食用膠凝特性的研究及果凍的制作

1、食用膠凝特性的研究及果凍的制作摘要本次實(shí)驗(yàn)主要通過測定其最低凝膠濃度、凝膠強(qiáng)度、熔點(diǎn)、凝固點(diǎn)等凝膠特性,對瓊脂、卡拉膠、黃原膠、CMC、海藻酸鈉及其復(fù)配使用進(jìn)行研究。結(jié)果表明單獨(dú)使用一種凝膠,其凝膠強(qiáng)度隨濃度上升而增大,兩種凝膠復(fù)配使用有協(xié)同作用,也有拮抗作用。鉀鹽和鈣鹽對卡拉膠、鈣鹽對海藻酸鈉的凝膠強(qiáng)度都有促進(jìn)作用。本次實(shí)驗(yàn)雖然有操作失誤,但結(jié)果基本可靠。關(guān)鍵字:食用膠性能果凍1 前言食用膠是目前世界上廣泛使用的食品添加劑,尤其是在食品工業(yè)相對發(fā)達(dá)的國家,幾乎所有的食品中都使用了食用膠。目前世界上允許使用的食品膠品種約60余種,我國允許使用的約有40種,國內(nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)使用最廣泛的食用膠主要有卡

2、拉膠、黃原膠、瓜爾豆膠、瓊脂、明膠、海藻酸鈉、刺槐豆膠和魔芋膠等。食用膠的作用有很多:凝膠、增稠、乳化穩(wěn)定、懸浮分散、結(jié)晶控制、被膜劑和膠囊、泡沫形成、香精固定等作用,還有膳食纖維功能。1果凍是用增稠劑(海藻酸鈉、瓊脂、食用明膠、卡拉膠等加入各種人工合成香精、著色劑、甜味劑、酸味劑配制,經(jīng)煮膠、調(diào)配、灌裝、殺菌等工序加工而成的膠凍食品。常用的增稠劑有海藻酸鈉、瓊脂、食用明膠、卡拉膠等。.食用膠的應(yīng)用對果凍的凝膠特性和口感形成非常重要。本次實(shí)驗(yàn)旨在運(yùn)用在課堂上所學(xué)過的食品添加劑的基礎(chǔ)理論知識,查閱有關(guān)文獻(xiàn),結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件,在教師的指導(dǎo)下,通過實(shí)驗(yàn),達(dá)到熟悉瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉、羧甲基纖維

3、素(CMC、黃原膠的溶解性能、凝膠條件和了解各種因素對食用膠凝膠性能(凝膠強(qiáng)度、融點(diǎn)、凝固點(diǎn)的影響的目的2 實(shí)驗(yàn)材料和儀器2.1 材料瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉、CMC、黃原膠;CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4、KCl、檸檬酸、蔗糖、色素(紅、黃、藍(lán)。2.2 儀器100mL小燒杯(每組10個、錐形瓶(每組1個、直徑0.3、0.5cm的玻璃棒(每組4根,每種規(guī)格各2根,要求表面平整、量筒(每組1個、天平(每組1臺,其中至少有3臺大的、溫度計(jì)(每組5根、鐵架臺(每組一臺、水浴鍋(34臺、電爐(至少5臺、電子天平(共用。3 實(shí)驗(yàn)方法3.1 凝膠強(qiáng)度測定方法;用自制簡易凝膠強(qiáng)度儀測定,具

4、體方法如下:膠體溶液在電爐上煮沸,冷卻形成凝膠后。取一鐵架臺、一支截面光滑平整的玻璃棒(直徑依凝膠強(qiáng)度選定、一臺天平、一個錐形瓶。將玻璃棒固定在鐵架臺上,將凝膠體放在天平的一端,錐形瓶放在天平的另一端,在錐形瓶中加入水平衡天平(設(shè)此時錐形瓶和水總重為W1,調(diào)整玻璃棒的截面使其與凝膠體的表面輕輕接觸,然后往錐形瓶中緩慢的加水,注意觀察,當(dāng)玻璃棒穿透凝膠體表面時,立即停止加水,稱錐形瓶和水總重,設(shè)為W2。則凝膠強(qiáng)度的計(jì)算公式為W2-W1凝膠強(qiáng)度(g / cm2= (式中S為玻璃棒的截面積S3.2 凝膠體凝固點(diǎn)的測定:取50mL膠體溶液,倒入大試管中,插入溫度計(jì),然后使溫度緩慢下降,至燒杯傾斜45-

