食用胶凝胶特性的研究及果冻的制作.docx

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食用胶凝胶特性的研究及果冻的制作

食用胶凝胶特性的研究及果冻的制作

摘要：

比较了卡拉胶、琼脂、海藻酸钠、羧甲基纤维素（CMC）、黄原胶等食用胶的溶解性能，探讨了浓度、柠檬酸、钙离子、其它食用胶等条件对琼脂、卡拉胶、海藻酸钠等食用胶体的凝胶性能的影响。

关键词：

CMC琼脂，卡拉胶，海藻酸钠，凝胶特性

前言：

食用胶体在食品行业作为添加剂使用，起到增强食品体系凝胶强度，增强嚼劲，改善口感的作用，特别地要指出在果冻的应用中，食用胶体是一种必不可少的材料，所以了解不同的食用胶体的品质特性，对于果冻制作的有着重要的意义。

1实验材料、仪器

1．1材料：

琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶；CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4、KCl、柠檬酸、蔗糖、色素（红、黄、蓝）。

1．2仪器：

50mL小烧杯（每组7个）、锥形瓶（每组1个）、直径0.3、0.5cm的玻璃棒（每组4根，每种规格各2根，要求表面平整）、量筒（每组1个）、天平（每组1台，其中至少有3台大的）、大试管（每组5根）、温度计（每组5根）、铁架台（每组一台）、水浴锅（3~4台）、电炉（至少5台）、电子天平（共用）。

2实验方法

2．1凝胶强度测定方法

用自制简易凝胶强度仪测定，具体方法如下：

胶体溶液在电炉上煮沸，冷却形成凝胶后。

取一铁架台、一支截面光滑平整的玻璃棒（直径依凝胶强度选定）、一台天平、一个锥形瓶。

将玻璃棒固定在铁架台上，将凝胶体放在天平的一端，锥形瓶放在天平的另一端，在锥形瓶中加入水平衡天平（设此时锥形瓶和水总重为W1），调整玻璃棒的截面使其与凝胶体的表面轻轻接触，然后往锥形瓶中缓慢的加水，注意观察，当玻璃棒穿透凝胶体表面时，立即停止加水，称锥形瓶和水总重，设为W2。

则凝胶强度的计算公式为

凝胶强度（g/cm2）=（W1-W2）/S（式中S为玻璃棒的截面积）

2．2凝胶体凝固点的测定：

取50mL胶体溶液，倒入烧杯中，插入温度计，然后使温度缓慢下降，至烧杯倾斜45-50。

角时液面凝固不动，此时的温度即为该凝胶体的凝固点。

2．3凝胶体融点的测定：

待上一步骤中的溶液凝固完全，于冰箱中放置5min，放入一粒玻璃珠（直径=5mm）于凝胶表面。

把试管在90℃的水浴中加热，使凝胶温度慢慢上升，观察玻璃珠落下的温度即为凝胶的融点。

3实验内容

3．1比较琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶等食用胶（1%）在冷水、热水中的溶解情况以及相同浓度下它们的凝固点、融点。

3．2琼脂凝胶性能的研究

3．2．1找出琼脂的最低凝胶浓度；（提示可以由0.8%开始试，上下梯度为0.2%）

3．2．2变换琼脂浓度，其凝胶性能如何变化；（至少变换5个）

3．2．3固定琼脂浓度，在其溶液中加入一定相同浓度的卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶，其凝胶强度如何变化。

3．3卡拉胶凝胶性能研究

找出卡拉胶的最低凝胶浓度；（提示可以由1%开始试，上下梯度为0.2%）；

在相同浓度的卡拉胶溶液中分别加入一定浓度的KCl、CaCl2时，其凝胶强度与不加离子有何不同；（提示，离子浓度可以尝试0.1%左右浓度）；

固定卡拉胶浓度，在其溶液中加入一定相同浓度的琼脂、海藻酸钠、CMC、黄原胶，其凝胶强度如何变化。

3．4海藻酸钠凝胶性能研究

在一定浓度的海藻酸钠溶液中加入一定相同浓度的CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4，观察其是否形成凝胶，凝胶状态如何；（选海藻酸钠1%左右试，离子浓度在0.1%左右）

