卡拉胶的性质及其应用特性

引言

卡拉胶又名角叉菜胶、鹿角藻胶，是从红藻中提取的一种高分子亲水性多糖，具有极高的经济价值，是世界三大海藻胶工业产品（琼胶、卡拉胶、褐藻胶)之一。卡拉胶为食品添加剂，而食品级的卡拉胶为白色至淡黄褐色、表面皱缩、微有光泽的半透明片状体或粉末状物，无臭无味，口感粘滑。卡拉胶形成的凝胶是热可逆性的，即加热融化成溶液，溶液放冷时，又形成凝胶。卡拉胶因具有良好的保水性、增稠性、乳化性、胶凝性和安全无毒等特点而广泛应用于食品工业中。

1、卡拉胶的结构

卡拉胶的化学结构是由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。而根据半酯式硫酸基在半乳糖上所连接的位置不同，卡拉胶又可分为7种类型：k-卡拉胶、L-卡拉胶、r-卡拉胶、λ-卡拉胶、ξ-卡拉胶、φ-卡拉胶、θ-卡拉胶。而目前生产和使用的有k-型、L-型和A-型卡拉胶或它们的混合物，尤其以k-型多见。

2、卡拉胶的性能

1）凝胶性

卡拉胶的凝胶性能主要与其化学组成、结构和分子大小有关。卡拉胶凝胶的形成分为四个阶段：卡拉胶溶解在热水中时分子为不规则的卷曲状；温度下降的过程中其分子向螺旋化转化，形成单螺旋体；温度再下降，分子间形成双螺旋体，为立体网状结构，这时开始有凝固现象；温度再下降，双螺旋体聚集形成凝胶。

2）溶解性

卡拉胶都能溶解于70℃以上的温水中，一般硫酸根含量越多越易溶解。在水中卡拉胶首先形成胶粒，加入蔗糖、甘油等可以改善其分散性或用高速搅拌器打破胶团达到分散效果。为促进卡拉胶的溶解，在食品工业生产中，一般使用80℃以上的热水对其进行溶解分散。

3）稳定性

在中性或碱性溶液中卡拉胶很稳定，pH值为9时最稳定，即使加热也不会发生水解。在酸性溶液中，尤其是pH 4以下时易发生酸催化水解，从而使凝冻强度和粘度下降。成凝冻状态下的卡拉胶比溶液状态时稳定性高，在室温下被酸水解的程度比溶液状态小得多。

4）反应性

卡拉胶与其它水溶性大分子相比的不同之处在于它可以和蛋白质反应。卡拉胶分子上的硫酸根具有极强的负电荷。而蛋白质是一种两性物质，在等电点以下氨基酸和卡拉胶因持相反电荷而结合产生沉淀，在等电点以上的条件下，二者持相同电荷，有多价阳离子作为胶联剂和卡拉胶结合形成亲水胶体，在等电点由于多价阳离子为胶联剂与卡拉胶相结合而形成沉淀。

5）流变性

卡拉胶溶液粘度随浓度增大而呈指数规律增加，随温度升高呈指数规律下降。而在恒温状态下，随时间的增长，大分子开始解离，分子间缠绕减少，溶液粘度下降。卡拉胶溶液的粘度随pH的增大而增大，酸性增大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。若碱性过大，氢氧根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。

3、卡拉胶的提取方法

国内卡拉胶的生产以麒麟菜、沙菜为主要原料，一般工艺流程如下：

原料一洗净晾干一碱处理一洗涤至中性一酸化漂白一提胶一过滤—冷却切条一冻结脱水一解冻一干燥一成品。

碱处理、酸化漂白和提胶是卡拉胶生产的关键工艺。这些工艺处理地科学与否不但影响卡拉胶的性能和质量，而且对卡拉胶的提取率和生产成本有着重要的影响。

1）碱处理

朱敏等学者实验结果表明常温和高温条件下分别用KOH处理藻体时，得到的卡拉胶产品，无论是凝胶强度还是产率均明显优于同样条件下采用用NaOH处理得到的卡拉胶产品。

2）酸化漂白

黄家康等在研究沙菜卡拉胶漂白工艺时，得出了在酸化漂白工艺环节中用草酸再次酸化漂白，可以综合兼顾卡拉胶产品的色泽、出胶率和凝胶强度。

3）不同的提胶方法

汤毅珊等提出了用两种麒麟菜提取卡拉胶的新工艺，即高压空气提胶和高压蒸汽提胶，实验结果表明蒸汽高压提胶产率低于常压提胶且凝胶强度下降较大，而空气高压可以在较短的时间达到较高的产率。另外，提胶前用100U/g的纤维素酶对藻体进行预处理产率可提高3.69%。

