食用胶凝特性的研究及果冻的制作

1、食用胶凝特性的研究及果冻的制作摘要本次实验主要通过测定其最低凝胶浓度、凝胶强度、熔点、凝固点等凝胶特性,对琼脂、卡拉胶、黄原胶、CMC、海藻酸钠及其复配使用进行研究。结果表明单独使用一种凝胶,其凝胶强度随浓度上升而增大,两种凝胶复配使用有协同作用,也有拮抗作用。钾盐和钙盐对卡拉胶、钙盐对海藻酸钠的凝胶强度都有促进作用。本次实验虽然有操作失误,但结果基本可靠。关键字:食用胶性能果冻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。目前世界上允许使用的食品胶品种约60余种,我国允许使用的约有40种,国内产品生产使用最广泛的食用胶主要有卡

2、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。食用胶的作用有很多:凝胶、增稠、乳化稳定、悬浮分散、结晶控制、被膜剂和胶囊、泡沫形成、香精固定等作用,还有膳食纤维功能。1果冻是用增稠剂(海藻酸钠、琼脂、食用明胶、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,经煮胶、调配、灌装、杀菌等工序加工而成的胶冻食品。常用的增稠剂有海藻酸钠、琼脂、食用明胶、卡拉胶等。.食用胶的应用对果冻的凝胶特性和口感形成非常重要。本次实验旨在运用在课堂上所学过的食品添加剂的基础理论知识,查阅有关文献,结合实验室现有的条件,在教师的指导下,通过实验,达到熟悉琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、羧甲基纤维

3、素(CMC、黄原胶的溶解性能、凝胶条件和了解各种因素对食用胶凝胶性能(凝胶强度、融点、凝固点的影响的目的2 实验材料和仪器2.1 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。2.2 仪器100mL小烧杯(每组10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、温度计(每组5根、铁架台(每组一台、水浴锅(34台、电炉(至少5台、电子天平(共用。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

4、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S3.2 凝胶体凝固点的测定:取50mL胶体溶液,倒入大试管中,插入温度计,然后使温度缓慢下降,至烧杯倾斜45-

5、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 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找出琼脂的最低凝胶浓度;4.2.2 在上述琼脂最低凝胶浓度的基础之上变换琼脂浓度(至少变换5个,测定其凝胶强度、凝固点、熔点如何变化;4.2.3 固定琼脂浓度(琼脂的最低凝胶浓度,在其溶液中加入一定相同浓

6、度(0.2%的卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶,其凝胶强度如何变化。(做一组空白4.3 卡拉胶凝胶性能研究4.3.1 找出卡拉胶的最低凝胶浓度;4.3.2在相同浓度(卡拉胶的最低凝胶浓度的卡拉胶溶液中分别加入一定浓度(0.2%的KCl、CaCl2时(将KCl、CaCl2配成溶液后再加入,研究其凝胶强度与不加离子有何不同;(做一组空白4.4 海藻酸钠凝胶性能研究4.4.1 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(将CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4配成溶液后再加入,观察其是否形成凝胶,凝胶状态如何;(选择海藻酸钠溶液0.5%左右,钙盐溶液0.3%左右。观

7、察的凝胶状态包括能否形成凝胶、形成凝胶快慢、凝胶形态等,不用测凝胶强度4.4.2在上述两种基础上再加入一定的柠檬酸酸(配成溶液后再加入,其凝胶状况又怎样(只观察凝胶状态,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5.1食用胶在冷水热水中的溶解情况琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶等食用胶(0.2%在冷水、热水中的溶解情况如表1。表1 食用胶在冷热水中溶解现象琼脂卡拉胶海藻酸钠CMC 黄原胶冷水不溶解不溶解小部分溶解,大部分浮于大部分溶

8、解不溶解,且悬浮于溶液中水面热水完全溶解溶解,且表面较多泡沫溶解,且表面少许泡沫完全溶解溶解,且表面较多泡沫在实验过程中,在冷水中只有CMC溶解情况较好,其余基本不溶解;但是加热后五种食用胶都基本溶解,出现气泡有可能是由于搅拌的原因,也可能由于食用胶自身的原因。5.2琼脂凝胶性能的研究分别配置0.1%到0.5%的琼脂,加热溶解再冷却后,0.1%到0.3%的琼脂溶液都不发生凝固,0.4%的琼脂溶液部分凝固,0.5%的琼脂溶液完全凝固。所以琼脂的最低凝胶浓度是0.5%在最低凝胶浓度的0.5%基础上,配置0.5%到0.9%的琼脂,并测定其凝胶强度、凝固点、熔点的变化情况。不同浓度的琼脂凝胶强度如表2

