食用膠:組成與分類,組成與結構,分類方法,功能特性,作用機理,物理作用,化學作用,

食用膠（hydrocolloid）也稱親水膠體、水溶膠，是能溶解或分散於水中，並在一定條件下，其分子中的親水基團，如羧基、羥基、氨基和羧酸根等，能與水分子發生水化作用形成黏稠、滑膩的溶液或凝膠。在食品加工中起到增稠、增黏、黏附力、凝膠形成力、硬度、脆性、緊密度、穩定乳化、懸濁體等作用，使食品獲得所需要各種形狀和硬、軟、脆、黏、稠等各種口感，故也常稱作食品增稠劑、增黏劑、膠凝劑、穩定劑、懸浮劑、膠質等。

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組成與分類

食用膠體以其安全、元素、理化性質獨特等優良特性，深受人們的關注，特別是食品學家。它的用途廣泛，可套用於冷食品、飲料、乳製品、調味品、糕點、澱粉、糖果、釀酒、食品保鮮與冷藏等食品行業，還可用於化妝品、塗料、光敏樹脂、肥料、鑄造、菸草以及製藥等行業。

世界上允許使用的食用膠品種約有60餘種，中國允許使用的約有40種，國內肉類產品生產使用最廣泛的食用膠主要有卡拉膠、黃原膠、瓜爾豆膠、瓊脂、明膠、海藻酸鈉、刺槐豆膠和魔芋膠等。

常用的食用膠一般都是“天然產物”。比如瓊脂和卡拉膠，是海藻的提取物。明膠，是從動物的皮或者骨頭水解熬制而來。而阿膠只不過是在選材和工藝上有所不同，跟明膠並沒有本質差異。食用膠中比較“高級”的果膠，主要來源是桔子皮和蘋果榨汁後的殘渣。還有一些食用膠是來自於植物的種子，比如阿拉伯膠、瓜爾豆膠、槐豆膠，都是從相應植物的種子中提取而來的。還有一些水膠體由微生物發酵得到，比如黃原膠。

組成與結構

食品膠主要成分是多糖類或蛋白質的大分子物質。多糖類食品膠，基本組成是單糖及其衍生物，化學結構是以單糖為單位形成的大分子多糖，因單糖種類、聚合度、糖單元之間的鍵連及排列方式、糖單元上羥基取代情況等各異，產生不同功能特性，主要體現在溶解性、黏度、流體特性、膠溶液對酸鹼及溫度的穩定性，成膠凍能力及凝膠強度、膠溶液對其他電解質的兼容性、假塑性及各種多糖之間協同互補等方面。蛋白質類食品膠，一般由胺基酸構成，因種類、數量與空間結構排列直接影響與制約著其功能特性。

分類方法

食品膠體廣泛分布於自然界，已有60多種套用於食品工業。根據其從事的研究，提出3種分類法。

1、 M .Glioksmom將食品膠分為六類；

M .Glioksmom提出的食品膠分類

種類	主要品種
植物分泌物	阿拉伯膠、黃蓍膠、刺梧桐膠
提取物	瓊脂、海藻酸鹽、卡拉膠、果膠、阿拉伯半乳聚糖、明膠
粉末狀物質	瓜爾豆膠、刺槐豆膠、澱粉、微晶纖維素
微生物發酵多糖	黃原膠、茁霉多糖
化學修飾膠	羧甲基纖維素、甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、低甲基果膠、海藻酸丙二醇酯
人工合成膠	聚乙烯吡咯烷酮、聚環氧乙烷

1、莊志仁[4]建議分為三類:一類為天然食品膠，一類為修飾(半合成)食品膠，另一類為合成食品膠；

2、黃來發主張分為五類：

黃來發提出的食品膠分類

種類	主要品種
植物膠	瓜爾豆膠、槐豆膠、羅望子膠、亞麻籽膠、皂莢豆膠^△、阿拉伯膠、黃蓍膠、印度樹膠、刺梧桐膠、桃膠^△△、果膠、魔芋膠、印度蘆薈提取液、菊糖、仙草多糖^△△△
動物膠	明膠、乾酪素、酪蛋白酸鈉、甲殼素、殼聚糖、乳清分離蛋白、乳清濃縮蛋白、魚膠
微生物膠	黃原膠、結冷膠、茁霉多糖、凝結多糖、酵母多糖
海藻膠	瓊脂、卡拉膠、海藻酸(鹽)、海藻酸丙二醇酯、紅藻膠、褐藻鹽藻聚糖
化學改性膠	羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素、微晶纖維素、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥丙基纖維素、變性澱粉、聚丙烯酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮

註：^△植物籽膠；^△△植物樹膠；^△△△其他植物膠

另外，一些較新型的食品膠如亞麻籽膠、凝結多糖、普魯蘭糖、結冷膠、海藻酸丙二醇酯等已在食品工業中開始套用，且套用範圍日趨廣泛。

功能特性

凝膠作用

食品膠凝膠的作用，是親水膠體在氫鍵、電場極化力或溶液中的某些高價離子的鍵橋作用下，其長鏈分子相互交聯而形成並將液體纏繞固定在內的三維連續式網路，獲得堅固嚴密的結構以抵制外界壓力而最終阻止體系的流動。三維網路的纏繞度、分子交聯的數量和屬性、形成網路各單元的相互吸引和排斥以及與不同溶劑作用的差異等形成了各種食品膠的不同膠凝特性。某些食品膠單獨存在時不具膠凝性，但與其它膠復配卻呈現出增稠和凝膠協同效應。

增稠作用

食品膠因其分子發生水化作用，而具有增稠作用。不同種類食品膠因其自身結構產生不同增稠和流變特性，同一種食品膠，相對分子質量越大，相同質量濃度的體系黏度就越大。食品膠黏度隨其濃度增大出現不同程度增加，呈現一定正相關性，但與體系溫度呈負相關，一般溫度升高，黏度下降；溫度下降，黏度上升。食品膠溶液受體系電解質、pH、壓力的影響呈現出明顯不同的變化規律，主要與食品膠分子本身結構差異有關。

乳化穩定作用

食品膠添加到食品中後，其體系黏度增加，體系中分散相不容易聚集和凝聚，而使分散體系穩定，可作為果汁飲料、啤酒泡沫、糕點裱花等的乳化穩定劑，但並不是真正的乳化劑或起泡劑，其作用方式不是按照一般乳化劑的親水-親油平衡機制來進行，而是通過增稠或增加水相黏度以阻止或減弱分散的油粒小球發生遷移和聚合傾向方式完成的。

懸浮分散作用

食品膠大多數具有表面活性，可吸附於分散相的表面，使其具有一定的親水性而易於在水體系中分散。食品膠加入食品體系中可增加黏度，根據斯托克斯定律，液相黏度越大，顆粒沉降速度就越慢，可延遲固體顆粒的沉澱作用。

膳食纖維功能

絕大數食品膠套用於食品中還能發揮膳食纖維的功能保健作用。國內外對多糖類食用膠作為膳食纖維生理作用的研究報導較多，如瓜爾豆膠、果膠、魔芋膠、殼聚糖和黃原膠等，它們作為膳食纖維都有著顯著的生理功效。食品膠作為脂肪取代物較廣泛地套用於低脂食品、療效食品和保健食品的生產中。脂肪取代物大部分是以食品膠為主要原料或以食品膠體為關鍵成分。

結晶控制作用

食品中許多重要性質如形狀、光亮度、咀嚼性和融化性等都與晶體結構直接相關。食品膠對結晶作用有3種方式：①相容性：與晶體結合，且依附在增長的晶體表面，改變晶體正常的增長方式；②競爭性：與晶體相互競爭形成結晶；③結合性：與其它物質結合，進而影響晶體增長。因此，用於糖果、乳製品、冷凍食品中，能提高膨脹率，降低冰晶析出的可能性，可使產品口感細膩，提高抗融性和保藏穩定性，改善體系形體和組織結構。

被膜劑和膠囊作用

食品膠用作被膜劑，可覆蓋於食品表面，形成一層保護性薄膜，保護食品不與氧氣、微生物接觸，起保質、保鮮、保香或上光等作用，也可被製作可食性膜。此外，還可用作包裝食品的外膠囊，主要利用兩種含有不同正負電荷的離子化食品膠反應形成複雜化合物，同時形成微細胞膜包覆在芯材表面，被包覆固定的芯材物質在食品中可通過物理壓力、pH值或溫度變化而釋放出來。

泡沫形成作用

食品膠可發泡，形成網路結構，其溶液在攪拌時可包含大量氣體，並因液泡表面黏性增加使其穩定。利用蛋白受熱變性，把食品膠與熱糖漿混合攪拌再冷卻可實現泡沫的穩定化，或是利用卡拉膠、海藻酸鈉或刺槐豆膠等的凝膠反應，也可形成穩定泡沫產品。

香精固定作用

香精固定化技術是在油水乳化系統中，利用合適的乳化劑包埋香精小液滴，當水分被去除時可防止香精蒸發，防止氧化變質或從空氣中吸收水分，且包埋的香精小液滴能溶解或有效分散到水媒介中，當香精從包埋膜內釋放出來可得到相同香氣。以明膠包埋香精，放入口香糖中，經咀嚼便可釋放出香味。阿拉伯膠是所有天然食品膠或其它物質中最好的載體，蔗糖、澱粉及其衍生物也具備固定香精功能，但效果次於阿拉伯膠。