4、卡拉胶的主要应用

卡拉胶在食品工业中的应用主要是围绕其凝胶性、增稠性和与蛋白反应三方面展开的。

1）饮料中的应用

①乳饮料、果汁果肉饮料及固体饮料中的应用

卡拉胶具有独特的与牛奶中的蛋白起络合反应的能力，所以在乳饮料中可形成触变性的摇溶结构，防止由于颗粒间聚集而形成的沉淀。卡拉胶用于加可可粉制成的可可牛奶，加入卡拉胶作稳定剂则能使可可粉均匀地分散在牛奶中，防止可可粉形成沉淀。而果汁饮料放置时间稍长时，其中所含的细小果肉颗粒就会下沉影响外观。卡拉胶作为悬浮剂和稳定剂，能使细小的果肉颗粒均匀地悬浮在果汁中，大大减缓下沉的速度。同时，由于卡拉胶的粘度较低，不易造成糊口，并能改进饮用时的口感。以卡拉胶作稳定剂应用于固体饮料中，可改善其冲调性，且冲后饮料稳定不易分层。

②酒饮料中的应用

卡拉胶在酒饮料中可作为澄清剂，也可作为泡沫稳定剂。由于卡拉胶能与蛋白发生作用，因此它是一种有效的麦汁澄清剂，使产品澄清透明，有利于酵母生长，并有利过滤，降低过滤损耗，提高麦汁得率，改善啤酒的生物稳定性，延长啤酒的保质期。

2）冷饮中的应用

卡拉胶有良好的乳蛋白反应能力，可防止因加入CMC后乳清分离的现象。在冰淇淋的生产中，加入少量的冰淇淋乳化稳定剂将使冰淇淋具有较高的膨胀率及细腻柔滑而稳定的组织形态。

3）肉制品中的应用

卡拉胶用于火腿及火腿肠上具有凝胶、乳化、保水、增强弹性等作用，最主要是提供适当的保水性。即使用来制造高制成率的产品时，它也有良好的持水性，并且由于它能够与蛋白质络合，提供了相当好的组织结构，使产品具有细腻、切片良好、口感好等功能，是制作火腿肠必须的一种添加剂。

4）糖果制造中的应用

用卡拉胶做透明水果软糖在我国早已有生产。卡拉胶软糖透明度好，色泽鲜艳、均匀、光滑、粘性小、爽脆利口。

5）果冻生产中的应用

卡拉胶因具有独特的凝胶特性而成为果冻首选的凝胶剂，以卡拉胶制成的水果冻富有弹性且没有离水性。它可取代通常用的琼脂、明胶及果胶等。用琼脂做成的果冻弹性不够，价格较高；用明胶做水果冻的缺点是凝固和融化点低，制备和贮存都得低温冷藏；用果胶做的缺点是在需要加高浓度的糖和适当的pH时才能凝固。

6）面包奶油点心中的应用

新鲜的面包其心软而富有弹性但放置时容易老化，面包的硬度和脆性都逐渐增加，面包的特殊风味也逐渐消失，加入卡拉胶(0.012%一0.02%)能增加其保水能力，从而延缓老化，保持面包新鲜。

5、卡拉胶的发展前景

卡拉胶具有良好的凝胶性、溶解性、稳定性等特性，这使得卡拉胶在食品加工生产领域具有广泛的应用。而与蛋白质的反应性是所有水溶性高分子所不具有的，这使得其在乳制品方面具有很高的应用价值。而随着卡拉胶的结构、性质的研究深入，卡拉胶的应用越来越广泛，特别是它还具有的广谱抗病毒活性，已经引起国内外药物学家的高度重视。卡拉胶经过生物降解产生的卡拉胶低聚糖、寡聚糖具有独特的新型生理活性，如抗病毒抗肿瘤等。相信在未来，卡拉胶的应用领域将会越来越广泛。