食用胶凝胶特性的研究及果冻的制作综合实验

1食用胶凝胶特性的研究及果冻的制作摘要通过实验对琼脂，卡拉胶，海藻酸钠，羧甲基纤维素（CMC），黄原胶等食用胶在冷热水的溶解情况，再而进一步对琼脂，卡拉胶和海藻酸钠凝胶性能作进一步研究，在找出最低凝胶的同时，改变食用胶浓度后它们凝胶强度，熔点和凝固点的变化，观察钾，钙等其它盐溶液离子以及pH值对它们凝胶强度的影响。在了解各种食用凝胶特性的基础上，探讨出一种合适的果冻配方。通过实验结果发现：各种食用胶在热水中比在冷水中能更好地溶解，琼脂的凝胶强度、熔点和凝固点随着琼脂浓度的增加而增加，琼脂的最低凝胶浓度为0.3%。此外，不同食用胶复配使用，加入盐溶液以及改变pH值都会使食用胶的凝胶强度，凝固点和熔点发生变化。关键词：琼脂卡拉胶CMC海藻酸钠凝胶特性果冻前言琼脂，卡拉胶，海藻酸钠，黄原胶，羧甲基纤维素（CMC）等各种食用胶作为食品添加剂中的增稠剂，广泛地运用在糖果，饮料，焙烤食品之中，根据它们不同的凝胶特性加在不同种类的食品中，对改善食品的质构，口感以及提高食品的稳定性有重要意义。本次实验通过对琼脂，卡拉胶，海藻酸钠，羧甲基纤维素（CMC），黄原胶等食用胶溶解性能和凝胶条件的研究，探究出果冻的最佳配方，以达到熟悉各种食用胶溶解性能和凝胶条件，了解各种因素对食用凝胶性能（凝胶强度，熔点，凝固点）的影响的目的。卡拉胶又名角叉菜胶、鹿角藻胶，是从红藻中提取的一种高分子亲水性多糖，食品级卡拉胶拉胶是一种多功能的食品添加剂，起持水、持油、增稠、稳定并促进凝胶形成等作用，常用于乳制品、甜食、饮料、果冻及肉制品中。近年来，在乳制品、软糖、果冻中卡拉胶的应用基本取代了传统的明胶和琼胶等。但是卡拉胶的应用与卡拉胶的凝胶特性关系密切，因而准确掌握卡拉胶的凝胶性能及其在各种条件下的变化规律对生产应用具有重要的意义。[1]黄原胶，又称汉生胶、黄杆菌胶、黄单细胞多糖等，是黄单孢杆菌发酵产生的细胞外杂多糖。黄原胶运用于食品加工中能控制产品的流变学特性而显著改善食品的质地、口感、外观品质，从而提高食品的商品价值，而且黄原胶有使用量少，成本低的优点，因此，黄原胶在食品加工中得到了广泛的应用。[2]2琼脂，以藻类的石花菜属及江蘺属(Gracilaria)制成的明胶产品，为最常用的微生物培养基的固化剂，也用於肉、鱼、禽类罐头和化妆品、药品及牙科医疗。在酿造和葡萄酒工业中用作澄清剂，制作冰淇淋、糕点及沙拉调味料时用作增稠剂，并作金属拉丝的润滑剂等。自1883年由海带中发现海藻酸钠以来，不少学者对其实用价值进行了研究，直至1929年才开始在美国应用于工业生产，1944年用于食品工业。我国的海藻酸钠产量占世界总产量的40%，居世界首位。1980年以前，我国出口量仅占国际海藻酸钠贸易量的0.1%。海藻酸钠，在当今美国被誉为“奇妙的食品添加剂”，在日本被誉为“长寿食品”。高粘度海藻酸钠具有增稠性好、成膜性好、凝胶强度高、成丝性好等优点，是良好的食品添加剂，英国、挪威和东南亚等国已将海藻酸钠广泛用于食品工业。[3]因此，海藻酸钠作为一种从褐藻类生物中提取出来的产品在“功能食品”、“保健食品”和“设计食品”中具有广泛的应用前景。羧甲基纤维素钠（CMC）,是葡萄糖聚合度在100-2000的纤维素衍生物。CMC在食品应用中不仅是良好的乳化稳定剂、增稠剂，而且具有优异的冻结、熔化稳定性，并能提高产品的风味，延长贮藏时间。在豆奶、冰淇淋、雪糕、果冻、饮料、罐头中的用量约为1%～1.5%。CMC还可与醋、酱油、植物油、果汁、肉汁、蔬菜汁等形成性能稳定的乳化分散液，其用量为0.2%～0.5%。特别是对动、植物油、蛋白质与水溶液的乳化性能极为优异，能使其形成性能稳定的匀质乳状液。因其安全可靠，因此，其用量不受国家食品卫生标准ADI限制。CMC在食品领域不断被开发，近年来，在葡萄酒生产中应用羧甲基纤维素钠的研究也已开展。