海藻酸钠的凝胶特性及其在肉制品中的应用
海藻酸钠的凝胶特性及其在肉制品中的应用
柳春光 马宗华 盛本国 陈兴 李海龙
泰州贝特尔食品配料有限公司研发中心 江苏 南京 210041
摘要：海藻酸钠能与钙离子交联形成网状结构的凝胶，这种特性能应用于肉制品中做为粘结剂和保水剂，能增加肉制品的粘着性、持水性和柔嫩性，减少营养成分损失，提高产品质量。
关键词：海藻酸钠 凝胶特性 肉制品 应用
海藻酸钠( sodium alginate) 又称褐藻酸钠，是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种多糖碳水化合物。其不仅是一种安全的食品添加剂，而且可做为仿生食品或疗效食品的基材，在食品工业中被广泛用做稳定剂、增稠剂、粘结剂、分散剂和凝固剂等。本文综合海藻酸钠的凝胶特性及其在肉制品中的应用进行综述，为相关科研人员提供参考。
1· 海藻酸钠的凝胶特性
二价阳离子可以与海藻酸钠作用，在常温条件下形成透明的热不可逆凝胶，如Ca2 +、Pb2 +、Cu2 +。虽然Pb2 +、Cu2 + 与海藻酸钠分子的键合能力强于Ca2 + ，所形成的凝胶具有更好的凝胶强度，但Pb2 +、Cu2 + 具有一定毒性，限制了它们的使用范围，在食品中应用时通常选用较为安全的Ca2 + 作为海藻酸钠的交联剂［1］。
2· 海藻酸钠的凝胶机理
其它亲水胶体如琼脂、卡拉胶与海藻酸钠的凝胶机理有所不同，以琼脂为例，琼脂需要加热至沸腾，然后冷却到35℃才能形成凝胶，并且当其凝胶被加热到85℃时，琼脂凝胶会熔化［1，2］。琼脂分子在溶液中呈无规线团分布，随着温度的升高，分子运动加剧，无规线团结构遭到破坏，之后体系温度下降，琼脂分子运动剧烈程度降低，分子之间相互缠绕形成螺旋，螺旋团聚后形成凝胶［2］。而海藻酸钠形成凝胶的原因是Ca2 + 与海藻酸钠分子产生了静电作用，形成凝胶无需加热，并且得到的凝胶为热不可逆凝胶，这是海藻酸钠凝胶相对于其它亲水胶体凝胶的最大优势［3，4］。
3· 海藻酸钠形成凝胶的主要影响因素
海藻酸钠形成凝胶主要受5 个因素影响∶ 海藻酸钠的类型、钙源种类、钙离子螯合剂、温度和pH 值［3，4］。
3． 1 海藻酸钠的类型
海藻酸钠的古罗糖醛酸( G 单元) 含量和粘度会影响凝胶效果。不同种类的海藻酸钠中G 单元含量是不同的，由海藻酸钠与Ca2 + 形成凝胶的原理可以知道，G 单元对凝胶起主要作用，所以海藻酸钠分子中G 单元所占的比例是影响凝胶效果的重要因素。
采用高G 型海藻酸钠制备出的凝胶刚性大并且很脆，热稳定性好，而高M 型海藻酸钠形成的凝胶力学强度差但弹性好。相同浓度下，海藻酸钠溶液的粘度随着海藻酸钠的分子量变化而有所不同，海藻酸钠聚合度越高，分子量越大，同等浓度下表现出的粘度也就越大。通过控制提取工艺可以控制海藻酸钠的聚合度，生产出不同粘度的海藻酸钠［5］。分子链越长的海藻酸钠分子在形成凝胶时结合就越紧密，体现出的凝胶机械强度也越大。
3． 2 钙源种类
根据钙源种类的不同，制备海藻酸钙凝胶的方法也不同。第一种是在中性pH 值条件下溶解性较好的钙盐，如氯化钙、乳酸钙。传统Ca2 + 交联海藻酸钠形成凝胶所选用的交联剂一般是氯化钙，使用氯化钙的最大缺点是凝胶速率过快，与Ca2 + 接触到的海藻酸钠溶液马上形成了凝胶，阻隔了后续凝胶反应的发生，导致海藻酸钠转化率呈梯度变化，无法获得具有良好三维结构的均匀凝胶［4］。另外一种是溶解性较差的钙盐，如硫酸钙，硫酸钙在水中溶解度较低。硫酸钙难溶于水，在水中溶解速度很慢，能为海藻酸钠分子的溶解提供一定时间，但相比较而言硫酸钙的溶解速度还是快于海藻酸钠，如果将海藻酸钠和硫酸钙粉末放在一起溶解，先溶解出的Ca2 +和海藻酸钠会形成凝胶阻隔后续凝胶反应。这种方法制出的凝胶不均匀，且凝胶强度不高。
另外，钙源的添加量也会影响凝胶的效果。随着海藻酸钠浓度的增大，其持水能力、弹韧性及凝胶强度都逐渐增强。主要是当钙离子浓度一定，海藻酸钠浓度低时，海藻酸钠与钙离子交换不完全，形成的凝胶体弱，强度小; 浓度增大，有充足的海藻酸钠与钙离子发生离子交换，形成的海藻酸钙空间网络结构致密，且海藻酸钠大分子彼此间的相互作用加强，持水能力增强，凝胶强度增大，弹韧性也较好。
3． 3 钙离子螯合剂
钙离子螯合剂可以将水中的Ca2 + 螯合住，使其不能与海藻酸钠结合，通过与海藻酸钠争夺Ca2 + 的方式来控制凝胶形成的速率，使海藻酸钠有充分的时间溶解，可以有效地改善凝胶的品质。这种方法的缺点是要引入螯合剂，并且造成了Ca2 + 的浪费，使添加剂的用量增大，效率降低。
