Brookfield粘度計在食品行業中的應用（三）

7、食品添加劑

前面對幾類食品的流變特性進行了討論，除了食品物質之外，一些食品添加劑的流變特性對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、穩定劑、膜材料等。水溶膠即使在濃度低于1％的情況下，也能對食品的組織結構產生顯著影響。水溶膠的應用使人們能夠有效地控制水分，改善肉制品、乳制品、糖果、糕點的外觀、形狀、質構特征、口感和風味等。此外，天然大分子多糖和蛋白質具有的生物活性、生體相容性、安全性和低熱量也使得它們被廣泛用于生產和開發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。這是因為參與形成凝膠網絡交鏈區的鍵通常是非共價鍵，如氫鍵、疏水作用、靜電作用和范德華力和離子鍵等。小分子物質能在凝膠網絡中滲透或擴散。

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，穩定乳化狀態和懸浮狀態的作用。例如黃原膠（Xanthan　Gum）是一種通過微生物發酵生產的，常用的大分子食品添加劑。盡管相對價格較高，但自從上世紀70年代以來，黃原膠己成為許多應用領域優選的增稠劑。這是因為黃原膠具有獨特的流變學行為。在濃度很低時，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，而剪切變稀的特點又使得產品在搖動后能很容易地容器中流出。

食品水溶膠在食品工業上的應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、分子結構、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，粘度對剪切速率的依賴性增強，對剪切速率的變化愈敏感，剪切引起的粘度降低愈大，從低剪切牛頓穩定區進入剪切變稀區（假塑性區）也愈早，即在更低的剪切速率下便發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體積的影響，而流體力學體積明顯地受大分子結構的影響。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體積，因而粘度更高。纖維素相對來說屬剛性分子，所以在低剪切速率時粘度很高，而柔性的短梗霉多糖則要低的多阿拉伯樹膠支化度較高，分子在結構上更為緊湊，因此在分子量相同的條件下，相對線形纖維素來說均方旋轉半徑較小，其粘度－剪切速率關系表現出牛頓流體的特點分子鏈剛性對水溶膠溶液剪切變稀特性的影響也很大。隨著分子持續長度的增加，剪切變稀程度也會相應增加。

對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系對于食品加工具有重要意義。Brookfield旋轉粘度計可以測定大多數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系到果凍/龜苓膏的產品配方、凝膠特性、口感等等，所以測量水溶膠的流變特性對生產很有幫助。

8、冰淇淋

在冰淇淋的生產中，水溶膠作為增稠劑，所起的作用很大，可以說是冰淇淋的較關鍵物質。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的溶劑；又作為乳化劑、可可粉、咖啡粉、奶油等分散質的分散劑。經過溶解、分散和均質，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。當冰淇淋漿料具有合適的粘度和稠度后，經過攪拌、溶解、分散乳化、懸浮、均質、老化，可形成化學熱力學、化學動力學相對穩定的微多相冰淇淋漿料。水溶膠增稠劑溶液因存在結構粘度而呈現一系列假塑性，使增稠劑溶液在化料、滅菌、均質、老化的全過程攪拌或泵送時變稀，發生剪切變稀現象。剪切變稀現象使經過老化變稠的冰淇淋漿料易于泵送，生產出來的冰淇淋具有良好的口感。在冰淇淋的生產中，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，能使水的活度達到有利于形成六方晶體。當凝凍速度較慢時，可形成以六方晶體為主的砂冰型產品。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，使水的活度達到更有利于立方晶體和玻璃態冰形成的優勢。當凝凍速度較快時，可形成以立方晶體和玻璃態冰占優勢的粘糕型產品。

Brookfield粘度計可以應用在研究冰淇淋配料粘度與配料加工性能、冰淇淋成品質量之間的關系，確定較佳粘度范圍，可以為配方設計、工藝設計、增稠膠選擇、質量控制等提供有關數據。在進行配方設計時，可以根據所用的增稠膠的粘度數據及相互之間的協同作用，根據冰淇淋其它成分的粘度貢獻，估算配料的粘度以及流變性質，預測配料的加工特性，減少不必要的試驗，同時Brookfield也可以為冰淇淋生產的質量監控提供一個方便和可靠的檢驗手段－粘度檢驗。

四、食品的質構與測量

食品的質構是食品除色、香、味之外另一種重要的性質，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較重要的關鍵指標之一。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，我們必須對使用的目的（應用食用膠的哪一種特性）有清楚的了解，才能根據不同食品膠的特性進行選擇。在這個探索的過程中，試吃，專家評估作為比較傳統的非定量判斷手段，而在今天，質構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用選擇較佳的食品膠時，都還應該考慮、候選。食品膠在該食品中發揮的其他的功能，所以食品工藝師在選擇食品膠時需要考慮諸多因素，必須考慮產品形態（如凝膠、流動性、硬度、透明度及混濁度等）；產品體系（懸浮顆粒能力，稠度、風味、原料類型等）；產品儲存（時間、風味穩定、水分、曲分遷移）、產品加工方式和經濟性等。否則，不考慮其他因素，直接選擇使用在該項應用中表現得較好的食品膠，可能并不是較佳的選擇。

質構儀可對樣品的物性概念做出準確的定量的表述，它使用統一的測試方法，是準確的量化測量儀器，消除個人感官的主觀性影響，Brookfield所設計、生產的物性測試儀分LFRA和QTS兩個系列，根據類別不同，測試范圍的不同，有5種型號可供選擇。可對廣泛的產品進行多種特性的測試，比如：硬度、嫩度，脆性、膠粘性、粘牙性、回復性、彈性、凝膠強度等。

Brookfield的Lefa組織分析儀應用是明膠行業Bloom試驗方法的標準儀器，該實驗方法已經通過了許多國際和國家標準：AOAC（國際分析化學家協會）、ISO、BS（英國國家標準）等。Lefa組織分析儀在測量明膠洞凍力時可以準確的讀出凍力讀數，控溫水浴箱的精度很高，穩定的溫度可以保證測量的準確性。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度、刺入強度、瓊脂的Kobe試驗，供食品工業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彈性體。