PGA应用综述

海藻酸丙二醇酯的性质及应用摘要本文介绍PGA的结构、性质及应用，重点是PGA在食品，饮料，果酱中的应用。关键词PGA;藻酸丙二醇酯；应用海藻酸丙二醇酯，又称藻酸丙二醇酯，是海藻酸与环氧丙烷酯化后得到的一种功能性海洋食品添加剂。作为一种天然高分子，海藻酸来源于褐藻植物(如海带、巨藻等)，是一种来自海洋的无毒、无害、可生物降解的纯天然绿色材料[1]。海藻酸是英国化学家Stanford在1881年首先发现的，约50年后美国的Kelco公司开始将海藻酸盐作为商品大量生产，并于1934年采用乳溶性海藻酸衍生物作为冰淇淋的稳定剂使用。1949年，Kelco公司研究出了海藻酸的有机衍生物，海藻酸丙二醇酯(Propyleneglycolalginate,简称PGA)。图1显示了PGA的化学结构。PGA是一种亲水性的高分子胶体，外观为白色或淡黄色粉末，其水溶液呈黏稠状胶体。因为分子结构中同时具有亲水性和亲油性两种基团，PGA具有乳化性、增稠性、膨化性、耐酸性和稳定性，在功能性食品及饮料的生产中有十分广泛的应用[2]。海藻酸丙二醇酯的理化性能作为食品添加剂，海藻酸及其盐具有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，具有更优异的性能，在食品工业中有独特的应用。由于海藻酸中的部分羧酸基被丙二醇酯化，PGA可以溶于水中形成黏稠胶体，其抗盐性强，对钙和钠等金属离子很稳定，即使在浓电解质溶液中也不会盐析。PGA分子中含有丙二醇基，故亲油性大，乳化稳定性好。正因为如此，PGA能有效地应用于乳酸饮料、果汁饮料等低pH值范围的食品和饮料中。[3]1PGA的理化性质1.1增稠、乳化、稳定性作为一种中性大分子多糖，PGA分子中的丙二醇基为亲脂端，可以与脂肪球结合；分子中的糖醛酸为亲水端，含有大量羟基和部分羧基，可以和蛋白质结合。因为PGA分子结构中兼具亲水性和亲油性两种基团，使其具有良好的乳化稳定性，适用于乳制品、人造奶油、咖啡、乳饮料、糖衣、冷冻食品等。1.2耐酸性PGA具有较强的耐酸性，可应用于pH3~5的酸性环境中，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。PGA的最佳黏度范围为pH2~10。如图2所示，在pH2~10范围内，PGA溶液的黏度不受pH的影响，pH超过10时黏度有所下降。从这点上看，PGA耐酸性强，耐碱性弱，其在中性及偏酸性食品中具有很好的应用。1.3保香性PGA的分子结构特点使其能够与大多数香料结合在一起，有效防止风味流失，常用作食品香精的保香剂。1.4泡沫稳定性PGA有很好的发泡和乳化能力，广泛应用于啤酒泡沫稳定剂中，增加啤酒发泡性能，使泡沫细腻，持久。1.5水合物、组织改良性PGA有很好的亲水性能，适用于方便食品、面条等面食制品，可改善面团流变特性，防止面食低温老化。3.6PGA与其他胶体的协同作用PGA与羧甲基纤维素钠、改性淀粉、海藻酸钠、阿拉伯胶、果胶、桃胶等具有良好的互溶性，可混合复配使用。在酸性条件下，PGA具有独特的稳定蛋白质的作用。在弱碱性条件下，PGA与蛋白质发生交联反应。当pH8~9并保持较低温度时，可以观察到流变性质的变化，如黏度增大。在40~50℃下，PGA与明胶反应，能得到快速凝固的凝胶，这种凝胶在沸水中是不可逆的。2PGA的应用海藻酸丙二醇酯在食品工业中的应用作为一种性能优良的乳化剂、增稠剂和稳定剂，PGA在食品中可以应用于pH3~5的酸性环境中。同时，PGA有很高的发泡和乳化能力，可应用于酸奶制品、色拉调料及啤酒泡沫稳定剂中。表1列出了《食品添加剂使用标准GB2760-2011》规定的海藻酸丙二醇酯在食品中的允许使用范围和最大使用量。2.1PGA在酸奶中的应用酸奶可分为两类，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。凝固型酸奶和搅拌型酸奶有着各自不同的缺点，例如，产品的质地不紧密，或者由于乳清脱水收缩使产品变得平淡无味，尤其是当凝固型酸奶用匙舀出后放置一段时间未能及时食用，其脱水收缩现象更为明显。脱水收缩导致搅拌型酸奶表面粗糙，尽管酸奶中经常添加稳定剂，但是大部分产品还是有沉淀现象发生。在酸奶中加入明胶、卡拉胶、果胶、淀粉等食品添加剂可以防止脱水收缩，但是使用明胶作稳定剂的酸奶被素食者和犹太教规禁用，效果也不太理想；卡拉胶在低pH的酸性乳产品中不很稳定；添加果胶作为稳定剂的酸奶的质地变硬，且生产成本高。添加淀粉使酸奶口感过黏，并且热量偏高。与其他常用的食品添加剂相比，PGA更能适用于酸奶的生产中。它具有如下优点：(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，在发酵期间的任何pH范围内均可应用，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，在整个加热过程中非常稳定；(4)PGA在酸奶中不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。Chen,Ying-Ching等研究发现在PGA是一种强力的混凝剂，能够促进牛奶蛋白的凝聚。[4]2.2PGA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，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，其主要原因在于配方中的稳定剂。如果选用的稳定剂不合适，产品在保质期内达不到应有的效果。大量的研究结果证实，调配型酸性含乳饮料中最适宜的稳定剂是PGA，及其与其他稳定剂的复合稳定剂。