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瓊脂

復雜的水溶性多糖化合物

瓊脂是什么

瓊脂

瓊脂(Agar)又稱洋菜、洋粉、石花膠、瓊膠、寒天等,是以紅海藻綱的石花菜(Gelidium)、江蘺(Gracilaria)等為原料,采用科學方法精煉提純的天然高分子多糖物質。瓊脂含有多種元素,并具有清熱解暑、開胃健脾之功能,它在食品工業、醫藥工業、日用化工、生物工程等許多方面有著廣泛的應用,是目前世界上用途最廣泛的海藻膠之一。

瓊脂基本參數

中文名稱瓊脂中文別名瓊膠、洋菜、海東菜、凍粉、石花膠
英文名稱agar外觀類白色或淡黃色均勻粉狀或條狀
分子式(C12H18O9)nCAS9002-18-0
原料 石花菜、江籬等紅藻質量規格標準GB1886.239—2016食品安全國家標準 食品添加劑瓊脂

瓊脂原料來源

生產瓊脂的主要原料是石花菜、江蘺、雞毛菜(Pteroclad1a)、凝花菜(Gel1d1ella)等屬中的各種紅藻。最主要的是石花菜和江蘺藻,龍須菜、石花菜、壇紫菜是我國優質的三種瓊脂海藻提取原料。瓊脂為親水性膠體,分有條狀和粉末狀,不溶于冷水,易溶于熱水。瓊脂在工業上具有獨特的重要性,瓊脂的濃度即使低至1%仍能形成相當穩定的凝膠(凍膠),是食品工業、化學工業、醫學科研所必需之原料。

瓊脂的特性

瓊脂的最有用特性是它的凝點和熔點之間的溫度相差很大。它在水中需加熱至95℃時才開始熔化,熔化后的溶液溫度需降到40℃時才開始凝固,所以它是配制固體培養基的最好凝固劑。用瓊脂配制的固體培養基,可用以進行高溫培養而不熔化,在凝固之前接種時,也不致將培養物燙死。因此,瓊脂是制備各種生物培養基中應用最廣泛的一種凝固劑。瓊脂的濃度,通常是液體培養基的1~1.5%。

瓊脂的性狀

用藻類制成的瓊脂是半透明、無定形的粉末、薄片或顆粒。加工生產主要分布在山東、遼寧、廣東各省均有加工生產。瓊脂外形有細條、長條、薄片、小塊等幾種不同形體,以細條為佳。國外產地為日本、朝鮮、新西蘭、美國和俄羅斯。瓊脂不溶于冷水,能吸收相當本身體積20倍的水。易溶于沸水,稀釋液在42℃(108℉)仍保持液狀,但在37℃凝成緊密的膠凍。瓊脂為細胞壁的組成成分,含有復雜的碳水化合物、鈣與硫酸鹽。

優質瓊脂的特征

體干、色白亮、潔凈透明度高,彈性大,堅韌,牢度強。

劣質瓊脂的特征

色黃且烏暗、不透明,彈力弱,干硬較脆,不堅韌。

假瓊脂的特征

外觀白而沒有光澤,雜質含量高,透明度很差(注:1%濃度的水溶液溶解后,可發現大量的水中不溶物)。如果用冷水或溫水浸泡30分鐘左右,它很快就吸水膨脹復原,而真瓊脂沒有這種現象。

瓊脂的安全性

瓊脂已被美國食品與藥物管理局列為公認安全的產品,已獲準作為食品添加劑并作為專題載人《美國藥典》和《美國食品化學品藥典》中。

瓊脂的質量指標(檢驗方向)

瓊脂在工業上具有獨特的重要性。瓊脂的濃度即使低至1%仍能形成相當穩定的凝膠(凍膠)。瓊脂的濃度在1%~2%范圍內變化將直接影響凝膠的強度。瓊脂的高凝膠溫度使瓊脂具有另一種極其有用的獨特性質。

瓊脂的質量指標(檢驗表)

項目 GB 1975 1980 FAO/WHO,1995 FCC(Ⅳ)
干燥失重/% 22.0  22 20
灼燒殘渣含量/% 5 5 6.5
酸不溶性灰分/% 0.5 0.5
吸水力 合格 合格 合格
水不溶物含量/% 1 1 1
砷含量(以As計) /% 0.0001 0.0003 0.0003
鉛含量(以Pb計) /% 0.001 0.0005 0.0005
重金屬含量(以Ph計) /% 0.004 0.001 0.001
淀粉和糊精 合格 合格 合格
明膠和其他蛋白質 不得檢出 不得檢出 不得檢出

瓊脂質量指標(GB1886.239—2016)

目前,瓊脂執行的質量規格標準為《GB 1886.239-2016 食品安全國家標準 食品添加劑 瓊脂》,該標準代替GB1975—2010《食品安全國家標準 食品添加劑 瓊脂(瓊膠)》。GB 1886.239-2016明確規定瓊脂范圍、技術要求(感官要求、理化指標)、檢驗方法等,于2016年08月31日發布,2017年01月01日起實施且也是最新瓊脂質量規格標準。

