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海藻酸及海藻酸鈉的凝膠原理

發布日期:2014-04-04

  水溶性的海藻酸鈉在和多價陽離子(鎂除外)反應后在大分子間形成交聯鍵。當多價陽離子的含量增加時,海藻酸鈉溶液變得越來越黏稠,最后形成凝膠并產生沉淀物。海藻酸膠體可以通過擠壓海藻酸鈉液體進入多價陽離子,如Ca2+、Sr2+或Ba2+等溶液而制備。單價陽離子和Mg 2+不能形成凝膠,而Ba2+和Sr2+所形成的凝膠比Ca2+形成的凝膠性能更強。其他多價陽離子,如Pb2+、Cu2+、Cd2+、Co2+、Ni2+、Zn2+和Mn2+等也可以形成海藻酸鈉交聯凝膠,但因具有毒性其應用受限。

  由于水溶性的海藻酸鈉在和鈣離子接觸后可以形成膠體,它是一種應用極為廣泛的食品添加劑。當海藻酸鈉高分子在鈣離子的作用下交聯而失去了流變性后,水分子的流動受到了抑制,產生了含水量極高的凝膠。與其他食品膠不同,海藻酸鈉的膠體不是熱可逆的,具有很好的穩定性。

  除了鎂以外的二價或多價金屬離子都可以在和海藻酸鈉水溶液反應后形成膠體。鈣離子是最常用的膠凝劑。由于鈣離子和海藻酸鈉的反應迅速很快,鈣離子加到海藻酸鈉體系里的方法對最后得到的凝膠的性質有很大的影響。如果鈣離子加得太快,產生的膠體是小片狀凝膠和間斷的凝膠結構。鈣離子加入的速度能通過緩慢溶解的鈣鹽或者由加入多價鰲合劑,如加焦磷酸四鈉鹽或六偏磷酸鈉來控制。

  工業上形成海藻酸鈉膠體的基本方法包括以下的幾個方法:

  1、滲析/擴散法
這是一個最常使用的方法。使用這個方法時,海藻酸鈉的水溶液在和從外部來的鈣離子接觸后形成膠體。這樣形成的膠體一般是不均勻的,因為與鈣離子接觸早的一部分海藻酸鈉在成膠后凝固縮水,比后面形成的膠體的固體含量高。鈣離子的濃度越低、海藻酸鈉的相對分子質量越小、濃度越高、G酸的含量越高,這種不均勻性就越強。由于成膠速度受鈣離子擴散速度的限制,這個方法的應用性很有限,只能應用于制備較薄的片狀材料。

  2、原位法
這個方法一般采用溶解度比較低的鈣鹽或者是與其他材料配位的鈣離子。在和海藻酸鈉充分混合后,加入具有緩釋作用的弱酸。鈣離子在酸的作用下被釋放出來后與海藻酸結合形成膠體。這樣形成的膠體很均勻,并且也可以制備未被充分交聯的膠體,即海藻酸鈣鈉混合膠體。

  3、冷卻法
因為在高溫下溶液中的鈣離子不能與海藻酸結合,所以把鈣離子與海藻酸鈉在高溫下混合后,通過冷卻可以制備海藻酸的膠體。

  4、交聯法
這個方法采用環氧氯丙烷,通過海藻酸分子中的翔基來交聯。海藻酸在交聯后失去了溶解性能而形成膠體。這樣形成的膠體結構穩定并且含水量高,可以吸收干重50~200倍的水分。
不同的加工條件下所形成的膠體的性能有很大的區別。下面是有關海藻酸膠體的一些基本規律,這些規律可以用來改變凝膠的緊密性和凝固時間:
(1)當鈣鰲合物的含量增加時,凝膠的剛性降低。相反當鈣鰲合物含量減少時,凝膠的剛性增加。但是如果鰲合劑的用量太少,則生成小顆粒的凝膠。
(2)加入的鈣量減少,生成的凝膠較軟;鈣量增大,形成的凝膠較堅固。但是鈣量太多時則生成顆粒狀凝膠,甚至會生成海藻酸鈣沉淀。
(3)在酸性凝膠體系中,加入某種緩溶性酸,當其酸量增加時,可加速凝膠的固化,但是可能產生顆粒狀凝膠。
(4)當可溶性海藻酸鈉的濃度增加時,生成的凝膠變得堅固,但其結構可能是不均勻的。海藻酸鈉的濃度越高,所得凝膠越脆,其碎片的邊鋒越鋒利。
(5)隨著加入的鈣量接近于和海藻酸鈉完全反應所需的化學計量,所得的凝膠的脫水收縮傾向增大。


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