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果冻制作报告
本科课程论文
食用胶凝胶特性的研究及果冻的制作
姓名:
学号:
指导老师:
周爱梅
副教授
摘要
实验研究了琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素、黄原胶的溶解性能及凝胶条件,并探究了各种因素对食用胶凝胶性能中凝胶强度、熔点、凝固点的影响。
实验结果表明各种食用胶由于其自身的结构性质不同导致了其溶解度的不同,而温度升高有助于增加其溶解度。
其次是各种胶体要形成凝胶性能较好的胶体与其自身的浓度、无机盐类、ph和与其他胶体复配时的相互作用是否存在协同增效作用。
关键词:
食用胶琼脂卡拉胶海藻酸钠凝胶性能果冻制作
1前言
本实验以琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素、黄原胶为实验原料,研究了各种食用胶(0.2%)在冷水、热水中的溶解情况以及其形成凝胶的浓度条件,并探讨了各种不同钙盐、钾盐等无机盐和有机酸类物质对其凝胶特性的影响如何,以及各种凝胶复配对其凝胶强度的变化。
根据以上实验情况,找出一种合适的食用胶配方来加工果冻,探讨出制作果冻的一种配方,以使得所制的果冻具有较好的弹性、韧性、甜酸比及合适的颜色。
2实验材料与方法
2.1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、色素(红、黄、蓝)。
2.2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)。
2.3实验方法
2.3.1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
2.3.2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。
2.3.3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。
3结果与讨论
3.1各种食用胶在冷热水中的溶解度
比较等浓度0.2%的琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶等食用胶在冷水、热水中的溶解情况,以判断温度对其溶解度变化的影响。
结果如下表1
表1常用食用胶(1%)在冷热水中的溶解情况
食用胶(0.2%)
琼脂
卡拉胶
海藻酸钠
CMC
黄原胶
冷水
不溶解
不溶(絮状物)
溶解,不太透明
溶解度好
微溶解
热水
可以溶解
溶解,成透明状胶体
溶解
澄清透明
微溶解
结果与分析:
由实验结果可以看出相同浓度的不同食用胶,在水中的溶解情况各不相同。
琼脂和卡拉胶在冷水中的溶解度小,但加热可溶;海藻酸钠在冷水中可以溶解但效果较差,热水中则可以很好地溶解成透明状;CMC可部分溶于冷水,完全溶于热水;黄原胶在冷水中形成浑浊液,在热水中也是溶解的较少。
五种食用胶在冷水中的澄清到浑浊排序依次为:
CMC>海藻酸钠>琼脂>卡拉胶>黄原胶。
而五种食用胶在热水中得澄清到浑浊排序依次为:
CMC>海藻酸钠>琼脂>卡拉胶>黄原胶。
其各种食用胶的在冷热水中的溶解度都不同是由于其内部结构的不一样;温度升高溶解度都有不同程度的上升可能是因为促进了内部螺旋结构的形成[1]。
3.2琼脂凝胶性能的研究
3.2.1琼脂的最低凝胶浓度
研究浓度由0.1%开始试,上下梯度为0.1%,七个平行试验,以便于找出琼脂的最低凝胶浓度。