瓊脂的技術指標( GB1886.239—2016)

a、感官要求:應符合表1的規定。

b、理化指標:應符合表2的規定。

表1 感官要求

項目 色澤 狀態 氣味
要求 類白色或淡黃色 均勻粉狀或條狀 具有本產品固有氣味,無異味,無刺激性氣味
檢驗方法 a:取試樣置于清潔、干燥的白瓷盤中,在自然光下,觀其色澤和性狀,嗅其氣味。當懷疑試樣有異味時,可取少量試樣置于密閉的錐形瓶中并浸泡于60℃~70℃水浴,5min后打開杯蓋,同時立刻嗅聞杯口處上方區域


表2 理化指標

項目 要求 檢驗方法
水分,w/% ≤ 22.0  GB5009.3a
灰分,w/% ≤  5.0 GB5009.4b
水不溶物,w/% ≤ 1.0   附錄A中A.3
淀粉試驗  通過試驗 附錄A中A.4
明膠試驗  通過試驗 附錄A中A.5
鉛(Pb)/(mg/kg) ≤ 3.0  GB5009.75
砷(As)/(mg/kg) ≤ 3.0  GB5009.76
a 稱取試樣1g~2g,b 稱取試樣1g。

瓊脂主要功效

用麒麟菜、石花菜提取物制成的瓊脂,是一種重要的海藻膠,無色,無固定形狀,但屬于固體,可溶于熱水中。瓊脂可用來制作冷食品和微生物的培養基等。瓊脂通常被稱為洋菜或洋粉,也叫石花膠,但它不同于另一種同樣生長在沿海附近巖石和碎珊瑚上的藻類食物瓊枝。后者又稱為海菜或膠麒麟菜,也含有瓊膠、多糖和黏液質,常被煮成膠凍狀食用,或用開水燙泡后加適量姜、醋拌食,也可入配方水煎服,主治支氣管炎、肺炎、痰結、腸炎等,有降脂作用。

瓊脂能在腸道中吸收水分,使腸內容物膨脹,增加大便量,刺激腸壁,幫助改善便秘。所以經常便秘的人可以適當食用一些石花菜。瓊脂富含礦物質和多種維生素,其中的褐藻酸鹽類物質有降壓作用,淀粉類硫酸脂有降脂功能,對高血壓、高血脂有一定的防治作用。可清肺化痰,清熱祛濕,滋陰降火,涼血止血。

瓊脂的物理性質

食品工業上用的瓊脂有條狀、片狀、粒狀、粉狀等,色澤由白到微黃,具有膠質感,無氣味或有輕微的特征性氣味,口感黏滑;不溶于冷水,在冷水中浸泡,緩緩吸水膨潤軟化,吸水率可達20倍;易溶于沸水,在沸水中極易分散成溶膠,溶膠呈中性;緩溶于熱水;含水時柔軟而帶韌性,不易折斷,干燥后發脆而易碎。瓊脂為親水性膠體,其溶液稱為溶膠。

食后不被酶分解,幾乎無營養價值。0.5%低濃度的溶膠,冷卻后也能形成堅實的凝膠。1%的瓊脂溶膠凝膠強度--般在300~500g/cm2左右,優質的達500g/cm2以上。該凝膠在42C固化,其凝膠即使在94C也不熔化,有很強的彈性。瓊脂溶膠的凝固溫度很高,一般在35C即可變為凝膠。質量分數1.5%的瓊脂溶液在32~39C可以凝結成堅實而有彈性的凝膠,生成的凝膠在85C以下不熔化為溶膠。瓊脂的這種特性可以區別于其他海藻提煉出來的膠。瓊脂之所以具有特殊的應用,就是因為同一濃度的瓊脂溶膠的凝膠溫度和凝膠的熔化溫度不同。另外,瓊脂還具有在水中發生溶脹的能力。5%~10%的瓊脂溶膠具有高黏度。

瓊脂的品質(以凝膠能力衡量)

優質瓊脂,0.1%的溶液即可膠凝;一般品質的,膠凝濃度應低于0.4%;較差的,濃度在0.6%以上才能膠凝。瓊脂的主要組成和性質如下:可溶性無氮物73.5%,粗蛋白質2.5%,粗脂肪0.5%,灰分3.5%,水分20.0%,凝膠熔點82~100%C,凝固點28~40C,膠凝濃度0.1%~0.6%,吸水率9~20倍,色澤透明、無色。

瓊脂水凝膠的純品是相當穩定的,那些經過消毒貯存于密封容器中的高強度瓊脂凝膠具有和干瓊脂同樣的穩定性。但是,低強度瓊脂凝膠比干瓊脂容易霉壞。只有少數細菌在新陳代謝過程中以瓊脂為營養物,如某些經精心培養的酵母能使瓊脂降解,這就可以作為瓊脂比其他天然膠具有更大的穩定性的依據。瓊脂中金屬和非金屬元素的含量很重要,對于研究細菌所利用的瓊脂,金屬和非金屬元素的含量尤其重要)。