相乘作用

許多食品膠間有非常明顯的相乘作用。各種單體食品膠在使用過程中存在一定缺陷，難以滿足人們所需及適應日益激烈的市場競爭，通過復配，可發揮各種食品膠的互補作用，產生“1+ 1> 2”的協同增效效應，滿足食品生產不同需要，擴大食品膠使用範圍、提高使用功能。

保水穩定作用

食用膠的吸水比例可達數十倍，因為食用膠的分子結構中含有強離子基團，可與自由水形成氫鍵以及食用膠形成三維空間結構——凝膠，因此，食用膠能把自由水牢牢的“鎖住”，在加熱、殺菌等加工過程中，水分就不會大量流失。

食品膠因具有親水性高分子，呈現強親水作用，可有效改善食品生產或貯存中的脫水收縮問題，也可改良結構及咀嚼口感。

其他功能

食品膠還具有一些其他的功能特性，包括粘合作用、膨鬆膨化作用、脂肪替代物、矯味作用等，在許多食品的加工和改良方面有著重要的作用。已有研究表明，食品膠在一定條件下，能同時吸附於多個分散介質體上使其凝聚，且能掩蔽一些不良氣味。

一些新型的食用膠還具有一定的生理功能，如胡蘆巴膠，具有抗糖尿病、溫腎、散寒、止痛等作用。

作用機理

物理作用

食品膠的分子結構中含有許多親水基團，如羥基、羧基、氨基、羧酸根等，水化後均勻分散於溶液中，形成黏稠膠體溶液，使蛋白質分子運動減慢，降低蛋白質分子相互結合的幾率和沉降速度，使其均勻穩定地懸浮於體系中。同時，還可使懸浮組織穩定化，限制金屬離子活動，避免食品成分凝聚、沉澱。

化學作用

食品膠大分子中含有羥基、羧基、烷氧基、糖苷鍵中的氧原子和肽鍵中的氮原子外層均含有sp3雜化軌道，軌道中未共用的孤電子對可與水分子帶部分正電荷的氫離子結合形成氫鍵，氫鍵的鍵合力極強，當大於食品膠分子鏈間內聚力時，食品膠分子鏈舒展，食品膠分子與水結合形成長分子鏈，且溶解分散在水中，形成熱力學穩定體系。食品膠分子舒展使多種基團充分暴露，各極性基團與極性水分子以氫鍵或偶極作用力相互制約形成內層水膜，內層水再與外層水作用發生締合，體積極大的溶膠分子作為骨架，大量的水被束縛，介質的自由移動受到阻礙而產生層流間的阻力，表現出黏稠性。

套用用途

食品工業

在肉製品中的套用

食品膠添加到肉製品中不僅能夠改善肉製品食用品質，如顏色、風味、質地、保水性等功能特性，還能降低生產成本，具有巨大市場套用前景和實際生產價值。卡拉膠套用在斬拌型高溫火腿腸中能夠改善產品質構和切片性，增強肉蛋白凝膠性，提高保水性，降低出油性等優點。黃原膠廣泛套用於各種肉製品的加工，在方火腿、圓火腿、午餐肉、紅腸等肉糜製品中使用黃原膠可明顯提高製品的嫩度、色澤和風味，還可以提高肉製品的持水性，從而提高出品率。含較多支鏈的變性澱粉添加到肉製品中，不但增強其凝膠強度，改善組織結構，增強保水性，提高出品率，降低生產成本，還可防止滲油滲水現象。

肉製品中常見單體食用膠

名稱	來源	作用機理	食品工業中的套用
卡拉膠	海藻類	增稠、凝膠、穩定、蛋白反應	肉糜類、火腿類、丸子類、麵製品、飲料
黃原膠	微生物	增稠、懸浮、乳化、穩定	火腿、午餐肉、紅腸、肉麻製品
瓜爾豆膠	瓜爾豆	增稠、粘合、保水	麵食、肉類製品
魔芋膠	魔芋	增稠、穩定、凝膠、成膜	肉製品、糖果類、乳製品、飲料、麵製品
刺槐豆膠	刺槐	增稠、持水、粘合、凝膠	果醬、果凍、肉製品、飲料
食用明膠	動物皮、骨、筋腱	乳化、粘合、增稠、凝膠	肉製品、糖果類、保健食品
海藻酸鹽	海藻類	增稠、粘合、凝膠	肉製品、飲料
瓊脂	海藻類	增稠、凝固、保鮮、穩定	肉製品、果凍

