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7、食品添加劑

    前面對(duì)幾類食品的流變特性進(jìn)行了討論，除了食品物質(zhì)之外，一些食品添加劑的流變特性對(duì)食品的流變特性的影響也很大，特別是許多天然的（生物合成的）或化學(xué)合成的親水性高分子分散在水中形成的水溶膠，其被廣泛用做增稠劑、膠凝劑、乳化劑、穩(wěn)定劑、膜材料等。水溶膠即使在濃度低于1％的情況下，也能對(duì)食品的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。水溶膠的應(yīng)用使人們能夠有效地控制水分，改善肉制品、乳制品、糖果、糕點(diǎn)的外觀、形狀、質(zhì)構(gòu)特征、口感和風(fēng)味等。此外，天然大分子多糖和蛋白質(zhì)具有的生物活性、生體相容性、安全性和低熱量也使得它們被廣泛用于生產(chǎn)和開發(fā)各種功能性健康食品。

    水溶膠按其是否可以形成凝膠，分為兩類：一類是本身即可形成凝膠如瓊脂、卡拉膠、結(jié)冷膠、可德膠、高甲氧基果膠、明膠等，這類多糖稱為凝膠多糖。另一類是非凝膠多糖，如黃原膠、刺槐豆膠、魔芋膠等，它們本身不具備凝膠性。食品水溶膠形成的凝膠為物理凝膠。這是因?yàn)閰⑴c形成凝膠網(wǎng)絡(luò)交鏈區(qū)的鍵通常是非共價(jià)鍵，如氫鍵、疏水作用、靜電作用和范德華力和離子鍵等。小分子物質(zhì)能在凝膠網(wǎng)絡(luò)中滲透或擴(kuò)散。

    食品水溶膠具有增加食品的粘度，賦予食品柔滑舒適的口感，穩(wěn)定乳化狀態(tài)和懸浮狀態(tài)的作用。例如黃原膠（Xanthan Gum）是一種通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)的，常用的大分子食品添加劑。盡管相對(duì)價(jià)格較高，但自從上世紀(jì)70年代以來，黃原膠己成為許多應(yīng)用領(lǐng)域的增稠劑。這是因?yàn)辄S原膠具有*的流變學(xué)行為。在濃度很低時(shí)，它能形成高粘度、高剪切變稀的溶液，且粘度不受PH 、鹽和溫度的影響；在低剪切應(yīng)力下，保持較高的粘度使得黃原膠能有效阻止顆粒沉淀，而剪切變稀的特點(diǎn)又使得產(chǎn)品在搖動(dòng)后能很容易地容器中流出。

    食品水溶膠在食品工業(yè)上的應(yīng)用主要取決于它的粘度。影響粘度的因素很多，如水溶膠的種類、來源分子量大小、分子量分布、分子結(jié)構(gòu)、濃度、溫度、鹽以及剪切特性等。水溶膠溶液的粘度受分子量的影響很大。隨著分子量的增加，粘度對(duì)剪切速率的依賴性增強(qiáng)，對(duì)剪切速率的變化愈敏感，剪切引起的粘度降低愈大，從低剪切牛頓穩(wěn)定區(qū)進(jìn)入剪切變稀區(qū)（假塑性區(qū)）也愈早，即在更低的剪切速率下便發(fā)生粘度隨剪切速率的增加而降低。除了分子量的影響外，水溶膠溶液的粘度還受溶液中大分子的流體力學(xué)體積的影響，而流體力學(xué)體積明顯地受大分子結(jié)構(gòu)的影響。相同分子量，線形、剛性的分于比多分支、柔性的分子具有較大的流體力學(xué)體積，因而粘度更高。纖維素相對(duì)來說屬剛性分子，所以在低剪切速率時(shí)粘度很高，而柔性的短梗霉多糖則要低的多阿拉伯樹膠支化度較高，分子在結(jié)構(gòu)上更為緊湊，因此在分子量相同的條件下，相對(duì)線形纖維素來說均方旋轉(zhuǎn)半徑較小，其粘度－剪切速率關(guān)系表現(xiàn)出牛頓流體的特點(diǎn)分子鏈剛性對(duì)水溶膠溶液剪切變稀特性的影響也很大。隨著分子持續(xù)長度的增加，剪切變稀程度也會(huì)相應(yīng)增加。

