食品添加剂中海藻多糖的应用研究

　　摘要：海藻多糖是获取食品添加剂的天然良好原料,琼胶、卡拉胶、海藻酸钠、海藻酸丙二醇酯等海藻多糖在食品添加剂领域有着广泛的应用,对食品工业的发展起到积极促进作用。本文从上述几种海藻的理化性质、功能及目前在食品添加剂领域的应用等几个方面进行综述,并对今后海藻多糖在食品添加剂领域的发展方向和关键性问题提出建议,以期进一步开发海藻多糖功能,促进其在食品添加剂领域有更广泛的应用。

　　关键词：海藻,海藻多糖,食品添加剂,应用

　　食品添加剂对于食品工业的发展具有重要的推动作用,食品感官改良和营养成分提高等都需要依托食品添加剂的发展。近几年,食品添加剂在来源、种类、功能、效果等方面不断进步,海洋海藻也逐渐成为获取食品添加剂的重要来源,如琼胶和海藻酸盐等海藻多糖已成为食品添加剂中的重要成员,在食品改良和新食品研发等方面发挥作用。本文就目前研究较多的海藻多糖类食品添加剂的种类、理化性质和应用的领域进行综述。

　　1 用于食品添加剂的海藻多糖

　　海藻多糖,特指海藻中所含有的各种高分子碳水化合物,海藻多糖成分复杂,是海藻细胞壁的重要组成。根据其来源可分为红藻多糖、绿藻多糖、褐藻多糖和蓝藻多糖,其中褐藻、红藻中海藻多糖含量较高,褐藻多糖的种类和数量最多。海藻多糖种类丰富,有琼胶、卡拉胶、红藻淀粉、褐藻淀粉、木聚糖、甘露聚糖、葡聚糖、硫酸多糖、海藻纤维等[1]。

　　1.1 琼胶

　　琼胶也叫琼脂,目前主要从红藻中获取,石花菜、江蓠、凝花菜、紫菜等海藻是提取琼胶的主要原料[2]。琼胶的基本结构是β-D-吡喃半乳糖和3,6-α-L-吡喃半乳糖通过糖苷键连接形成的多糖链,由琼脂糖和琼脂胶两部分组成,具有凝胶性的是琼脂糖部分;另外琼脂还具有稳定性、增稠性和悬浮性,在食品工业中可被用作凝胶剂、增量剂、增稠剂、乳化剂、稳定剂、赋形剂、助悬剂、水分保持剂等[3]。琼脂形成的凝胶强度会受到其他因素影响,马云等[4]研究发现,琼脂浓度、离子强度、pH、Na+与K+摩尔比等会影响凝胶的硬度和弹性,其中最关键的因素为琼脂浓度,琼脂的浓度越大,形成的凝胶强度越大。

　　1.2 卡拉胶

　　卡拉胶具有重复的1,3-β-D-半乳糖和1,4-α-D-半乳糖二糖单元结构。目前大多数卡拉胶以麒麟菜为提取原料,故天然产的卡拉胶往往不是均一的多糖,而是混合了原料中多组分的混合物[5]。

　　卡拉胶能够溶于热水,加水煮沸经冷却后形成胶体,且形成的凝胶是热可逆性的。卡拉胶具有凝固性、稳定性、黏性,所以在食品工业生产上可用作凝固剂、增稠剂、乳化剂、悬浮剂、黏合剂、成型剂和稳定剂等,联合国粮食及农业组织和世界卫生组织食品添加剂专家委员会已确认卡拉胶为安全无毒的食品添加剂。

　　另外,将卡拉胶进行降解得到的卡拉胶寡糖因分子质量小,溶解性、稳定性和安全性均有所提高[6];有研究发现,卡拉胶寡糖还具有抗溃疡、抗病毒、抗肿瘤、抗凝血等多种生物活性[7,8],因此其在食品添加剂领域的应用也得到进一步提升,如吴海潇等[9]研究卡拉胶寡糖和焦磷酸钠浸泡处理能有效抑制冷冻虾仁解冻损失率的增加,对虾仁质构特性保护效果显着;何鑫等[10]研究发现,经卡拉胶寡糖浸泡处理的冷冻熟虾仁,其蒸煮和解冻损失率降低,卡拉胶寡糖作为一种低甜味、低热量的水产品抗冻剂具有良好的开发前景。

