Apa saja aplikasi alginat dalam industri makanan?

Asam alginat dan alginat adalah polisakarida yang terutama diekstrak dari ganggang coklat (Phaeophyceae) dari genus Lamiaria hyperborea, L. digitata, dan Ecklonia maxima, Macrocystis pyrifera, Ascophyllum nodosum, Fucus serratus, dan spesies rumput laut lainnya. Ascophyllum nodosum, Fucus serratus dan spesies rumput laut lainnya. Asam alginat dan alginat adalah produk utama industri rumput laut di Cina. Menurut sifatnya, itu terutama dapat dibagi menjadi permen karet yang larut dalam air dan permen karet yang tidak larut dalam dua kategori. Alginat yang larut dalam air termasuk garam monovalen alginat (natrium, kalium, amonium alginat, dll.), dua garam divalen alginat (magnesium alginat dan merkuri alginat) dan turunan alginat; permen karet rumput laut yang tidak larut dalam air termasuk alginat, garam divalen alginat (kecuali garam magnesium dan garam merkuri) dan garam trivalen alginat (aluminium alginat, besi, kromium, dll.). Yang paling banyak digunakan adalah natrium alginat, kalsium alginat dan propilen glikol alginat.

 

Jenis alginat ini ditemukan di dinding sel rumput laut, dan dalam keadaan alamiahnya merupakan campuran garam alginat (kalsium, magnesium, natrium, kalium) yang tidak larut. Ketika diekstraksi secara komersial, pertama-tama diolah dengan asam untuk mengubahnya menjadi alginat yang tidak larut, kemudian diolah dengan alkali untuk membentuk larutan alginat yang dapat larut, dan kemudian melalui sejumlah proses seperti pemurnian dan penyaringan, dapat diperoleh melalui penambahan zat yang berbeda untuk mendapatkan permen karet alginat komersial yang berbeda. Alginat diperoleh melalui perlakuan asam, kalsium alginat diperoleh melalui perlakuan CaCl2 / CaCO3, natrium alginat diproduksi melalui perlakuan Na2CO3, dan amonium alginat diproduksi melalui netralisasi dengan asam karbonat. Alginat direaksikan dengan propilen oksida untuk menghasilkan turunan alginat yang dimodifikasi secara kimiawi, propilen glikol alginat (PGA). Alginat banyak digunakan dalam industri makanan dan farmasi karena sifat gelnya yang unik dan kemampuannya untuk mengentalkan, menstabilkan, mengemulsi, mendispersikan, dan membentuk film.

 

Gambar I. Komposisi kimia dan struktur alginat

 

Getah rumput laut atau alginat adalah komponen struktural polisakarida utama dari rumput laut coklat. Polimer alginat terdiri dari dua monomer: unit asam β (1 → 4) -D-mannuronat dan unit asam α (1 → 4) -L-guluronat, kedua monomer ini secara bergantian bergabung satu sama lain menjadi tiga segmen rantai struktural yang berbeda, yaitu sebagai berikut: segmen rantai yang terdiri dari asam mannuronat (-M-M-M-M-); segmen rantai yang terdiri dari asam guluronat (-G-G-G-G-); dan segmen rantai yang terdiri dari dua monomer secara bergantian (M-G-M-M-G); segmen rantai yang terdiri dari asam guluronat (-G-G-G-G-); dan segmen rantai yang terdiri dari dua monomer secara bergantian (M-G-M-G). Molekul polimer dari getah rumput laut terdiri dari tiga segmen rantai ini. Berat molekulnya bisa mencapai 200.000 molekul. Rasio monomer terhadap segmen rantai bervariasi dan tergantung pada bahan baku alginat. Sumber yang berbeda mengandung rasio asam mannuronat (M) dan asam guluronat (G) yang berbeda, sehingga menghasilkan kegunaan dan sifat yang berbeda. Dalam sebuah molekul, mungkin mengandung segmen rantai kontinu yang hanya terdiri dari salah satu glioksilat, atau mungkin kopolimer blok yang terdiri dari dua tautan glioksilat. Variasi proporsi dua asam glukuronat dalam molekul, serta perbedaan lokasinya, dapat menyebabkan secara langsung perbedaan sifat alginat, seperti viskositas, sifat pembentuk gel, dan selektivitas ion.

 

Segmen rantai asam poliguluronat lebih kaku daripada segmen rantai asam polimanuronat dan memiliki volume nematik yang lebih besar dalam larutan, sedangkan segmen rantai yang terdiri dari berbagai jenis ikatan asam glikoaldehida memiliki fleksibilitas yang lebih baik dan volume nematik yang lebih kecil dalam larutan dibandingkan dengan segmen rantai yang terdiri dari dua asam glikoaldehida yang disebutkan di atas. Semua hal lain dianggap sama, semakin besar kekakuan segmen rantai molekul alginat, semakin besar viskositas larutan yang dibuat dan semakin besar kerapuhan gel yang terbentuk．

 

Setiap jenis rumput laut mengandung struktur gel rumput laut yang berbeda, struktur khusus gel rumput laut memiliki pengaruh yang besar terhadap sifat-sifatnya, terutama pada keberadaan ion kalsium ketika efek pembentuk gel. Segmen rantai asam poliguluronat berikatan sangat kuat dengan ion kalsium dan membentuk struktur retikuler yang terpolimerisasi sepenuhnya. Segmen rantai asam polimanuronat, meskipun juga mengikat kalsium, tidak sekuat itu. Ion kalsium berikatan secara istimewa dengan asam guluronat dan juga berikatan dengan baik dengan residu asam guluronat di antara dua segmen rantai yang berbeda. Pengikatan kompleks antara banyak segmen rantai pada molekul yang berbeda bersama-sama membentuk struktur jala yang lengkap dan membentuk gel. Berat molekul tinggi, kandungan kalsium rendah atau komposisi asam glukuronat tinggi dari segmen rantai permen karet rumput laut membentuk gel keras, memiliki sifat pembentuk gel yang baik, umumnya digunakan dalam makanan sebagai agen pembentuk gel. Sebaliknya, permen karet alginat dengan berat molekul rendah, kandungan kalsium tinggi atau mengandung segmen rantai yang tersusun dari asam mannuronat tinggi sering digunakan sebagai pengental pada makanan.

