果冻的研制资料.docx
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果冻的研制资料
食用胶凝胶特性的研究及果冻的制作
葛思媛201030600904食营4班
摘要：
本文通过实验比较了琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素（CMC）、黄原胶等食用胶的溶解性能、凝胶条件，探讨了浓度、电解质、其它食用胶等条件对琼脂、卡拉胶、海藻酸钠胶凝胶性能（凝胶强度、融点、凝固点）的影响。
通过实验，调制出制作果冻的最佳配方，并制作出品质良好的果冻。
关键词：
食用胶凝胶特性凝胶强度复配果冻
1前言
食用胶是目前世界上广泛使用的食品添加剂，尤其是在食品工业相对发达的国家，几乎所有的食品中都使用了食用胶。
食用胶是一类高分子量亲水性生物聚合物,按来源可分为动物胶，植物胶，微生物胶和化学合成胶。
[1]国内各类产品生产使用最广泛的食品胶主要有卡拉胶、黄原胶、瓜尔豆胶、琼脂、明胶、海藻酸钠、刺槐豆胶和魔芋胶等[2]。
不同的食用胶具有不同的特性，食用胶的选择对产品的最终品质特性产生很大的影响。
因此，探究其性质并不断改良，是食品工业的重要课题。
果冻是一种呈半估计凝胶状的食品，因其甜美可口、果香浓郁而受到广大消费的喜爱，是一种热销的风味食品。
[3]果冻的原料通常是采用琼脂、明胶、果胶和卡拉胶等。
用琼脂做成的果冻凝胶强而脆,弹性差、且脱水收缩严重,使用量大,成本高；使用明胶的缺点是凝固点和融化点低,制作和储存需要冷藏；而果胶的缺点是需要加高浓度的糖和较低的pH值才能凝固,给生产带来局限性[4]。
果冻的生产离不开食用胶，食用胶的不同种类和复配比例对果冻的品质造成较大影响，故对不同食用胶性质的研究和对其配方工艺的研究对果冻生产具有重要意义。
2实验材料和仪器
2.1实验材料
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）。
2.2实验仪器与设备
2.2.1实验仪器
50mL小烧杯10个、锥形瓶1个、直径0.3、0.5cm的玻璃棒（4根，每种规格各2根，要求表面平整）、量筒1个、温度计5根、铁架台一台。
2.2.2实验设备
天平1台，锅1个、电炉1台、电子天平（公用）。
3实验方法
3.1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
W2-W1
凝胶强度（g/cm2）=（式中S为玻璃棒的截面积）
S
3.2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。
3.3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。
4实验内容
4.1食用胶溶解性
比较琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶等食用胶（0.2%）在冷水、热水中的溶解情况。
4.2琼脂凝胶性能的研究
4.2.1琼脂的最低凝胶浓度
由琼脂浓度0.1%开始试，上下梯度差为0.1%，到琼脂浓度为0.5%。
4.2.2不同浓度琼脂的凝胶特性变化
变换琼脂浓度，其凝胶强度、凝固点、熔点如何变化（至少变换5个）。
4.2.3琼脂与不同食用胶复配的凝胶强度
固定琼脂浓度（0.4%），在其溶液中加入一定相同浓度（0.2%）的卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶，其凝胶强度如何变化。
4.3卡拉胶凝胶性能研究
4.3.1卡拉胶的最低凝胶浓度
由卡拉胶浓度0.1%开始试，上下梯度差为0.1%。
4.3.2KCl、CaCl2对卡拉胶凝胶强度的影响
在相同浓度（0.6%）的卡拉胶溶液中分别加入一定浓度（0.2%）的KCl、CaCl2时，其凝胶强度与不加离子有何不同；
4.4海藻酸钠凝胶性能研究