瓊脂的化學結構

瓊脂是由有凝膠能力的瓊脂糖和無凝膠能力的瓊脂果膠組成,它的結構是由個a-(1,3)-D-吡喃半乳糖和2個a-(1,4)-L-2,6-脫水吡喃半乳糖交替連接而成,只能在沸水中溶解,是目前最有效的中性膠凝劑,形成的凝膠堅硬、脆、粗糙,但瓊脂的凝膠具有顯著的溫度滯后性,低濃度的瓊脂具有較好的熱穩定性和懸浮性。

瓊脂糖是兩個半乳糖組成的雙糖。瓊脂膠與瓊脂糖結構類似,不同之處是可被硫酸酯化。作為膠凝劑的瓊脂糖,是不含硫酸酯(鹽)的非離子型多糖,是形成凝膠的組分,其大分子鏈鏈節在1,3-苷鍵交替地相連的β-D一吡喃半乳糖殘基和3,6-a-L-吡喃半乳糖殘基。而瓊脂果膠是非凝膠部分,是帶有硫酸酯(鹽)、葡萄糖醛酸和丙酮酸的復雜多糖,也是商業提取中力圖去掉的部分。商品瓊脂--般帶有2%~7%的硫酸酯(鹽),0~3%的丙酮酸及1%~3%的甲乙基,甲乙基--般連接在D-半乳糖的C6或L-半乳糖的C2位置上。甲乙基的存在有助于提高瓊脂的凝膠強度及凝膠溫度,而硫酸酯及丙酮酸基團的存在則使其凝膠強度減弱,在瓊脂提取時由堿處理可除去部分硫酸酯。通常,石花菜和雞毛菜屬紅藻有較高的瓊脂糖及較低的甲乙基含量,而江蘺藻屬一般含較高的硫酸酯(鹽),因此,瓊脂的膠凝能力的強、弱取決于品種來源或其中硫酸酯(鹽)含量及提取條件等。

瓊脂的化學結構圖

瓊脂的化學結構圖

瓊脂的性質

瓊脂的溶解性和膠凝性與其組分有關,如果瓊脂的硫酸酯(鹽)含量高,則溶解速度快,溶解溫度會相應降低。瓊脂不溶于糖溶液,食品配方中含有瓊脂時應將糖加人熱瓊脂溶液中。一般熱瓊脂溶液降溫至40C以下即形成凝膠,精確的凝膠溫度取決于瓊脂中的甲乙基及硫酸酯(鹽)含量。將瓊脂凝膠加熱至85C以上又熔化為瓊脂溶液,瓊脂的凝膠溫度與熔化溫度之差非常之大,但瓊脂中硫酸酯(鹽)含量的增加導致熔化溫度明顯下降。0.2%濃度的瓊脂即可成凝膠,組織結構為具有一定強度的脆性膠,在口中不熔化,具有不同于其他食品膠的口感。但瓊脂凝膠透明性差,冷凍后發生脫水收縮,瓊脂也是不耐酸性的膠凝劑,但對酸的耐受性在高糖含量體系如果醬、糖果中可提高。

瓊脂凝膠質硬,用于食品加工可使制品具有明確形狀,但其組織粗糙,表皮易縮起皺,質地發脆。當與卡拉膠復配使用時,可克服這些缺陷,得到柔軟、有彈性的制品。瓊脂與糊精、蔗糖復配使用時,凝膠的強度升高,而與海藻酸鈉、淀粉復配使用,凝膠強度則下降;與明膠復配使用,可輕度降低其凝膠的破裂強度。

瓊脂耐熱,但長時間加熱,特別是在酸性條件下長時間加熱,可失去膠凝能力。瓊脂的耐酸性高于明膠和淀粉,低于果膠和海藻酸丙二醇酯。

瓊脂溶液的性質

1、黏度

瓊脂和類瓊脂溶膠的黏度明顯地受到瓊脂原料和提取瓊脂所采用的工藝的影響。

瓊脂和由江蘺藻提取的濃度為1.0%~1.5%的類瓊脂溶膠的相對黏度的研究結果已有報道。若溶膠的pH保持在4.5~9.0,瓊脂溶膠的黏度值相對地恒定。而在pH為6.0~8.0時,離子強度和老化時間對瓊脂溶膠的黏度影響不大。恒溫時,只要膠凝現象一發生,瓊脂溶膠的黏度就將隨時間的增長而增大。

2、膠凝溫度

在多糖類物質中,瓊脂具有獨特的性質。瓊脂溶膠的膠凝溫度遠低于凝膠的熔化溫度。瓊脂的很多應用就依賴于這種顯著的溫度滯后現象。不同原料制成的瓊脂和類瓊脂的同濃度溶膠具有明顯不同的膠凝溫度,而且幾乎各自保持一-定的溫度范圍。但來自絲狀江蘺藻的類瓊脂則例外,隨著季節性的變化,其溶膠的膠凝溫度相差20C以上。而瓊脂糖溶膠的膠凝溫度和其本身的甲氧基化的程度有關。