 

Turunan kimia dari asam alginat

 

Asam alginat dapat dibuat menjadi sejumlah turunan melalui proses modifikasi kimiawi selanjutnya. Propilen glikol alginat (PGA) adalah salah satu turunan yang paling khas, tetapi juga telah merealisasikan produksi industri dan sejumlah besar turunan alginat telah diterapkan. PGA memiliki stabilitas asam, dan dapat mencegah pengendapan yang disebabkan oleh kalsium dan ion logam bervalensi tinggi lainnya, yang memiliki keuntungan yang jelas dalam penerapan beberapa makanan asam.

 

Selain itu, alginat dapat direaksikan dengan amina organik untuk menghasilkan garam amonium alginat. Amina organik yang dapat digunakan antara lain: trietanolamina, triisopropilamina, butilamina, dibutilamina, dan dipentilamina. Amonium alginat juga dapat diproduksi dengan mereaksikan PGA dengan amina primer seperti amonia, etanolamina, etilenadiamina, etilamina, propilamina, isobutilamina, dan butilamina, tetapi tidak mudah bereaksi dengan amina sekunder. Produksi industri amonium alginat umumnya diproduksi dengan menetralkan asam alginat dengan amonia atau amonium karbonat. Saat ini, meskipun telah mampu mensintesis alginat asetat dan alginat sulfat, tetapi belum diterapkan dalam praktiknya. Karboksimetil alginat dapat dibuat dengan memperlakukan natrium alginat dengan asam kloroasetat dan alkali, dan serangkaian ester diol berbasis hidrokarbon dari alginat juga dapat disintesis. Reaksi etilen oksida dan alginat dapat menghasilkan 2-hidroksietil alginat.

 

Ketiga, sifat fisik alginat

 

Rumput laut yang larut dalam air yang berguna secara komersial meliputi garam monovalen alginat (natrium alginat, kalium alginat, amonium alginat), kalsium alginat, garam campuran amonium-kalsium alginat, asam alginat, dan propilen glikol ester alginat.

 

Alginat, sebagai zat polisakarida hidrofilik, mudah menyerap air dari atmosfer dan dengan demikian kadar air kesetimbangan terkait dengan kelembaban relatif. Alginat memiliki stabilitas penyimpanan kering yang baik pada suhu kamar atau lebih rendah, sehingga produk alginat harus disimpan di tempat yang sejuk dan kering.

 

Alginat adalah sejenis polimer hidrofilik, ketika dimasukkan ke dalam air, jika tidak diaduk, partikel gel dapat menggumpal, dan bagian tengahnya tidak mudah dibasahi oleh air, mengakibatkan pelarutan yang lambat, yang membawa masalah pada penggunaan. Dalam produksi penggunaan umum metode pelarutan geser tinggi, yaitu dalam pengadukan berkecepatan tinggi tanpa henti, tambahkan bubuk lem secara perlahan ke dalam air, terus aduk hingga menjadi lem yang kental. Pemanasan yang tepat selama proses pembubaran, atau menambahkan gula dalam jumlah yang sesuai dan pencampuran dan pendispersi bubuk kering lainnya sebelum ditambahkan ke dalam air juga akan membantu pembubaran alginat.

 

(i) Alginat

 

Alginat, rumus molekul (C6H7O6H) n, bubuk putih atau kuning muda, tidak larut dalam air dingin, larut dalam larutan alkali, tidak larut dalam pelarut organik. Tidak berbau dan tidak berasa, atau memiliki sedikit bau khusus. Nilai pH suspensi air 3% adalah 2,0-3,4, dan diendapkan oleh garam kalsium. Asam alginat adalah sejenis asam poliglukuronat yang diekstrak dari rumput laut (misalnya rumput laut, makroalga, dll.), Yang dapat digunakan sebagai penstabil, pengental, pengemulsi dan zat pembentuk gel dalam industri makanan, dan dapat digunakan sebagai penstabil pengental es krim, saus, selai, roti, mie, krim kocok, sup, dll.agen pengatur pencairan es untuk makanan beku; agen penangguhan untuk minuman ringan; agen pelapis untuk makanan yang dipanggang; pengemulsi untuk puding dan bubuk krim kering semprot. Pengemulsi untuk puding dan bubuk krim yang dikeringkan dengan semprotan. Asam alginat juga dapat digunakan dalam industri farmasi dan perawatan kesehatan, sebagai agen anti-obesitas dan pengobatan penyakit lambung agen baru memiliki nilai medis yang lebih besar, pada saat yang sama, juga merupakan produksi alginat propilen glikol ester, alginat trietilamina, natrium dibasa alginat (PSS) dan bahan baku penting lainnya.

 

(B) natrium alginat

 

Natrium alginat, juga dikenal sebagai natrium fucoidan, getah rumput laut, getah ganggang coklat, alginat, bubuk atau partikel berwarna putih atau kuning muda, tidak berbau, tidak berasa, larut dalam air, larutan encernya adalah koloid kental, tidak larut dalam alkohol dan pelarut organik lainnya. Rumus molekulnya adalah C5H7O4COONa)n. Ini banyak digunakan dalam makanan, obat-obatan, tekstil, percetakan dan pencelupan, pembuatan kertas, industri kimia yang digunakan sehari-hari, dll. Ini terutama digunakan dalam industri makanan sebagai penstabil, pengental, pengemulsi, zat pendispersi dan koagulan dalam pengolahan minuman dingin, kue kering, permen, minuman instan dan bahan makanan, dll. Terutama sejak tahun 1980-an, rumput laut telah digunakan dalam pengolahan bahan makanan. Terutama sejak tahun 1980-an, natrium alginat terus diperluas dalam aplikasi makanan. Natrium alginat tidak hanya merupakan bahan tambahan makanan yang aman, tetapi juga dapat digunakan sebagai bahan dasar makanan bionik atau makanan terapeutik. Karena sebenarnya merupakan serat makanan alami, telah dilaporkan memperlambat penyerapan asam lemak dan garam empedu, dan memiliki efek menurunkan kolesterol serum, trigliserida darah, dan glukosa darah, yang dapat mencegah penyakit modern seperti hipertensi, diabetes, dan obesitas. Dapat menghambat akumulasi logam berbahaya seperti strontium, kadmium, dan timbal dalam tubuh di saluran usus. Karena peran penting natrium fucoidan inilah yang membuat natrium fucoidan semakin ditekankan di dalam dan luar negeri.

