1、食用膠凝膠特性的研究及果凍的制作摘要：比較了卡拉膠、瓊脂、海藻酸鈉、羧甲基纖維素（CMC）、黃原膠等食用膠的溶解性能，探討了濃度、檸檬酸、鈣離子、其它食用膠等條件對瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉等食用膠體的凝膠性能的影響。關鍵詞： CMC 瓊脂，卡拉膠，海藻酸鈉，凝膠特性前言：食用膠體在食品行業作為添加劑使用，起到增強食品體系凝膠強度，增強嚼勁，改善口感的作用，特別地要指出在果凍的應用中，食用膠體是一種必不可少的材料，所以了解不同的食用膠體的品質特性，對于果凍制作的有著重要的意義。1 實驗材料、儀器11材料：瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉、CMC、黃原膠；CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4、K

2、Cl、檸檬酸、蔗糖、色素（紅、黃、藍）。 12儀器：50mL小燒杯（每組7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）、大試管（每組5根）、溫度計（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）。2 實驗方法21凝膠強度測定方法用自制簡易凝膠強度儀測定，具體方法如下：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

3、的另一端，在錐形瓶中加入水平衡天平（設此時錐形瓶和水總重為W1），調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，設為W2。則凝膠強度的計算公式為 凝膠強度（g / cm2）= (W1-W2)/S（式中S為玻璃棒的截面積） 22凝膠體凝固點的測定：取50mL膠體溶液，倒入燒杯中，插入溫度計，然后使溫度緩慢下降，至燒杯傾斜45-50。角時液面凝固不動，此時的溫度即為該凝膠體的凝固點。 23凝膠體融點的測定：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

4、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。3 實驗內容31比較瓊脂、卡拉膠、海藻酸鈉、CMC、黃原膠等食用膠(1%)在冷水、熱水中的溶解情況以及相同濃度下它們的凝固點、融點。32瓊脂凝膠性能的研究321 找出瓊脂的最低凝膠濃度；（提示可以由0.8%開始試，上下梯度為0.2%）322變換瓊脂濃度，其凝膠性能如何變化；（至少變換5個）323固定瓊脂濃度，在其溶液中加入一定相同濃度的卡拉膠、海藻酸鈉、CMC、黃原膠，其凝膠強度如何變化。 3 3卡拉膠凝膠性能研究找出卡拉膠的最低凝膠濃度；（提示可以由1%開始試，上下梯度為0.2%）；在相同濃度的卡拉膠溶液中分別加入一定

5、濃度的KCl、CaCl2 時， 其凝膠強度與不加離子有何不同；（提示，離子濃度可以嘗試0.1%左右濃度）；固定卡拉膠濃度，在其溶液中加入一定相同濃度的瓊脂、海藻酸鈉、CMC、黃原膠，其凝膠強度如何變化。 34海藻酸鈉凝膠性能研究在一定濃度的海藻酸鈉溶液中加入一定相同濃度的CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4，觀察其是否形成凝膠，凝膠狀態如何；（選海藻酸鈉1%左右試，離子濃度在0.1%左右）在上述兩種基礎上再加入一定的檸檬酸酸，其凝膠狀況又怎樣；在上述基礎上，找出一種合適的鈣鹽，并找出其使海藻酸鈉形成凝膠的最低濃度。 35果凍的研制根據以上實驗情況，找出一種合適的食用膠（提示，可能

6、復配效果好）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。4 實驗結果與討論：4.1 食用膠性質比較表1是對食用膠溶解、凝固點以及溶點的比較。表1 食用膠物理性質比較膠體項目卡拉膠CMC瓊脂黃原膠海藻酸鈉溶解性室溫條件較易溶，渾濁較難溶，有凝塊易溶，渾濁難溶，有凝塊難溶，有凝塊加熱條件易溶，澄清，不起泡易溶，澄清，不起泡難溶，渾濁，起泡難溶，渾濁，起泡難溶，渾濁，起泡凝固點323927溶點33.65451 由上圖的結果所示：凝固點中，瓊脂>卡拉膠>黃原膠，而熔點中，瓊脂>黃原膠>卡拉膠，而同時CMC與海藻酸鈉測量不出凝固點

