华东理工大学食品添加剂和配料课题组 胡国华
海藻胶是英国化学家E.C.C.Stanford首先在1880年发现的,约50年后国外一公司开始将海藻酸盐作为商品大量生产,并于1934年采用乳溶性海藻胶首次作为冰淇淋的稳定剂使用.1949年,又研究出海藻酸的有机衍生物—海藻酸丙二醇酯（简称PGA）。PGA的制备方法一般是这样的：用各种褐藻（如海带、巨藻等）用稀盐酸的酸性水洗涤先除去杂质，然后用氢氧化钠或碳酸钠溶液搅拌提取，再经过净化、过滤获得海藻酸钠液，接着酸化沉淀得到海藻酸，再以碱为催化剂，由海藻酸与氧化丙烯加压下于70℃酯化反应后用甲醇洗涤，压榨后，再经干燥和粉碎而得到PGA。华东理工大学食品添加剂和配料研究组认为,目前国内食品工业中对海藻酸丙二醇酯的应用还不是很广泛，但近年来我国的低pH范围的食品和饮料发展非常迅速，而PGA却很适合在它们中应用。
（一）海藻酸丙二醇酯的主要特性
PGA由天然海藻中提出的海藻酸经深加工制成。外观为白色或淡黄色粉末，水溶液呈粘稠状胶体，粘度高，透明度大。前面谈到过，海藻胶或海藻酸盐主要由两种单体（甘露糖醛酸和古洛糖醛酸）或三种不同的结构链段（-M-M-M-M-，-G-G-G-G-和-M-G-M-G-）所组成，单体和链段各不相同并取决于海藻胶原料，所以每一种海藻均会含有不同的海藻胶结构，它的特殊结构也就对其性质有很大的影响，尤其是对有钙离子存在时的胶凝作用，海藻胶作为食品添加剂用于食品工业中也正是由于它具有的独特的胶体特性和增稠性、稳定性、乳化性、悬浮性、成膜性以及能形成凝胶的能力。而其衍生物PGA与海藻酸相比，有着不少优势，在食品工业中的应用有其独到之处，因为海藻酸原来的部分羧基被丙二醇酯化，并部分被适当的碱中和，所以PGA可以溶于水中形成粘稠胶体，并能溶于有机酸溶液，于pH3～4的酸性溶液中能形成凝胶，但不会产生沉淀，抗盐性强，即使在浓电解质溶液中也不盐析，对钙和钠等金属离子很稳定，也就是说PGA能改善酸在食品中的稳定性，还能阻止因为钙和其他高价金属离子在食品饮料中所引起的沉淀作用。
在一定条件下，蛋白质也可以与海藻酸丙二醇酯反应，但由于海藻酸丙二醇酯分子中反应活性点较少，所以其反应活性比未酯化的海藻酸盐弱。在弱碱条件下，海藻酸丙二醇酯还可以与蛋白质及其他聚合物分子如淀粉进行交联反应。当pH升到8～9并保持较低温度时，可以观察到其流变性质的变化，如粘度增大。在40～50℃下，海藻酸丙二醇酯可以与明胶反应，得到能快速凝固的凝胶，这种凝胶在沸点下是热不可逆的。
PGA除具有胶体性质外，由于其分子中含有丙二醇基，故亲油性大，乳化稳定性好。所以，PGA更能有效应用于乳酸饮料、果汁饮料等低pH值范围的食品和饮料中。海藻酸丙二醇酯溶液的亲脂性可有效地用作奶油、糖浆、啤酒、饮料及色拉油的稳定剂。当利用海藻酸丙二醇酯的亲脂性时，应选用高酯化度产品。因为酯化度越高，海藻酸丙二醇酯溶液的亲脂性与表面活性越强。另外，要尽量使用低粘度产品。
（二）海藻酸丙二醇酯在食品工业中的应用
华东理工大学食品添加剂和配料研究组认为,因海藻酸丙二醇酯分子结构中同时具有亲水性和亲油性两种基团，故其具有乳化性、增稠性、膨化性、耐酸性和酸稳定性。特别在酸性饮料方面，更具有其它添加剂不可取代的应用效果。
海藻酸丙二醇酯在部分食品中的作用及参考用量见下表。
表 海藻酸丙二醇酯在食品中的作用及使用量
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用于食品品种 作用 使用量%
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乳制品 增稠、乳化、稳定 0.1～0.3
乳酸饮料 耐酸性、稳定乳蛋白 0.2～0.7
果汁 耐酸性、稳定性、分散性 0.2～0.7
啤酒 泡沫稳定性 0.01～0.035
方便食品 水合物、组织改良 0.2～0.5
人造奶油 乳化稳定 0.1～0.3
调味品 耐盐、耐酸、增稠 0.2～1.0
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1.PGA在酸奶中的应用