對于同一種海藻,無堿法所得瓊脂無論是膠凝溫度還是熔化溫度都比堿處理后的要低,一般來講,膠凝溫度高的,熔化溫度也高。

有幾個比較特殊的瓊脂樣品:一是堿處理后的龍須菜瓊脂,具有特別高的熔化溫度,如濃堿法龍須菜瓊脂的熔化溫度超過100C;二是堿處理后的壇紫菜瓊脂,具有特別高的膠凝溫度(高于37.5C)和特別低的熔化溫度(低于90C)。

甲氧基被公認為是一個影響膠凝溫度的重要因素。瓊脂的膠凝溫度與甲氧基的取代位置及含量有關,Gueseley在1970年的研究中曾表明,隨著-OCH3含量的增加,膠凝溫度也增高。壇紫菜瓊脂膠凝溫度較龍須菜瓊脂和石花菜瓊脂高。光譜數據證明,壇紫菜瓊脂D-半乳糖部分6位有甲氧基取代,可以從這方面來解釋它們膠凝溫度高的原因。

3、凝膠熔化溫度

瓊脂凝膠的熔化溫度是瓊脂濃度和平均相對分子質量的函數。含干瓊脂1.5%的瓊脂和類瓊脂凝膠的熔化溫度為60~97C。

4、極限濃度

凝膠極限濃度是基于測定在標準狀態下形成特定的凝膠所需瓊脂固體的濃度。其測定結果與瓊脂本身作為乳化劑、穩定劑和保護劑的能力密切相關,其極限濃度范圍在0.2%~2.0%。

瓊脂與電解質的相互作用

加人電解質對瓊脂的膠凝性能影響很大:氯化鈣、磷酸二氫鈣兩種鈣鹽均可使瓊脂的膠凝性能降低,而且使瓊脂的溶解性降低;氯化鈉、焦磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸三鈉、磷酸二氫鉀使瓊脂的凝膠強度(縮寫為CS,單位為Pa)有不同程度的降低,氯化鈉使其持水性、黏彈性降低,而幾種磷酸鹽對其黏彈性、持水性有不同程度的提高;0.5%的焦磷酸鈉、磷酸三鈉、磷酸二氫鉀都會使其凝膠顏色加深;鉀明礬的加人使瓊脂的膠凝性能顯著下降而且變得難溶,這是由于明礬對高分子多糖的絮凝作用所致。六偏磷酸鈉、氯化鉀、磷酸二氫鉀可顯著地提高瓊脂的膠凝性能,包括凝膠強度、透明度、黏彈性、持水性、溶解性等均有不同程度的提高。通過對這三種電解質進一步進行研究,其結果見表2-20。其中瓊脂的添加量為總膠液量的1.5%。

瓊脂與其他食品膠的相互作用

保持總膠液濃度1.5%不變,用一定比例的其他食品膠代替瓊脂,各種食品膠對瓊脂的作用介紹如下。

1、槐豆膠、角豆膠、瓜爾膠、黃原膠、明膠對瓊脂凝膠的影響

槐豆膠在0~14%的添加比例范圍內增強瓊脂的凝膠強度(CS),3%~5%為最適添加比例,凝膠強度提高16%左右,而且可明顯提高其持水性和黏彈性對透明度影響不大。角豆膠在0~2.5%的添加比例范圍內增強瓊脂的凝膠強度,以0.5%~1.5%的添加比例范圍內對瓊脂有較強的增效作用,在添加量為5.0%時可使瓊膠的凝膠強度提高5.6%,并且能維持其良好的持水性和黏彈性,但透明度變差。明膠在0~8%的添加比例范圍內能增強瓊脂的凝膠強度,3.0%左右為最適添加比例,其凝膠強度提高13.6%左右。低比例的明膠可提高瓊脂的透明度和黏彈性,對持水性影響不大。瓜爾膠的加入,使凝膠強度和透明度均下降,但對其持水性和黏彈性有明顯的改善。因此,槐豆膠、角豆膠、黃原膠、明膠與瓊脂之間存在著協同增效作用,呈現相似的變化趨勢,只是增效程度和最適添加范圍不同。

而瓜爾膠與瓊脂產生拮抗作用,這主要是由它們的分子結構所決定的。槐豆膠、角豆膠都是由半乳甘露聚糖殘基構成,以甘露糖殘基為主鏈,平均每隔4個毗鄰的甘露糖殘基就連接1個半乳殘基支鏈,但支鏈傾向于連接在--系列連續的甘露糖殘基上形成“毛發鏈段”和“光禿鏈段”,可與瓊脂雙螺旋結合,產生附加交聯以增強凝膠強度,而“毛發鏈段”雖不能與瓊脂雙螺旋鍵合,但可增強凝膠的黏彈性、持水性,且不易發生脫液收縮。黃原膠為類似瓊脂的雙螺旋結構,少量的黃原膠分子可與瓊脂分子共同形成三維網狀結構,超過一-定比例則會阻礙瓊脂分子之間的交聯,使瓊脂的凝膠強度降低。明膠為a-氨基酸構成的單股螺旋,且含有較大比例的甘氨酸,同樣具有類似槐豆膠的“毛發鏈段”和“光禿鏈段”,可用類似的機理來解釋。瓜爾膠雖然也是由半乳甘露聚糖分子構成,但每隔2個甘露糖殘基連接1個半乳糖殘基,側鏈密而且很短,故不能與瓊脂分子交聯,反而會阻礙其交聯。瓊脂的凝膠強度隨瓜爾膠的增加而降低。