在冷凍食品中的套用

食品膠添加到冷凍食品中，可提高黏度，改善凝膠性，防止或抑制微粒冰晶增大，延緩冰渣出現，改善口感、內部結構和外觀狀態，提高體系穩定性和抗融性。陳潔等[陳]研究表明，通過添加瓜爾膠、果膠、黃原膠和CMC製作速凍水餃，對其品質都有明顯改善作用，其中黃原膠增大煮後硬度與餃皮強韌性、降低破肚率效果最好，還能明顯降低凍裂率； CM C降低凍裂率效果最好；適量果膠能明顯降低蒸煮損失； 0.2%瓜爾膠對凍裂率和破肚率改善效果較好。胡國華等將亞麻籽膠添加到冰淇淋中，能較好地改善配料黏度，提高產品品質；亞麻籽膠與黃原膠和魔芋粉具有良好的協同作用，復配套用使其品質更佳。

在凝膠糖果中的套用

凝膠糖果因咀嚼性好、有咬勁、不黏牙、不易蛀齒、低甜度、低熱量等特點，已成為開發糖果的新熱點。選擇線型膠粒的食品膠結成大空隙網狀結構，通過吸附較多填充物，使軟糖富有彈性和韌性。研究表明，明膠能控制糖結晶體變小，並防止糖漿中油水相對分離；添加到軟糖中，其分子間相互吸引並交織形成網狀結構，使糖分和其他物質完全與明膠分子成為一個共同體凝膠體，賦予柔軟質構，且能承受較大負荷不變形；卡拉膠加入軟糖中能使產品口感滑爽，更富彈性、黏性小、穩定性增高，且果香味濃，甜度適中，透明度好；添加蔗糖可增進透明度，與刺槐豆膠復配可增加產品凝膠強度。

在飲料食品中的套用

瓊膠、黃原膠是飲料食品良好增稠和懸浮穩定劑，其用量少，在低濃度下即可達到所需的黏度和懸浮力，而且受溫度和pH值影響相對較小，在室溫下能保持黏度和懸浮力相對穩定性，保持飲料食品口感和外觀。研究報導， 0.1%海藻酸丙二醇酯套用到果汁中，不但可提高果肉穩定性，使果汁滋味厚實，口感更佳，且對果汁中的油類成分也起到穩定作用。王微等將果膠、明膠、海藻酸鈉等食品膠添加到優酪乳中，研究不同增稠劑對優酪乳質地和感官特性的影響，結果表明，當增稠劑添加量為0.1%時，不同增稠劑極其濃度對優酪乳質地存在顯著影響。

其他工業套用

除在食品上套用外，還可套用於其他許多工業。在化工上可用來做塗膜、膠黏劑、牙膏、在農業上可用作葉肥、緩釋肥料。在其他方面的套用也很廣，包括作為人體組織材料、感光薄膜、房間清香劑、包裹熱敏感材料（例如酶與細胞、脫氧核糖核酸電泳與分離的可逆凝膠）以及用於膠片、膠捲、纖維、個人護理用品。

化妝品工業

食用膠能夠在化妝品中起增稠、分散、懸浮、穩定等作用。它有利於化妝品的增稠、發泡、穩定、乳化、分散、粘合、成膜和保水等性能的發揮，如：聚丙烯酸鈉。

牙膏製造業

牙膏中添加食用膠能起到較明顯的粘合、賦形功能，因此達到取代均勻性好，保濕、固香、耐洗及耐高溫等功效。

菸草製造業

新型食用膠聚丙烯酸鈉能起到製作菸草薄片的粘結作用，對降低菸草成本有一定效果。另外，還可以用作捲菸紙的粘結劑。

醫藥製造業

某些食用膠，如聚丙烯酸鈉，在醫藥行業中可作為藥漿增稠劑、穩定劑、和水劑及軟膏類藥物的基劑，也可用作眼藥水，軟硬膠囊，包衣劑及新型製劑用藥水。

飼料

在鰻魚、對蝦、甲魚、魚類、雞、豬等的飼料中加入食用膠，可增加粘結度，在水中不糊化，對魚蝦各類有增量、增肥的作用。

注意事項

適量添加無害

一般而言，食用膠在食物中的使用量不大，起到的作用主要有增稠、增加穩定性、成膠等。還有一些食用膠，本身也被當作膳食纖維。比如果膠、瓜爾膠、瓊脂等。膳食纖維能夠提供飽足感但是不產生熱量，對於減肥有幫助。不溶性的膳食纖維有助通便，而可溶性的膳食纖維（比如果膠）到達大腸之後能被那裡的細菌分解，產生一些有助健康的小分子物質。

非法添加有害

除了澱粉，其他的食用膠是作為食品添加劑管理的。這些水膠體除了可以用於食品，還可以用於其他工業產品。作為工業原料，其生產過程的控制和要求就不象食品原料那么嚴。所以，工業級的水膠體會比食品級的要便宜。這就造成了不法商販使用工業級原料代替食品原料的可能。而工業級原料，就可能存在有害雜質。就象任何的食品添加劑一樣，合法生產規範使用的食用膠沒有問題，但是食品安全的保障需要進行嚴格監管。

食用膠