酸乳可分为两类，即凝固型和搅拌型,凝固型酸奶直接被发酵成固态，这类产品发酵完成后，需在冷藏的条件出售。如果添加果汁，往往会沉积在凝固型酸奶的底部，而其他的发酵混合物料则处在顶部。搅拌型酸奶，在较大的发酵罐中发酵，然后再经过搅拌、冷却、发酵完成后用泵输送到储罐中，通常添加果汁会在此之前完成。不论是凝固型酸奶还是搅拌型酸奶，有着各自不同的缺点，常常会不同程度地降低客户满意度。产品的质地或许会不紧密，或者乳清脱水收缩可能使得产品变得平淡无味,尤其是当凝固型酸奶用匙舀出而放置一段时间未能及时食用的一部分酸奶更是如此。然而，酸奶的质地和脱水收缩可能导致搅拌型酸奶表面粗糙，虽然酸奶中常常添加稳定剂，但是大部分产品还是会有沉淀的现象发生；使用明胶作稳定剂的酸奶大多被素食者和犹太教规禁用，效果也不太理想；卡拉胶在低pH的酸性乳产品中并不是很稳定；添加果胶作为稳定剂的酸奶存放时间稍长，但产品的质地易变硬，且成本不低。淀粉由于在酸奶中用量很多使得口感过粘，并且热量偏高。有一种更有效的稳定剂可运用酸奶中，它能产生更优异的口感和稳定性，这就是藻酸丙二醇酯(PGA)。华东理工大学食品添加剂和配料研究组认为,PGA运用在酸奶中有如下优点：
（1）PGA能够赋予酸奶产品天然的质地口感，即使在乳固形物添加量降低的条件下也能很好地呈现出这种特性。
（2）能够有效地防止产品形成不美观的粗糙凹凸表面，使产品的外观平滑亮泽。
（3）与所有其他配料完全融合，在发酵期间任何PH范围均可运用，并且在温和搅拌的条件下，就容易均匀分散在酸奶中。PGA在分散性和溶解性方面都较优异，并且PGA在整个加热过程中也保持非常稳定。
（4）在酸奶中不仅仅充当稳定剂的作用，还可以在酸乳中提供乳化作用，又能够使含脂的酸奶平滑、圆润，口感会更好。
2.PGA在调配型酸性含乳饮料中的应用
调配型酸性含乳饮料是指用乳酸、柠檬酸或果汁等将牛奶或豆奶的PH调整到酪蛋白的等电点（pH4.6以下）而制成的一种乳饮料。调配型酸性含乳饮料一般以原料乳、乳粉或豆浆，乳酸、柠檬酸或苹果酸，糖或其他甜味剂，稳定剂，香精和色素等为产品原料，饮料的蛋白质含量应大于1%，沉淀及分层是调配型酸性含乳饮料生产和贮藏过程中最为常见的质量问题，其主要原因就在于选用的稳定剂不合适造成的，选用的稳定剂不合适即所选稳定剂在该类产品保质期内达不到应有的效果。根据国内外文献报道和我们华东理工大学食品添加剂和配料课题组大量的实验研究结果证实，最适宜的稳定剂是PGA与其他稳定剂的复合稳定剂或果胶，尽管使用果胶或以果胶为主的复合稳定剂的饮料产品在稳定性和口感方面有一定的优势，但若从总体考虑其性价比，前者更有市场竞争力。可以和PGA复配使用的稳定剂包括耐酸性CMC，黄原胶，果胶等。总用量一般在0.5%以下，其中PGA用量一般占60～70%左右，但PGA与其它稳定剂的确切配比和用量必须针对具体的不同饮料并通过实验来确定，通过对比优化实验，发现用含PGA为主的复合稳定剂生产出来的产品稳定性和口感方面都较好，完全能满足该类产品的品质要求，产品贮藏9个月无沉淀和分层现象出现。
3.PGA在果汁中的应用
果汁是一种既有营养也十分可口的食品，在全世界也很受欢迎，然而它却很容易分层，往往上层是清澈透明，底层却为厚厚的果肉沉淀，但少量的PGA就可以大大地缓解这个技术难题，同时在果汁其他方面也有很好的应用。PGA能改善果肉的稳定性，而不会带来什么副作用，PGA添加量即使为0.1%也能达到这种要求，使得果汁保持稳定，同时此添加量也不会给果汁的滋味和质构带来负面影响，但若使用淀粉或其他的如黄原胶、卡拉胶等亲水胶体就有可能产生这种不利的影响。PGA还能改善口感，对于果汁来说，适当提高其固形物浓度是消费者所期望的，这样口感也会更好，为了其他性质的改善而添加亲水性胶体本来是正常的，但若同时导致果汁体系的粘度有明显增加，这当然区别于因提高果汁固形物而引起的口感变化，是消费者所不能接受的，而对于PGA，有实验报道，与空白组对比，0.1%的添加水平不仅能提高前面提到的果肉稳定性，也能使果汁的滋味厚实，口感更佳。另外研究人员还发现，PGA对于果汁中的油类成分也能起到意想不到的稳定作用，这种稳定作用主要在于PGA具有良好的乳化性能，而我们知道，油类成分是构成果汁风味系统中的重要组分，它和果肉一样也需要保持很好的稳定性。