 

(III) Kalium alginat

 

Rumus molekul kalium alginat: (C6H7O6K)n, sifat: bubuk tidak beraturan berwarna putih sampai kuning muda, tidak berbau, tidak berasa, mudah larut dalam air membentuk larutan kental, tidak larut dalam etanol atau kandungan etanol lebih tinggi dari 30% (berat) larutan hidroalkohol, tidak larut dalam kloroform, eter, dan pH kurang dari 3 asam. Kalium alginat umumnya dapat diperoleh dengan mereaksikan alginat dengan kalium karbonat atau kalium hidroksida.

 

Dapat digunakan sebagai penstabil dan pengental pada makanan kaleng, es krim, mie, dan makanan lainnya sesuai dengan GB2760 China. Penggunaan: Terutama digunakan dalam industri obat dan makanan. Kalium alginat adalah sejenis karbohidrat polisakarida alami yang diekstrak dari rumput laut, yang dilaporkan memiliki efek menurunkan lemak darah, gula darah, kolesterol, dll. Ini terutama digunakan dalam obat-obatan dan makanan kesehatan.

 

(IV) Amonium Alginat

 

Amonium alginat adalah bubuk berserat berwarna putih sampai kuning muda atau bubuk kasar, hampir tidak berbau dan tidak berasa, perlahan-lahan dilarutkan dalam air untuk membentuk larutan koloid kental, tidak larut dalam etanol dan kandungan etanol lebih tinggi dari 30% (berat) larutan hidroalkohol, tidak larut dalam kloroform, eter dan nilai pH kurang dari 3 larutan asam. Metode produksi industrinya umumnya diperoleh dengan menetralkan alginat dengan amonia atau amonium karbonat.

 

(E) Kalsium alginat

 

Kalsium alginat, rumus molekul: [(C6H7O6)2Ca]n, serbuk putih hingga serbuk tak terbatas berwarna kuning muda, tidak berbau, tidak berasa, tidak larut dalam air dan pelarut organik, tidak larut dalam etanol. Larut perlahan dalam natrium polifosfat, larutan natrium karbonat dan larutan senyawa kalsium. Sistem industrinya umumnya diperoleh melalui reaksi antara alginat dan kalsium hidroksida atau kalsium karbonat.

 

Keempat, sifat reologi alginat dan faktor-faktor yang mempengaruhinya

 

Tidak ada korelasi antara viskositas alginat dan kemampuan untuk membentuk gel, dalam praktiknya, tidak ada batasan yang jelas antara pengentalan dan gel lemah, adanya sejumlah kecil ion kalsium dapat membuat viskositas meningkat, sedangkan sejumlah besar ion kalsium membuat larutan menjadi gel. Alginat murni yang dilarutkan dalam air suling menghasilkan larutan yang homogen dengan fluiditas yang tinggi. Faktor fisik yang mempengaruhi sifat fluida larutan alginat antara lain suhu, laju geser, ukuran partikel polimer, konsentrasi, dan pelarut yang dapat larut dengan akuades. Faktor kimia yang mempengaruhi larutan alginat adalah: pH, kelat, berbagai kation dan senyawa amina kuartener.

 

(i) Sifat-sifat reologi larutan alginat

 

Konsentrasi larutan alginat merupakan faktor penting yang mempengaruhi sifat reologi larutan alginat. Sebagai contoh, viskositas medium larutan natrium alginat, ketika konsentrasi 0.5%, dalam kisaran laju geser rendah untuk karakteristik fluida Newton, dalam laju geser tinggi pada kinerja karakteristik fluida non-Newton; tetapi ketika konsentrasi 2.5%, baik pada laju geser rendah maupun tinggi ditampilkan sebagai karakteristik fluida non-Newton. Demikian pula, larutan 3% propilen glikol alginat menunjukkan penipisan geser pada berbagai macam laju geser; sedangkan pada konsentrasi l% atau kurang, larutan memiliki viskositas yang hampir stabil dan tidak menunjukkan penipisan geser pada laju geser di bawah lOO s-1.

 

Natrium alginat memiliki berat molekul dan kekakuan molekul yang tinggi, dan larutan dengan viskositas yang tinggi dapat diperoleh bahkan pada konsentrasi yang rendah.

 

Kurva viskositas-geser natrium alginat viskositas sedang dan kalium alginat konsisten pada seluruh rentang laju geser. Kurva viskositas-geser PGA viskositas rendah dan natrium alginat pada dasarnya tumpang tindih pada kisaran laju geser yang lebih tinggi dari 10.000 s-1, dan bercabang dua hanya pada laju geser yang lebih rendah.

 

(II) Faktor-faktor yang mempengaruhi sifat reologi larutan alginat

 

1. Suhu

 

Ketika suhu meningkat, viskositas larutan alginat menurun, dan viskositas menurun sekitar 12% untuk setiap kenaikan suhu 5,6 ℃. Jika tidak berada di bawah suhu tinggi untuk waktu yang lama, viskositas dapat dipulihkan ketika suhu diturunkan. Pemanasan menyebabkan degradasi termal alginat, yang derajatnya bergantung pada suhu dan waktu. Meskipun menurunkan suhu larutan alginat akan meningkatkan viskositas, tetapi tidak akan menghasilkan gel, larutan alginat akan dibekukan, kemudian dicairkan dan dicairkan kembali, viskositasnya tidak akan berubah.

