影响结冷胶凝胶特性的因素？

随着中国食品工业的快速发展，众多企业都渴望找到新的食品胶体以降低产品成本、提高现有产品品质、生产出与众不同的食品质构以领先 竞争对手。结冷胶以其出众的凝胶特性，可以生产出风味释放性好、质构广泛的各种新颖食品。

结冷胶形成凝胶的过程受到多种因素的影响， 因此，对这些凝胶影响因素的系统分析将会指导用户如何更好地在食品工业中使用结冷胶产品的胶质构的因素综合分析如下。

1.溶解过程因素对结冷胶凝胶形成和凝胶质构的影响

结冷胶要发挥凝胶作用，首先必须保证胶体在水溶液中得到充分的溶解，很多亲水性胶体由 于溶解不充分而影响了胶体性能的发挥。在实际 工作中就发现不少用户因为不了解结冷胶的溶解 特性而无法正确使用结冷胶的事例。因此结冷胶 的凝胶性能影响因素中首先要注意的就是胶体的 溶解。结冷胶的溶解过程包括两个步骤，首先是 均匀分散在冷水中，接着是在加热的条件下与水 分子发生水合形成结冷胶溶液，从而达到充分的 溶解。在食品工业中，亲水性胶体的均匀分散是 非常重要的，生产中有时候需要大量的搅拌处理 以避免由于胶体抱团、结块溶胀导致水合不充分 而产生的“鱼眼”。而要使得结冷胶有好的分散 性，在配方和生产工艺允许的情况下，可以将结 冷胶与螯合剂、白糖或其他配料干粉、植物油、 丙二醇等先行混合起来，再一并投入到冷水中。 这种处理可以将结冷胶细小颗粒分隔开来，达到 在水中均匀分散的效果。低酰基结冷胶的水合温 度对于离子环境非常敏感，特别是对于二价阳离 子。低酰基结冷胶中混有盐类，只能在冷的去离 子水中部分水合。胶体的水合会进一步在其他的 水质环境，如在硬水中被二价阳离子所阻碍。此 时胶体可以通过加入螯合剂，加热或者同时使用 上述 2 方法而充分水合。由此可以看出，结冷胶 在溶解过程中必须保证其充分的分散及水合。如 果以上两个条件都不能满足或只能满足一个，则 会出现凝胶效能大大下降、凝胶质构达不到理想 要求等情况。溶解过程中涉及的阳离子及螯合剂 我们在下面的分类因素中会具体讨论。

2.阳离子对结冷胶质构的影响

在诸多影响结冷胶凝胶形成和凝胶质构的因 素中，阳离子是最为重要的因素，因为阳离子参 与是结冷胶形成凝胶的必要条件。我们将从以下 几个方面重点探讨阳离子对结冷胶凝胶的影响。 4.2.1 结冷胶对一价阳离子与二价阳离子敏感性不 同 在影响结冷胶凝胶形成和质构的阳离子中， 一价阳离子和二价阳离子的功效是有所不同的。 结冷胶对二价阳离子非常敏感，而为达到相同凝 胶强度所需要的一价阳离子浓度要远高于二价阳 离子。研究表明，结冷胶对二价阳离子的敏感性 排序为：Cu2+>Zn2+>Ca2+>Mg2+>Ba2+，对一价阳 离子的敏感性排序为：Cs+>K+>Na+>Li+。由于 在食品工业中上述某些阳离子是不会用到的，因 此实际生产中，阳离子促进凝胶的能力的大小次 序为：Ca2+>Mg2+>K+>Na+。例如，为了获得最大凝胶硬度，钠及钾离子的摩尔浓度要比钙和镁离子大25倍。