5、50。角時液面凝固不動,此時的溫度即為該凝膠體的凝固點(diǎn)。3.3凝膠體融點(diǎn)的測定:待上一步驟中的溶液凝固完全,于冰箱中放置 5min,放入一粒玻璃珠(直徑=5mm于凝膠表面。把試管在90的水浴中加熱,使凝膠溫度慢慢上升,觀察玻璃珠落下的溫度即為凝膠的融點(diǎn)。4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4.1 比較瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉、CMC、黃原膠等食用膠(0.2%在冷水、熱水中的溶解情況。4.2 瓊脂凝膠性能的研究4.2.1找出瓊脂的最低凝膠濃度;4.2.2 在上述瓊脂最低凝膠濃度的基礎(chǔ)之上變換瓊脂濃度(至少變換5個,測定其凝膠強(qiáng)度、凝固點(diǎn)、熔點(diǎn)如何變化;4.2.3 固定瓊脂濃度(瓊脂的最低凝膠濃度,在其溶液中加入一定相同濃

6、度(0.2%的卡拉膠、海藻酸鈉、CMC、黃原膠,其凝膠強(qiáng)度如何變化。(做一組空白4.3 卡拉膠凝膠性能研究4.3.1 找出卡拉膠的最低凝膠濃度;4.3.2在相同濃度(卡拉膠的最低凝膠濃度的卡拉膠溶液中分別加入一定濃度(0.2%的KCl、CaCl2時(將KCl、CaCl2配成溶液后再加入,研究其凝膠強(qiáng)度與不加離子有何不同;(做一組空白4.4 海藻酸鈉凝膠性能研究4.4.1 在一定濃度(0.5%的海藻酸鈉溶液中加入一定相同濃度(0.3%的(將CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4配成溶液后再加入,觀察其是否形成凝膠,凝膠狀態(tài)如何;(選擇海藻酸鈉溶液0.5%左右,鈣鹽溶液0.3%左右。觀

7、察的凝膠狀態(tài)包括能否形成凝膠、形成凝膠快慢、凝膠形態(tài)等,不用測凝膠強(qiáng)度4.4.2在上述兩種基礎(chǔ)上再加入一定的檸檬酸酸(配成溶液后再加入,其凝膠狀況又怎樣(只觀察凝膠狀態(tài),不用測凝膠強(qiáng)度;4.5 果凍的研制根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)情況,找出一種合適的食用膠(提示,可能復(fù)配效果好來加工果凍,探討出制作果凍的一種配方,要求所制的果凍具有較好的彈性、韌性、甜酸比及合適的顏色。5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果5.1食用膠在冷水熱水中的溶解情況瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉、CMC、黃原膠等食用膠(0.2%在冷水、熱水中的溶解情況如表1。表1 食用膠在冷熱水中溶解現(xiàn)象瓊脂卡拉膠海藻酸鈉CMC 黃原膠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,且懸浮于溶液中水面熱水完全溶解溶解,且表面較多泡沫溶解,且表面少許泡沫完全溶解溶解,且表面較多泡沫在實(shí)驗(yàn)過程中,在冷水中只有CMC溶解情況較好,其余基本不溶解;但是加熱后五種食用膠都基本溶解,出現(xiàn)氣泡有可能是由于攪拌的原因,也可能由于食用膠自身的原因。5.2瓊脂凝膠性能的研究分別配置0.1%到0.5%的瓊脂,加熱溶解再冷卻后,0.1%到0.3%的瓊脂溶液都不發(fā)生凝固,0.4%的瓊脂溶液部分凝固,0.5%的瓊脂溶液完全凝固。所以瓊脂的最低凝膠濃度是0.5%在最低凝膠濃度的0.5%基礎(chǔ)上,配置0.5%到0.9%的瓊脂,并測定其凝膠強(qiáng)度、凝固點(diǎn)、熔點(diǎn)的變化情況。不同濃度的瓊脂凝膠強(qiáng)度如表2

9、和圖1。表2 不同濃度的瓊脂溶液的凝膠強(qiáng)度濃度W1(g W2(g S(cm2 凝膠強(qiáng)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 不同濃度瓊脂凝膠強(qiáng)度的變化如圖所示,瓊脂的凝膠強(qiáng)度隨濃度的變化而不斷增大,但是在測定0.5%瓊脂的凝膠強(qiáng)度時,可能由于本組成員對測定方法還不夠熟悉,所以數(shù)據(jù)與正常值偏差較大。