 

2. Pelarut

 

Penambahan sejumlah kecil pelarut non-air yang dapat larut dengan air, seperti etanol, etilen glikol, atau aseton, akan meningkatkan viskositas larutan alginat dan pada akhirnya menyebabkan pengendapan alginat. Batas larutan alginat yang diizinkan untuk pelarut ini dipengaruhi oleh sumber alginat, tingkat polimerisasi, jenis kation yang ada, dan konsentrasi larutan.

 

3. Konsentrasi

 

Mirip dengan kebanyakan gel makanan lainnya, viskositas alginat seperti natrium alginat, amonium alginat, kalium alginat, dan PGA meningkat seiring dengan konsentrasinya dalam larutan air. Tentu saja, ada perbedaan besar dalam peningkatan viskositas untuk berbagai tingkat viskositas alginat.

 

4. pH

 

Secara umum, alginat lebih stabil dalam kondisi asam, terutama untuk PGA. Nilai pH harus diturunkan menjadi 3,0 ketika PGA dapat membentuk gel, lebih tinggi dari 7,0 akan terjadi penyabunan dan penguraian, sedangkan nilai pH 3,0-7,0 cukup stabil, sehingga PGA sangat cocok untuk aplikasi makanan asam.

 

5. Gelasi

 

Alginat dapat bereaksi dengan banyak kation bervalensi tinggi (kecuali magnesium) untuk menghasilkan ikatan silang. Ketika kandungan kation multivalen meningkat, larutan alginat akan mengental dan membentuk gel, yang pada akhirnya akan mengendap.

 

Semua gel alginat adalah hasil interaksi antara molekul alginat, dan tidak dapat diubah secara termal. Struktur dan kekuatan gel dapat disesuaikan dengan memilih bahan pembentuk gel yang sesuai.

 

Ion logam multivalen, seperti seng, aluminium, tembaga, dengan adanya kelebihan amonia, dapat menghasilkan kompleks dengan alginat. Ketika amonia dihilangkan dari sistem ini, alginat yang tidak larut akan dihasilkan. Kalsium paling sering digunakan untuk mengubah sifat fluida larutan alginat dan sifat pembentuk gel dari kation polivalen, kalsium juga dapat digunakan untuk membuat serat dan film alginat yang tidak larut.

 

Penambahan kalsium ke dalam sistem alginat dapat secara signifikan mengubah sifat pembentuk gel. Namun, harus diperhatikan bahwa jika kalsium ditambahkan terlalu cepat, hal ini dapat menyebabkan reaksi lokal yang terlalu cepat, mempengaruhi keseragaman seluruh sistem, dan menghasilkan gel yang terputus-putus. Oleh karena itu, cobalah untuk menggunakan pelarutan garam kalsium yang lambat, atau tambahkan seperti natrium tripolifosfat atau natrium heksametafosfat seperti integrator, untuk mengontrol laju kalsium.

 

Beberapa prinsip yang digunakan untuk mengontrol kekuatan gel atau waktu gel adalah:

 

(1) penambahan zat pengkelat akan melemahkan efek pembentukan gel, tetapi penambahan zat pengkelat yang terlalu rendah dapat menghasilkan gel yang terputus-putus; (2) menurunkan kandungan kalsium menghasilkan gel yang lebih lembut, dan meningkatkan kandungan kalsium menghasilkan gel yang lebih keras. Namun, pemotongan kalsium yang berlebihan dapat menyebabkan terbentuknya gel atau endapan yang terputus-putus; (3) dalam sistem asam, penambahan asam yang dapat larut secara perlahan dapat mempercepat pembentukan gel; (4) semakin tinggi viskositas alginat, semakin rapuh gel yang terbentuk; (5) semakin mendekati kandungan kalsium dengan jumlah perhitungan kimia yang diperlukan untuk reaksi dengan alginat, semakin tinggi pula kemungkinan terjadinya kontraksi dehidrasi.

 

6. Agen chelating

 

Penambahan zat pengkelat ke dalam larutan alginat berfungsi untuk mengkelatnya dengan kation polivalen sisa dan untuk mencegah alginat bereaksi dengan kation polivalen ini. Larutan natrium alginat dengan kandungan kalsium rendah menunjukkan perubahan viskositas yang sangat kecil ketika agen pengkelat ditambahkan. Sebaliknya, ketika larutan kalsium alginat-natrium alginat ditambahkan ke zat pengkelat, viskositas berubah secara signifikan. Penambahan agen pengkelat dapat membuat cairan larutan alginat lebih dekat dengan cairan Newton.

 

7. Garam monovalen

 

Penambahan garam monovalen akan mengurangi viskositas larutan alginat encer. Konsentrasi garam monovalen dalam larutan mencapai 0,1 mol/L, merupakan efek terbesar pada viskositas. Dalam larutan pekat, efek ini kurang signifikan. Faktor utama yang mempengaruhi peran garam monovalen pada larutan alginat adalah: jenis garam, sumber alginat, derajat polimerisasi dan konsentrasi.

 

1. Karakteristik gelasi dan metode alginat

 

(I) Mekanisme gelasi

 

Dalam industri makanan, alginat terutama digunakan sebagai agen pembentuk gel dan pengental. Dalam aplikasi alginat, pembentuk gel digunakan secara luas. Alginat yang larut dalam air bereaksi dengan ion kalsium dan dapat membentuk gel dengan sangat cepat. Namun, mekanisme pembentukan gel dan faktor-faktor yang mempengaruhinya lebih kompleks.

 

Pembentukan gel alginat termasuk dalam gelasi kimiawi. Makromolekul ionik (seperti alginat) dengan adanya ion logam bervalensi tinggi dapat membentuk gel, dan tidak ada hubungan dengan suhu. Baik natrium alginat maupun pektin ester rendah memperoleh jenis gel khusus melalui reaksi kimia dengan ion kalsium sambil membentuk ikatan silang. Secara umum diyakini bahwa ikatan silang ini disebabkan oleh interaksi dua gugus karboksil pada rantai polimer yang berdekatan dengan ion kalsium untuk membentuk jembatan ion atau khelasi dengan ion kalsium melalui gugus hidroksil dan karboksil pada setiap pasang rantai polimer.