实验结果记录如表2
表2琼脂的最低凝胶浓度
琼脂浓度
0.10%
0.20%
0.30%
0.40%
0.50%
0.60%
0.70%
凝胶
不凝
不凝
凝固
凝固
凝固
凝固
凝固
结果与分析:
有上述实验数据可以看出琼脂的最低凝胶浓度为0.3%。
由于琼脂胶体形成过程中,只有达到一定的聚合度、响度分子质量才可以较好的形成螺旋体结构进而形成胶体网状凝胶[2]。
4.2.2不同浓度琼脂的凝胶性质
变换琼脂浓度从0.10%到0.70%,测量其凝胶强度、凝固点、熔点如何变化。
不同浓度琼脂的凝胶强度、凝固点和融点的变化见下表3。
表3不同浓度琼脂凝胶强度、凝固点、熔点的变化
琼脂浓度
0.10%
0.20%
0.30%
0.40%
0.50%
0.60%
0.70%
W1/g
-
-
95.37
93.84
90.6
98.38
93.39
W2/g
-
-
103.18
96.93
100.87
110.12
105.7
凝胶度/g.cm-2
-
-
39.8
43.74
145.36
166.17
174.24
凝固点/℃
-
-
27.6
29.2
30
30.7
30.9
熔点/℃
-
-
57.9
61.5
67.2
74.3
78.4
(备注:
0.3%浓度用0.5cm的玻璃棒,其它用0.3cm的。
)
结果与分析:
观察实验数据可知,从琼脂可以形成胶体的最低浓度开始,琼脂的凝胶强度、凝固点和熔点都与其浓度正相关即随着琼脂浓度的增加而增大。
原因在于随着浓度的升高,其胶体的内部结构逐渐趋于稳定和牢固[2]。
4.2.3琼脂与不同食用胶的复配后的凝胶性质
固定琼脂浓度(0.4%),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,其凝胶强度如何变化。
凝胶强度变化测定的具体数据见表4
表4琼脂与不同食用胶复配后凝胶强度变化
项目
0.2%卡拉胶
0.2%海藻酸钠
0.2%CMC
0.2%黄原胶
空白
W1g/
92.48
91.23
95.42
93.6
93.84
W2/g
99.03
96.95
103.22
97.58
96.93
凝胶强度/g.cm-2
92.71
80.96
110.4
56.39
43.74
结果与分析:
与空白对照(0.6%琼脂)相比,琼脂与不同食用胶复配后的凝胶强度有较为明显的增大。
其中,琼脂与CMC复配时,其凝胶强度增加最大,与黄原胶复配时,其凝胶强度增加最小。
复配后由于彼此相互之间具有协同增效作用,故而可以提高其凝胶强度;但不同的食用胶体复配由于具有协同增效作用不一样故而导致了其凝胶性能的不同[2]。
3.3卡拉胶凝胶性能研究
3.3.1卡拉胶的最低凝胶浓度
研究浓度由0.1%开始试,上下梯度为0.1%,七个平行试验,以便于找出卡拉胶的最低凝胶浓度。
卡拉胶的最低凝胶浓度见下表5
表5卡拉胶的最低凝胶浓度
浓度
0.10%
0.20%
0.30%
0.40%
0.50%
0.60%
0.70%
是否可凝固
否
否
否
否
否
是
是
结果与分析:
由表5可知,卡拉胶的最低凝胶浓度为0.6%。
同样由于卡拉胶胶体形成过程中,只有达到一定的聚合度、响度分子质量才可以较好的形成螺旋体结构进而形成胶体网状凝胶。
3.3.2不同盐对卡拉胶凝胶性能的影响
在相同浓度(0.6%)的卡拉胶溶液中分别加入一定浓度(0.2%)的KCl、CaCl2观察其凝胶强度与不加离子有什么关系。
浓度为0.2%KCl、CaCl2对浓度为0.6%的卡拉胶凝胶性能的影响数据如表6所示
表6KCl、CaCl2对卡拉胶凝胶性能的影响
0.2%KCl
0.2%CaCl2
