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海藻酸及海藻酸钠的凝胶原理

发布日期:2014-04-04

  水溶性的海藻酸钠在和多价阳离子(镁除外)反应后在大分子间形成交联键。当多价阳离子的含量增加时,海藻酸钠溶液变得越来越黏稠,最后形成凝胶并产生沉淀物。海藻酸胶体可以通过挤压海藻酸钠液体进入多价阳离子,如Ca2+、Sr2+或Ba2+等溶液而制备。单价阳离子和Mg 2+不能形成凝胶,而Ba2+和Sr2+所形成的凝胶比Ca2+形成的凝胶性能更强。其他多价阳离子,如Pb2+、Cu2+、Cd2+、Co2+、Ni2+、Zn2+和Mn2+等也可以形成海藻酸钠交联凝胶,但因具有毒性其应用受限。

  由于水溶性的海藻酸钠在和钙离子接触后可以形成胶体,它是一种应用极为广泛的食品添加剂。当海藻酸钠高分子在钙离子的作用下交联而失去了流变性后,水分子的流动受到了抑制,产生了含水量极高的凝胶。与其他食品胶不同,海藻酸钠的胶体不是热可逆的,具有很好的稳定性。

  除了镁以外的二价或多价金属离子都可以在和海藻酸钠水溶液反应后形成胶体。钙离子是最常用的胶凝剂。由于钙离子和海藻酸钠的反应迅速很快,钙离子加到海藻酸钠体系里的方法对最后得到的凝胶的性质有很大的影响。如果钙离子加得太快,产生的胶体是小片状凝胶和间断的凝胶结构。钙离子加入的速度能通过缓慢溶解的钙盐或者由加入多价鳌合剂,如加焦磷酸四钠盐或六偏磷酸钠来控制。

  工业上形成海藻酸钠胶体的基本方法包括以下的几个方法:

  1、渗析/扩散法
这是一个最常使用的方法。使用这个方法时,海藻酸钠的水溶液在和从外部来的钙离子接触后形成胶体。这样形成的胶体一般是不均匀的,因为与钙离子接触早的一部分海藻酸钠在成胶后凝固缩水,比后面形成的胶体的固体含量高。钙离子的浓度越低、海藻酸钠的相对分子质量越小、浓度越高、G酸的含量越高,这种不均匀性就越强。由于成胶速度受钙离子扩散速度的限制,这个方法的应用性很有限,只能应用于制备较薄的片状材料。

  2、原位法
这个方法一般采用溶解度比较低的钙盐或者是与其他材料配位的钙离子。在和海藻酸钠充分混合后,加入具有缓释作用的弱酸。钙离子在酸的作用下被释放出来后与海藻酸结合形成胶体。这样形成的胶体很均匀,并且也可以制备未被充分交联的胶体,即海藻酸钙钠混合胶体。

  3、冷却法
因为在高温下溶液中的钙离子不能与海藻酸结合,所以把钙离子与海藻酸钠在高温下混合后,通过冷却可以制备海藻酸的胶体。

  4、交联法
这个方法采用环氧氯丙烷,通过海藻酸分子中的翔基来交联。海藻酸在交联后失去了溶解性能而形成胶体。这样形成的胶体结构稳定并且含水量高,可以吸收干重50~200倍的水分。
不同的加工条件下所形成的胶体的性能有很大的区别。下面是有关海藻酸胶体的一些基本规律,这些规律可以用来改变凝胶的紧密性和凝固时间:
(1)当钙鳌合物的含量增加时,凝胶的刚性降低。相反当钙鳌合物含量减少时,凝胶的刚性增加。但是如果鳌合剂的用量太少,则生成小颗粒的凝胶。
(2)加入的钙量减少,生成的凝胶较软;钙量增大,形成的凝胶较坚固。但是钙量太多时则生成颗粒状凝胶,甚至会生成海藻酸钙沉淀。
(3)在酸性凝胶体系中,加入某种缓溶性酸,当其酸量增加时,可加速凝胶的固化,但是可能产生颗粒状凝胶。
(4)当可溶性海藻酸钠的浓度增加时,生成的凝胶变得坚固,但其结构可能是不均匀的。海藻酸钠的浓度越高,所得凝胶越脆,其碎片的边锋越锋利。
(5)随着加入的钙量接近于和海藻酸钠完全反应所需的化学计量,所得的凝胶的脱水收缩倾向增大。


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