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在食品體系組成中需要的食品膠體添加量很少，通常為千分之幾，但卻能有效地改善食品的品質(zhì)品質(zhì)。當(dāng)在食品體系中採(cǎi)用食品膠時(shí)，這些食品膠賦予或改善這些體系的流變學(xué)特性，例如粘度增加，流體的假塑性（剪切變?。┑刃阅軓亩惯@些體系具有合適的質(zhì)構(gòu)。由於這些食品體系的流變學(xué)特性的改善，固體能均勻地和長(zhǎng)久地懸浮在水相中，乳化液得以穩(wěn)定不至於油水分離分層，氣液體系也能以穩(wěn)定的狀態(tài)存在。可見，食品膠能在食品工業(yè)中發(fā)揮重要的作用，是與它的獨(dú)特功能特性分不開的。食品膠的最重要的基本功能或是使水相增稠，或是使水相成膠，這些重要功能已在食品加工工業(yè)中得到了廣泛和充分的應(yīng)用。

(一) 食品膠的功能特性

目前，在眾多食品中特別是在西方的食品產(chǎn)品中幾乎找不到一種食品不含有親水膠體充當(dāng)體系穩(wěn)定劑。食品膠廣泛應(yīng)用於食品工業(yè)中、應(yīng)用於食品中時(shí)，所加入的食品膠也往往不只起一種作用，即發(fā)揮了多種作用，食品膠往往具有多種功能。

食品膠作為一種親水膠體，是一種膠體物。它具有所有膠體應(yīng)具有的基本性質(zhì)，包括擴(kuò)散和布朗運(yùn)動(dòng)、沉降現(xiàn)象、滲透壓、光學(xué)性質(zhì)、流變學(xué)性質(zhì)、膠體質(zhì)點(diǎn)周圍有雙電層、電動(dòng)現(xiàn)象(電泳和電滲)、聚沉現(xiàn)象、穩(wěn)定和絮凝作用等。食品膠在食品中的廣泛應(yīng)用主要原因在於它們都有著許多的功能特性。對(duì)於大多數(shù)食品膠而言，這些功能特性最重要的是各種膠的粘度特性或其增稠性；其次是膠凝特性（當(dāng)然它要能夠成膠），，並且它們所形成的膠的特性和質(zhì)構(gòu)往往各不相同，從而使其在食品工業(yè)中的應(yīng)用範(fàn)圍相當(dāng)廣泛。表1 列出了食品膠的一些功能特性。

表1  食品膠的功能特性

功能特性	應(yīng)用食品舉例
穩(wěn)定劑	霜淇淋、沙拉調(diào)味汁
增稠劑	果醬、調(diào)味汁
膠凝劑	布丁、軟糖
懸浮劑	懸浮飲料
起霧劑	果汁飲料
膨脹劑	肉製品
脫水收縮抑制劑	乳酪、冷凍食品
乳化劑	沙拉調(diào)味汁
微膠囊壁材	粉末香精
絮凝劑	酒
澄清劑	啤酒
冰晶抑制劑	霜淇淋、糖漿、冷凍食品
泡沫穩(wěn)定劑	啤酒
膳食纖維	麵包、糧食製品
被膜劑	糖果
凝固劑	寵物食品

對(duì)於食品膠的功能性來說，許多膠的凝膠特性與膠溶液粘度之間有一定的相關(guān)性，比如明膠，低濃度時(shí)能用作增稠劑，但在高濃度時(shí)，卻能用作膠凝劑。同時(shí)，溫度也有影響，對(duì)大多數(shù)食品膠而言，隨著溫度的升高，其粘度會(huì)下降，從而會(huì)明顯降低增稠的功能。在一般情況下，溫度的升高對(duì)食品膠粘度的影響類似於食品膠濃度的下降。食品膠溶液在擠壓、攪拌等切變力作用下發(fā)生切變稀化，粘度降低，食品膠凝膠在切變力作用下也會(huì)發(fā)生膠溶或者觸變現(xiàn)象。只要外力一停止，膠溶或變稀的溶液又往往可以凍結(jié)成凝膠。

（二）膠凝性

有些食品膠如明膠、洋菜膠、果膠等溶液，在溫?zé)釛l件下為粘稠流體，當(dāng)溫度降低時(shí)，溶液分子連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，溶劑和其他分散介質(zhì)全部被包含在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之中，整個(gè)體系成了失去流動(dòng)性的半固體，也就是凝膠。前面提到，所有的食品膠都有粘度特性並具有增稠的功能，但只有其中一部分的食品膠具有膠凝的特性，並且它們的成膠特性往往各不相同，利用它們的膠凝性在食品中應(yīng)用時(shí)，在大多數(shù)情況下也不能相互替代，也就是說一種能成凝膠的食用膠在某一種食品中的應(yīng)用往往是特定的，很難用其他膠體來替代，原因在於各種食用膠的成膠模式、品質(zhì)、穩(wěn)定性、口感及可接受性等特性都不一樣，或至少不完全相同。儘管在應(yīng)用這些具有膠凝特性的食品膠進(jìn)行某種食品開發(fā)時(shí)，研製者有多種選擇，但一般並不能獲得品質(zhì)完全一樣的食品。