 

Sifat-sifat alginat (garam) terutama bergantung pada viskositasnya dan rasio asam mannuronat terhadap asam guluronat (M / G); semakin tinggi berat molekul, semakin tinggi viskositasnya, dan dengan mengontrol tingkat degradasi berat molekul melalui kondisi proses, dimungkinkan untuk mendapatkan tingkat viskositas alginat yang berbeda, namun rasio M / G, yang menentukan ukuran kemampuan pembentukan gelnya, bergantung pada sumber spesies yang berbeda.

 

Biasanya, tipe M tinggi biasanya digunakan sebagai pengental sedangkan tipe G tinggi digunakan sebagai agen pembentuk gel, karena dalam interpretasi model "karton telur" dari teori gelasi alginat, fragmen yang terhubung dengan asam guluronat memiliki konfigurasi spasial yang dapat menerima ion kalsium, sedangkan fragmen asam mannuronat cenderung berbentuk pita dan cenderung tidak dapat menerima ion kalsium. Ion kalsium membentuk gel rapuh berkekuatan tinggi dengan alginat tipe-G tinggi dengan stabilitas termal yang baik, yang dapat menjadi gel yang tidak dapat diubah secara termal; sedangkan dengan tipe-M tinggi, menghasilkan gel elastis yang lemah kuat, yang lebih cocok untuk perawatan pencairan atau pembekuan, di sisi lain, kekuatan gel tipe-M tinggi lebih tinggi daripada tipe-G tinggi ketika konsentrasi ion kalsium rendah, dan ketika konsentrasi ion kalsium meningkat, kekuatan gel tipe-G tinggi meningkat dengan cepat dan melebihi kekuatan gel tipe-M tinggi secara signifikan. Dengan peningkatan konsentrasi ion kalsium, kekuatan gel tipe-G tinggi meningkat dengan cepat dan sangat melebihi tipe-M tinggi, sedangkan peningkatan tipe-M tinggi lambat; ketika peningkatan konsentrasi ion kalsium melebihi jumlah maksimum yang dibutuhkan untuk pembentukan gel, hal itu akan menyebabkan penurunan kekuatan gel.

 

Konsentrasi ion kalsium dalam sistem memiliki pengaruh besar pada penggunaan praktis alginat. Menambahkan jumlah ion kalsium yang berbeda ke konsentrasi 0,5% larutan natrium alginat M tinggi menunjukkan bahwa: larutan tersebut bersifat pseudoplastik pada tingkat 0-50 ppm, tiksotropik pada tingkat 50-350 ppm, dan mulai membentuk gel pada tingkat 350 ppm atau lebih. Dalam aplikasi garam kalsium atau agen pengkelat yang berbeda untuk mengontrol kecepatan dan waktu pembentukan gel, umumnya digunakan garam kalsium dengan kelarutan yang berbeda: seperti CaCL2, dalam pH netral semua terdisosiasi menjadi ion kalsium, dan dapat dengan cepat bereaksi dengan alginat untuk membentuk gel; Kalsium sulfat dihidrat, hanya sejumlah kecil ion kalsium yang terdisosiasi menjadi ion kalsium pada pH netral, tetapi pada pH asam dapat terdisosiasi dalam semua kontrol kondisi pH tertentu, untuk mempertahankan hanya sejumlah ion kalsium dengan alginat dalam sistem, dan untuk mempertahankan sejumlah ion kalsium dengan gel. Kontrol kondisi pH tertentu untuk mempertahankan hanya sejumlah ion kalsium dalam sistem dan reaksi alginat, reaksi ion kalsium akan dikonsumsi dari disosiasi lebih lanjut dari kesetimbangan kalsium sulfat akan diisi ulang untuk mempertahankan konsentrasi ion kalsium yang sama; dikalsium fosfat, kelarutannya pada pH netral adalah nol, dengan peningkatan keasaman sistem, jumlah ion kalsium bebas meningkat; penggunaan zat pengkelat, seperti natrium pirofosfat, natrium sitrat, dll., dan kapasitas pengkhelat ion kalsiumnya berdasarkan pH; penggunaan zat pengasaman seperti asam glukonat - natrium sitrat, dll., Dan kemampuan pengkhelat ion kalsium berdasarkan pH; penggunaan zat pengasaman seperti glukono-δ-lakton, yang tingkat pengasamannya dikendalikan oleh suhu sistem; oleh karena itu, penggunaan faktor-faktor ini secara terampil dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan, waktu, dan kekuatan gel.

 

Jumlah ion kalsium yang diperlukan untuk pembuatan gel bergantung sepenuhnya pada kondisi pembuatan gel. Sebagai contoh, pada pH 4.0, gel dapat diproduksi dari sejumlah alginat dengan jumlah ion kalsium yang dihitung secara kimiawi mulai dari l0% hingga 15%. Namun, pada pH 7,0, diperlukan dua kali jumlah ion kalsium (sekitar 2% kalsium dengan dosis natrium alginat). Dalam kondisi asam, beberapa gugus karboksil terprotonasi, mengurangi tolakan antar rantai dan dengan demikian menurunkan jumlah total kalsium yang dibutuhkan untuk membentuk gel.

 

Cara untuk meningkatkan kekuatan gel alginat adalah dengan meningkatkan konsentrasi alginat atau ion kalsium serta menurunkan suhu sistem (pembekuan). Untuk melemahkan kekuatan gel alginat, metode berikut dapat digunakan: menurunkan konsentrasi alginat atau ion kalsium, meningkatkan suhu sistem, meningkatkan kandungan komponen yang dapat larut dalam sistem, menambahkan polimer bermassa molekul relatif tinggi, dan menambahkan zat pengkelat.

 

(ii) Metode pembentukan gusi

 

Hampir semua alginat larut mampu membentuk gel, dan ada tiga metode berbeda yang dapat digunakan untuk membuat alginat membentuk gel.