4.4.1不同钙盐对海藻酸钠凝胶状态的影响
在一定浓度（0.5%）的海藻酸钠溶液中加入一定相同浓度（0.3%）的CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4，观察其是否形成凝胶，凝胶状态如何（只观察凝胶状态，不用测凝胶强度）
4.4.2柠檬酸对含钙盐海藻酸钠凝胶的影响
在上述两种基础上再加入一定的0.3%柠檬酸酸，观察凝胶状态，不用测凝胶强度
4.5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。
5实验结果与分析
5.1食用胶溶解性
各种食用胶在冷水与热水中的溶解情况如下表所示：
表1各种食用胶在冷水与热水中溶解情况的比较
类型
琼脂
卡拉胶
海藻酸钠
CMC
黄原胶
冷水
难溶于水，有沉淀
不能溶解，有絮状悬浮颗粒
可溶于水，用玻璃棒搅拌微粘棒
可溶解，溶液澄清，不粘棒
可溶于水，呈半透明状粘稠液体，搅拌粘棒
热水
易溶，半透明颜色，略显淡黄色
易溶，呈半透明溶液
可溶于水，用玻璃棒搅拌，微粘棒
可溶于水，溶液澄清，不粘棒
可溶于水，呈半透明粘稠状液体，用玻璃棒搅拌，粘棒
由表1可知，比较不同食用胶在相同浓度下的溶解情况，琼脂和卡拉胶不溶于冷水，经加热，琼脂和卡拉胶加热都易溶解。
海藻酸钠、CMC和黄原胶都能溶于冷水，但海藻酸钠和黄原胶有粘棒的现象。
综合评价，在冷水中CMC的溶解效果最佳，在热水中琼脂和卡拉胶的溶解效果最佳。
5.2琼脂凝胶性能的研究
5.2.1琼脂的最低凝胶浓度
不同琼脂浓度的是否能形成溶胶结果各如下表所示：
表2琼脂的最低凝胶浓度试验
琼脂浓度
0.1%
0.2%
0.3%
0.4%
0.5%
是否凝胶
不凝胶
不凝胶
不凝胶
凝胶
凝胶
由表2结果可得，加热溶解琼脂后，冷却至室温，在琼脂浓度为0.1%时为溶液，不能形成凝胶，而当浓度上升为0.3%时已凝固，将烧杯倾斜45—50º角时液面凝固不动，说明琼脂的最低凝胶浓度为0.3%。
5.2.2不同浓度琼脂的凝胶特性变化
变换琼脂浓度，通过数据记录和计算测定其凝胶强度、凝固点和融点，结果如下：
表3不同浓度琼脂的凝胶特性
琼脂浓度
W1（g）
W2（g）
凝胶强度（g/cm2）
凝固点（℃）
熔点（℃）
0.4%
102.95
107.99
25.68
33.5
68
0.5%
96.68
99.30
37.08
32.7
72
0.6%
99.92
105.59
80.25
33.0
78.9
0.7%
95.50
112.25
85.35
36.7
76.3
0.8%
100.66
110.25
135.74
37.0
77.0
W1：
起始天平平衡时锥形瓶和水总重
W2：
玻璃棒穿透凝胶胶体表面时锥形瓶和水的总重
根据上表的数据制图分析：
图1.琼脂浓度与凝胶强度的关系
由图1可得，在相同的条件下，琼脂的凝胶强度与浓度成正相关。
图2.琼脂浓度与凝固点的关系
由图2可得，在相同的条件下，琼脂浓度0.4%-0.5%有缓慢下降的趋势，浓度0.6%-0.7%呈线性相关，之后凝固点缓慢上升。
最低凝固点为32.7°C。
图3.琼脂浓度与熔点的关系
由图3可得，在相同的条件下，琼脂浓度0.4%-0.6%的范围内，琼脂的熔点皆随着浓度的增加而呈现上升的趋势，之后呈下降趋势。
熔点均在68摄氏度以上。
5.2.3琼脂与不同食用胶复配的凝胶强度
实验测定0.4%琼脂与等量相同浓度0.2%不同食用胶复配后的凝胶强度如下表所示：
表4琼脂中加入不同食用胶的凝胶强度
0.4%琼胶中加入
W1（g）
W2（g）
凝胶强度（g/cm2）
凝固点（℃）
融点（℃）
0.2%卡拉胶
94.95
103.58
123.29
29.0
77.0
0.2%海藻酸钠
89.18
97.13
114.29
37.1
76.0
0.2%CMC
87.90
94.18
89.71
40.0
69.5
0.2%黄原胶
76.70
85.20
121.43