3． 4 温度
温度对海藻酸钠形成凝胶的过程有间接影响，提高体系的反应温度可以加快钙盐和海藻酸钠的溶解速度，提高体系内部分子运动的剧烈程度，加快Ca2 + 与海藻酸钠分子的结合，从而加速凝胶过程。但当体系温度超过一定界限时，凝胶过程将不会发生［4］。海藻酸盐有一种冷却凝结形成凝胶的方法，这种方法是将制备凝胶的海藻酸钠、酸、钙盐和螯合剂一起在热水当中溶解，然后使溶液冷却，形成凝胶。在热水中一起溶解时，尽管海藻酸钠溶液已经接触到了Ca2 + ，但当海藻酸钠分子链上有较多的热能时无法与Ca2 + 结合，当溶液冷却到一定温度后，海藻酸钠分子才能与Ca2 + 反应形成凝胶。虽然在高温下海藻酸钠无法形成凝胶，但是当海藻酸盐凝胶形成后，其凝胶是热不可逆的，能在高温下保持物理形态。
3． 5 pH 值
加入酸性物质，降低体系pH 值，可以使一些在中性、碱性条件下难溶的钙盐转化为溶解性较好的钙盐，如将磷酸氢酸钙与海藻酸钠在水中混匀后再加入在乳酸，难溶性的碳酸钙可以反应生产溶解性相对较好的碳酸氢钙或者乳酸钙，从而释放出Ca2 + ，与海藻酸钠溶液形成凝胶［4］。
4· 海藻酸钠在肉制品中的应用
海藻酸钠可制成各种凝胶食品，保持良好物理形态，不易发生渗液或收缩，适用于冷冻食品中。将海藻酸钠添加到肉制品中，可以改善肉制品的物理性质，增加粘度，赋予其良好的口感，同时可以增加肉制品的持水性和柔嫩性，提高产出率，减少营养成分和风味物质的损失［2，6］。
海藻酸钠与Ca2 + 形成的凝胶常用于作肉制品的粘结剂，提高肉制品的质构性质，增强肉块之间的粘结。海藻酸钠、钙离子和其他胶体、磷酸盐等复配可做为肉制品的保水剂使用。改善肉制品的物理性质，增加粘度，赋于其良好的口感，同时可以增加肉制品的粘着性、持水性和柔嫩性，减少营养成分损失，提高产品质量。
4． 1 海藻酸钠用作粘结剂
重组肉是借助于机械和添加辅料以提取肌肉纤维中的机制蛋白和利用添加剂的粘合作用，改变肉类原有的结构，使肌肉组织、脂肪组织和结缔组织得以合理的分布和转化，使肉颗粒和肉块重新组合，经冷冻后直接出售或者经预热处理保留和完善其组织结构［6］，因此需要凝胶网络结构将肉与肉之间结合起来。而海藻酸钠能和钙离子产生交联作用，随着钙离子的含量增加，会使得海藻酸钠溶液变稠而形成凝胶。因此，海藻酸钠与钙离子所形成的凝胶常用作粘结剂。
4． 2 海藻酸钠用作保水剂
肉制品的持水力是衡量肉制品质量的一个重要指标，它不仅影响肉制品的色、香、味、营养成分、多汁性、嫩度等食用品质，而且还影响到产品的经济价值。我国每年由于肌肉失水造成大约310 万t 肉类损失，给企业和国家带来巨大的损失。因此，必须努力提高肌肉的持水能力［6］。P． J． Shand 等研究了外加胶体分别与海藻酸钙和磷酸盐复配对重组牛肉卷的性质影响，研究发现海藻酸钙与结冷胶复配使得蒸煮产率有显著改善。X． L． Yu 等研究了用一种可食用的涂层( 海藻酸钙) 来提高冻肉的质量［7］，结果海藻酸钠能够降低冻肉的解冻损失量，而且能够保持冻肉的功能特性以及能够影响总蛋白的溶解度。
还有研究人员就不同目数的海藻酸钠对肉制品持水力及质构的影响进行研究，结果表明，在相同工艺条件下不同凝胶强度海藻酸钠对肉制品持水力的影响是有差别的，通过对复配实验分析，得知采用0. 2%的170 目海藻酸钠与0． 3%的卡拉胶复合可大大提高肉制品的品质和质构，其持水性达到最佳。通过对羊肉无磷保水剂和粘结剂的研究表明，用海藻酸钠、黄原胶、卡拉胶和酪蛋白酸钠得到的海藻酸钙无磷粘结剂的羊肉样品无论是持水力还是出成率都比空白羊肉样和注入混合磷酸盐溶液的羊肉样显著提高，经冷冻处理后海藻酸钙无磷保水剂对提高羊肉保水性能和出成率仍然有效。袭院生等通过在牛肉和猪肉中添加淀粉、蛋白粉、海藻酸钠和钙盐、碳酸盐、磷酸盐来提高牛肉和猪肉的保水性能［8］。张慧旻等将海藻酸钠和结冷胶作为脂肪替代品，改善低脂肉糜类产品的品质［9］。
5· 结束语
海藻酸钠是一种亲水性胶体，与钙离子能形成凝胶，同时和明胶、果胶、魔芋胶、卡拉胶、结冷胶等其他多种胶体有协同增效的作用，用于肉制品中能形成致密、稳定的网状结构，提高肉制品的凝胶强度、粘结性以及持水性能。今后海藻酸钠及其复配产品在肉制品中将具有较好的应用前景。
参考文献
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