空白
W1/g
98.56
99.87
98.67
W2/g
103.15
114.41
101.9
凝胶强度/-2
23.39
205.8
16.46
(注:
加CaCl2的卡拉胶用0.3cm的玻璃棒,其它用0.5cm的。
)
结果与分析:
与浓度为0.6%的卡拉胶空白试验相比,加入KCL、CaCL2均能提高其凝胶强度。
而且加入等浓度的KCL、CaCL2时,CaCL2能更大更明显的增加凝胶的强度。
这也反映了不同的无机盐类对其凝胶强度的影响存在差异性,同时也和其中盐类的数量有关系[3]。
3.4海藻酸钠凝胶性能研究
3.4.1不同盐对海藻酸钠凝胶情况的影响
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CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4,观察其是否形成凝胶与凝胶状态。
实验结果记录如表7
表7不同盐海藻酸钠凝胶情况的影响
0.3%CaCO3
0.3%CaCl2
0.3%CaSO4
0.3%CaH2PO4
无柠檬酸
次强
最强
最差
较强
结果与分析:
钙盐对于海藻酸钠形成凝胶有促进作用,但是不同的钙盐形成的凝胶特性不同。
从试验中得出,氯化钙和磷酸二氢钙形成的凝胶比其它的四种钙盐好,而在水中溶解度小的硫酸钙的效果最差。
3.4.2柠檬酸与不同盐类对海藻酸钠凝胶性能的影响
在上述四种溶液中加入0.15%的柠檬酸后,观察海藻酸钠凝胶情况的变化,实验数据记录如表8
表8柠檬酸与不同离子对海藻酸钠凝胶性能的影响
0.3%CaCO3
0.3%CaCl2
0.3%CaSO4
0.3%CaH2PO4
无柠檬酸
次强
最强
最差
较强
加0.3%柠檬酸
变强
变强
基本不变
稍微变强
结果与分析:
实验结果表明,加入柠檬酸钠后,原来无法形成凝胶的四种溶液可形成凝胶。
说明有机酸对于海藻酸钠胶体的形成有促进作用,但与不同的钙盐搭配其共同作用的结果却不一样[4]。
3.5果冻的研制
根据实验所用的各种食用胶,分析比较它们的凝胶性能(包括凝胶强度、凝固点和融点),最终选用果冻配方:
0.5%琼脂,0.3%卡拉胶,0.2%CaCl2作为加工果冻的方案,并加入一滴柠檬黄和一滴胭脂红,可制作出有弹性和韧性,具有橙色色彩的果冻。
最终产品评分如下表9
表9果冻的感官评价
弹性
韧性
甜酸性
颜色
总分
分数
8.5
9
10
10
47.5
4实验结论
4.1不同食用胶的溶解度
各种食用胶的在冷热水中的溶解度都不同是由于其内部结构性质的不一样;温度升高溶解度都有不同程度的上升是因为促进了内部螺旋结构的形成进而形成胶体的三维空间结构。
五种食用胶在冷水中的澄清到浑浊排序依次为:
CMC>海藻酸钠>琼脂>卡拉胶>黄原胶。
而五种食用胶在热水中得澄清到浑浊排序依次为:
CMC>海藻酸钠>琼脂>卡拉胶>黄原胶[1]。
4.2琼脂凝胶性能研究
琼脂浓度是影响凝胶硬度的显著因素,改变琼脂溶液的浓度是控制琼脂凝胶硬度的最有效方法。
琼脂分子在溶液中相互作用形成双螺旋结构,进而有序排列为三维网状的凝胶结构。
随着琼脂浓度的增加,琼脂分子间相互缠结形成的网络节点增加,导致凝胶强度、凝固点和熔点的增加。
在该实验操作的条件下,本实验验证的最低凝胶浓度为0.3%。
琼脂凝胶的熔点一般在75℃-90℃之间。
本次实验测得的琼脂的凝固点在理论值范围内,而熔点却都比理论值稍低,主要原因为实验所采用的琼脂浓度都较低,且实验过程中出现了误差。
琼脂的熔点高于其凝固点的现象称为“凝胶的滞后性”,琼脂的滞后性比其他凝固剂大,一般在40℃—60℃[2]。