一价阳离子与二价阳离子形成的凝胶性能不同

一价阳离子形成的结冷胶凝胶是热可逆型的， 如果对凝胶加热，一价阳离子凝胶可以重新融化 为溶液，而且这个可逆过程可反复进行;而二价 阳离子形成的结冷胶凝胶属于热不可逆性质，要 使其融化，必须把温度升至 120 ℃以上。因此， 通过加入适当的钙离子，我们可以获得热可逆和 热不可逆性质的结冷胶凝胶，满足不同食品对结 冷胶的需求。当然，如果添加的二价阳离子浓度 很低时，同样可以获得热可逆性质的结冷胶凝胶。 比如中肯生物复配研究室通过实验得出，0.3%～ 0.5%浓度的结冷胶溶液中，当添加的钙离子浓度 低 于 1.8 mmol/L 时 ， 结 冷 胶 凝 胶 是 热 可 逆 的 。 4.2.3 阳离子对结冷胶水合有阻碍作用 由于在生 产过程中需要用到盐类，目前常用的食品级结冷 胶为盐的混合物，一般来说其盐中阳离子构成如 下：Ca2+ 0.75%，Mg2+ 0.25%，Na+ 0.70%，K+ 2.0%(当然，不同生产企业由于工艺不同，盐中离子构成 也有稍许不同)。这些阳离子都会阻碍结冷胶的水 合作用，其中二价阳离子影响更明显。由于结冷 胶中混合的二价阳离子盐类含量并不高，因此通 过给水溶液加热可以消除这种阻碍。故结冷胶只 能在冷水中分散，在热水中溶解。结冷胶的水合 作用会在生产过程中被外加入的阳离子进一步阻 碍，从而严重影响到结冷胶的溶解效果。

如果水溶液中的钙盐含量达到 0.008%以上时，结冷胶的水合温度将高于 100 ℃。 由此可见，在正常的生产加工工艺中，不能允许 食品体系中含有过高的游离状态二价阳离子盐类， 否则结冷胶的溶解会受到很大阻碍。

阳离子对结冷胶凝胶质构的影响

二价阳离子虽然会在结冷胶溶解阶段对胶体的水合产生阻碍作用，但是当结冷胶完全溶解后，加入额外的 二价阳离子却是结冷胶凝成凝胶的必要条件。如 果结冷胶溶液中二价阳离子过多或不足，都会严 重影响结冷胶的凝胶状态。因此，在食品生产中， 需要通过改变离子浓度尤其是钙离子浓度来调节 结冷胶的凝胶质构。图 1 是电子显微镜显示的结 冷胶 2 种凝胶状态对比。图 1a 是理想的凝胶的微 观结构，从中可以看到网络结构中连接点之间的 孔洞尺寸和距离是比较均匀的;图 1b 是不理想的 凝胶微观结构，从中可以看到网络结构中有些地 方胶体致密，而有些地方则存在很大的空洞。因 此想在生产过程中得到理想凝胶质构，就必须注 意阳离子的添加方式和浓度。

生产上正确的钙盐添加方式是将可溶性的钙 盐调配成溶液，再加入到胶体溶液中，最好在溶 液还是热的时候加进去，并充分搅拌，溶液冷却 后就会形成凝胶。

对于低酰基结冷胶的模数参数来说，随着钙 离子浓度的升高，凝胶模数开始是上升，达到一 个最大值后又开始下降。凝胶的硬度则随着钙离 子的加入而降低，因为凝胶的质构变的更脆了。 凝胶质构中的脆性和弹性参数，在二价阳离子处 于低浓度范围(0.01%~0.02%)时，阳离子的的影响 表现为：当凝胶脆性参数在 30%~40%，升高二价 阳离子浓度会使得脆性参数稍有降低，而凝胶的 弹性参数会由 20%快速降低到 10%。而之后随着

二价阳离子浓度的进一步升高到 0.05%，凝胶脆 性和弹性都保持在一个相对比较平稳的区间，变 化不大。

以上4个结冷胶的凝胶质构参数也受到一价 离子的影响，且影响比较类似，但是达到相同质 构变化所需一价离子的加入量要显著多于二价离子。食品体系中经常是多种复杂离子并存的，但对促进结冷胶凝胶来说一般无协同作用，关键是控制好起主导作用的某些阳离子。因此，在实际生产过程中，要注意这方面的问题。

对于某一凝胶体系，往往存在所谓“最适阳 离子浓度”范围。最适阳离子浓度是指使给定的体系有最大凝胶强度的离子浓度，但在实际生产中，由于食品体系非常复杂，真实体系的最适阳离子浓度需要考虑多方面的因素。比如，如果我们在食品饮料中加入过多的钙离子，虽然凝胶质构可能得到提升，但却会产生口感发涩等副作用。 所以，食品工业生产中，要在权衡各方面因素的前提下合理使用钙量。