果冻是用增稠剂(海藻酸钠、琼脂、明胶、卡拉胶等)加入各种人工合成香精、着色剂、甜味剂、酸味剂配制而成。本次实验通过对各种食用胶溶解性能和凝胶条件的研究，寻找出最佳的果冻配置方法。通过这次实验，我们不仅仅能掌握不同食用胶的凝胶特性和以及各种因素对凝胶特性的影响，同时锻炼了大家自主探索，自主设计的思维和实验上各方面的动手能力。1实验材料与仪器1.1实验材料与试剂琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶；CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4、KCl、柠檬酸、蔗糖、食用色素（红、黄、蓝）。31.2实验仪器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凝胶强度的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）S2.2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凝胶体熔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熔点。3实验内容3.1琼脂凝胶性能的研究3.1.1凝固点、熔点的测定测定琼脂、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，并进行相互比较。43.1.2测定琼脂最低凝胶浓度3.1.3凝胶强度的测定变换琼脂浓度，测定其凝胶强度变化；3.1.4不同胶体混合的情况在一定浓度的琼脂溶液中加入一定相同浓度的卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶，观察其凝胶强度如何变化。3.2卡拉胶凝胶性能研究3.2.1测定卡拉胶的最低凝胶浓度；3.2.2不同离子对卡拉胶的影响在相同浓度的卡拉胶溶液中分别加入一定浓度的KCl、CaCl2时，比较其凝胶强度与不加离子有何不同；3.2.3不同胶体混合的情况固定卡拉胶浓度，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。3.3海藻酸钠凝胶性能研究3.3.1不同钙盐对海藻酸钠的影响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，离子浓度在0.1%左右）3.3.2在上述两种基础上再加入一定的酸，观察其凝胶状况；3.3.3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实验结果与分析4.1比较琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶等食用胶(0.2%)在冷水、热水中的溶解情况各种食用胶在冷水与热水中溶解度的比较:5表1各种食用胶在冷水与热水中溶解度的比较食用胶琼脂卡拉胶CMC海藻酸钠黄原胶冷水不溶溶溶溶微溶热水溶溶溶溶微溶实验结果如表1所示，由表1可知：海藻酸钠，CMC，和卡拉胶均能溶于冷水和热水，琼脂不溶于冷水，但能溶于热水。黄原胶在冷水和热水中均为微溶。4.2琼脂凝胶性能的研究4.2.1琼脂的最低凝胶浓度表2不同浓度琼脂的凝固情况琼脂浓度0.1%0.2%0.3%0.4%0.5%凝固情况--+++(“-”表示不凝固，“+”表示凝固)实验结果如表2所示。由表2可知：当起琼脂浓度上升为0.3%时开始凝固，说明琼脂的最低凝胶浓度为0.3%。