9、和图1。表2 不同浓度的琼脂溶液的凝胶强度浓度W1(g W2(g S(cm2 凝胶强度(g/cm20.5% 102.08 103.42 0.071 18.873 0.6% 96.10 104.51 0.071 118.451 0.7% 97.92 106.47 0.071 120.423 0.8% 100.06 110.20 0.071 142.817 0.9% 99.10 114.70 0.071 219.718 表2 不同浓度琼脂凝胶强度的变化如图所示,琼脂的凝胶强度随浓度的变化而不断增大,但是在测定0.5%琼脂的凝胶强度时,可能由于本组成员对测定方法还不够熟悉,所以数据与正常值偏差较大。

10、不同浓度的琼脂的凝固点和熔点如表4和图3表4 不同浓度琼脂的凝固点、熔点变化0.5% 0.6% 0.7% 0.8%0.9% 凝固点/ 33.3 37.2 33.0 35.0 35.5 熔点/ 73.870.571.270.869.2 表3 不同浓度琼脂凝固点、熔点的变化理论上来说,随着浓度增加琼脂的熔点和凝固点也逐渐增大。但是从实验数据上看,琼脂的凝固点、熔点与浓度并无明显关系,可能的原因是对刚好凝固和刚好熔点时刻判定不准,或者是温度计读数不准的问题。5.3 在最低凝胶浓度下,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,观察其凝胶强度的变化。其结果如下表5和图4所示

11、。表5 不同食用胶加入后的琼脂的凝胶强度食用胶W1(g W2(g S(cm2凝胶强度(g/cm2空白组102.08 103.42 0.071 18.873 卡拉胶99.86 105.94 0.071 85.634 海藻酸钠99.8 102.26 0.071 34.648 CMC 106.48 110.05 0.071 50.282 黄原胶98.62 103.98 0.071 75.493 图4 不同食用胶对琼脂特性的影响由图可知,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;琼脂与卡拉胶或黄原胶都明显增加胶体的凝胶强度,与卡拉胶复配尤为明显。但是前文已证实空白对照组数

12、据有问题,不能比较琼脂与海藻酸钠和CMC复配是增强还是减少凝胶强度。5.3 卡拉胶凝胶性能研究分别配置0.1%到0.8%的卡拉胶,加热溶解再冷却后,0.1%到0.4%的卡拉胶溶液都不发生凝固,0.5%到0.8%的卡拉胶溶液都完全凝固。所以卡拉胶的最低凝胶浓度是0.5%。在最低凝胶浓度的0.5%基础上,配置0.5%卡拉胶溶液,分别加入0.2%的KCl、CaCl2 时,其凝胶强度的变化如表6和图5。表6 加入不同金属盐的卡拉胶的凝胶强度食用胶W1(g W2(g S(cm2 凝胶强度(g/cm2卡拉胶101.57 103.43 0.196 9.490 卡拉胶+KCl 98.03 102.94 0.1

13、96 25.051 卡拉胶+CaCl2 102.23 109.45 0.196 36.837 图5 加入不同金属盐的卡拉胶的凝胶强度如上图所示,在卡拉胶中加入氯化钾与氯化钙溶液对提高卡拉胶的凝胶强度有明显的促进作用,而且,氯化钙的作用大于氯化钾的作用。5.4 海藻酸钠凝胶性能研究5.4.1 海藻酸钠与钙盐复配使用在一定浓度(0.5%的海藻酸钠溶液中分别加入0.3%的CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4(钙盐配成溶液后再加入,观察其是否形成凝胶和凝胶状态如何,包括能否形成凝胶、形成凝胶快慢、凝胶形态等。结果如表7。表7 海藻酸钠(0.5%中加入不同钙盐(0.3%的凝胶状态是否凝胶凝

14、胶状态海藻酸钠+ CaCO3微凝浑浊液体,微溶,有些许粘稠海藻酸钠+ CaCl2凝胶透明液体中有块状白色胶状沉淀海藻酸钠+ CaSO4微凝粘稠状液体中含有较多小颗粒白色不溶物海藻酸钠+ CaH2PO4微凝些许浑浊,白色微小颗粒不溶物及胶块状物体析出5.4.2在上述两种基础上再加入一定的柠檬酸酸柠檬酸配成溶液后再加入,其凝胶状况如表8。表8 加入不同钙盐的海藻酸钠再加入柠檬酸的凝胶状态是否凝胶凝胶状态海藻酸钠否有很多小气泡,不凝海藻酸钠+ CaCO3是凝胶效果非常好,果冻状,胶状物里却还有小颗粒沉淀海藻酸钠+ CaCl2是有些许胶状沉淀海藻酸钠+ CaSO4是凝胶效果好,有流动状态,沉淀,胶状物

15、不消失海藻酸钠+ CaH2PO4是凝胶效果一般,有流动态,不溶物不消失5.5 果冻的研制根据以上实验情况,本小组制作了两种果冻,制作配方为:蔗糖0.5%,柠檬酸0.5%,卡拉胶0.2%,琼脂0.5%,色素若干(一个是半滴亮蓝,一个是亮蓝、柠檬黄和诱惑红各一滴。制得的果冻感官评定结果如下:表10 自制果冻感官评定结果记录果冻1感官评定结果果冻2感官评定结果色泽浅蓝色墨绿色弹性手触果冻表面弹性适当,手感好手触果冻表面弹性适当,手感好亮度表面有光泽,通透明亮表面有光泽,通透暗淡制得的两种果冻照片最后附件所示。6 结果分析本次实验基本成功,各项实验的实验现象明显,但是由于操作失误和仪器问题,有些数据不