10、不同濃度的瓊脂的凝固點(diǎn)和熔點(diǎn)如表4和圖3表4 不同濃度瓊脂的凝固點(diǎn)、熔點(diǎn)變化0.5% 0.6% 0.7% 0.8%0.9% 凝固點(diǎn)/ 33.3 37.2 33.0 35.0 35.5 熔點(diǎn)/ 73.870.571.270.869.2 表3 不同濃度瓊脂凝固點(diǎn)、熔點(diǎn)的變化理論上來說,隨著濃度增加瓊脂的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)也逐漸增大。但是從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上看,瓊脂的凝固點(diǎn)、熔點(diǎn)與濃度并無明顯關(guān)系,可能的原因是對剛好凝固和剛好熔點(diǎn)時刻判定不準(zhǔn),或者是溫度計(jì)讀數(shù)不準(zhǔn)的問題。5.3 在最低凝膠濃度下,在其溶液中加入一定相同濃度(0.2%的卡拉膠、海藻酸鈉、CMC、黃原膠,觀察其凝膠強(qiáng)度的變化。其結(jié)果如下表5和圖4所示

11、。表5 不同食用膠加入后的瓊脂的凝膠強(qiáng)度食用膠W1(g W2(g S(cm2凝膠強(qiáng)度(g/cm2空白組102.08 103.42 0.071 18.873 卡拉膠99.86 105.94 0.071 85.634 海藻酸鈉99.8 102.26 0.071 34.648 CMC 106.48 110.05 0.071 50.282 黃原膠98.62 103.98 0.071 75.493 圖4 不同食用膠對瓊脂特性的影響由圖可知,一定濃度的瓊脂與一定濃度的不同食用膠復(fù)配時會對其凝膠強(qiáng)度產(chǎn)生不同的影響;瓊脂與卡拉膠或黃原膠都明顯增加膠體的凝膠強(qiáng)度,與卡拉膠復(fù)配尤為明顯。但是前文已證實(shí)空白對照組數(shù)

12、據(jù)有問題,不能比較瓊脂與海藻酸鈉和CMC復(fù)配是增強(qiáng)還是減少凝膠強(qiáng)度。5.3 卡拉膠凝膠性能研究分別配置0.1%到0.8%的卡拉膠,加熱溶解再冷卻后,0.1%到0.4%的卡拉膠溶液都不發(fā)生凝固,0.5%到0.8%的卡拉膠溶液都完全凝固。所以卡拉膠的最低凝膠濃度是0.5%。在最低凝膠濃度的0.5%基礎(chǔ)上,配置0.5%卡拉膠溶液,分別加入0.2%的KCl、CaCl2 時,其凝膠強(qiáng)度的變化如表6和圖5。表6 加入不同金屬鹽的卡拉膠的凝膠強(qiáng)度食用膠W1(g W2(g S(cm2 凝膠強(qiáng)度(g/cm2卡拉膠101.57 103.43 0.196 9.490 卡拉膠+KCl 98.03 102.94 0.1

13、96 25.051 卡拉膠+CaCl2 102.23 109.45 0.196 36.837 圖5 加入不同金屬鹽的卡拉膠的凝膠強(qiáng)度如上圖所示,在卡拉膠中加入氯化鉀與氯化鈣溶液對提高卡拉膠的凝膠強(qiáng)度有明顯的促進(jìn)作用,而且,氯化鈣的作用大于氯化鉀的作用。5.4 海藻酸鈉凝膠性能研究5.4.1 海藻酸鈉與鈣鹽復(fù)配使用在一定濃度(0.5%的海藻酸鈉溶液中分別加入0.3%的CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4(鈣鹽配成溶液后再加入,觀察其是否形成凝膠和凝膠狀態(tài)如何,包括能否形成凝膠、形成凝膠快慢、凝膠形態(tài)等。結(jié)果如表7。表7 海藻酸鈉(0.5%中加入不同鈣鹽(0.3%的凝膠狀態(tài)是否凝膠凝

