缩，喷雾干燥得到与蛋白质分离的亚麻籽胶产品。将亚麻籽与磷酸钾缓冲液(pH7.0)按1g∶13mL在85℃混合，提取水溶性多糖。通过干法分离得到高含量胶的蛋白粉(HMPF)和低含量胶的蛋白粉(LMPF)，通过碱溶酸沉工艺制得高含量胶的分离蛋白(HMPI)和低含量胶的分离蛋白(LMPI)。]采用化学法(水或NaHCO3)和酶法(纤维素酶、果胶酶)脱除亚麻籽胶。

主要参考资料

[1] 亚麻籽胶的研究进展及在食品工业中的应用

[2] 亚麻籽的营养成分及开发利用

[3] 亚麻籽胶的研究进展与应用