食用胶凝胶特性的研究及果冻的制作摘要：比较了卡拉胶、琼脂、海藻酸钠、羧甲基纤维素（CMC）、黄原胶等食用胶的溶解性能，探讨了浓度、柠檬酸、钙离子、其它食用胶等条件对琼脂、卡拉胶、海藻酸钠等食用胶体的凝胶性能的影响。

关键词： CMC 琼脂，卡拉胶，海藻酸钠，凝胶特性前言：食用胶体在食品行业作为添加剂使用，起到增强食品体系凝胶强度，增强嚼劲，改善口感的作用，特别地要指出在果冻的应用中，食用胶体是一种必不可少的材料，所以了解不同的食用胶体的品质特性，对于果冻制作的有着重要的意义。

1实验材料、仪器1．1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）。

1．2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凝胶强度（g / cm2）= (W1-W2)/S（式中S为玻璃棒的截面积）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。

3实验内容3．1比较琼脂、卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶等食用胶(1%)在冷水、热水中的溶解情况以及相同浓度下它们的凝固点、融点。

3．2琼脂凝胶性能的研究3．2．1 找出琼脂的最低凝胶浓度；（提示可以由0.8%开始试，上下梯度为0.2%）3．2．2变换琼脂浓度，其凝胶性能如何变化；（至少变换5个）3．2．3固定琼脂浓度，在其溶液中加入一定相同浓度的卡拉胶、海藻酸钠、CMC、黄原胶，其凝胶强度如何变化。

3．3卡拉胶凝胶性能研究找出卡拉胶的最低凝胶浓度；（提示可以由1%开始试，上下梯度为0.2%）；在相同浓度的卡拉胶溶液中分别加入一定浓度的KCl、CaCl2时，其凝胶强度与不加离子有何不同；（提示，离子浓度可以尝试0.1%左右浓度）；固定卡拉胶浓度，在其溶液中加入一定相同浓度的琼脂、海藻酸钠、CMC、黄原胶，其凝胶强度如何变化。

3．4海藻酸钠凝胶性能研究在一定浓度的海藻酸钠溶液中加入一定相同浓度的CaCO3、CaCl2、CaSO4、CaH2PO4，观察其是否形成凝胶，凝胶状态如何；（选海藻酸钠1%左右试，离子浓度在0.1%左右）在上述两种基础上再加入一定的柠檬酸酸，其凝胶状况又怎样；在上述基础上，找出一种合适的钙盐，并找出其使海藻酸钠形成凝胶的最低浓度。

3．5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。

4 实验结果与讨论：4.1 食用胶性质比较表1是对食用胶溶解、凝固点以及溶点的比较。

表1 食用胶物理性质比较溶解性室温条件较易溶，浑浊较难溶，有凝块易溶，浑浊难溶，有凝块难溶，有凝块加热条件易溶，澄清，不起泡易溶，澄清，不起泡难溶，浑浊，起泡难溶，浑浊，起泡难溶，浑浊，起泡凝固点32℃－39℃27℃－溶点33.6℃－54℃51℃－由上图的结果所示：凝固点中，琼脂>卡拉胶>黄原胶，而熔点中，琼脂>黄原胶>卡拉胶，而同时CMC与海藻酸钠测量不出凝固点和熔点。

而在加热的条件下卡拉胶、CMC,相对较难起泡，其他的气泡性比较好。

引用《食品化学》【1】蛋白质气泡性的描述：如果液膜本身具有较大的刚性……液膜本身就不容易破。

同理可以推导出，由于琼脂、黄原胶、海藻酸钠的胶体在加热过程中所形成的液泡的膜刚性强度比较的，所以比较牢固，可以看出，分子间的力的作用比较强而造成液膜的刚性较强，而表现为起泡性能较好。

加热是浑浊是由于在加热的过程，琼脂、黄原胶、海藻酸钠分子在水溶液的体系中比较容易聚合，形成较大分子的物质，而这些物质由于浮力或者是热对流的作用悬浮在溶液体系中，影响了透光性—散光现象，这样会有结果所示的浑浊现象。

凝固点与熔点的温差：黄原胶>琼脂>卡拉胶。

从而可以看出黄原胶的性质相对远离原理晶体的性质，而卡拉胶相对接近。

4.2 琼脂凝胶性能对不同浓度的琼脂进行凝胶强度的测试，结果如表2表2 不同浓度琼脂的凝胶强度浓度0.2 0.4 0.6 0.8 1.0－12.43 20.57 40.71 60凝胶强度g/cm2图一不同浓度琼脂的凝胶强度从表二和图一看出，随着浓度的增大，琼脂的凝胶强度也在不断的增加，特别指出的是，在0.6%的这个浓度点的位置，琼脂的凝胶强度会有一个突跃点，在0.6%之后，凝胶强度的增加趋势更加的迅猛。