29.5
63.0
W1：
起始天平平衡时锥形瓶和水总重
W2：
玻璃棒穿透凝胶胶体表面时锥形瓶和水的总重
根据表3制图分析：
图4.琼脂与不同食用胶的复配形成的凝胶强度
由上述图表可得，针对同浓度琼脂不同搭配的复合食用胶凝胶强度不同。
浓度为0.4%的琼脂的凝胶强度为25.68g/cm²。
加入卡拉胶后，凝胶强度为123.29g/cm²，为四种复配中强度最大的。
加入海藻酸钠和黄原胶后，复合食用胶的凝胶强度增强，凝胶强度分为114.29g/cm²和121.43g/cm²，增效效果也不错。
加入CMC后，其凝胶强度也得到提高，但是相比其他三种食用胶，其效果较差。
本次实验缺乏平行实验，故不宜根据本次实验结果对各种食用胶的复配凝胶特性在此做定论。
5.3卡拉胶凝胶性能研究
5.3.1卡拉胶的最低凝胶浓度
不同卡拉胶浓度的是否能形成溶胶结果各如下表所示：
表5卡拉胶的最低凝胶浓度试验
卡拉胶浓度（%）
0.4
0.5
0.6
07
0.8
0.9
是否凝胶
不凝胶
不凝胶
不凝胶
不凝胶
不凝胶
凝胶
由表5结果可得，溶解卡拉胶后，在卡拉胶浓度为0.4%—0.8%是均不能形成凝胶，说明琼脂的最低凝胶浓度大于0.9%。
5.3.2KCl、CaCl2对卡拉胶凝胶强度的影响
在0.6%卡拉胶中加入等量相同浓度0.2%KCL、CaCl2的凝胶强度比较如下表所示：
表6卡拉胶中加入KCL、CaCl2的凝胶强度
0.9%卡拉胶加入
W1（g）
W2（g）
凝胶强度（g/cm2）
凝固点（℃）
融点（℃）
0.2%KCl
100.46
123.57
117.75
42.0
68.8
0.2%CaCl2
100.24
106.73
91.86
33.0
65.9
不加离子
98.31
103.82
28.07
31.0
64.0
W1：
起始天平平衡时锥形瓶和水总重
W2：
玻璃棒穿透凝胶胶体表面时锥形瓶和水的总重
根据表6制图分析：
图5.卡拉胶与不同盐类复配形成的凝胶强度
由表6和图5可得，卡拉胶凝胶性质受不同氯盐影响。
在卡拉胶浓度为0.9%时，凝胶强度为28.07g/cm²。
加入0.2%KCl、0.2%CaCl2后的卡拉胶的凝胶强度增大，分别为117.75g/cm²和91.86g/cm²，其中加入KCl后卡拉胶的凝胶强度增大效果较明显。
5.4海藻酸钠凝胶性能研究
5.4.1不同钙盐对海藻酸钠凝胶状态的影响
在0.5%的海藻酸钠溶液中加入等量相同浓度0.3%的CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4，其凝胶状态如下表所示：
表7海藻酸钠中加入CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4的凝胶状态
不同阴离子
CaCO3
CaCl2
CaSO4
CaH2PO4
现象
凝胶生成速度较慢,均匀透明,软硬适宜,成型好
凝胶形成速度快，有凝胶块，且硬
凝胶形成速度慢,有凝胶块,较硬,成型较差
形成凝胶固体，透明度较高
由表5可得，海藻酸钠中加入CaCO3、CaH2PO4能使凝胶的透明度提高，但是加入CaCO3和凝胶成型慢。
加入CaCl2后凝胶生成速度快。
5.4.2柠檬酸对海藻酸钠与不同钙盐混合凝胶状态的影响
在0.5%的海藻酸钠溶液中加入等量相同浓度0.3%的CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4后，在加入0.3%的柠檬酸，其凝胶状态如下表所示：
表8海藻酸钠加入CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4后再加入柠檬酸的凝胶状态
类型
0.5%海藻酸钠+0.3%CaCO3+柠檬酸
0.5%海藻酸钠+0.3%CaCl2+柠檬酸
0.5%海藻酸钠+0.3%CaSO4+柠檬酸
0.5%海藻酸钠+0.3%CaH2PO4+柠檬酸
凝胶状态
凝胶，但不够凝固，有白色絮状物
