角叉菜胶凝胶机理以及相关性质研究

角叉菜胶凝胶机理以及相关性质研究

摘要：本文概述了卡拉胶的基本信息，角叉菜胶相关的介绍，角叉菜胶相关的物理性质以及化学性质，对角叉菜胶结构特征及凝胶机理进行相关的研究的说明，介绍卡拉胶在藻体中的存在情况,并分析角叉菜胶相关的在食品领域的相关应用，以期为角叉菜胶的利用提供参考。

关键词：角叉菜胶；凝胶机理

Carrageenan gel and related properties of the mechanism

(College of Food Science and Engineering, Northwest A&F University, Y angling Shaanxi 712100, China) Abstract:This article outlines the basic information carrageenan, carrageenan relevant, physical properties and chemical properties of carrageenan related to carrageenan gel structure and mechanism described related research, introduces Carrageenan in the presence of algae and analyze relevant applications in the field of food carrageenan related to the use of food as carrageenan gum reference.

Key words:Gel mechanism; carrageenan

前言

卡拉胶(Carrageenan ，又称角叉菜胶、鹿角菜胶) 是自红藻(Red aglae , Rhodophyta) 中提取的一种水溶性胶体,是世界三大海藻胶工业产品(琼胶、卡拉胶、褐藻胶) 之一，它的化学结构是由半乳糖及脱水半乳糖所组成的多糖类硫酸酯的钙、钾、钠、铵盐。由于其中硫酸酯结合形态的不同，可分为K型（Kappa）、I型（Iota）、L型（Lambda）。作为天然食品添加剂，卡拉胶在食品行业已应用了几十年[1]。联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂专家委员会(JECFA ,Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives) 2001 年取消了卡拉胶日允许摄取量(ADI , Acceptable Daily Intake) 的限制，确认它是安全、无毒、无副作用的食品添加剂[ 2 ]。据统计全球卡拉胶产量以3 %的速度递增，2000年全球销量达3.1 亿美元。

1 角叉菜胶命名

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。通常卡拉胶采用希腊字母来命名,这种命名方法已被普遍接受。商业上使用最多的是κ( kappa) 、ι(iota) 、λ(lambda) 三种类型,另外还有α,β,θ,μ,ν,γ,δ,ξ,π,ω等类型。但是天然产的卡拉胶往往不是均一的多糖,而是多种均一组分的混合物或者是结合型结构( hybrid) , 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,Knut sen[3]等提出以大写字母代表特定基团的命名方法。以此为基础,理想κ、ι、λ卡拉胶的重复二糖结构分别为G4S-DA , G4S-DA2S 和G2S-D2S ,6S。很多有关琼胶、卡拉胶的论文都采用了这种命名方法。后来又有人补充用M 代表甲酯基、P代表丙酮酸基团、X 代表木糖等取代基[4]。Storz等[5]发现卡拉胶中偶尔存在L 型的半乳糖构象,相应可用L 来表示。

2 角叉菜胶来源

卡拉胶的利用起源于数百年前，在爱尔兰南部沿海出产一种海藻，俗称为爱尔兰苔藓（Irish Moss），现名为皱波角藻（Chondrus crispus）,当地居民常把它采来放到牛奶中加糖煮，放冷，待凝固后食用。18世纪初期，爱尔兰人把此种海藻制成粉状物并介绍到美国，后来有公司开始商品化生产，并以海苔粉（sea moss farina）的名称开始销售，广泛用于牛奶及多种食品中。19世纪美国开始工厂化提炼卡拉胶，到19世纪40年代卡拉胶工业才真正在美国发展起来。我国在1973年在海南岛开始有卡拉胶生产。

作者简介：杨昕(1993-)，男，本科生，食品科学与工程专业。

3 化学结构

由硫酸基化的或非硫酸基化的半乳糖和3，6-脱水半乳糖通过α-1，3糖苷键和β-1，4键交替连接而成，在1，3连接的D半乳糖单位C4上带有1个硫酸基。分子量为20万以上。

分子式：（C12H18O9）n

结构式如图1-图3所示：

图1 λ型卡拉胶的结构式

Fig.1 Structure of λ-carrageenan

图2 I型卡拉胶的结构式

Fig.2 Structure of I-carrageenan

图3 K型卡拉胶的结构式

Fig.3 Structure of K-carrageenan

4 凝胶机理

卡拉胶的凝胶形成过程分为4 个阶段[6]:第一阶段,卡拉胶溶解在热水中,其分子形成不规则的卷曲状;第二阶段,当温度降到一定程度,其分子向螺旋化转化,形成单螺旋体;第三阶段,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;第四阶段,温度再下降,双螺旋体聚集形成凝胶。

硫酸酯基团和3 ,6 内醚键、特别是硫酸酯基团,对卡拉胶的理化性能影响非常大。卡拉胶的凝胶形成、凝胶性能、流变学性质及其应用特性都与这两者紧密相关[7,8]。一般认为硫酸酯含量越高越难形成凝胶。κ型卡拉胶形成硬的脆性胶,有泌水性(胶体脱水收缩) ;ι卡拉胶中硫酸酯含量高于κ型卡拉胶,形成弹性的软凝胶;λ型卡拉胶在形成单螺旋体时,C-2 位上含有硫酸酯基团,妨碍双螺旋体的形成,因而λ型卡拉胶只起增稠作用,不能形成凝胶。μ,ν卡拉胶中α-(1→3)-D 半乳吡喃糖基含有C-6硫酸酯,在高分子长链中形成一个扭结,妨碍双螺旋体的形成,因此,μ和ν卡拉胶也不能形成凝胶。

5 凝胶强度的影响因素