2、卡拉膠、海藻酸鈉、果膠對瓊脂凝膠的影響

卡拉膠在一定比例范闈內(0~11%)與瓊脂發生協同增效作用,在0~5.0%范圍內,隨著卡拉膠添加比例的增加,瓊脂的凝膠強度迅速增強,在添加比例為5.0%時,凝膠強度比對照提高12.8%,隨著又逐漸降低,而且在低比例范圍內添加卡拉膠的瓊脂,其黏彈性、持水性比單一瓊脂凝膠好,透明度變化不大。卡拉膠具有類似瓊脂的雙螺旋結構,可用類似黃原膠的增效機理來解釋。海藻酸鈉、果膠與瓊脂發生拮抗作用,隨著這兩種膠所占比例的增加,瓊脂的凝膠強度急劇降低,果膠降低瓊脂的凝膠強度要比海藻酸鈉更快。果膠和海藻酸鈉均為直鏈的高分子化合物,無明顯的側鏈基團,故無法與瓊脂分子交聯,反而會阻礙瓊脂分子形成凝膠,因此,與瓊脂之間產生拮抗作用。

3、糊精、β-環狀糊精、羥丙基淀粉、淀粉、羧甲基纖維素鈉對瓊脂凝膠的影響

糊精在添加比例為0~11%的范圍內,與瓊脂存在協同增效作用,在添加比例為5.0%時,可使瓊脂的凝膠強度提高11.6%,同時使瓊脂黏彈性、持水性有明顯提高。生產糊精的原料一淀粉、直鏈淀粉和支鏈淀粉所占比例不同,水解程度不同,這樣所得糊精的結構就可能出現類似槐豆膠的“毛發鏈段”和“光禿鏈段”,與瓊脂分子產生協同增效作用。β-環狀糊精、淀粉、羥丙基淀粉、羧甲基纖維素鈉的加人,均使瓊脂的凝膠強度迅速下降,呈現相似的變化趨勢。這是由它們的分子結構所決定的,它們不能參與瓊脂分子所形成的三維網狀結構,反而阻礙瓊脂三維網狀結構的形成,故與瓊脂分子之間產生拮抗作用。

食用膠對瓊脂的實驗結果

種類 最適加入量/% 凝膠強度提高率/% 透明度提高率/% 黏彈性 持水性
槐豆膠 3.0~5.0 16 -2.6 + + + +
明膠 3.0 13.6 -0.3 + + + +
卡拉膠 5.0 12.8 20.5 + + + + +
糊精 5.0 10.9 32.9 + + + + + +
角豆膠 0.5~1.5 7.1 -15.4 + + +
黃原膠 5.0 4.6 -40.6 - -
羥丙基淀粉 5.0 -10.3 7.0 - + +
a注:“+表示黏彈性或持水性一般;。“+ +”表示黏彈性或持水性好;“+ + +”表示黏彈性或持水性很好“-”表示黏彈性或持水性較差。

蔗糖對瓊脂膠凝性能的影響

保持瓊脂1.5%的濃度不變,添加不同濃度的蔗糖。蔗糖的加人有明顯提高瓊脂的凝膠強度的作用,少量添加(少于1.5%)時,使瓊脂的凝膠強度有稍許下降。在1.5%~16.0%濃度范圍內,隨蔗糖濃度的增加,其凝膠強度迅速增大,并達到最大值,比對照提高37%,隨后,隨蔗糖濃度的增加,瓊脂的凝膠強度逐漸下降,在實驗范圍內其持水性有明顯提高。在0~10%濃度范圍內,黏彈性基本無變化,透明度有增加趨勢。少量蔗糖分子的加人,阻礙了瓊脂分子的交聯,網狀結構強度減弱,故瓊脂凝膠強度稍有降低;隨著蔗糖濃度的增加,蔗糖分子本身的水化作用顯著加強,使凝膠中自由水減少,凝膠網絡結合得緊密,強度增強;當蔗糖濃度繼續加大,瓊脂凝膠受無膠凝作用的蔗糖分子的影響,其凝膠強度再度下降。

輻照及微波的影響

60Co對瓊脂的輻照,能達到滅菌的日的。因其輻射劑量小、處理時間短、方法簡單而具有工業應用價值。經°Co輻照后,瓊脂的凝膠強度、熔點、凝固點和黏度以及瓊脂分子中的3,6-脫水半乳糖含量均呈下降趨勢,且基本上與輻照強度成正比。實驗結果表明,輻射劑量在3~4kGy,既能達到滅菌的日的,又能盡量保持瓊脂的各物性指標。