4.PGA在色拉酱中的应用
色拉酱能够提供人们新鲜的、富有营养的特别享受。海藻酸丙二醇酯作为稳定剂和乳化剂使用，PGA不仅能提供色拉酱悦人的质地，也能提供加倍的乳化稳定性和使固体微粒悬浮稳定的作用，当然也起到了一定的增稠作用，在低脂的色拉酱中还能提供类似油脂的特性。PGA运用在色拉酱中有如下优点：
（1）PGA可赋予色拉酱丰富、柔软的质地和油水互融的乳化效果。PGA在色拉酱中能充分发挥其高效的乳化稳定特性，使色拉酱体系更均匀稳定。
（2）提供低脂色拉酱类似油脂的特性，其主要原因从结构角度分析在于其拥有亲水和疏水基团，这样在某些方面具有类似天然脂肪的特性。PGA是唯一拥有疏水集团的水溶性胶体。正是由于PGA拥有一分为二的亲水和疏水集团，所以PGA在色拉酱中也是一种很好的乳化剂。
（3）可以提高成品的粘度，运用在低脂色拉酱中可以弥补由于脂肪含量减少而降低的粘度。而且PGA和其他大部分的胶体协同作用，可使产品拥有讨人喜欢的滑润富丽的外观，不会产生令人讨厌的粘稠或过硬的质地。
（4）PGA与其他水溶性胶体如黄原胶不同，能够非常好地释放风味成分，不会强烈地抑制色拉酱细腻的风味。
另外，色拉酱中的固体颗粒无论其大小，PGA均能体现较好的悬浮稳定效果，使体系更加均一，PGA在低pH的条件下也很稳定，在含盐的条件下，不会对沙司产生负面作用，并且PGA拥有很好的性价比，在色拉酱中的添加量只有通常添加物的一半或更少就能满足色拉酱的性能要求。总之，PGA已经成为了高品质的色拉酱或色拉调味料的重要配料。
5.PGA在冰淇淋中的应用
冰淇淋以其轻滑细腻的组织、紧密柔软的形体、醇厚持久的风味、以及丰富的营养和凉爽的口感深受消费者的喜爱，但由于冰淇淋的复杂组分体系和加工工艺，使得它在制做和贮藏过程中较容易出现质量问题，这也是生产者和消费者都所担心的问题，而对于PGA在冰淇淋中也能有很好的应用，早在1934年海藻胶就作为冰淇淋的稳定剂开始应用，之后研究出PGA也在冰淇淋中得到广泛应用，在冰淇淋中只添加PGA作为稳定剂使用，可以明显改善油脂和含油脂固体微粒的分散度及冰淇淋的口感、内部结构和外观状态，也能提高冰淇淋的分散稳定性和抗融化性等。此外，PGA还能防止冰淇淋中乳糖冰晶体的生成。当然PGA和其他胶体如黄原胶、瓜耳豆胶、刺槐豆胶及CMC一样除能单独使用外，也能和上述胶体的一种或几种或其他乳化剂复合使用，效果或性价比会更好一些。
6.PGA在啤酒中的应用
啤酒泡沫稳定剂是高酯化度海藻酸丙二醇酯最典型的应用，一般用量为40～100mg／kg。尤其是当啤酒瓶中残留脂肪性物质时，海藻酸丙二醇酯可以防止由此引起的泡沫破裂现象。加入了PGA的啤酒的泡持力明显提高，而且泡沫洁白细腻、挂杯持久，而啤酒的口味和贮藏期均不会改变。添加PGA对啤酒成品酒泡沫等指标的影响见下表。
表 添加PGA对啤酒特性的影响
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项目 加PGA 未加PGA
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透明度 清亮透明 清亮透明
泡沫形态 洁白细腻 洁白
泡持性(s) 387 230
酒精度％(m／m) 3.32 3.26
真正浓度 3.57 3.52
原麦汁浓度％(m／m) 10.07 10.02
真正发酵度％ 64.55 64.16
双乙酰mg/L 0.04 0.05
色度EBC 6.5 6.5
总酸ml/100ml 1.8 1.8
CO2(m／m) O.52 0.50
苦味质Bu 13 14
PH 4.5 4.5
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7.PGA在其他食品中的应用
PGA除了在上述几类食品和饮料能有效应用之外，在番茄酱、酸奶酪，肉类沙司、酱油、乳化香精、冰糕、糖衣和糖浆等食品或食品半制品中都可以获得很好的应用。
——摘自《功能性食品胶》及本课题组研究报告等，有删节
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