凝胶，澄清，有白色絮状物质和白色沉淀
凝胶，有较多白色絮状物沉淀
凝胶，白色沉淀较少，有少量絮状物
由表7可得，加入钙盐的海藻酸钠凝胶性质受柠檬酸影响。
加入柠檬酸后，4中类型的海藻酸钠复配钙盐均能形成凝胶，但凝胶状态有差异。
5.5果冻的研制
本实验基于上述探究，判定使用单一的胶凝剂制作果冻品将造成品质欠佳，因此考虑复配综合考虑口感（弹性、韧性）、色泽、风味，确定了复配的配方为：
0.1g海藻酸钠+0.3g卡拉胶+0.2g琼脂
果冻均成形较佳，具有较好的弹性和韧性，透明度较好，不易变形塌陷也不会硬度过大，颜色为紫葡萄颜色，各方面感官评定质量较好。
图6.果冻成品图
6实验结论与讨论
6.1凝胶的溶解性
实验发现，琼脂和卡拉胶不溶于冷水，经加热，琼脂和卡拉胶加热都易溶解。
海藻酸钠、CMC和黄原胶都能溶于冷水，但海藻酸钠和黄原胶有粘棒的现象。
在冷水中CMC的溶解效果最佳，在热水中琼脂和卡拉胶的溶解效果最佳。
这五种食用胶在热水中的溶解度比冷水中大，因为热水比冷水温度更高，高温能加速各种食用胶离子的运动，提高与水碰撞接触的几率，因此它们在热水中比在冷水中更容易溶解。
[5]
琼脂由琼脂糖和琼脂果两部分组成，作为胶凝剂的琼脂糖是不含硫酸酯（盐）的非离子型多糖，是形成凝胶的组分，其大分子链链节在1，3苷键交替地相连的β-D-吡喃半乳糖残基和3,6-α-L-吡喃半乳糖残基，它的结构决定了它在冷水中只能吸水膨胀水中只能吸水膨胀而不能溶解。
卡拉胶在水中的溶解度受卡拉胶的类型、反离子的存在、其它溶质的存在、温度、pH值等这些因素的影响。
与琼脂和卡拉胶相比，海藻酸钠、CMC、黄原胶的溶解性能更好，它们在冷水中就能溶解。
因为海藻酸盐的物理性质和凝胶特性取决于糖醛酸残基的相对组成和三个区的分布。
褐藻经加工后，得到的海藻酸盐是水溶性的钠盐；CMC在水溶液中以聚阴离子的形式存在，CMC是一种大分子化学物质，能够吸水膨胀，在水中溶胀时，可以形成透明的粘稠胶液让CMC和水在静置的状态下相互渗透、相互融合；黄原胶是高分子酸性杂多糖（由葡萄糖，甘露糖与葡萄糖醛酸组成），分子上含有大量亲水性的羟基和羧基，因此有较好的水溶性。
海藻酸钠、CMC、黄原胶的结构决定了它们有良好的水溶性。
食品胶的凝胶特性主要取决于其粘度，而影响其水溶液粘度，对食品胶来说，除了胶的种类、来源、聚合度、分子量及胶溶液的浓度、温度、pH值、盐及非盐物质等的影响外，还要受到食品加工过程中诸如搅拌、均质、等工序的影响，其中搅拌是最常见的机械作用形式[6]。
例如，黄原胶是一种典型的假塑性流体，随着溶液浓度的增加，其假塑性亦增加。
搅拌作用未使溶液表观粘度下降．说明该胶溶液的剪切稀化具有瞬时恢复性。
但剧烈而长时间的搅拌，会破坏其卷曲缠结的分子结构．使缠结点解开，从而减少分子或质点层间的相互作用，使溶液表观粘度减小。
所以针对食用胶溶液的特点，在生产过程中．应适度运用搅拌、均质等加工手段以提高溶液的均匀性和稳定性．达到物尽其用的目的[7]。
6.2琼脂的凝胶特性及其它食用胶对琼脂凝胶特性的影响
由实验结果可知：
一定浓度的琼脂与一定浓度的不同食用胶复配时会对其凝胶强度产生不同的影响；琼胶的凝胶性能首先取决于琼胶本身的分子结构，但环境条件，如电解质、食品胶及其他非电解质对其凝胶性能也有很大的影响。
随着琼脂浓度增加，琼脂分子间相互缠结形成的网络的节点也随之增加，导致凝胶的硬度、弹性和粘聚性都明显增加，由于各项指标都线性增加，所以其强度也增加[8]。
在一定的添加比例范围内卡拉胶、黄原胶、等与琼胶之间可产生协同增效作用，并可以改善其凝胶性能。
这些食品胶的分子结构中有的具有部分结构能参上下琼胶的双螺旋结构，有的具有类似琼胶的双螺旋结构，均有助于琼胶凝胶三维网状结构的形成。
卡拉胶或黄原胶和琼脂产生协同增效作用，形成稳定的凝胶体 使凝胶强度提高和口感细腻润滑。
琼脂加入CMC或海藻酸钠使琼脂的凝胶强度降低，是因为它们的结构差异较大，在加入搅拌时分子间产生排斥力，形成拮抗作用，阻止凝胶的形成。