7、和熔點。而在加熱的條件下卡拉膠、CMC,相對較難起泡，其他的氣泡性比較好。引用食品化學【1】蛋白質氣泡性的描述：如果液膜本身具有較大的剛性液膜本身就不容易破。同理可以推導出，由于瓊脂、黃原膠、海藻酸鈉的膠體在加熱過程中所形成的液泡的膜剛性強度比較的，所以比較牢固，可以看出，分子間的力的作用比較強而造成液膜的剛性較強，而表現為起泡性能較好。加熱是渾濁是由于在加熱的過程，瓊脂、黃原膠、海藻酸鈉分子在水溶液的體系中比較容易聚合，形成較大分子的物質，而這些物質由于浮力或者是熱對流的作用懸浮在溶液體系中，影響了透光性散光現象，這樣會有結果所示的渾濁現象。 凝固點與熔點的溫差：黃原膠>瓊脂>卡

8、拉膠。從而可以看出黃原膠的性質相對遠離原理晶體的性質，而卡拉膠相對接近。4.2 瓊脂凝膠性能對不同濃度的瓊脂進行凝膠強度的測試，結果如表2表2 不同濃度瓊脂的凝膠強度濃度0.20.40.60.81.0凝膠強度g/cm212.4320.5740.7160圖一 不同濃度瓊脂的凝膠強度 從表二和圖一看出，隨著濃度的增大，瓊脂的凝膠強度也在不斷的增加，特別指出的是，在0.6%的這個濃度點的位置，瓊脂的凝膠強度會有一個突躍點，在0.6%之后，凝膠強度的增加趨勢更加的迅猛。 濃度對凝膠強度的影響：隨著增稠劑濃度的增高，增稠劑分子的體積增大，互相作用的幾率增加，吸附的分子增多，故粘度增大【】。由于分子在水中

9、的溶解狀況是部分呈現為電離狀態，也就是在此過程中，瓊脂分子會部分帶電或者是有空余的價位與其他的基團結合，于是，有利的氫氧根基團，就與其形成氫鍵。跟甚至是由于分子間的范德華的作用，而對水分子進行吸附，從而構建出跟大的網絡結構，接觸面積增大，那么分子所構建的網狀結構之間的摩擦力也就相應的增大，在宏觀上就表現為粘度的增大。正如上面的實驗結果所示。同一濃度的凝膠與同濃度的其他食用膠混合后，進行凝膠強度的測定，結果如表3.表3 0.8瓊脂與0.2其他食用膠混合后的凝膠強度混合膠種類瓊脂CMC瓊脂卡拉膠瓊脂海藻酸鈉瓊脂黃原膠凝膠強度g/cm228.8554.2912.57圖二 0.8瓊脂與0.2其他食用膠

10、混合后的凝膠強度從上圖可以看出瓊脂與其他膠體復配使用的時候，凝膠強度效果排列：卡拉膠>CMC>海藻酸鈉>黃原膠。 卡拉膠具有類似瓊脂的空間結構，雙螺旋結構，在膠體與膠體的結合上產生附加膠粘增強凝膠作用，而CMC在空間結構上與瓊脂的結構不吻合，有抗拮凝聚的作用，而海藻酸納則由于支鏈的過少過短而導致的凝聚效果不明現，跟甚至低于CMC。但是值得懷疑的黃原膠也具有雙螺旋結構但是凝膠強度不夠明顯。這可能與濃度有關。因為黃原膠分子與瓊脂分子形成3維網狀結構，超過一定比例則阻礙瓊脂分子之間的交聯。【3】4.3 卡拉膠凝膠性能卡拉膠的最低凝膠濃度卡拉膠的最低凝膠濃度為06%表4 0.8卡拉膠