在上述两种基础上再加入一定的柠檬酸酸，其凝胶状况又怎样；

在上述基础上，找出一种合适的钙盐，并找出其使海藻酸钠形成凝胶的最低浓度。

3．5果冻的研制

根据以上实验情况，找出一种合适的食用胶（提示，可能复配效果好）来加工果冻，探讨出制作果冻的一种配方，要求所制的果冻具有较好的弹性、韧性、甜酸比及合适的颜色。

4实验结果与讨论：

4.1食用胶性质比较

表1是对食用胶溶解、凝固点以及溶点的比较。

表1食用胶物理性质比较

胶体

项目

卡拉胶

CMC

琼脂

黄原胶

海藻酸钠

溶

解

性

室温条件

较易溶，浑浊

较难溶，有凝块

易溶，浑浊

难溶，有凝块

难溶，有凝块

加热条件

易溶，澄清，不起泡

易溶，澄清，不起泡

难溶，浑浊，起泡

难溶，浑浊，起泡

难溶，浑浊，起泡

凝固点

32℃

－

39℃

27℃

－

溶点

33.6℃

－

54℃

51℃

－

由上图的结果所示：

凝固点中，琼脂>卡拉胶>黄原胶，而熔点中，琼脂>黄原胶>卡拉胶，而同时CMC与海藻酸钠测量不出凝固点和熔点。

而在加热的条件下卡拉胶、CMC,相对较难起泡，其他的气泡性比较好。

引用《食品化学》【1】蛋白质气泡性的描述：

如果液膜本身具有较大的刚性……液膜本身就不容易破。

同理可以推导出，由于琼脂、黄原胶、海藻酸钠的胶体在加热过程中所形成的液泡的膜刚性强度比较的，所以比较牢固，可以看出，分子间的力的作用比较强而造成液膜的刚性较强，而表现为起泡性能较好。

加热是浑浊是由于在加热的过程，琼脂、黄原胶、海藻酸钠分子在水溶液的体系中比较容易聚合，形成较大分子的物质，而这些物质由于浮力或者是热对流的作用悬浮在溶液体系中，影响了透光性—散光现象，这样会有结果所示的浑浊现象。

凝固点与熔点的温差：

黄原胶>琼脂>卡拉胶。

从而可以看出黄原胶的性质相对远离原理晶体的性质，而卡拉胶相对接近。

4.2琼脂凝胶性能

对不同浓度的琼脂进行凝胶强度的测试，结果如表2

表2不同浓度琼脂的凝胶强度

浓度

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

凝胶强度g/cm2

－

12.43

20.57

40.71

60

图一不同浓度琼脂的凝胶强度

从表二和图一看出，随着浓度的增大，琼脂的凝胶强度也在不断的增加，特别指出的是，在0.6%的这个浓度点的位置，琼脂的凝胶强度会有一个突跃点，在0.6%之后，凝胶强度的增加趋势更加的迅猛。

浓度对凝胶强度的影响：

随着增稠剂浓度的增高，增稠剂分子的体积增大，互相作用的几率增加，吸附的分子增多，故粘度增大【】。

由于分子在水中的溶解状况是部分呈现为电离状态，也就是在此过程中，琼脂分子会部分带电或者是有空余的价位与其他的基团结合，于是，有利的氢氧根基团，就与其形成氢键。

跟甚至是由于分子间的范德华的作用，而对水分子进行吸附，从而构建出跟大的网络结构，接触面积增大，那么分子所构建的网状结构之间的摩擦力也就相应的增大，在宏观上就表现为粘度的增大。

正如上面的实验结果所示。

同一浓度的凝胶与同浓度的其他食用胶混合后，进行凝胶强度的测定，结果如表3.

表30.8％琼脂与0.2％其他食用胶混合后的凝胶强度

混合胶种类

琼脂＋CMC

琼脂＋卡拉胶

琼脂＋海藻酸钠

琼脂＋黄原胶

凝胶强度g/cm2

28.85

54.29

12.57

－

图二0.8％琼脂与0.2％其他食用胶混合后的凝胶强度

从上图可以看出琼脂与其他胶体复配使用的时候，凝胶强度效果排列：

卡拉胶>CMC>海藻酸钠>黄原胶。

卡拉胶具有类似琼脂的空间结构，双螺旋结构，在胶体与胶体的结合上产生附加胶粘增强凝胶作用，而CMC在空间结构上与琼脂的结构不吻合，有抗拮凝聚的作用，而海藻酸纳则由于支链的过少过短而导致的凝聚效果不明现，跟甚至低于CMC。

但是值得怀疑的黄原胶也具有双螺旋结构但是凝胶强度不够明显。

这可能与浓度有关。

因为黄原胶分子与琼脂分子形成3维网状结构，超过一定比例则阻碍琼脂分子之间的交联。

【3】

4.3卡拉胶凝胶性能

卡拉胶的最低凝胶浓度

卡拉胶的最低凝胶浓度为0．6%

表40.8％卡拉胶与0.2％盐混合后凝胶强度比较

混合种类

0.8％卡拉胶

卡拉胶＋CaCl2

卡拉胶＋KCl

凝胶强度g/cm2

16.57

55.57

153

图三0.8％卡拉胶与0.2％盐混合后凝胶强度比较

从图三可以看出K盐的影响大于Ca盐的影响与杨玉玲等[4]所做出的实验结果相同。

那是因为在卡拉胶形成过程当中，K离子与卡拉胶形成的凝胶更有序、强度更大，即K离子对卡拉胶的凝胶是所形成的键强于钙离子所形成的键，使得结合更加牢固，更加有序，即分子对于测量力的时候的反作用力基本靠在同一条直线上，这样使得凝胶强度更加的大，凝胶效果更加好。