16、准确,难以比较。6.1 不同食用胶溶解特性琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶等食用胶(0.2%在冷水溶解情况各不相同、热水中基本溶解,这是由食用胶自身的结构决定的。食用胶在水中要发生溶解和吸水膨胀才能起增稠作用,但是很多食用胶往往冷水中只能吸水膨胀水中只能吸水膨胀而不能溶解。6.2 琼脂凝胶性能的研究琼脂的凝胶机理是:琼脂悬浮液在较高温度下转变成均匀的琼脂溶液,琼脂在溶液中以无规线团形式存在,在溶液冷却后,琼脂分子间相互作用形成双螺旋结构、并进而序排列而形成三维网状的凝胶结构。2从实验中得出,琼脂的凝胶强度随浓度的变化而不断增大,这是由于随着琼脂浓度增加,琼脂凝胶强度琼脂分子间相互缠结形成

17、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。2琼脂溶液的凝固点一般在32-43之间,而琼脂凝胶的熔点一般在75-90之间。熔点远高于凝固点是琼脂的特有现象,称为“滞后现象”。正是这种滞后现象让琼脂能够广泛运用于食品中。虽然实验中数据并未有呈线性分布,但是其凝固点和熔点都在理论范围之内。影响琼脂的凝胶强度的因素除了琼脂本身的分子结构和浓度外,还取决于环境条件。所以,琼脂与其他食用胶复配使用会产生协同或者拮抗。在本次实验中,显然琼脂与卡拉胶和黄原胶有协同作用,这是由于琼脂具有与卡拉胶,黄原胶有类似的双螺旋结构,它们之间的分子共同形成三维网状结构,黄原胶或卡拉胶使质构整体致密饱满

18、,这也使得凝胶强度提高。虽然本次实验中,空白组数据过小,但在与其他小组比较和查找文献过程中,我们都发现琼脂与CMC或海藻酸钠复配有拮抗作用。这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,阻止凝胶的形成。6.3 卡拉胶凝胶性能研究卡拉胶单独使用时凝胶强度很小,应用时一般与钾盐、钙盐进行复配使用。钾盐、钙盐的添加可大幅度地提高卡拉胶的凝胶强度。在钾离子存在的情况下,随着溶液温度的下降,卡拉胶大分子长链从线圈状转化为双螺旋结构,并且随着温度的进一步降低,双螺旋结构变得不稳定并相互联结形成由二聚双螺旋结构组成的坚硬杆状物( rigid rod ,它们三三两两地平行排列,彼此间隙很少,形成超

19、分子束( super strands ,超分子束彼此缠结形成致密的超分子网络结构典型的钾离子诱导形成的凝胶。然而,钙离子诱导形成凝胶的机理则与钾离子的机理不同,因为钙离子诱导形成良好的均一的网络结构,并不含有超分子束. 这可能是钙离子与卡拉胶上的半酯式硫酸盐基产生架桥作用,并降低卡拉胶大分子间的斥力,这有助于卡拉胶彼此间扭结、缠绕,形成具有网络结构的凝胶,并且,又由于钙离子的架桥作用和填充支撑作用,从而形成强度很大的凝胶。3也就是说,对于提高卡拉胶凝胶强度,钙离子作用比钾离子强,与实验结果相符。6.4 海藻酸钠凝胶性能研究由实验数据可,钙盐对海藻酸钠的凝胶强度有促进作用,但不同种类的钙盐的影响

20、作用有所不同,本次实验结果为:CaCl2>CaCO3>CaSO4>CaH2PO4。钙盐能与海藻酸钠形成凝胶, 当水溶性的海藻酸盐与多价阳离子(如Ca2+、Al3+、Zn2+等混合后,发生胶凝作用。但是不同的钙盐形成的凝胶特性不同。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。但是,由于CaCl2与海藻酸钠的胶凝作用太强了,两种溶液一混合,就在它们的接触面,形成了珠串状的,中间空心的

21、胶体。所以CaCl2与海藻酸钠复配应用时要注意CaCl2的浓度和混合的技巧。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 入这两种钙盐只能部分凝胶，而且凝胶速度较慢。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。4 在上述两种基础上再加入一定的柠檬酸酸，对凝胶强度有促进作用。 因为柠檬酸能促进CaCO3 的溶解使溶液中释放出大量的钙离子，钙离子与海 藻酸钠结合后能快速促进凝胶的形成，因此使加入CaCO3 的凝胶状态发生较大的 变化。由于硫酸酸性强于柠檬酸，在加有CaSO4 海藻酸钠中，柠檬酸的加入并不 能很大程度地改变溶液中钙离子的