 

1. Gelasi Dispersif

 

Koagulasi dispersif adalah teknik yang paling sederhana, yaitu gel terbentuk ketika ion kalsium berdifusi ke dalam alginat yang terhidrasi. Karena proses difusi lambat, teknik ini hanya dapat digunakan untuk potongan tipis seperti potongan paprika, atau untuk melapisi permukaan cincin bawang dengan lapisan tipis gel. Jika konsentrasi ion kalsium dalam gel ditingkatkan, laju dispersi dapat ditingkatkan. Namun, ada batasannya, karena sumber ion kalsium yang paling umum digunakan adalah kalsium klorida, dan jika konsentrasinya terlalu tinggi, hal itu dapat memengaruhi rasa makanan. Bantuan koagulan lain yang umum digunakan adalah kalsium laktat, yang memiliki kelemahan yaitu kelarutan yang sangat rendah dalam air (sekitar 5%).

 

2. Koagulasi internal

 

Koagulasi internal umumnya terjadi pada suhu kamar dengan pelepasan kalsium yang terkontrol dari bahan. Ini biasanya digunakan dalam persiapan buah-buahan, daging, dan banyak makanan penutup yang disajikan dingin. Kalsium sulfat (biasanya mengandung dua molekul air) dan kalsium hidrogen fosfat adalah sumber kalsium yang paling umum digunakan. Proporsi kalsium yang dibutuhkan oleh molekul alginat sangat bergantung pada pH, berat molekul, ukuran titik plasma, dan kelarutan garam kalsium itu sendiri. Semakin kecil ukuran partikel dan semakin rendah pH, semakin cepat kalsium dilepaskan. Kalsium perlu dimasukkan dalam produksi untuk mengontrol laju pelepasan sehingga gel rumput laut dapat dilarutkan sebelum reaksi antara gel rumput laut dan kalsium dimulai.

 

Setelah jumlah getah rumput laut dan garam kalsium ditentukan, meningkatkan jumlah integrator akan mengurangi laju gelasi. Gel yang dihasilkan lebih lemah karena distribusi akhir ion kalsium antara alginat dan integrator lebih mendukung yang terakhir. Oleh karena itu, penggunaan zat pengintegrasi untuk mengontrol reaksi gelasi hanya diperlukan jika gelasi prematur dan pecahnya struktur gel yang tidak dapat dipulihkan perlu dicegah selama pencampuran. Jelas, jika peralatan pencampuran cepat yang efisien digunakan, hanya sejumlah kecil integrant yang diperlukan dan hanya sejumlah kecil garam kalsium yang dilarutkan selama pencampuran. Dalam hal ini, koagulasi cepat menghasilkan gel yang keras. Integrator yang umum untuk bahan makanan adalah natrium heksametafosfat, tetrasodium pirofosfat, dan natrium sitrat.

 

3. Pendinginan Gelasi

 

Metode ketiga untuk menyiapkan gel alginat adalah dengan melarutkan bahan-bahan untuk gel, termasuk alginat, garam kalsium, asam, dan integrator, dalam air panas dan kemudian membiarkan larutan mendingin untuk memungkinkan koagulasi. Meskipun ion kalsium yang diperlukan untuk reaksi koagulasi sudah ada dalam larutan dengan alginat, mereka tidak dapat menggumpal pada suhu tinggi karena rantai alginat berbentuk linier ketika ada terlalu banyak panas. Hanya ketika larutan tersebut didinginkan, asosiasi internal rantai yang disebabkan oleh kalsium dapat terwujud. Berbeda dengan gel gelatin, gel alginat tidak dapat diubah ketika dipanaskan, sehingga dapat digunakan untuk permen di beberapa daerah di mana suhu lingkungan yang lebih tinggi cukup untuk melelehkan gel yang terbuat dari gelatin. Peran garam kalsium dan integrator dalam sistem tersebut sama dengan gelasi internal yang dijelaskan di atas.

 

Efek penyusutan dehidrasi atau kehilangan air pada gel tersebut minimal. Hal ini disebabkan oleh stabilitas yang disebabkan oleh kalsium yang diperlukan untuk membentuk gel, memungkinkan semua molekul alginat membentuk jaringan yang stabil secara termodinamika sewaktu membentuk gel.

 

Dalam koagulasi difus, yang pertama kali bekerja adalah molekul alginat yang berada di dekat ion kalsium dalam koagulan, sedangkan dalam koagulasi internal, yang pertama kali bekerja adalah molekul alginat yang berada di dekat plasma kecil garam kalsium terlarut. Dengan demikian, baik dalam kondensasi difus maupun internal, molekul alginat tidak memiliki kesempatan untuk berbaris dalam garis lurus selama seluruh proses, dan dengan demikian jaringan gel mereka dibangun di atas dasar yang tidak stabil. Ketidakstabilan ini, secara umum, memperburuk penyusutan gel dan kontraksi dehidrasi.

 

Sesuai dengan tiga metode di atas, dalam aplikasi pengolahan makanan tertentu, metode pembentukan gel juga dapat dibagi menjadi (1) metode infiltrasi: melalui ion kalsium secara konstan menembus ke dalam larutan alginat dan menjadi gel, seperti untuk pengawetan buah (akan menjadi buah terlebih dahulu melalui larutan natrium alginat dan kemudian ke dalam ion yang mengandung kalsium ke dalam larutan, permukaan buah yang merupakan pembentukan gel, pengeringan yang menjadi film tipis dan dengan demikian mencegah buah dari pernapasan). (2) Metode pencampuran: tambahkan natrium alginat tipe-G tinggi dan garam kalsium yang sedikit larut (dalam sistem pH netral) atau garam kalsium yang tidak larut (dalam sistem pH asam) dalam sistem, dan kendalikan karakteristik gel dengan mengubah suhu, keasaman, konsentrasi efektif kalsium dan waktu reaksi; seperti untuk reorganisasi daging cincang (94% daging cincang, 0.9% natrium alginat tipe-G tinggi, 0,09% natrium pirofosfat, 0,9% kalsium sulfat dihidrat, dan 4% air. Disosiasi kalsium sulfat dipecah dengan pembentukan gel dari ion kalsium dan natrium alginat dan perlu untuk memisahkan lebih banyak ion kalsium, dan campuran ditempatkan dalam wadah dengan bentuk tertentu, dan setelah waktu yang diperlukan, diperoleh sepotong daging yang terstruktur dengan baik). Metode lain untuk menggunakan campuran dua fase, A dan B, dalam sistem asam untuk menghasilkan produk filamen gelas buah juga membantu dalam memahami aplikasi spesifik.