　　1.3 海藻酸钠

　　海藻酸钠的分子式为(C6H7O6Na)n,相对分子量在32 000～200 000 D左右,是由甘露糖醛酸和古洛糖醛酸通过1,4糖苷键连接形成的共聚物,在褐藻中含量较高,故也称为褐藻酸钠。海藻酸钠具有良好的吸水、持水、成膜等功能,其溶液的黏性与聚合度有直接关系,聚合度越高,黏性越大,在pH为5～9时稳定[11]。海藻酸钠目前主要的应用于肉制品加工、米面制品和冰激凌冷饮等,对于肉丸等肉制品可以改善产品质构,提高弹性;对于面条、水饺等米面类制品,可降低淀粉回生老化,提高面条、水饺的耐煮性[12]。另外,因为海藻酸钠具有良好的抑菌性和成膜性,将其开发作为安全可降解的新型食品保鲜剂或保鲜膜具有良好前景[13]。

　　1.4 海藻酸丙二醇酯

　　海藻酸丙二醇酯(PGA)是海藻酸与环氧丙烷经酯化反应后得到的产物,主链由α-L-古洛糖醛酸和β-d-甘露糖醛酸组成,相对分子量范围为1 900～2 400 kD。

　　PGA溶于水形成黏稠胶体,是一种新型增稠剂,另外由于PGA同时具有亲水的糖醛酸端和亲脂的丙二醇端,所以还具有乳化功能,是食品用稳定胶体中唯一具有稳定和乳化双重作用的天然稳定剂[14]。其亲脂性与分子的酯化度有关,酯化度越高,亲脂性越强,目前的应用主要是作为乳制品的增稠剂和乳化剂[15,15],果汁饮料、啤酒等的稳定剂,在食品和饮料的生产中可以被用作为一种性能优良的天然起云剂[16]。

　　1.5 功能性海藻多糖

　　近几年研究发现,一些海藻多糖具有抑菌、抗肿瘤、抗氧化和免疫调节等生理功能[17,18,19,20,21,22,23],如水溶性小分子多糖和带硫酸基团的多糖具有很好的抗氧化活性[24,25]。刺松藻多糖、紫菜多糖、羊栖菜多糖和蜈蚣藻多糖具有良好的抗凝血作用[26,27,28,29]。海带多糖、螺旋藻多糖和羊栖菜多糖能够对机体产生免疫调节作用,提高免疫机能,且具有抗肿瘤的活性[30,31,32]。海藻膳食纤维具有良好的降血脂、降血糖功效[33,34]。所以将海藻多糖作为主要成分的功能性食品在被逐步地开发和应用。

　　2 海藻多糖在食品添加剂中的主要应用

　　2.1 增稠剂

　　食品增稠剂的主要作用体现在4个方面:一是增稠作用,提高食品的黏度;二是稳定作用,保持体系的相对稳定性或形成悬浮状态;三是胶凝作用,形成亲水性的凝胶物质;四是保水作用,能够赋予食品更加黏润和适宜的口感。

　　食品工业中增稠剂的提取原料主要来自于动物、微生物、植物、海藻类,另外还有以天然物质为原料经人工合成的增稠剂。其中以海藻为原料的增稠剂使用最多的是琼胶、卡拉胶和海藻酸钠3大类。琼胶的特点是低浓度即可形成凝胶[35],是热可逆胶体,其凝胶坚实、硬度较高,缺点是脆性大、透明度低、黏弹性差、易发生脱液收缩等;卡拉胶制作凝胶在室温下即可凝固,凝胶呈半固体状,透明度好,而且不易倒塌,是制作果冻的一种极好的凝固剂;海藻酸钠胶凝条件低,形成热不可逆性胶体,特别适用于人造食品,用作稳定剂使用一般加入冰淇淋等冷饮、乳制品、焙烤食品中,浓度一般为0.1%～0.3%[11]。

　　海藻酸丙二醇酯与海藻酸盐相比抗盐性强,即使在浓电解质溶液中也不会盐析。另外PGA亲油性大,乳化稳定性好,再加上其本身pH为3～4之间,耐酸性好,能有效地应用于酸奶、乳酸饮料等低pH的乳制品中用作乳化剂和稳定剂[36]。同时,PGA有很高的发泡能力,可应用于啤酒泡沫稳定剂[37]。

　　总体而言,上述几种海藻多糖用于增稠剂的使用各有其优缺点,随着对各种胶体凝胶机理和凝胶强度影响因素等方面研究的深入,有研究发现,通过几种食品胶的混合使用或对食品胶进行改性的方法,可获得更加理想凝胶的状态。如刘施琳等[38]研究发现,添加一定量的氯化钾、木糖醇、蔗糖可增大琼脂凝胶强度;添加15%魔芋胶、5%卡拉胶和10%刺槐豆胶可与琼脂产生协同增效作用。

　　2.2 保鲜剂

　　研究发现,海藻多糖具有良好的成膜性、抑菌和抗病毒活性、抗氧化性,用于制作果蔬、肉制品和水产品等的涂膜保鲜剂,能够阻隔微生物并抑制其生长和繁殖,减少生鲜食品的衰老和水分蒸发,具有保持食品的新鲜度及品质的作用[39]。