4.2.2变换琼脂浓度，测定凝胶强度、凝固点和融点表3不同浓度琼脂的凝胶强度，凝固点，熔点比较琼脂浓度（%）0.30.40.60.70.8W1（g）93.391.6990.491.3893.39W2（g）106.1108.28112.08119.11125.17凝胶强度（g/cm3）65.1984.49110.42141.23161.85凝固点（℃）34.134.335.435.936.5熔点（℃）66.368.470.271.573.36图1不同琼脂浓度的凝胶强度比较图2不同琼脂浓度对凝固点，熔点变化的比较实验结果如表2，图1，图2所示。由表2，图2可知：随着琼脂浓度的增加凝胶强度随之增大。同样的现象也出现在琼脂凝固和溶解温度曲线上。随着浓度增加琼脂的熔点和凝固点也逐渐增大。4.2.3琼脂浓度不变，加入相同浓度的卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶后的凝胶强度的变化按表4所示为0.4%的琼脂中加入0.2%的卡拉胶、海藻酸钠等食用胶后凝胶热性的变化情况。7表4琼脂中加入卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶后的凝胶特性琼脂琼脂+卡拉胶琼脂+海藻酸钠琼脂+CMC琼脂+黄原胶W1/g92.0492.0598.5689.2998.24W2/g98.39106.13104.0093.88107.05D/cm0.50.50.50.50.5凝胶强度（g/cm2）32.3471.7127.7223.3844.87图3不同食用胶对琼脂特性的影响由表4，图3的实验结果可知：（1）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；（2）0.4%的琼脂与0.2%的卡拉胶或黄原胶复配时凝胶强度增强，而且与卡拉胶复配时凝胶强度最大，可以得到柔软，有弹性的制品，但是与海藻酸钠，CMC复配时凝胶强度下降。4.3卡拉胶凝胶性能研究84.3.1卡拉胶的最低凝胶浓度表5不同浓度卡拉胶的凝固情况卡拉胶浓度0.1%0.2%0.3%0.4%0.5%0.6%0.7%凝固情况------+(“-”表示不凝固，“+”表示凝固)由表5可知：当卡拉胶浓度为0.7%时，卡拉胶开始凝固为胶状，由此说明卡拉胶的最低凝固浓度为0.7%。4.3.2在卡拉胶中加入相同浓度的KCl、CaCl2后其凝胶强度的变化卡拉胶CaCl2KCl不加离子W1（g）98.34104.0396.02W2（g）142.2125.62110.11凝胶强度（g/cm3）620.61305.49199.37表60.6%卡拉胶中加0.2%入氯化钙和氯化钾凝胶特性的变化图4不同盐对卡拉胶特性的影响实验结果如表6，图4所示。由表5，图4可知：在0.6%的卡拉胶中加入0.2%的氯化钙和氯化钾，对卡拉胶的凝胶强度有促进作用，而且氯化钙对卡拉胶凝胶强度的促进9作用大于氯化钾。4.4海藻酸钠凝胶性能研究4.4.1在0.5%海藻酸钠溶液中加入相同浓度（0.3%）的CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4后观察其凝胶状态表7钙盐对海藻酸钠凝胶性能的影响所加钙盐凝胶状态CaCO3凝结速度慢，少部分凝结，溶液中可见絮状物，几乎不能形成凝胶CaCl2快速凝结，几乎全部凝结，能形成较好的凝胶CaSO4凝结速度慢，部分凝结，倾斜可见粘稠液体流动CaH2PO4凝结速度慢，部分凝结，倾斜可见粘稠液体流动4.4.2在上述溶液中再加入柠檬酸后的凝胶特质表8钙盐加柠檬酸对海藻酸钠凝胶性能的影响海藻酸钠+柠檬酸+Ca2+CaCO3CaCl2CaSO4CaH2PO4纯海藻酸钠凝胶状态有颗粒悬浮松散白块状絮状悬浮少量絮状物澄清凝胶凝胶强度0++00注：以0.5%的海藻酸钠凝胶强度为0，“+”越多，强度越大4.5果冻的研制经过实验分析及多次试验，本实验组确定出加工果冻的最佳配