 

Kalsium fosfat dalam fase A tidak bereaksi dengan natrium alginat untuk membentuk gel dalam kondisi netral, dan ketika dua fase dicampur dengan pengadukan berkecepatan tinggi dan kemudian diekstrusi melalui nosel berpori tabung panjang, gel berserabut seperti kaca telah terbentuk karena pencampuran dua fase mengubah sistem menjadi sistem asam, dan kalsium fosfat mulai melepaskan ion kalsium untuk bereaksi dengan natrium alginat untuk membentuk gel, dan kekuatan gel meningkat seiring dengan migrasi waktu pengangkutan di ban berjalan. (3) metode pendinginan: karena suhu tinggi, gerakan Brang antarmolekul yang intens tidak dapat membuat ion kalsium dan natrium alginat membentuk susunan struktur gel, sehingga semua komponen yang diperlukan dapat ditambahkan ke sistem larutan suhu tinggi, menjadi suhu larutan turun ke titik gel, yaitu pembentukan panas tidak akan meleleh meskipun dipanaskan secara termal.

 

Selain itu, alginat dan gel makanan lainnya memiliki kompatibilitas dengan pektin ester tinggi yang dapat dibentuk dalam sistem yang tidak mengandung ion kalsium dalam pembentukan gel yang tidak dapat diubah secara termal, untuk produksi selai rendah kalori; dan pektin ester tinggi saja dapat berada dalam sistem yang mengandung gula tinggi untuk membentuk gel.

 

Keenam, peran alginat dan protein antara

 

Alginat, mirip dengan gel yang larut dalam air lainnya, dapat bekerja dengan protein. Penggunaan utama dari tindakan ini dapat digunakan untuk pemulihan presipitasi protein. Secara umum diyakini bahwa dalam aksi terkontrol alginat dan protein, ikatan hidrogen dan gaya van der Waals merupakan faktor penting yang menyebabkan aksi ini. Hal ini juga tergantung pada muatan yang dibawa oleh makromolekul, dengan interaksi maksimum terjadi pada titik muatan terkecil. Pengukuran viskositas sistem alginat-protein pada pH yang berbeda menunjukkan bahwa ketika pH diturunkan mendekati titik iso protein, viskositas sistem meningkat karena pembentukan kompleks yang dapat larut. Jika pH diturunkan lebih lanjut, pengendapan kompleks terjadi karena hilangnya semua muatan yang dibawa. Selain digunakan untuk mengendapkan protein, alginat juga dapat digunakan untuk menghambat pengendapan protein dalam kondisi yang sesuai. Di bawah titik isoelektrik protein, penambahan alginat dalam jumlah yang sesuai dapat menurunkan titik isoelektrik dan menghambat pengendapan protein untuk mempertahankan protein dalam larutan. Pada pH yang lebih rendah (pH 3,5 hingga 4,0), alginat memiliki kemampuan yang lebih besar untuk mengendapkan protein daripada pektin dan karboksimetil selulosa, yang terutama disebabkan oleh fakta bahwa dalam rantai molekul alginat, muatan yang dibawa oleh gugus ujung setiap unit lebih tinggi daripada pektin dan karboksimetil selulosa. Selain itu, konfigurasi ruang juga merupakan faktor penting.

 

Tujuh, alginat dalam aplikasi industri makanan

 

Jenis utama alginat yang digunakan dalam industri makanan adalah: natrium alginat, kalium alginat, kalsium alginat, dan propilen glikol alginat. Peran alginat yang paling penting dalam pengolahan makanan adalah gelasi, yaitu pembentukan gel yang dapat dimakan. Kedua, sifat pengental dan pembentuk film dari alginat juga banyak digunakan dalam industri makanan. Natrium alginat dalam industri makanan sering digunakan sebagai pengental (saus, saus salad, pengental minuman buah, dll.), Penstabil (dalam es krim), zat pembentuk film (digunakan dalam kue-kue sandwich, ikan beku, daging, dll. Untuk mencegah infiltrasi air, kemasan anti lengket permen, pengawetan buah) dan zat penahan air (digunakan pada produk beku dan produk susu permen beku) dan sebagainya.

 

(I) Peran utama alginat dalam makanan

 

1. Stabilisasi

 

Sodium alginat sebagai pengganti pati, gelatin untuk penstabil es krim, dapat mengontrol pembentukan kristal es, meningkatkan tekstur es krim, tetapi juga untuk menstabilkan sorbet air gula, es dan embun buah, susu beku, dan minuman campuran lainnya. Banyak produk susu, seperti keju olahan, krim guandan, keju, dll. Efek penstabil natrium alginat dapat mencegah adhesi makanan dan kemasan, dapat digunakan sebagai penutup perhiasan susu, yang dapat membuatnya stabil dan mencegah retaknya kue frosting.

 

2. Penebalan

 

Sodium alginat dapat digunakan dalam saus salad (sejenis selada kol), puding (sejenis makanan ringan manis), selai, saus tomat, dan produk kalengan dari bahan pengental, untuk meningkatkan stabilitas sifat produk, mengurangi rembesan cairan.

 

3. Hidrasi

 

Tambahkan natrium alginat dalam produksi mie, bihun, tepung beras dapat meningkatkan daya rekat organisasi produk, sehingga kuat, dapat ditekuk, mengurangi tingkat kerusakan, terutama untuk kandungan gluten tepung yang lebih rendah, efeknya lebih jelas. Tambahkan natrium alginat dalam roti, kue kering dan produk lainnya, dapat meningkatkan organisasi internal keseragaman produk dan efek penahan air, memperpanjang waktu penyimpanan. Ditambahkan dalam produk kembang gula beku dapat memberikan lapisan pelindung fusi termal, meningkatkan pelepasan rasa, meningkatkan titik leleh kinerja.