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%。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的稳定性和口感都较好，能满足该类产品的品质要求，贮藏9个月后无沉淀和分层现象出现。解素花[5]等研究不同用量的藻酸丙二醇酯对调配型酸性乳饮料稳定性的影响，确定调配型酸乳饮料复配乳化稳定剂的最佳配方:藻酸丙二醇酯0.2%、羧甲基纤维素钠0.25%、高酯果胶0.1%、蔗糖酯0.015%。范素琴等[6]报道了藻酸丙二醇酯在调配型酸乳饮料中的应用。2.3PGA在果汁中的应用果汁很容易分层，往往上层清澈透明，底层为厚厚的果肉沉淀。在果汁中添加少量的PGA就可以改善果肉的稳定性，不会给果汁的滋味和质构带来负面影响。研究发现，PGA对于果汁中的油类成分也能起到稳定作用，这种稳定作用主要在于PGA具有良好的乳化性能。李艳君等[7]研究了PGA的添加对果汁豆乳饮料的稳定性影响，结果表明在PGA添加量为0.2%，和CMC、果胶复配对酸性乳体系稳定效果较好.；戚向阳等[8]研究了PGA对浑浊型番茄饮料稳定性影响，结果显示PGA与CMC、黄原胶复配效果较好。2.4PGA在色拉酱中的应用(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和乳化稳定性，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，其主要原因在于其拥有疏水和亲水基团，具有类似天然脂肪的特性。PGA是唯一拥有疏水基团的水溶性胶体。正是由于PGA拥有一分为二的亲水和疏水基团，所以在色拉酱中是很好的乳化剂；(3)可以提高成品的黏度，应用在低脂色拉酱中可以弥补由于脂肪含量减少而降低的黏度。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润滑富丽的外观，不会产生另人讨厌的黏稠或过硬的质地；(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，不会抑制色拉酱细腻的风味。2.5PGA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。PGA在冰淇淋中有很好的应用，在冰淇淋中添加PGA，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。另外，PGA还能防止冰淇淋中乳糖冰晶体的生成。2.6PGA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。当啤酒瓶中残留脂肪性物质时，PGA可以防止由此引起的泡沫破裂现象。加入PGA的啤酒的泡持力明显提高，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[10]。Martinez,M.J.,etal研究发现在4%酪蛋白巨肽溶液中加入0.5%的PGA能显著提高乳液中泡沫的稳定性。[11]2.7PGA在其他食品中的应用PGA除了在上述几类食品和饮料中能有效应用之外，在番茄酱、酸奶酪、肉类沙司、酱油、乳化香精、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。王成忠等通过粉质仪测定海藻酸丙二醇酯(PGA)对面粉粉质特性影响,经TPA全质分析、蒸煮实验和感官鉴评,研究PGA添加量对面条硬度、粘着性、拉伸收缩比等指标影响。结果发现,PGA对面条品质改良效果较为明显,其在面条中最适添加量为0.3%[8][1]秦卫东,王亚利.藻酸丙二醇酯粘度的研究[J].食品与发酵工业,1998(6):36-38.[2]胡国华.海藻酸丙二醇酯的特性及其在食品工业中的应用[J].中国食品添加剂(增刊),2002:119-121.[3]王晓梅,秦.A.张.A.,天然起云剂——海藻多糖衍生物海藻酸丙二醇酯.食品科技,2012(03):p.238-242.[4]Chen,Y.-C.,etal.(2015).Propyleneglycolalginate-inducedcoacervationofmilkproteins:Aproteomicsapproach.FoodHydrocolloids[5]解素花,范.A.王.A.,藻酸丙二醇酯在调配型酸乳饮料中的应用.乳业科学与技术,2012(04):p.19-21.[6]范素琴，王春霞，安丰欣，等.藻酸丙二醇酯在调配型酸乳饮料中的应用[J].乳业科学与技术，2012，35（4）：19-21.[7]李艳君.胶体对果汁豆乳饮料稳定性影响的效果观察[J].养殖技术顾问，2012（3）：268.[8]戚向阳，彭光华，陈维军.浑浊型番茄饮料稳定性的研究[J].食品工业科技，2003，24（8）：47.[9]王成忠,杨.A.于.A.,海藻酸丙二醇酯对酸性湿面条质构影响研究.粮食与油脂,2009(05):p.16-18.[10]D.K.Sarker,P.J.Wilde,ColloidsSurf.B:Biointerf.15(1999)203.[11]Martinez,M.J.,etal.(2012).Interfacialandfoaminginteractionsbetweencaseinglycomacropeptide(CMP)andpropyleneglycolalginate.ColloidsandSurfacesB:Biointerfaces95(0):214-221.