　　目前经试验证明具有良好保鲜效果的海藻多糖有海藻酸钠[40]、石莼多糖[41]、海带多糖[42]、蜈蚣藻多糖[43]、紫菜多糖[44]、马尾藻多糖[45]等,海藻多糖的添加量通常为0.4%～2%。海藻酸钠是目前研究最多的海藻多糖涂膜保鲜剂,具有来源广泛、易获取、成本低廉和保鲜效果好的特点。玉新爱等[46]用海藻酸钠和蔗糖基聚合物涂膜液对火龙果浸泡处理,使得火龙果常温(29～31℃)贮藏期达到8～9 d,比对照延长2～4 d;张初署等[47]研究以海藻酸钠和紫苏醛为原料,通过熏蒸的方式对花生进行涂膜处理,发现海藻酸钠浓度6 mg/mL,紫苏醛0.015 mg/mL的复合涂膜能够较好地抑制花生黄曲霉菌生长活性,起到防控黄曲霉毒素污染的作用。从相关数据来看,近两年在果蔬保鲜剂研究方面,我国以褐藻酸钠作为成膜物质的研究和应用方面成果突出[48],将来还会有更多的海藻多糖应用于食品保鲜中,其作为新型成膜剂和保鲜剂潜力巨大。

　　2.3 营养强化剂

　　营养强化剂主要分为维生素、矿物质、氨基酸三大类,除此以外还有其他营养素类,其中从海藻中提取的营养强化剂主要是海藻膳食纤维和海藻酸盐类,添加了海藻膳食纤维的食品,能够发挥出降血脂、降血糖的功效。比如,熊霜等[34]研究表明,以海藻膳食纤维为主,以传统降脂中药山楂、绞股蓝、泽泻为辅的功能食品有较好的降血脂作用;刘莎莎等[49]通过生物发酵技术,用螺旋藻和全脂奶粉为原料生产了一种天然保健乳饮料;盛文胜等[50]用海带和蜂蜜为原料研制了新型海带粒蜂蜜口服液。这类添加海藻活性成分的新型食品,不仅保留有原食品的营养成分,同时海藻赋予了食品提高免疫力、抗癌、抗病毒等保健功能。

　　以海藻多糖作为食品营养强化剂的功能食品、健康食品有很大的市场需求,海藻膳食纤维将是未来营养强化剂发展的一个新方向。

　　3 展望

　　我国很重视海藻产业的发展,近几年对海藻的研究也在逐渐深入,海藻良好的安全性和具有的胶凝性、成膜性、抗氧化性、抑菌性等特性,使得其成为获取食品添加剂的天然良好来源;除海藻多糖外今后将会有更多海藻活性成分用于食品添加剂,比如从脆红网藻中分离得到的吲哚恶唑类物质[51]、海藻多酚类物质是优良的天然抗氧化剂,海藻丰富的矿物质和氨基酸能够作为营养强化剂等,海藻作为食品添加剂的获取原料具有巨大的潜力。

　　将海藻作为提取食品添加剂的原材料,需要关注其使用剂量和安全性问题。国内外相关组织对海藻提取物作为食品添加剂的安全性和使用剂量陆续进行确认,2017年11月,欧盟食品安全局发布海藻酸、海藻酸盐作为食品添加剂无安全风险,可以用于一系列食品,且没有限制海藻酸、海藻酸盐的每日许可摄入量。世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会2016年6月批准海藻酸钙可作为增稠剂用于食品,且每日允许摄入量为“不需要限定”。

　　与海藻自身的安全性不同,来自海藻的生长环境则对海藻的安全性带来一定威胁。因为藻类的富集能力很强,海水中的重金属、多氯联苯和药物残留等会在海藻中产生富集,使得海藻成为海洋环境中的“砷库”,会通过海水富集砷[52];海藻对多氯联苯的富集可达1 000倍左右[53]。所以为保证海藻食用的安全性,让其在食品工业中发挥更多的作用,我们应从源头抓起,对海藻养殖和生长的环境进行严格的监测和控制。

　　参考文献
　　[1]田鑫,李秀霞,吴科阳,等.海藻多糖提取纯化及生物活性的研究进展[J].食品与发酵科技,2015,51(6):81-85.DOI:10.3969/j.issn.1674-506X.2015.06-018.
　　[2]金骏,林美娇.海藻利用与加工[M].北京：北京科学出版社,1993:157-160.
　　[3]李琴梅,戚勃.琼脂的物化特性及其在食品工业中的应用[J].中国食品添加剂,2009(6):170-174.DOI:10.3969/j.issn.1006-2513.2009.06.033.
　　[4]马云,杨玉玲,杨震,等.琼脂凝胶质构特性的研究[J].食品与发酵工业,2007,33(9):24-27.DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.2007.09.016.
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