14、膠狀態(tài)海藻酸鈉+ CaCO3微凝渾濁液體,微溶,有些許粘稠海藻酸鈉+ CaCl2凝膠透明液體中有塊狀白色膠狀沉淀海藻酸鈉+ CaSO4微凝粘稠狀液體中含有較多小顆粒白色不溶物海藻酸鈉+ CaH2PO4微凝些許渾濁,白色微小顆粒不溶物及膠塊狀物體析出5.4.2在上述兩種基礎(chǔ)上再加入一定的檸檬酸酸檸檬酸配成溶液后再加入,其凝膠狀況如表8。表8 加入不同鈣鹽的海藻酸鈉再加入檸檬酸的凝膠狀態(tài)是否凝膠凝膠狀態(tài)海藻酸鈉否有很多小氣泡,不凝海藻酸鈉+ CaCO3是凝膠效果非常好,果凍狀,膠狀物里卻還有小顆粒沉淀海藻酸鈉+ CaCl2是有些許膠狀沉淀海藻酸鈉+ CaSO4是凝膠效果好,有流動狀態(tài),沉淀,膠狀物

15、不消失海藻酸鈉+ CaH2PO4是凝膠效果一般,有流動態(tài),不溶物不消失5.5 果凍的研制根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)情況,本小組制作了兩種果凍,制作配方為:蔗糖0.5%,檸檬酸0.5%,卡拉膠0.2%,瓊脂0.5%,色素若干(一個是半滴亮藍(lán),一個是亮藍(lán)、檸檬黃和誘惑紅各一滴。制得的果凍感官評定結(jié)果如下:表10 自制果凍感官評定結(jié)果記錄果凍1感官評定結(jié)果果凍2感官評定結(jié)果色澤淺藍(lán)色墨綠色彈性手觸果凍表面彈性適當(dāng),手感好手觸果凍表面彈性適當(dāng),手感好亮度表面有光澤,通透明亮表面有光澤,通透暗淡制得的兩種果凍照片最后附件所示。6 結(jié)果分析本次實(shí)驗(yàn)基本成功,各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,但是由于操作失誤和儀器問題,有些數(shù)據(jù)不

16、準(zhǔn)確,難以比較。6.1 不同食用膠溶解特性瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉、CMC、黃原膠等食用膠(0.2%在冷水溶解情況各不相同、熱水中基本溶解,這是由食用膠自身的結(jié)構(gòu)決定的。食用膠在水中要發(fā)生溶解和吸水膨脹才能起增稠作用,但是很多食用膠往往冷水中只能吸水膨脹水中只能吸水膨脹而不能溶解。6.2 瓊脂凝膠性能的研究瓊脂的凝膠機(jī)理是:瓊脂懸浮液在較高溫度下轉(zhuǎn)變成均勻的瓊脂溶液,瓊脂在溶液中以無規(guī)線團(tuán)形式存在,在溶液冷卻后,瓊脂分子間相互作用形成雙螺旋結(jié)構(gòu)、并進(jìn)而序排列而形成三維網(wǎng)狀的凝膠結(jié)構(gòu)。2從實(shí)驗(yàn)中得出,瓊脂的凝膠強(qiáng)度隨濃度的變化而不斷增大,這是由于隨著瓊脂濃度增加,瓊脂凝膠強(qiáng)度瓊脂分子間相互纏結(jié)形成

17、的網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)也隨之增加,導(dǎo)致凝膠的硬度、彈性和粘聚性都明顯增加。2瓊脂溶液的凝固點(diǎn)一般在32-43之間,而瓊脂凝膠的熔點(diǎn)一般在75-90之間。熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于凝固點(diǎn)是瓊脂的特有現(xiàn)象,稱為“滯后現(xiàn)象”。正是這種滯后現(xiàn)象讓瓊脂能夠廣泛運(yùn)用于食品中。雖然實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)并未有呈線性分布,但是其凝固點(diǎn)和熔點(diǎn)都在理論范圍之內(nèi)。影響瓊脂的凝膠強(qiáng)度的因素除了瓊脂本身的分子結(jié)構(gòu)和濃度外,還取決于環(huán)境條件。所以,瓊脂與其他食用膠復(fù)配使用會產(chǎn)生協(xié)同或者拮抗。在本次實(shí)驗(yàn)中,顯然瓊脂與卡拉膠和黃原膠有協(xié)同作用,這是由于瓊脂具有與卡拉膠,黃原膠有類似的雙螺旋結(jié)構(gòu),它們之間的分子共同形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),黃原膠或卡拉膠使質(zhì)構(gòu)整體致密飽滿