微波處理條件對瓊脂分子中的3,6-脫水半乳糖含量、凝膠強度、熔點、凝固點、黏度和失重率的影響做研究,結果表明,經微波輻照后,瓊脂分子的3,6-脫水半乳糖含量呈下降趨勢,基本上與平均輸出功率呈正相關。瓊脂的凝膠強度、熔點、凝固點和黏度均呈下降趨勢。微波輻照功率變化對其熔點、凝固點和黏度的影響較小,而全輸出功率輻照對瓊脂凝膠強度的影響明顯大于66%和30%輸出功率輻照對其的影響。30%輸出功率輻照對瓊脂的失重率影響較小,而66%輸出功率和全輸出功率輻照僅需1.5m1n即能使瓊脂脫水。瓊脂分子的3,6-脫水半乳糖含量與其性能均表現出顯著相關性。

瓊脂的生產

瓊脂提取方法(簡易流程)

瓊脂提取方法一般是由石花菜和江蘺膠等藻類提取。用堿液預處理,水洗除堿,用弱酸性溶液煮沸,過濾除渣,凝固,脫水,干燥,粉碎而得。

瓊脂條:江蘺菜(或紫菜)→浸堿→洗滌-→漂白→煮膠→過濾→推條→冷凍→脫水→烘干→成品→包

瓊脂粉:江蘺菜(或紫菜)→浸堿→洗滌→漂白→煮膠→過濾-→壓水→烘干→粉碎→成品→包裝

瓊脂的生產工藝

很多商品瓊脂的生產工藝過程為:熱水萃取→過濾→冷凍。冷凍工序有利于脫水和除去可溶性鹽。

瓊脂的生產步驟

洗滌或沖洗海藻原料(除去沙土、懸浮物和鹽分);漂白及其他化學處理;萃取;過濾;膠凝;冷凍;熔化;過濾;干燥;漂白;洗選;干燥。

不同產地的瓊脂原料,其處理工藝不盡相同,具體步驟取決于瓊脂原料的原產地以及最后達到的瓊脂純度。較新的工藝涉及逆流萃取;離心分離;人工冷凍;化學漂白(或用離子交換樹脂固定床使萃取液脫色);乙醇沉淀。另外,國內外有些生產瓊脂的工廠不再采用冷凍脫水的工藝,而改用水力液壓機把瓊脂凝膠的水擠壓出來;壓干的瓊脂凝膠經烘干、粉碎機粉碎到要求的顆粒度;國內外還有報道,如江蘺藻經過強堿預處理后,能顯著提高瓊脂產品的凝膠強度,這一點與卡拉膠提取工藝類似。

瓊脂的制取(江蘺)

瓊脂最初起源于中國,據傳1000多年前我國已開始用石花菜來煮膠,做成凝膠食用。后來傳至日本,大約1658年,一位日本人在偶然情況下發現了天然冷凍制造瓊脂的方法,日本人將瓊脂稱為“寒天”就是由此而來。二戰結束后,瓊脂的需求量不斷增加,而石花菜資源短缺,人們開始積極研究用江蘺制造瓊脂,到20世紀60年代日本較好地解決了用江蘺制造瓊脂的技術方法,70年代,世界各國大量使用江蘺制造瓊脂,江蘺已取代石花菜,成為制造瓊脂的最多原料。

江蘺屬紅藻門、真紅藻綱、杉藻目、江蘺科。江蘺的經濟價值很高,藻體內含;有大量的瓊膠(干品含膠量達25%以上),是我國制造瓊脂的主要原料之一。我國江蘺收獲時間南方一般在3月開始,北方要在7月份開始,收獲主要用手工操作。在潮間帶養殖的,可以利用退潮時直接用手摘;扦簽養殖的,可以將竹簽一起拔起,采下江蘺,將竹簽留來年再用;筏式養殖的,可以將夾苗繩或網簾取下,帶到岸上采收處理。江蘺收割后,要立即進行加工,一般先洗除污泥雜質,再行曬干,若是要求漂白的產品,則可以用淡水多洗曬幾次,即可將藻體漂白。通過曬干加工的,每50kg鮮品可出3~3. 5kg干品。目前各地瓊脂制造廠,不要求漂白,只要求洗凈曬干即可,這樣膠質較好。江蘺用來制造瓊脂,其質量不亞于用石花菜制造的瓊脂,出品率可達20%以上。

由江蘺藻類制取瓊脂-一般方法:用賊液預處理,水洗除堿,用弱酸性溶液煮沸(或用高壓釜提取),過濾除渣,凝固,脫水,干燥,粉碎而得。或將過濾所得的凝膠凍結,解凍后脫水,干燥而制得。

瓊脂的分類

按形狀

瓊脂粉

瓊脂粉是一類從石花菜及其它紅藻類植物提取出來的海藻膠, 在我國及日本已有三百多年的歷史,因其有特殊的凝膠性質,已被廣泛使用于食品、醫藥、化工、紡織、國防、生物科研等領域,被國際上稱為“新奇的東亞產品”。

瓊脂條

瓊脂條為類白色或淡黃色半透明細長條狀。在沸水中極易分解成溶膠;在冷水中不溶,但能吸水溶脹成膠條塊狀,溶膠液呈現中性反應。廣泛應用于化學工業、醫學科研、植物組織培養基、藥膏基及其他領域。