另外值得一提的是，不少食品膠儘管單獨(dú)存在時(shí)不能形成凝膠，但它們混合在一起複配使用時(shí)，卻能形成凝膠，即食品膠之間能呈現(xiàn)出增稠和凝膠的協(xié)同效應(yīng)，如鹿角菜膠和刺槐豆膠；三仙膠和刺槐豆膠；黃蓍膠和海藻酸鈉等，這些增效效應(yīng)的共同特點(diǎn)是：混合膠液經(jīng)過一定的時(shí)間後能形成為高強(qiáng)度的凝膠或使得體系的粘度大於體系中各組分單獨(dú)存在時(shí)的粘度的總和，即產(chǎn)生1+1>2的效應(yīng)。

這方面典型的例子如刺槐豆膠和三仙膠，刺槐豆膠和三仙膠本身都無法形成凝膠，但刺槐豆膠或三仙膠非常顯著的特性就是與三仙膠或刺槐豆膠的協(xié)效增稠性和協(xié)效凝膠性，刺槐豆膠可按一定比例同三仙膠複配成為複合食品膠，即能成為理想的增稠劑和膠凝劑。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)三仙膠與刺槐豆膠在總濃度為１％，共混比例為60/40時(shí)，它們之間可以達(dá)到協(xié)同相互作用的最佳效果。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)這種相互協(xié)同作用的強(qiáng)弱除了兩者的共混比例外，還與刺槐豆膠的Ｍ／Ｇ（甘露糖與半乳糖之比）比值有關(guān)，此外凝膠的製備溫度和鹽離子濃度等因素對(duì)共混凝膠化也有不同程度的影響。這些內(nèi)容將在往後的主題中再詳細(xì)談?wù)摗?br>
食品膠形成凝膠的膠凝臨界濃度、膠凝臨界溫度隨體系的pH、電解質(zhì)的存在、其他蛋白質(zhì)和多糖的存在而變化。有些食品膠體在濃度較高或在外界溫度、pH、離子、濃度等條件適宜情況下才可形成凝膠。一般說來，具有較多親水基團(tuán)的多糖易形成凝膠，支鏈較多的多糖因受酸、堿、鹽影響小，不易形成凝膠，但有可能與其他膠複配形成凝膠。陰離子多糖在有電解質(zhì)存在下易形成凝膠，通?？梢蕴砑与娊赓|(zhì)和螯合劑來調(diào)節(jié)凝膠形成速度和強(qiáng)度。表2列出了一些食用膠的膠凝特性。

表2  食用膠膠凝特性

食品膠	溶解性	受電解質(zhì)影響	受熱影響	膠凝機(jī)制	膠凝特別條件	凝膠性質(zhì)	透明度
明膠	熱溶	不影響	室溫融化	熱凝膠		柔軟有彈性	透明
洋菜膠	熱溶	不影響	能經(jīng)受高壓鍋殺菌	熱凝膠		堅(jiān)固、脆	透明
κ-鹿角菜膠	熱溶	不影響	室溫不融化	熱凝膠	鉀離子	脆	透明
κ-鹿角菜膠與刺槐豆膠	熱溶	不影響		熱凝膠	鉀離子	彈性	渾濁
ι-鹿角菜膠	熱溶	不影響		熱凝膠	鈣離子	柔軟有彈性	透明
海藻酸鈉	冷溶	影響	非可逆性凝膠，不融化	化學(xué)凝膠	與Ca2+反應(yīng)成膠	脆	透明
高酯果膠	熱溶	不影響		熱凝膠	需要糖、酸	伸展的	透明
低酯果膠	冷溶	影響		化學(xué)凝膠	與Ca2+反應(yīng)成膠		透明
阿拉伯膠	冷溶	不影響		熱凝膠		軟，耐咀嚼	透明
三仙膠與刺槐豆膠	熱溶	不影響		熱凝膠	複合成膠	彈性，似橡膠	渾濁

對(duì)於食品膠的膠凝機(jī)制，國(guó)內(nèi)外這方面的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)不少，但還不是很清楚。膠凝現(xiàn)象一般可以簡(jiǎn)單描述為親水膠體的長(zhǎng)鏈分子相互交聯(lián)而形成能將液體纏繞固定在內(nèi)的三維連續(xù)式網(wǎng)路，並由此獲得堅(jiān)固嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)以抵制外界壓力而最終能阻止體系的流動(dòng)。也就是說，食品多糖膠膠凝劑通過分子鏈的交互作用形成三維網(wǎng)路從而使水從流體轉(zhuǎn)變成能脫模的“固體”。凝膠中能包含的水分可高達(dá)99%之多，常見的食品凝膠包括果凍、布丁、膠化汽水、膠化果汁、膠化果醬、膠化牛奶、凝膠糖等。

