聚丙烯酸鈉增稠劑的特性及用途

食品膠的研究和開發一直以來都是食品配料行業中十分活躍的領域．相當數量和種類的加工食品若要進一步提高其感官品質和質量，都離不開食品膠體在其中的有效應用；聚丙烯酸鈉是具有親水基團的高分子化合物，緩慢溶于水形成極粘稠的透明溶液，其粘性不像CMC和海藻酸鈉那樣吸水膨脹，而是由于分子內許多陰離子基的離子現象使分子鏈增長，表觀粘度增大而形成高粘性溶液．粘度約為羧甲基纖維素鈉(CMC)、海藻酸鈉的15-20倍，耐堿性好，久存粘度變化小，不易腐�。�由于聚丙烯酸鈉本身的特性使它具有多種用途，其增稠特性作為食品膠的應用就是其中之一．國外從上世紀六十年代就開始將聚丙烯酸鈉用于多種食品的增稠、增筋和保鮮等，是美國FDA、日本厚生省等批準使用的食品添加劑，2000年中國衛生部也正式批準為食品級增稠劑(種類代碼20．0)[2]．作為近幾年才在我國推廣應用的新型食品膠，本文對聚丙烯酸鈉的增稠特性及作為食品膠的應用性能進行了研究和討論．
1? 實驗部分
1．1? 反應原理

1．2? 工藝流程

1．3? 合成操作
在1000L反應釜中加入丙烯酸，滴加氫氧化鈉水溶液中和至pH=7-8，中和液經活性炭吸附和陽離子交換樹脂處理后，加入引發劑等助劑，反復抽真空充N2三次，于45-50℃聚合得到凝膠狀產品，經造粒、干燥、粉碎、包裝得產品．
2? 聚丙烯酸鈉增稠劑的功能特性及用途
2．1? 食品級聚丙烯酸鈉的質量標準
在我國正式批準聚丙烯酸鈉作為食品添加劑使用之前，我國東南沿海的廣東、福建、江蘇、浙江的一些食品生產企業(主要是外資和合資企業)已經在使用日本進口的添加劑聚丙烯酸鈉，目前進入中國市場的主要是日本化藥株式會社和日本觸媒株式會社的產品．
其質量標準如下[3，4]：
砷(以As2O3計)≤2ppm；重金屬≤20 ppm；硫酸鹽(以H2SO4計)≤0．48％；透明度：限度內；殘留單體≤1％；低聚合物(聚合度1000以下)≤5％；淀粉：限度內；干燥失重(105℃，4h)≤10％；灼燒殘渣≤75％
我們參照以上日本食品添加劑標準，采用簡便清潔的水溶液聚合工藝，通過對原料的精制和反應條件的優化，合成了食品級一聚丙烯酸鈉，中試產品經省衛生防疫站檢測達到了日本食品添加劑標準(我們參照“日本厚生省食品、添加物等の規格基準[4]，2001年制訂了企業標準Q／HKT004-2001)，產品經多家用戶在面包、方便面、米粉、冰淇淋、肉糜產品、水產保鮮等方面使用，反映良好，完全可以代替進口產品．
2．2? 用途與參考用量
2．2．1? 因其水溶液具有良好的拉絲效果，常應用于冷食品芯料中及拉絲冷飲制品，一般用量為0．1％-0．2％．
2．2．2? 與瓜爾豆膠0．55％、魔芋膠和卡拉膠(4：11混合物)0．15％、聚丙烯酸鈉0．2％復配，可用于制作有拉絲感的冰激凌產品．
2．2．3? 可與其他增稠劑復配成干拌型復合乳化劑：瓜爾豆膠0．55％、魔芋膠0．12％、卡拉膠0．03％、聚丙烯酸鈉0．2％[1]．
2．2．4? 可在果醬、番茄沙司、調味醬、醬油等調味品及稀奶油、果汁等食品中作增稠劑和穩定劑．
2．2．5? 由于親水基帶來的保水作用，能抑制因冷凍干燥引起的水份散失，在速凍糧食制品中加入0．03-0．05％增稠劑，可防止食品在冷凍、加工、運輸、冷藏出售及加熱食用過程中開裂．
2．2．6? 面包、蛋糕、面條類、餃子粉等面粉制品，增強原料面粉中的蛋白質粘結力，防止可溶性淀粉和營養
成分滲出，提高面團的延展性和原材料利用率，改善口感和風味，抑制面包等食品因自然干燥引起的老化現象，用量約0．05％．
2．2．7? 方便面等油炸食品加工中，使原料中的油脂成分穩定地分散至面團中，降低吸油率，節約用油．
2．2．8? 紅薯、玉米、燕麥、馬鈴薯等粉絲粉條制品，提高產品的筋力，增加耐煮性．
2．2．9? 冷凍食品、水產加工品保鮮“冰衣”．
3? 幾種因素對聚丙烯酸鈉食品膠粘度的影響
我們取不同批次的中試樣品對水質、分子量、酸堿度等因素對其粘度的影響進行了測定．
3．1? 不同水質對粘度的影響
表1? 不同水質下的粘度
Table 1? The viscosity of different water quality