顆粒瓊脂

顆粒瓊脂又稱顆粒培養基,是經特殊工藝加工而成的顆粒狀干燥培養基。顆粒瓊脂在水中有不結塊,易溶解的特點,經過造粒后,每個顆粒質量穩定,不會在運輸和貯存過程中造成分散不均勻,而使質量不穩定。

按功能

速溶瓊脂

速溶瓊脂是在食用級瓊脂的基礎上通過物理過程將瓊脂鏈條氫鍵打開,從而使瓊脂分子鏈條成相對規則排列的精加工瓊脂。其有低溫快速溶解的特性,溫度65-85℃時,10分鐘左右就可溶解。

低溫速溶瓊脂

低溫速溶瓊脂是以普通瓊脂為基礎,通過工藝改進制得的粉末狀物,改變了普通瓊脂90℃以上才能溶解的瓶頸,在50-55℃條件下5-7min即可完全溶解,溶解透明度高,使用方便。同時具有良好的增稠、膠凝、懸浮以及改善口感,補充膳食纖維等獨特性能。

其他

瓊脂糖

瓊脂糖(Agarose)是純化的線性半乳聚糖親水膠體,提取自瓊脂或者含瓊脂的海藻,結構上是一種線性聚合物,由β-D-吡喃半乳糖(1-4)連接3,6-脫水α-L-吡喃半乳糖基構成。簡單地說,把瓊脂中的瓊脂果膠去掉,剩下的部分,就是瓊脂糖。作為一種凝膠試劑,常用于通過凝膠電泳或者印跡法(如Northern或Southern)來進行日常核酸分析,也適用于蛋白應用,如輻射狀免疫擴散(RID)實驗。

瓊脂的應用領域

食品:果粒橙飲料、果汁軟糖、肉類罐頭、肉制品、烘烤食品、凍膠布丁、烘烤食品、凍膠布丁、果凍、八寶粥、銀耳燕窩、羹類食品、涼拌食品、啤酒、醬油和食用醋等。

醫藥:輕瀉劑、藥片賦形劑和崩解劑、緩釋膠囊藥物栓塞藥、外科潤滑劑、乳劑類型藥物中的功能性添加劑。

化妝品:在高級護膚膏、定型發膠、發乳、膠卷、牙膏、洗發露、洗面奶、化妝品、固體清香劑等

培養基:多種微生物培養基(如沙門氏菌,志賀氏菌等)。

實驗室:電泳遷移(如用于鐵蛋白、卵清蛋白、血紅蛋白和胃蛋白酶的解析)、測定(如亞甲基藍、甲苯胺藍、硫堇和頻那氰醇可以通過瓊脂的作用而發生可逆的聚合)、包埋介質等。

工業:鑄模、印模材料等。

瓊脂在食品中的典型應用

應用 產品建議添加量% 作用
果粒橙飲料 0.01-0.05% 懸浮、提高透明度好、改善口感、延長保質期
果汁軟糖 2.5%左右 凝固形成膠體
肉類罐頭 0.2-0.5% 粘合、增稠、穩定、改善口感、防止沉淀、分層
肉制品 - 保持風味
烘烤食品 - 填充、膨松、保水
凍膠布丁 0.1-0.3% 制得透明的強彈性凝膠
果凍 0.15-0.3% 穩定、膠凝、懸浮均勻
八寶粥、銀耳燕窩、羹類食品 0.3%~0.5% 增稠、穩定
啤酒 - 澄清
醬油和食用醋 - 澄清

瓊脂在微生物學上的具體應用

一個理想的瓊脂產品,其所含有的可生物代謝的物質或微生物抑制物質,以及微生物碎片和抗消毒孢子的數量是很少的。它的凝膠化溫度應在35度-40度,而凝膠熔點應在75度-85度,它應該有良好的凝膠穩定性、彈性和透明性。使用濃度在1%-2%時一般即可用作為微生物學實驗與研究。幾乎沒有什么有機體可以代謝瓊脂或可以產生瓊脂分解酶,但也有一些例外,如假單胞菌、黃細菌,以及某些硅藻等。

瓊脂在實驗室上的具體應用

1、蛋白質可以通過瓊脂凝膠作電泳遷移,這已用于鐵蛋白、卵清蛋白、血紅蛋白和胃蛋白酶的解析。

2、瓊脂的添加可以提高顆粒度測量的精確度,可以對包含有固體顆粒的懸浮液的濃度進行測定。某些染料,如亞甲基藍、甲苯胺藍、硫堇和頻那氰醇可以通過瓊脂的作用而發生可逆的聚合。

3、用5%瓊脂凝膠作為包埋介質,可以很方便地對植物組織作切片。含20%和25%瓊脂的凝膠,長期以來一直用作為防止擴散的電導橋,用以聯結電位/pH測定儀的甘汞電極與待測試樣溶液。

瓊脂的市場現狀(國內)