 

4. Gelasi

 

Sodium alginat dapat dibuat menjadi berbagai makanan gel, mempertahankan bentuk koloid yang baik, tidak ada cairan atau penyusutan, cocok untuk makanan beku dan makanan tiruan buatan. Ini juga dapat digunakan untuk menutupi buah-buahan, daging, unggas dan produk akuatik sebagai lapisan pelindung, tanpa kontak langsung dengan udara untuk memperpanjang waktu penyimpanan. Ini juga dapat digunakan sebagai bahan pembentuk pembekuan sendiri untuk lapisan gula pada roti, pengisi isian, lapisan pelapis kembang gula, makanan kaleng, dll. Dalam suhu tinggi, pembekuan dan media asam masih dapat mempertahankan bentuk aslinya. Dapat juga dibuat sebagai pengganti agar-agar dengan elastisitas, gigi anti lengket, permen kristal transparan.

 

(B) aplikasi spesifik alginat dalam makanan

 

1. Aplikasi dalam es krim

 

Gunakan natrium alginat sebagai pengganti gelatin, pati dan penstabil makanan minuman dingin lainnya, dapat membuat bahan tercampur rata, mudah dicampur dan larut, dalam pembekuan dapat diatur alirannya, sehingga produk es krim memiliki tampilan yang halus dan karakteristik meleleh, tetapi juga tanpa waktu penuaan, laju ekspansi juga lebih besar, tekstur produk halus, lembut, rasa enak, dosisnya juga lebih rendah dari pada penstabil yang biasa digunakan.

 

2. Aplikasi dalam produk roti

 

Menambahkan natrium alginat ke makanan yang dipanggang dapat membuat kualitasnya meningkat pesat. Digunakan dalam produksi kue, telur gulung dapat mengurangi tingkat penghancurannya, hasil pengujiannya adalah bahwa tingkat penghancuran dapat dikurangi 70% menjadi 80%, penampilan produk halus, tahan lembab untuk ditingkatkan; ketika diterapkan pada produksi roti, kue dapat membuatnya mendapatkan ekspansi lebih lanjut, peningkatan volume, tekstur longgar, mengurangi irisan saat jatuhnya puing-puing partikel, tetapi juga untuk mencegah penuaan, memperpanjang periode pengawetan.

 

3. Aplikasi dalam produk susu dan minuman

 

Saat ini, yogurt sebagai susu sapi yang bernilai gizi tinggi sangat populer di kalangan konsumen, dan yogurt juga merupakan salah satu sumber penting bakteri asam laktat yang bermanfaat. Ini adalah susu dengan fermentasi mikroba (umumnya bakteri asam laktat), sehingga menghasilkan rasa khusus produk susu. Jus buah terkadang ditambahkan ke dalamnya untuk meningkatkan nilai gizi dan rasanya. Alginat dapat memainkan efek stabilisasi pada produk yogurt dalam kisaran pH yang luas, dalam kisaran pH 3,9 hingga 4,9, dapat memainkan peran ini. Buttermilk beku yang distabilkan dengan alginat memiliki tekstur yang baik tanpa lengket atau kaku, serta lengket dan lamban saat diaduk. Alginat juga dapat mencegah fenomena hilangnya viskositas dalam proses sterilisasi produk yogurt． Tambahkan 0,25% hingga 2% alginat dalam susu, dan produk jadinya disimpan pada suhu tinggi selama 30 hari, dan rasanya tidak akan berubah. Selain produk yogurt, minuman lain juga bisa menggunakan alginat. Misalnya, sirup buah yang renyah dan segar dapat dibuat dari natrium alginat dan sakarin, ditambah dengan bahan-bahan. Sirup ini memiliki rasa yang halus, rata dan enak serta stabil dan tidak mudah berlapis.

 

4. Aplikasi dalam makanan dingin dan makanan ringan

 

Alginat memiliki kemampuan untuk membentuk gel dengan mudah, sehingga dapat digunakan secara luas dalam produksi makanan ringan manis, khususnya untuk pembuatan puding susu dingin, map pai, manisan beku. Natrium alginat dan gula dicampur dengan air untuk larut, tambahkan buah yang dihancurkan dengan warna, rempah-rempah dan aditif lainnya, dan kemudian tambahkan larutan garam asam organik kalsium yang dapat dimakan, pembentukan gel, dalam 70 ~ 100 ℃ di bawah panas selama 2 menit, dapat dibuat dari manisan buah yang lezat.

 

5. Aplikasi dalam produk pasta

 

Karena natrium alginat memiliki hidrofilisitas dan daya rekat yang kuat, maka dapat ditambahkan ke dalam mie, mie, dan produk mie lainnya untuk meningkatkan ketangguhan produk, mengurangi tingkat kerusakan, tidak lengket setelah dimasak, sup tidak busuk, tahan penyimpanan dan rasa yang enak. Khusus untuk tepung dengan kadar gluten rendah, efeknya lebih baik.

 

6. Aplikasi dalam bir dan minuman beralkohol lainnya

 

Menambahkan natrium alginat dalam bir dapat memainkan efek menstabilkan pada busa bir, dan transparansi juga meningkat, periode pengawetan diperpanjang, dalam minuman beralkohol lainnya seperti sake, anggur buah dan sampanye dan minuman beralkohol lainnya sering kali karena adanya lebih banyak asam dan pigmentasi serta kekeruhan, jika Anda menambahkan natrium alginat dalam jumlah yang sesuai, bisa sangat baik untuk berperan dalam klarifikasi. Selain itu, alginat juga dapat menghilangkan tanin dan zat nitrogen dalam wine.

 

7. Aplikasi dalam makanan buatan

 

Penerapan alginat juga dapat menghasilkan selai buatan, margarin, pelapis usus buatan dan buah buatan serta makanan buatan lainnya. Selama pemanis dan pewarna makanan yang dibutuhkan, bumbu ke dalam larutan natrium alginat, aduk rata, tambahkan kalsium, dalam waktu singkat dapat membentuk selai buatan yang baik; alginat dapat digunakan sebagai pengental atau pengemulsi untuk margarin, biasanya menggunakan propilen glikol alginat, dan terkadang juga menggunakan natrium alginat.