食用胶凝胶特性的研究及果冻的制作
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，进一步了解果冻的加工工艺。 关键词：琼脂 卡拉胶 CMC 海藻酸钠胶 黄原胶 凝胶特性 果冻
前 言
食用胶是将两种或两种以上食用胶体按照一定的比例复合而成的食品胶[1]。它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。
果冻,因其甜美可口、果香浓郁而受到广大消费者特别是妇女、儿童的喜爱,是一种热销的风味食品[2]。甜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[3]。怎样制作出美观又美味，安全又无害的果冻是我国今后研究的重点。
1 实验材料与仪器
1.1 实验材料与试剂
材料：琼脂，卡拉胶，海藻酸钠，蔗糖，CMC，黄原胶。
试剂：CaCO3，CaCl2，CaSO4，CaH2PO4，KCl，柠檬酸，色素（红、黄、 蓝）。
1.2 实验仪器
50mL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（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 W2-W1
凝胶强度（g / cm2）= （式中S为玻璃棒的截面积）
S
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。 2.4 果冻的研制
根据实验情况，找出一种合适的食用胶来加工果冻，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。
。
3 实验结果与分析
3.1 各种食用胶的溶解性能比较
比较琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶5种食用胶(0.2%)在冷水、热水中的溶解情况，实验结果如表1所示。
表1 各种食用胶的溶解性对比
食用胶 琼脂 卡拉胶 海藻酸钠 CMC 黄原胶
冷水 微溶，有沉淀 部分溶解 部分溶解 少量溶解 部分溶解
热水 完全溶解 完全溶解 完全溶解 完全溶解 完全溶解
由表1可得，相同浓度下，在冷水中5种食用胶都是部分溶解或微溶；在 水中，5种食用胶都易溶。
3.2 各种条件对琼脂凝胶性能的影响 3.2.1 浓度对琼脂凝胶特性的影响
表2 不同浓度水平的琼脂凝胶特性的变化
浓度 凝胶状况 凝胶强度 （g/cm2） 凝固点 熔点
0.1% 不凝胶 0 -- --
0.2% 不凝胶 0 -- --
0.3% 凝胶 76.79 34.10 66.80
0.4% 凝胶 149.47 34.30 68.40
0.5% 凝胶 223.21 34.90 69.90
0.6% 凝胶 249.68 35.50 71.50
0.7% 凝胶 256.48 35.90 73.30
从表2可看出在室温下琼脂的最低凝胶浓度为0.3%。随着琼脂浓度由0.3%上升到0.7%，琼脂的凝胶强度、凝固点和熔点也随之上升。 3.2.2 其它食用胶对琼脂凝胶特性的影响
通过保持琼脂浓度0.4％不变，分别加入0.2%浓度的卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶，比较其凝胶强度的变化，实验结果如表3所示。
表3 其它食用胶对琼脂凝胶特性的影响
0.4％琼脂
0.4％琼脂
＋ 0.2％海藻酸钠
凝胶强度（g/cm2）
由表3可得，加入了其它食用胶的琼脂所形成的混合凝胶的凝胶强度大小排列为：琼脂+CMC＞琼脂+卡拉胶＞琼脂＋海藻酸钠＞琼脂+黄原胶。 3.3 各种条件对卡拉胶凝胶性能的影响 3.3.1 不同浓度对卡拉胶凝胶性能的影响
由实验可得结果如下表。
表4 不同浓度卡拉胶的凝胶状态
浓度
0.1%
0.2%
0.3%
0.4%
0.5%
0.6%
0.7% 凝胶
59.31
47.80
70.83
40.15
51.36
0.4％琼脂
0.4％琼脂
0.4％琼脂
食用胶配方 ＋0.2％卡
拉胶
＋0.2％CMC +0.2％黄原
胶
凝胶状况 不凝胶 不凝胶 不凝胶 不凝胶 不凝胶 不凝胶
从表4可看出在室温下卡拉胶的最低凝胶浓度为0.7%。 3.3.2 不同离子对卡拉胶胶凝性能的影响
在0.6%浓度的卡拉胶溶液中分别加入0.2%浓度的KCl、CaCl2 时，其凝胶强度与不加离子时强度的比较结果如表5所示。
表5 不同离子影响卡拉胶的凝胶状态
食用胶配方 凝胶强度（g/cm2）
0.6％卡拉胶 ＋0.2％KCl 351.88
0.6％卡拉胶 ＋0.2％CaCl2 393.35
0.6％琼脂 196.