據(jù)認(rèn)為，各種親水膠體的膠凝特性不同主要是因?yàn)槿S網(wǎng)路的纏繞度、分子交聯(lián)的數(shù)量和屬性、形成網(wǎng)路各單元的相互吸引和排斥以及與不同溶劑作用的差異等原因引起的。

膠凝機(jī)制的不同可通過對(duì)幾種常見食品膠的不同膠凝特性說明來理解。明膠的膠凝特性就比較特別，它能形成蛋白質(zhì)類的頗具彈性的凝膠；如上表所示，鹿角菜膠需在有鉀離子條件下能形成碳水化合物類的螺旋式凝膠，這也是其他一些海藻膠和碳水化合物的成膠方式；還由上表可知，海藻酸鈉能通過與鈣離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)同時(shí)形成交聯(lián)而獲得一種特殊的凝膠。由此可見膠凝機(jī)制主要可分為三類：
1.蛋白質(zhì)類膠凝（明膠）  明膠凝膠是膠體化學(xué)中的典型凝膠，從理論到應(yīng)用對(duì)它的研究已有近二百年的歷史，但到現(xiàn)在，對(duì)它的膠凝機(jī)理還未完全清楚，一般認(rèn)為明膠成膠時(shí)，蛋白質(zhì)中的多肽鏈相互交聯(lián)使得每分子能形成約五或六個(gè)結(jié)晶性區(qū)域，這些交聯(lián)可能是由於氨基酸與側(cè)鏈羧基之間發(fā)生的鹽鍵作用力而產(chǎn)生的。明膠在任何pH情況下和無需其他物質(zhì)如Ca2+、糖的協(xié)助都能同水作用形成均一的凝膠，該凝膠為熱可逆性的，加熱可以融化，冷卻後又會(huì)再次成膠 。

2.熱膠凝  鹿角菜膠、洋菜膠等紅藻提取物膠體都是這種膠凝方式，它們的共同組分硫酸酯半乳聚糖在形成這種凝膠時(shí)往往要經(jīng)歷三個(gè)明顯的階段：自由纏繞，雙重螺旋，聚集，其中所形成的雙重螺旋結(jié)構(gòu)是形成這類凝膠網(wǎng)路的基礎(chǔ)。

3.化學(xué)膠凝  離子性的食品膠(如海藻酸)在有高價(jià)金屬離子存在下可以形成凝膠，而與溫度高低沒有關(guān)係。由表2可知，海藻酸鈉和低酯果膠都是通過與鈣離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)交聯(lián)而獲得一種特殊的凝膠。直到現(xiàn)在，一般認(rèn)為，這種交聯(lián)是由於鄰近聚合物鏈上的兩個(gè)羧基基團(tuán)與鈣離子作用形成離子橋或通過每一對(duì)聚合物鏈上的羥基和羧基基團(tuán)同鈣離子發(fā)生螯合作用而形成的。

4.其他膠凝機(jī)制  其他多糖凝膠的形成機(jī)制與上述幾種膠凝原理會(huì)有所不同，蛋白質(zhì)之間、多糖之間以及蛋白質(zhì)與多糖之間可以形成共混凝膠，共混凝膠的形成能降低單獨(dú)形成凝膠的膠凝臨界溫度、膠凝臨界濃度，甚至兩種單獨(dú)不能形成凝膠的高分子共混後能形成凝膠，這對(duì)於加工特色食品、生產(chǎn)新型的布丁、果凍、飲料和糖果等食品都很有益處。如高酯果膠，它形成凝膠需要有一定的含糖量（60～65%）和pH（2.0～3.5）條件。在果膠液中添加糖類，其目的在於脫水，促使果膠粒周圍的水化層發(fā)生變化，使原來膠粒表面吸附水減少，膠粒與膠粒易於結(jié)合而為鏈狀膠束。高度失水能加快膠束的凝聚，並相互交織，無定向地組成一種連接鬆弛的三維網(wǎng)路結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)路交界處形成無數(shù)空隙，由於氫鍵和分子間引力的作用，緊緊吸附著糖-水的分子。最終形成一種具有一定強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)類似海綿的凝膠體。但果膠的膠束失水後形成結(jié)晶而沉澱，在果膠-糖溶液分散體系內(nèi)需要添加一定數(shù)量的酸有利於形成凝膠，因?yàn)樗岙a(chǎn)生的氫離子能中和果膠所帶的負(fù)電荷，當(dāng)pH達(dá)到一定值時(shí)，果膠接近電中性，於是其溶解度降至最小，從而加酸加速了果膠膠束的形成、結(jié)晶、沉澱和凝聚。