18、,這也使得凝膠強(qiáng)度提高。雖然本次實(shí)驗(yàn)中,空白組數(shù)據(jù)過小,但在與其他小組比較和查找文獻(xiàn)過程中,我們都發(fā)現(xiàn)瓊脂與CMC或海藻酸鈉復(fù)配有拮抗作用。這是因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)差異較大,在加入攪拌時分子間產(chǎn)生排斥力,阻止凝膠的形成。6.3 卡拉膠凝膠性能研究卡拉膠單獨(dú)使用時凝膠強(qiáng)度很小,應(yīng)用時一般與鉀鹽、鈣鹽進(jìn)行復(fù)配使用。鉀鹽、鈣鹽的添加可大幅度地提高卡拉膠的凝膠強(qiáng)度。在鉀離子存在的情況下,隨著溶液溫度的下降,卡拉膠大分子長鏈從線圈狀轉(zhuǎn)化為雙螺旋結(jié)構(gòu),并且隨著溫度的進(jìn)一步降低,雙螺旋結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定并相互聯(lián)結(jié)形成由二聚雙螺旋結(jié)構(gòu)組成的堅(jiān)硬桿狀物( rigid rod ,它們?nèi)齼蓛傻仄叫信帕?彼此間隙很少,形成超

19、分子束( super strands ,超分子束彼此纏結(jié)形成致密的超分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)典型的鉀離子誘導(dǎo)形成的凝膠。然而,鈣離子誘導(dǎo)形成凝膠的機(jī)理則與鉀離子的機(jī)理不同,因?yàn)殁}離子誘導(dǎo)形成良好的均一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并不含有超分子束. 這可能是鈣離子與卡拉膠上的半酯式硫酸鹽基產(chǎn)生架橋作用,并降低卡拉膠大分子間的斥力,這有助于卡拉膠彼此間扭結(jié)、纏繞,形成具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠,并且,又由于鈣離子的架橋作用和填充支撐作用,從而形成強(qiáng)度很大的凝膠。3也就是說,對于提高卡拉膠凝膠強(qiáng)度,鈣離子作用比鉀離子強(qiáng),與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。6.4 海藻酸鈉凝膠性能研究由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可,鈣鹽對海藻酸鈉的凝膠強(qiáng)度有促進(jìn)作用,但不同種類的鈣鹽的影響

20、作用有所不同,本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果為:CaCl2>CaCO3>CaSO4>CaH2PO4。鈣鹽能與海藻酸鈉形成凝膠, 當(dāng)水溶性的海藻酸鹽與多價陽離子(如Ca2+、Al3+、Zn2+等混合后,發(fā)生膠凝作用。但是不同的鈣鹽形成的凝膠特性不同。在CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4這四種鈣鹽中,CaCl2水溶性最好,把它加入海藻酸鈉溶液中能迅速釋放出大量鈣離子,在溶液中形成最適合的鈣鈉比,與海藻酸鈉結(jié)合形成海藻酸鈣,海藻酸鈣能促進(jìn)凝膠的形成,因此可以快速形成較好的凝膠。但是,由于CaCl2與海藻酸鈉的膠凝作用太強(qiáng)了,兩種溶液一混合,就在它們的接觸面,形成了珠串狀的,中間空心的

21、膠體。所以CaCl2與海藻酸鈉復(fù)配應(yīng)用時要注意CaCl2的濃度和混合的技巧。而CaSO4是微溶的,CaH2PO4由于磷酸二氫根離子的作用能在水中形成水解反應(yīng)，它們鈣離子的釋放速度和程度都不及氯化鈣，溶液中的鈣鈉比較小，所以加 入這兩種鈣鹽只能部分凝膠，而且凝膠速度較慢。CaCO3 在水溶液中是難溶的， 所以加入 CaCO3 后溶液中只有極少的鈣離子，海藻酸鈉不能與鈣離子很好的結(jié)合， 因此很難形成凝膠。4 在上述兩種基礎(chǔ)上再加入一定的檸檬酸酸，對凝膠強(qiáng)度有促進(jìn)作用。 因?yàn)闄幟仕崮艽龠M(jìn)CaCO3 的溶解使溶液中釋放出大量的鈣離子，鈣離子與海 藻酸鈉結(jié)合后能快速促進(jìn)凝膠的形成，因此使加入CaCO3 的凝膠狀態(tài)發(fā)生較大的 變化。由于硫酸酸性強(qiáng)于檸檬酸，在加有CaSO4 海藻酸鈉中，檸檬酸的加入并不 能很大程度地改變?nèi)芤褐锈}離子的