琼脂与不同的食用胶复配会形成不同的效果。
当与卡拉胶复配时,可以得到柔软、有弹性的制品。
当琼脂与海藻酸钠复配时,会降低其凝胶强度。
但实验过程测得二者复配时,其凝胶强度增强,可能是由于实验操作过程中出现了错误,致使测得的数据出现误差。
当琼脂与CMC、黄原胶复配时均可增加其凝胶强度。
4.3对卡拉胶凝胶性能的分析与讨论
卡拉胶易溶于热水成半透明的胶体溶液,不溶于冷水,但可溶胀成胶块状。
当加热溶于热水时,卡拉胶分子成混乱的卷曲状;当降到某一温度时,分子向螺旋状转化,形成单螺旋体;当温度继续下降时,分子间形成双螺旋体,组成立体的网状结构,并出现凝固现象、温度再下降,双螺旋体聚集而形成凝胶。
卡拉胶的水溶液具有高度黏性和胶凝特点,实验得到卡拉胶的最低凝胶浓度为0.6%。
水中加入盐时卡拉胶的溶解性能以及凝胶特性与加入的盐类种类和数量有关系。
本实验就研究了K+和Ca2+都能增强卡拉胶的凝胶强度的不同,并得出了如下结论:
K+的影响小于Ca2+。
因为这两种离子的架桥作用利于卡拉胶分子双螺旋结构形成超分子网络聚集体[3]。
4.4对海藻酸钠凝胶特性的讨论与分析
海藻酸钠能与除镁和汞以外的二价金属离子发生快速的离子交换反应,生成褐藻酸盐凝胶。
本实验主要研究不同的钙盐对其凝胶特性的研究,当钙离子浓度一定,海藻酸钠浓度低时,海藻酸钠与钙离子交换不完全,形成的凝胶体弱,强度小;浓度增大,有充足的海藻酸钠与钙离子发生离子交换,形成的海藻酸钙空间网络结构致密,且海藻酸钠大分子彼此间的相互作用加强,持水能力增强,凝胶强度增大,弹韧性也较好。
溶液的pH在5时,海藻酸钠能够形成的凝胶特性好。
但是当PH大于6后,氢离子减少,古罗糖醛酸与甘露糖醛酸不足以形成分子间桥联。
尤其当PH大于7之后形成的凝胶特性较差。
试验中加入有机柠檬酸后,可以有效的降低溶液的Ph从而促进古罗糖醛酸与甘露糖醛酸形成分子间桥联。
其次与CaCO3反应,使溶液中的Ca2+浓度大大增加,所以溶液的凝胶效果增强很明显,而其他三种,溶液中的Ca2+浓度也有少量的不同程度的增加,也一定程度上促进了凝胶[4]。
4.5对果冻制作的讨论与分析
根据实验所用的各种食用胶,分析比较它们的凝胶性能(包括凝胶强度、凝固点和融点),最终选用果冻配方:
0.5%琼脂,0.3%卡拉胶,0.2%CaCl2作为加工果冻的方案。
卡拉胶作为一种很好的凝固剂,可取代通常用的琼脂、明胶及果胶等。
用琼脂做成的果冻弹性不够,价格较高;用明胶做水果冻的缺点是凝固和融化点低,制备和贮存都得低温冷藏;用果胶做的缺点是需要加高浓度的糖和适当的pH才能凝固。
卡拉胶没有这些缺点,以卡拉胶制成的水果冻富有弹性且没有离水性,卡拉胶因具有独特的凝胶特性而成为果冻首选的凝胶剂。
当琼脂与卡拉胶复配时,不仅可以增强其凝胶强度,还可以得到柔软有弹性的制品,这正是果冻所需的口感[5]。
参考文献
[1]张献伟,周梁,蒋爱民等.食品胶特性及其在食品中应用.研究进展,2011,27
(1):
166-169
[2]马云,杨玉玲,杨震陈等.琼脂凝胶质构特性的研究.食品与发酵工业:
2007,33(9),24-27
[3]王志辉,李春海.κ-卡拉胶凝胶特性的研究.食品与发酵工业:
2007,
33(9),24-27
[4]王秀娟,张坤生,任云霞等.海藻酸钠凝胶特性的研究.食品工业科技:
2008,(02),259-262
[5]李特里.食品原料学[M].北京:
中国轻工业出版社,2001.164-169
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