對(duì)剪切變稀特性的了解有利于食品加工中的分散泵送、噴灑、灌注等過程的操作和控制，所以研究水溶膠的粘度與剪切速率關(guān)系對(duì)于食品加工具有重要意義。Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)可以測定大多數(shù)水溶膠在不同的剪切速率下的粘度，可以更具體的研究水溶膠的流變特性，以滿足食品生產(chǎn)的需要。例如果凍/龜苓膏的主要成分即是水溶膠，水溶膠的流變特性關(guān)系到果凍/龜苓膏的產(chǎn)品配方、凝膠特性、口感等等，所以測量水溶膠的流變特性對(duì)生產(chǎn)很有幫助。

8、冰淇淋

    在冰淇淋的生產(chǎn)中，水溶膠作為增稠劑，所起的作用很大，可以說是冰淇淋的zui關(guān)鍵物質(zhì)。冰淇淋的主要成分是水、奶油、糖、乳化劑、增稠劑等，水既作為糖、奶粉、食品增稠劑、香精及其他水溶性溶質(zhì)的溶劑；又作為乳化劑、可可粉、咖啡粉、奶油等分散質(zhì)的分散劑。經(jīng)過溶解、分散和均質(zhì)，形成均勻的冰淇淋漿料。糖、奶粉雖然可增加水的粘度和稠度，但如用量較少則增加的程度不大。而食品增稠劑的用量雖少，但增加粘度和增加稠度的程度較大。當(dāng)冰淇淋漿料具有合適的粘度和稠度后，經(jīng)過攪拌、溶解、分散乳化、懸浮、均質(zhì)、老化，可形成化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)相對(duì)穩(wěn)定的微多相冰淇淋漿料。水溶膠增稠劑溶液因存在結(jié)構(gòu)粘度而呈現(xiàn)一系列假塑性，使增稠劑溶液在化料、滅菌、均質(zhì)、老化的全過程攪拌或泵送時(shí)變稀，發(fā)生剪切變稀現(xiàn)象。剪切變稀現(xiàn)象使經(jīng)過老化變稠的冰淇淋漿料易于泵送，生產(chǎn)出來的冰淇淋具有良好的口感。在冰淇淋的生產(chǎn)中，控制冰淇淋漿料的粘度，可以做成不同類型的冰淇淋。例如：在總固形物含量較低的前提下，降低增稠劑和油脂用量，降低冰淇淋漿料的粘度，能使水的活度達(dá)到有利于形成六方晶體。當(dāng)凝凍速度較慢時(shí)，可形成以六方晶體為主的砂冰型產(chǎn)品。而在冰淇淋總固形物含量較高的前提下，降低油脂用量，提高增稠劑用量和冰淇淋漿料的粘度，使水的活度達(dá)到更有利于立方晶體和玻璃態(tài)冰形成的優(yōu)勢。當(dāng)凝凍速度較快時(shí)，可形成以立方晶體和玻璃態(tài)冰占優(yōu)勢的粘糕型產(chǎn)品。

    Brookfield粘度計(jì)可以應(yīng)用在研究冰淇淋配料粘度與配料加工性能、冰淇淋成品質(zhì)量之間的關(guān)系，確定*粘度范圍，可以為配方設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、增稠膠選擇、質(zhì)量控制等提供有關(guān)數(shù)據(jù)。在進(jìn)行配方設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)所用的增稠膠的粘度數(shù)據(jù)及相互之間的協(xié)同作用，根據(jù)冰淇淋其它成分的粘度貢獻(xiàn)，估算配料的粘度以及流變性質(zhì)，預(yù)測配料的加工特性，減少不必要的試驗(yàn)，同時(shí)Brookfield也可以為冰淇淋生產(chǎn)的質(zhì)量監(jiān)控提供一個(gè)方便和可靠的檢驗(yàn)手段－粘度檢驗(yàn)。