測試條件：SNB-1粘度計??? 溫度：25℃
從表1看出，不同水質(軟水、硬水)的水溶解同一規格的增稠劑時，粘度相差很大，因此使用聚丙烯酸鈉增稠劑時，應選用軟水溶解為宜．
3．2? 分子量對粘度的影響
本實驗取分子量從1500-5000萬范圍的四個中試樣品，各稱取0．67g溶解于500ml軟水中，用SNB-1粘度計進行測定(如圖1)．
圖1表明聚丙烯酸鈉食品膠的分子量越大，相同質量濃度的體系粘度就越大．
3．3? 體系的酸堿度對粘度的影響
每次取中試5#產品0．67g溶解于500m1水中，用NaOH和HCl調整體系的酸堿度，pH值從3-10不等，用SNB-1粘度計進行測定，如圖2．
從圖2看出：聚丙烯酸鈉食品膠在pH8-10之間粘度變化不大，耐堿性好，在堿性溶液體系中粘度下降很少．

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測試條件：SNB-1粘度計；溫度：25℃；濃度：1．35‰ ????????????測試條件：SNB-1粘度計；溫度：25℃；濃度：1．35‰
圖1? 分子量對粘度的影響 圖2? pH值對粘度的影響
Fig．1 The influence of molecular weight on viscosity Fig．2? The influence of pH on viscosity
3．4 溫度對體系粘度的影響
表2 不同溫度下的粘度
Table 2 The viscosity of different temperature

? 測試條件：SNB-1粘度計??? 濃度：1．35‰
聚丙烯酸鈉是高分子化合物，由于分子量會隨溫度的升高、加熱時間過長而降解，其溶液粘度也會隨之降低，而溫度太低其在水中的溶解性又變差，因此，聚丙烯酸鈉食品膠的溶解使用溫度在45-50℃為最佳．
4? 結論
聚丙烯酸鈉是增稠效果好、用途廣、食用安全性高的新型食品膠，緩慢溶于水形成極粘稠的透明溶液，其粘度隨分子量、體系酸堿度及溫度的不同而改變；能有效改善食品的物理性狀且兼有乳化、穩定之功效．
參考文獻：
[1]? 蔡云升．冰淇淋生產中的穩定劑、乳化劑及復合乳化穩定劑[A]．中國食品添加劑增刊(學術論文集)[C]．北京：中國食品添加劑協會，2003．
[2]? GB2760-1996(2000年增補增稠劑品種)[S]．
[3]? 厚生�。�食品添加物便覽[M]．東京：食品ξ科學社，1993．
[4]? 日本厚生省食品、添加物等の規格基準(1992)[S]．
The thickening character and applications of sodium polyacrylate
XU Dan1，DONG Xue-liang1，LIU Ming2，YU Xue-jun1，ZHANG Hai-jun3
(1．Henan Key Laboratory of Fine Chemicals，Zhengzhou 450002，China；
2．Henan Chemical Technology Development General Company，Zhengzhou 45002，China；
3．Henan Academy of Sciences，Zhengzhou 450002，China)
Abstract：The thickening character，factors affecting the viscosity and applications of sodium polyacrylate are
reportedand discussed．
Key words：sodium polyacrylate；thickening character；food gum