我國生產瓊脂的主要原料是江蘺菜、石花菜等藻類植物。這些藻類植物大都是季節性生長的,雖然我國有多個海區在種植江蘺菜每年可收獲數批,但其生長期約為2-3個月,大多在春、夏季成熟。由于近年來瓊脂市場相對平穩,因此生產原料的種植也形成了相對穩定的數量。同時,每提取生產1噸瓊脂需要大約10噸江蘺菜干制原料。

瓊脂的發展前景

具有400年食用歷史的瓊脂在日式糕點、西式糕點和培養基這些傳統用途上又新加了食物纖維的利用,以及由瓊脂加工制成瓊脂低聚糖的新功能材料的用途應用范圍日漸擴大。瓊脂可以應用于酸奶、果凍、布丁和飲料,還有作為食物纖維等用途,人們對此引起的極大關注。

現代社會中食品原料和添加劑會受到市場流行的時尚潮流的強烈影響,近些年來,隨著酸奶、烘焙、飲料等市場的擴大,瓊脂的需求量也有所提高。特別是瓊脂應用于酸奶,使得瓊脂的需求量上漲了10%-20%。

瓊脂在食品工業、醫藥工業、日用化工和生物工程等許多方面廣泛應用。除此之外,瓊脂本身含有豐富的水溶性食物纖維,具有排毒養顏、降血糖、降血脂等保健功效,已成為食品市場的新寵。瓊脂產業的發展,推動了瓊脂類海藻養殖業的快速發展,解決了大量的勞動就業,促進了農村經濟的增長。另外,藻類通過自身的光合作用消化海水中的碳、氨、磷、硫等營養物質,從而維持了海洋生態環境平衡,促進了其它如貝類經濟動物的養殖。因此,瓊脂產業的發展具有重要的經濟效益、社會效益和生態效益,同時還直接或間接地成為構建海洋漁業生態鏈和海洋漁業產業經濟鏈不可或少的紐帶。隨著瓊脂在食品工業的廣泛應用,必將具有廣闊的市場前景。

瓊脂的健康益處

瓊脂不含有卡路里,是零脂肪產品,并且不含有碳水化合物,無糖無脂肪,但是富含大量的膳食纖維。另外,瓊脂不含有淀粉、大豆、玉米粉、麩質、酵母、小麥、牛奶、雞蛋和防腐劑。

瓊脂可以吸收胃里面的葡萄糖,并且迅速地通過消化系統,抑制身體里保留和儲存多余的脂肪。并且,它還具有吸水性,能夠吸收身體里多余的水分。瓊脂能夠吸收膽汁,通過這樣做,可以幫助溶解身體內多余的一些膽固醇。

如何購買瓊脂

瓊脂可以在專門的健康食品商店購買,或者你可以在大型超市的保健食品區域找不找。在一些零售商店和網上超市也是可以購買到瓊脂的。但是,在購買的時候,一定要仔細閱讀保質期和生產日期,避免購買到臨近保質期的產品。

瓊脂為何會被認為是明膠的替代品

瓊脂被認為是傳統黏合劑明膠的完美替代品,因為它是從植物制作而成,而不是來自動物。因此,瓊脂可以用來制作素食甜點或者是無麩質的素食甜點,使用的效果與明膠一樣。

瓊脂是無味、無異味、沒有顏色的,使用方法非常的簡單,不受任何限制。相比明膠,瓊脂在高溫條件下能夠更好地保持、穩定糕點的組織結構。雖然瓊脂是明膠的完美替代品,但是用瓊脂替代明膠,制作出來的糕點還是會有所不同。首先,瓊脂制作出來的食品的紋理與明膠所制作出來的食品不一樣,明膠制作出來的食品紋理更加細膩、絲滑,而瓊脂制作出來的食品紋理更加穩定。另外,瓊脂的效力比明膠要強,因此一茶匙的瓊脂粉可以替代8茶匙的明膠粉。

瓊脂的使用方法

使用瓊脂的第一步也是最重要的一部就是將瓊脂溶解在水里,或者是牛奶、果汁、茶等液體配料中。然后,用小燉鍋加熱直至煮沸,關火等其靜置完全冷卻下來。不能將瓊脂片或者瓊脂粉末直接加入食物中。

添加的分量要嚴格按照烘焙配方中的要求來做,或者也可以根據基本的原則來進行調整添加,一般一湯匙的瓊脂片可以用于一杯的液體配料增稠,而一茶匙的瓊脂粉可以增稠一杯的液體配料。

如果不想直接煮沸液體配料,可以按照以下步驟來做:溶解一湯匙瓊脂片或者一茶匙瓊脂粉在四湯匙熱水中;將熱水煮沸,瓊脂粉約需要1-5分鐘,瓊脂片則需要煮10-15分鐘;煮好后關火,攪拌均勻,靜置冷卻備用。

瓊脂的適宜人群

一般人都可食用,尤其適合肥胖病人、高血壓、高血脂及便秘人群食用。

瓊脂儲運條件

食品級塑料袋外套牛皮紙袋或木桶密封包裝。貯存于陰涼干燥處。注意防潮防濕。

參考資料
1.1食品增稠劑 第二版[12127108]
2.功能性食品膠第2版 [胡國華主編] [2014年版]
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