海藻酸钠、CMC则与琼胶产生拮抗作用，他们的结构均阻碍琼胶三维网状结构的形成[9]。
但是实验就结果与文献资料有差异，可能是因为溶解的时间有差异，凝胶的程度不一致所致。
6.3卡拉胶的凝胶特性
卡拉胶的凝胶特性受很多因素的影响，其中浓度对凝胶强度和胶液粘度的影响最大，其次是PH和离子浓度，如Ca2+、K+,但要根据生产成本和产品标准的要求控制卡拉胶的用量。
卡拉胶的凝胶强度的大小在很大程度上取决于电解质的种类和添加浓度，因此，在实际应用上，卡拉胶一般与电解质混合使用。
卡拉胶具有胶凝、增稠、乳化、成膜、稳定分散等优良特性。
卡拉胶形成凝胶所需浓度低、透明度高,但存在凝胶脆性大、弹性小、易脱液收缩等问题。
卡拉胶通过与其他食品胶的协同增效作用能解决其凝胶脆性大、弹性小、易脱液收缩等问题。
添加黄原胶可使卡拉胶更柔软、更粘稠和更有弹性；卡拉胶黏度的大小因所用的海藻种类、加工方法和卡拉胶的型号不同，差别很大。
有的水溶液能形成凝胶，其凝固性受某些阳离子的影响很大；全部成钠盐的卡拉胶在纯水中不凝固，加入钾、铵或钙等阳离子能大大提高其凝固性。
在一定范围内，凝固性能随阳离子浓度的增加而增强。
卡拉胶k-型和L-型仅在有钾离子或钙离子存在时，才能形成凝冻；k-型钾的作用比钙的作用大，称为钾敏感卡拉胶；L-型钙的作用比钾的作用大，称为钙敏感卡拉胶。
黄原胶与L-型卡拉胶复配可降低食品脱水收缩[10]。
6.4海藻酸钠的凝胶特性
海藻酸钠又称褐藻酸钠，是由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸的钠盐组成的多糖化合物，从海带、马尾藻等褐藻类植物中提取而得，常用作食品添加剂。
海藻酸钠能与除镁汞以外的二价金属离子发生快速的离子交换反应，生成海藻酸盐凝胶。
在CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4这四种钙盐中，CaCl2水溶性最好，把它加入海藻酸钠溶液中能迅速释放出大量钙离子，在溶液中形成最适合的钙钠比，与海藻酸钠结合形成海藻酸钙，海藻酸钙能促进凝胶的形成，因此可以快速形成较好的凝胶。
而CaSO4是微溶的，CaH2PO4由于磷酸二氢根离子的作用能在水中形成水解反应，它们钙离子的释放速度和程度都不及氯化钙，溶液中的钙钠比较小，所以加入这两种钙盐的促进效果较差，凝胶速度较慢。
CaCO3在水溶液中是难溶的，所以加入CaCO3后溶液中只有极少的钙离子，海藻酸钠不能与钙离子很好的结合，因此很难形成凝胶。
实验结果表明，海藻酸钠中加入CaCO3、CaH2PO4能使凝胶的透明度提高，但是加入CaCO3和凝胶成型慢。
加入CaCl2后凝胶生成速度快。
但是加入的CaCl2的量不宜过多，否则产生的凝胶质地较硬，弹性差。
加入柠檬酸后海藻酸钠的凝结增加，这可能是因为柠檬酸引起了pH的改变导致的。
据报道海藻酸钠可经质子催化水解，该水解取决于时间、pH和温度。
有研究显示酸性环境对凝胶凝固有促进作用。
pH=5时，凝胶效果最好。
当PH大于6后,氢离子减少,古罗糖醛酸与甘露糖醛酸不足以形成分子间桥联。
所以当PH大于7之后,形成的凝胶特性较差。
[11]
6.5加工果冻的合理配方
制作果冻时可利用各种食用胶的协同增效作用，改善和提高果胶的凝胶性能，使胶体富有弹性和咀嚼感，因此复合凝胶做成的果冻效果更佳。
我们采用了0.3g卡拉胶，0.2g琼脂与0.1g海藻酸钠复配。
卡拉胶和琼脂可以产生协同作用。
根据文献资料，海藻酸钠跟卡拉胶和琼脂会产生拮抗作用。
由于实验过程显示海藻酸钠是能对琼脂的凝胶强度是有促进作用的，与文献资料不符，故配方存在一点不合理之处。
可能因为只加入了0.1g的海藻酸钠，用量较小，对果冻的感官评价影响不大。
果冻色泽呈诱人紫葡萄色，硬度、韧性较好，品质优良。
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