11、與0.2鹽混合后凝膠強度比較混合種類0.8卡拉膠卡拉膠CaCl2卡拉膠KCl凝膠強度g/cm216.5755.57153圖三 0.8卡拉膠與0.2鹽混合后凝膠強度比較從圖三 可以看出K鹽的影響大于Ca鹽的影響與楊玉玲等4所做出的實驗結果相同。那是因為在卡拉膠形成過程當中，K離子與卡拉膠形成的凝膠更有序、強度更大，即K離子對卡拉膠的凝膠是所形成的鍵強于鈣離子所形成的鍵，使得結合更加牢固，更加有序，即分子對于測量力的時候的反作用力基本靠在同一條直線上，這樣使得凝膠強度更加的大，凝膠效果更加好。表5 0.8卡拉膠與0.2其他食用膠混合后的凝膠強度混合膠種類卡拉膠CMC卡拉膠海藻酸鈉卡拉膠瓊脂卡拉膠黃

12、原膠凝膠強度18.572143.859.57圖四 0.8卡拉膠與0.2其他食用膠混合后的凝膠強度從上圖可以了解到卡拉膠與其他膠體復配使用的時候，凝膠的強度的順序為瓊脂>海藻酸鈉>CMC>黃原膠。同樣地，這里可以應用空間立體化學的思路去解釋這樣的現象：由于瓊脂于卡拉膠都有雙螺旋的結構，在空間上比較容易的配合起來，形成膠合物，而海藻酸由于是支鏈的不足而導致凝膠強度的減弱，CMC則是由于空間位阻的關系，與卡拉膠的膠凝作用不算太強。黃原膠雖然有雙螺旋的結構，但是可能濃度的過高，三維網狀結構的阻礙而導致與卡拉膠的膠凝作用減弱。4.4 海藻酸鈉凝膠性能表6 海藻酸鈉與鈣鹽混合后的凝膠強度

13、混合鈣鹽種類CaCO3CaCl2CaSO4CaH2PO4凝膠強度159.2106.7圖五 海藻酸鈉與鈣鹽混合后的凝膠強度海藻酸鈉屬于海洋多糖，是水合理非常強的親水性高分子，由于二價陽離子會產生橋連作用，以至于增強膠凝性。鈣離子的濃度還有鈣離子釋放的速度，都會影響膠凝的強度。在上面的圖中（圖五）可以看出 由于硫酸鈣的電離程度大于磷酸二氫鈣，所以在實驗中所測得的凝膠強度的數據硫酸鈣的大于磷酸二氫鈣，但是值得懷疑的一點是氯化鈣的電離應該是最大，為什么不凝膠呢，是濃度的問題，還是凝有原因的。這是值得以后探究的地方。表7 海藻酸鈉與鈣鹽混合物加酸后的凝膠強度CaCO3CaCl2CaSO4CaHSO4海藻

14、酸鈉不凝不凝凝膠凝膠檸檬酸凝膠不凝不凝不凝在有檸檬酸的影響之下，通過實驗探究海藻酸鈉與鈣離子之間的膠凝關系。從第一行的關系來說，基本上符合圖五、表6的結果，這里不再討論了。但是由于檸檬酸對鈣離子會有螯合的作用，所以在添加了檸檬酸之后在CaSO4和CaHSO4這兩次試驗中，就造成了影響，使得海藻酸鈉有不凝現象。而檸檬酸的酸性比碳酸強，將鈣離子從碳酸鈣中置換出來，海藻酸鈉可以凝膠。4.5 果凍的研制經過查閱資料【5】,發現配方：魔芋粉、瓊脂、明膠的配比為232, 總用膠量為0.7%, 混合溶解后的膠溶液, 在75煮10min, 添加20%的白砂糖, 調至pH5, 分別加入甜橙汁或甜橙肉瓣, 灌裝殺菌后冷卻, 凝固后獲得淺黃色、透明、口感爽滑、酸甜可口的果凍, 具有濃郁的甜橙風味。但是由于魔芋粉的價格比較昂貴，所以用了卡拉膠來代替，從分利用了卡拉膠與瓊脂良好的凝膠性能的特點。5 總述綜上所述，凝膠強度與膠體的種類、pH值、體系所含的金屬離子，膠體濃度，還有復配是空間位阻有關系。在不同的條件下，選擇不同膠體以及其復配膠體對與