四、食品的質(zhì)構(gòu)與測量

食品的質(zhì)構(gòu)是食品除色、香、味之外另一種重要的性質(zhì)，它不僅是食品加工中很難控制的因素，而且是決定食品檔次的zui重要的關(guān)鍵指標(biāo)之一。例如：目前在食品種廣泛使用食品膠，改性淀粉等作為添加劑，以取代羧甲基纖維素等，這些型食品新改性添加劑的使用，改善了食品在口感、外觀、形狀、貯存性等方面的某種特性。使用食品膠時(shí)，我們必須對(duì)使用的目的（應(yīng)用食用膠的哪一種特性）有清楚的了解，才能根據(jù)不同食品膠的特性進(jìn)行選擇。在這個(gè)探索的過程中，試吃，專家評(píng)估作為比較傳統(tǒng)的非定量判斷手段，而在今天，質(zhì)構(gòu)儀就成為了必須使用的工具，前面敘述過，由于所有的食品膠都不只一種功能，因而在為食品任何一類特別的應(yīng)用選擇*的食品膠時(shí)，都還應(yīng)該考慮、候選。食品膠在該食品中發(fā)揮的其他的功能，所以食品工藝師在選擇食品膠時(shí)需要考慮諸多因素，必須考慮產(chǎn)品形態(tài)（如凝膠、流動(dòng)性、硬度、透明度及混濁度等）；產(chǎn)品體系（懸浮顆粒能力，稠度、風(fēng)味、原料類型等）；產(chǎn)品儲(chǔ)存（時(shí)間、風(fēng)味穩(wěn)定、水分、曲分遷移）、產(chǎn)品加工方式和經(jīng)濟(jì)性等。否則，不考慮其他因素，直接選擇使用在該項(xiàng)應(yīng)用中表現(xiàn)得的食品膠，可能并不是*的選擇。

    質(zhì)構(gòu)儀可對(duì)樣品的物性概念做出準(zhǔn)確的定量的表述，它使用統(tǒng)一的測試方法，是的量化測量儀器，消除個(gè)人感官的主觀性影響，Brookfield所設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的物性測試儀分LFRA和QTS兩個(gè)系列，根據(jù)類別不同，測試范圍的不同，有5種型號(hào)可供選擇?？蓪?duì)廣泛的產(chǎn)品進(jìn)行多種特性的測試，比如：硬度、嫩度，脆性、膠粘性、粘牙性、回復(fù)性、彈性、凝膠強(qiáng)度等。

Brookfield的Lefa組織分析儀應(yīng)用是明膠行業(yè)Bloom試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)儀器，該實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)通過了許多和國家標(biāo)準(zhǔn)：AOAC（分析化學(xué)家協(xié)會(huì)）、ISO、BS（英國國家標(biāo)準(zhǔn)）等。Lefa組織分析儀在測量明膠洞凍力時(shí)可以準(zhǔn)確的讀出凍力讀數(shù)，控溫水浴箱的精度很高，穩(wěn)定的溫度可以保證測量的準(zhǔn)確性。Lefa組織分析儀除了測量明膠的凍力之外，還可以測量一些膠體的破裂強(qiáng)度、刺入強(qiáng)度、瓊脂的Kobe試驗(yàn)，供食品工業(yè)測量面包的彈性和硬度、巧克力、果凍之類的食品，也可測量其他一些工業(yè)彈性體。   

Brookfield的QTS質(zhì)構(gòu)儀主要包括主機(jī)、軟件、備用探頭及附件。其基本結(jié)構(gòu)一般是由一個(gè)能對(duì)樣品產(chǎn)生變形作用的機(jī)械裝置，一個(gè)用于盛裝樣品的容器和一個(gè)對(duì)力、時(shí)間和變形率進(jìn)行記錄的記錄系統(tǒng)組成。其測試圍繞著距離、時(shí)間、作用力三者進(jìn)行測試和結(jié)果分析，也就是說，質(zhì)構(gòu)儀所反映的主要是與力學(xué)特性有關(guān)的食品質(zhì)地特性，其結(jié)果具有較高的靈敏性與客觀性，并可對(duì)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)量化處理，以量化的指標(biāo)來客觀全面地評(píng)價(jià)成品，從而避免了人為因素對(duì)食品品質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的主觀影響。在用質(zhì)構(gòu)儀評(píng)價(jià)食品品質(zhì)時(shí)，首先要根據(jù)測試樣品選擇探頭的形狀、規(guī)格，然后再根據(jù)探頭來選擇操作模式如壓縮模式或拉伸模式。通過不同種類的壓縮、切割、擠壓和拉伸模具進(jìn)行測試，得出能夠表示一些質(zhì)構(gòu)特性及相關(guān)關(guān)系的一個(gè)曲線圖。

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