3.螯合剂对结冷胶溶解和质构的影响

实际生产过程中，如果不加入螯合剂，结冷 胶中本身所含的二价盐离子以及水质或其他配料 中引入的盐会阻碍结冷胶的水合，导致胶体的水合温度在 95~100 ℃之间，甚至更高，因此正确的 生产操作必须是预先加入适当的螯合剂。在食品 工业中使用结冷胶，通常可以使用到的螯合剂包括：柠檬酸钠、磷酸三钠、六偏磷酸钠、焦磷酸 钠等。

当结冷胶溶液完全溶解后，需要通过加入柠 檬酸等有机酸来调节体系酸度(pH 值)使得被螯合 的二价阳离子从螯合剂中游离出来，以促进结冷 胶的凝胶。因此，可以通过平衡螯合剂，pH 值以 及加入的阳离子用量来控制低酰基结冷胶的凝胶性质。下表是三者之间平衡关系对结冷胶凝胶 质构影响的比较。

4. pH 值对结冷胶凝胶质构的影响

结冷胶的水合会受到可溶性固型物和低 pH 值 的影响，在高固型物体系中，必须特别注意结冷 胶的水合效果。结冷胶中含有葡萄糖醛酸基团， 其葡萄糖醛酸的 pKa 值为 3.5，因此在酸性环境 中，想要得到好的水合效果，溶液 pH 值必须在 4 以上。在溶液 pH 值低于 3.5 时，一般是形成酸性 凝胶。这种凝胶的模数和硬度都比较低，质构效 果不理想。如果进一步降低溶液 pH 值，结冷胶将会产生沉淀而不是形成凝胶。

5.糖分对凝胶质构的影响

糖分对结冷胶的凝胶质构有显著的影响，适 量的糖分因能稳定凝胶网络的有序结构而与钙离 子有互补关系;糖分较高时，共溶物可能会阻碍 了结冷胶多糖链间双螺旋的聚集的程度和规模， 从而形成的凝胶较柔软，在被破坏之前有更大的 伸展性，而且要花更大的力气才能使它破坏。

下面选择一些有代表性的单糖(葡萄糖、果 糖)、双糖(蔗糖、麦芽糖)、及淀粉糖浆(玉米糖浆 和麦芽糖浆)来介绍。

不同糖分的影响有些共同规律：首先，对于 形成凝胶最大模数来说，钙离子与糖分有明显互 补关系，例如含糖量的增加一般会减少所需的钙 离子浓度，反之亦然。但涉及具体糖浓度数值对 凝胶质构的影响时，应该考虑钙离子的因素。其 次，对屈服应变(脆性)的影响：凝胶呈最大模数 时，它的屈服应变随含糖量增大而增大(凝胶有很 大的变形能力)。含糖量的增加往往提高了凝胶的 最大屈服应力，即要花更大的力气才能破坏凝胶 的网络结构。

6.胶体浓度对结冷胶质构的影响

结冷胶可作为一种非常有效的胶凝剂，用量 范围常在 0.012%~0.4%之间。不同结冷胶浓度对 凝胶的质构有着极大的影响。

当胶体浓度在 0.012%~0.05%之间时，结冷胶 水溶液形成一种预凝胶的网络结构，类似于一种极弱的凝胶，具有良好的悬浮性能。它的预凝胶 网络结构存在一个屈服应力，当剪切力超过屈服应力时，溶胶可在较低的剪切速率下即成为水样 流体，撤消剪切力时又能很快恢复预凝胶结构， 其悬浮能力不依赖于很高的黏度，因此结冷胶的 悬浮效果和口感是令人满意的。

结冷胶的凝胶性能极强，用量往往是 k- 卡拉 胶的 1/3~1/2，或者是琼脂的 1/5，因此，要形成固体凝胶，结冷胶的用量范围常在 0.1%~0.4%之间。在阳离子含量适当的情况下，凝胶的强度会随着胶体浓度的增加而快速提升。虽然结冷胶凝胶形成受到阳离子的显著影响，但是随着胶体浓度的进一步升高，比如1%时，即使溶液中不添加阳离子，结冷胶依然可以形成凝胶。

作为一种新型食品胶体，目前阶段，结冷胶的凝 胶性质和使用方法还未被广大食品企业所熟悉，因此结冷胶在食品工业中的应用潜能远远没有被 开发出来。可以相信，在不久的将来，结冷胶使用在食品工业中必将得到更加广泛地应用。