表50.8％卡拉胶与0.2％其他食用胶混合后的凝胶强度

混合胶种类

卡拉胶＋CMC

卡拉胶＋海藻酸钠

卡拉胶＋琼脂

卡拉胶＋黄原胶

凝胶强度

18.57

21

43.85

9.57

图四0.8％卡拉胶与0.2％其他食用胶混合后的凝胶强度

从上图可以了解到卡拉胶与其他胶体复配使用的时候，凝胶的强度的顺序为琼脂>海藻酸钠>CMC>黄原胶。

同样地，这里可以应用空间立体化学的思路去解释这样的现象：

由于琼脂于卡拉胶都有双螺旋的结构，在空间上比较容易的配合起来，形成胶合物，而海藻酸由于是支链的不足而导致凝胶强度的减弱，CMC则是由于空间位阻的关系，与卡拉胶的胶凝作用不算太强。

黄原胶虽然有双螺旋的结构，但是可能浓度的过高，三维网状结构的阻碍而导致与卡拉胶的胶凝作用减弱。

4.4海藻酸钠凝胶性能

表6海藻酸钠与钙盐混合后的凝胶强度

混合钙盐种类

CaCO3

CaCl2

CaSO4

CaH2PO4

凝胶强度

－

－

159.2

106.7

图五海藻酸钠与钙盐混合后的凝胶强度

海藻酸钠属于海洋多糖，是水合理非常强的亲水性高分子，由于二价阳离子会产生桥连作用，以至于增强胶凝性。

钙离子的浓度还有钙离子释放的速度，都会影响胶凝的强度。

在上面的图中（图五）可以看出由于硫酸钙的电离程度大于磷酸二氢钙，所以在实验中所测得的凝胶强度的数据硫酸钙的大于磷酸二氢钙，但是值得怀疑的一点是氯化钙的电离应该是最大，为什么不凝胶呢，是浓度的问题，还是凝有原因的。

这是值得以后探究的地方。

表7海藻酸钠与钙盐混合物加酸后的凝胶强度

CaCO3

CaCl2

CaSO4

CaHSO4

海藻酸钠

不凝

不凝

凝胶

凝胶

柠檬酸

凝胶

不凝

不凝

不凝

在有柠檬酸的影响之下，通过实验探究海藻酸钠与钙离子之间的胶凝关系。

从第一行的关系来说，基本上符合图五、表6的结果，这里不再讨论了。

但是由于柠檬酸对钙离子会有螯合的作用，所以在添加了柠檬酸之后在CaSO4和CaHSO4这两次试验中，就造成了影响，使得海藻酸钠有不凝现象。

而柠檬酸的酸性比碳酸强，将钙离子从碳酸钙中置换出来，海藻酸钠可以凝胶。

4.5果冻的研制

经过查阅资料【5】,发现配方：

魔芋粉、琼脂、明胶的配比为2∶3∶2,总用胶量为0.7%,混合溶解后的胶溶液,在75℃煮10min,添加20%的白砂糖,调至pH5,分别加入甜橙汁或甜橙肉瓣,灌装杀菌后冷却,凝固后获得浅黄色、透明、口感爽滑、酸甜可口的果冻,具有浓郁的甜橙风味。

但是由于魔芋粉的价格比较昂贵，所以用了卡拉胶来代替，从分利用了卡拉胶与琼脂良好的凝胶性能的特点。

5总述

综上所述，凝胶强度与胶体的种类、pH值、体系所含的金属离子，胶体浓度，还有复配是空间位阻有关系。

在不同的条件下，选择不同胶体以及其复配胶体对与食品加工工艺来说至关重要，本文在此列出部分数据，以供参考。

参考文献：

[1]《食品化学》阚健全179页中国农业大学出版社

[2]《食品添加剂》郝利平夏延斌陈永泉廖小军162页中国农业大学出版社

[3]《琼脂与电解质、食品胶之间相互作用的研究》赵谋明王妙春《食品与发酵工业》1995NO.1

[4]《卡拉胶凝胶质构特性的研究》杨玉玲周光宏《食品工业科技》Vol.29,No.10,2008

[5]《营养型甜橙透明果冻的加工工艺研究》温靖张友胜《食品科技》2007NO.9

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