由表5可得，加入KCl或CaCl2 后卡拉胶的胶凝强度增大，且0.6％卡拉胶＋0.2％CaCl2 ＞0.6％卡拉胶＋0.2％KCl。 3.4 各种条件对海藻酸钠凝胶性能的影响 实验结果如表6所示。
表6 钙盐和酸对海藻酸钠凝胶性能的影响
食用胶配方 不加酸 加柠檬酸
由表6可得，各种钙盐对海藻酸钠的凝胶性能影响很大；-CO32-对海藻酸钠产生的影响最好，Cl-次之，而SO42-跟H2PO42影响较小；加上0.1%柠檬酸后使得海藻酸钠的凝胶性能变差。 3.5 加工果冻的配方
本实验确定出加工果冻的配方如表7所示。
表7 制作果冻的配方
材料 质量
0.5%海藻酸钠
+0.3%CaCO3 凝胶程度高 凝胶程度中等
0.5%海藻酸钠+0.3%CaCl2 凝胶程度中等 凝胶程度较低
0.5%海藻酸钠+0.3%CaSO4 凝胶程度较低 凝胶程度更低
0.5%海藻酸钠+0.3%Ca(H2PO
4)2 凝胶程度较低 凝胶程度更低
蒸馏水 蔗糖 琼脂 卡拉胶 黄原胶 柠檬酸
色素
50g
4% 0.3% 0.7% 0.5% 0.1% 少量
按上表的配方做出来的果冻胶凝性能较好，果冻组织形态均匀一致，色泽一致，爽滑细腻，弹性和韧性都较好。
4 实验结论与讨论
4.1 影响凝胶溶解性的因素
①琼脂为亲水性胶体，分有条状和粉末状，不溶于冷水，易溶于热水；②卡拉胶是从红藻中提取的一种高分子亲水性多糖，分为 k 型、l 型、λ 型等 8 种结构形式，所以易溶于冷水和热水中，而冷水实验中部分可溶可能是含有钾或钙离子；③海藻酸盐是唯一的一种可在室温下溶于水而形成水溶胶的多糖，但实验中微溶，可能是因为PH太低，海藻酸钠遇水变湿而结块；④CMC易溶于冷水或热水，形成具有一定粘度的透明溶液；⑤黄原胶是一个带负电荷的高分子电解质,在水溶液中使分子间相互排斥而形成稳定的胶体,易溶于水,持水性好,含量越高,持水性越强[4]。
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[5]。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[5]。 4.2 琼脂的凝胶特性及其它食用胶对琼脂凝胶特性的影响
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[6]。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。海藻酸钠、羧甲基纤维素钠（CMC-Na）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[7]。本实验中的现象与文献资料有差别，可能原因是本实验在烧杯中先装食用胶再加水，使凝胶分子吸水形成氢键不均匀，凝胶不完全造成的。 4.3 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。卡拉胶具有胶凝、增稠、乳化、成膜、稳定分散等优良特性[8]。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；黄原胶与ι-型卡拉胶复配可降低食品脱水收缩[3]。 4.4 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、药用辅料山[8]。一定浓度的钙盐有助于海藻酸钠形成凝胶。除了CaCO3之外，电解质CaCl2、Ca(H2PO4)2、CaSO4均能增强海藻酸钠凝胶效果。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，其中以与氯化钙形成的凝胶薄膜强度为最大。海藻酸与二价、多价金属离子形成的盐，除了镁盐外，都是不溶的。在发生凝胶化或沉淀之前，对于含有一定量的海藻酸钠的溶液来说，随着钙离子结合两的逐渐增加，溶液粘度将上升，钙离子进入海藻酸钠溶液后，取代钠离子而成为海藻酸钙；或加上酸（如柠檬酸）后，COO-离子与H+离子结合，发挥架桥作用，从而增加COOH的含量可以更大几率地与OH形成氢键，利于致密网络结构的架建，最终形成较好的凝胶[9]。 4.5 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。
参 考 文 献
[1] 李加兴，袁秋红，陈双平等.猕猴桃果汁果肉型果冻的研制.食品科学，2007，
28（7）：600—603
[2] 张斌. 魔芋果冻的研究. 粮食与食品工业,2005,2:19-21
[3] 杨新亭,付天松,王林风等.黄原胶在果冻生产中的应用.食品工业科技，
1999,20（2）：51—53
[4] 赵兴春.黄原胶的特征和应用.食品工业，1997,2：51—53
[5] 吴剑锋，吴晖，吴涛等.几种亲水性胶体凝胶特性研究.广州食品工业科技，
2004，21（4）：159-161
[6] 马云,杨玉玲,杨震等.琼脂凝胶质构特性的研究.食品与发酵工业，2007，33
（9）：24-27
[7] 赵谋明，王妙春，等.琼胶与电解质、食品胶之间相互作用的研究.食品与发酵工业，1995，(1)：1-7.
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169-177.