浓度对凝胶强度的影响：随着增稠剂浓度的增高，增稠剂分子的体积增大，互相作用的几率增加，吸附的分子增多，故粘度增大【】。

由于分子在水中的溶解状况是部分呈现为电离状态，也就是在此过程中，琼脂分子会部分带电或者是有空余的价位与其他的基团结合，于是，有利的氢氧根基团，就与其形成氢键。

跟甚至是由于分子间的范德华的作用，而对水分子进行吸附，从而构建出跟大的网络结构，接触面积增大，那么分子所构建的网状结构之间的摩擦力也就相应的增大，在宏观上就表现为粘度的增大。

正如上面的实验结果所示。

同一浓度的凝胶与同浓度的其他食用胶混合后，进行凝胶强度的测定，结果如表3.表3 0.8％琼脂与0.2％其他食用胶混合后的凝胶强度混合胶种类 琼脂＋CMC 琼脂＋卡拉胶琼脂＋海藻酸钠 琼脂＋黄原胶凝胶强度g/cm228.8554.2912.57－102030405060琼脂＋CMC琼脂＋卡拉胶琼脂＋海藻酸钠琼脂＋黄原胶凝胶强度g /c m 2图二 0.8％琼脂与0.2％其他食用胶混合后的凝胶强度从上图可以看出琼脂与其他胶体复配使用的时候，凝胶强度效果排列：卡拉胶>CMC>海藻酸钠>黄原胶。

卡拉胶具有类似琼脂的空间结构，双螺旋结构，在胶体与胶体的结合上产生附加胶粘增强凝胶作用，而CMC 在空间结构上与琼脂的结构不吻合，有抗拮凝聚的作用，而海藻酸纳则由于支链的过少过短而导致的凝聚效果不明现，跟甚至低于CMC 。

但是值得怀疑的黄原胶也具有双螺旋结构但是凝胶强度不够明显。

这可能与浓度有关。

因为黄原胶分子与琼脂分子形成3维网状结构，超过一定比例则阻碍琼脂分子之间的交联。

【3】 4.3 卡拉胶凝胶性能 卡拉胶的最低凝胶浓度 卡拉胶的最低凝胶浓度为0．6%表4 0.8％卡拉胶与0.2％盐混合后凝胶强度比较混合种类 0.8％卡拉胶 卡拉胶＋CaCl 2卡拉胶＋KCl凝胶强度g/cm216.5755.57153图三 0.8％卡拉胶与0.2％盐混合后凝胶强度比较从图三可以看出K盐的影响大于Ca盐的影响与杨玉玲等[4]所做出的实验结果相同。

那是因为在卡拉胶形成过程当中，K离子与卡拉胶形成的凝胶更有序、强度更大，即K离子对卡拉胶的凝胶是所形成的键强于钙离子所形成的键，使得结合更加牢固，更加有序，即分子对于测量力的时候的反作用力基本靠在同一条直线上，这样使得凝胶强度更加的大，凝胶效果更加好。

表5 0.8％卡拉胶与0.2％其他食用胶混合后的凝胶强度混合胶种类卡拉胶＋CMC 卡拉胶＋海藻酸钠卡拉胶＋琼脂卡拉胶＋黄原胶凝胶强度18.57 21 43.85 9.57图四 0.8％卡拉胶与0.2％其他食用胶混合后的凝胶强度从上图可以了解到卡拉胶与其他胶体复配使用的时候，凝胶的强度的顺序为琼脂>海藻酸钠>CMC>黄原胶。

同样地，这里可以应用空间立体化学的思路去解释这样的现象：由于琼脂于卡拉胶都有双螺旋的结构，在空间上比较容易的配合起来，形成胶合物，而海藻酸由于是支链的不足而导致凝胶强度的减弱，CMC则是由于空间位阻的关系，与卡拉胶的胶凝作用不算太强。

黄原胶虽然有双螺旋的结构，但是可能浓度的过高，三维网状结构的阻碍而导致与卡拉胶的胶凝作用减弱。

4.4 海藻酸钠凝胶性能表6 海藻酸钠与钙盐混合后的凝胶强度混合钙盐种类CaCO3CaCl2CaSO4CaH2PO4凝胶强度－－159.2 106.7图五海藻酸钠与钙盐混合后的凝胶强度海藻酸钠属于海洋多糖，是水合理非常强的亲水性高分子，由于二价阳离子会产生桥连作用，以至于增强胶凝性。

钙离子的浓度还有钙离子释放的速度，都会影响胶凝的强度。

在上面的图中（图五）可以看出由于硫酸钙的电离程度大于磷酸二氢钙，所以在实验中所测得的凝胶强度的数据硫酸钙的大于磷酸二氢钙，但是值得怀疑的一点是氯化钙的电离应该是最大，为什么不凝胶呢，是浓度的问题，还是凝有原因的。

这是值得以后探究的地方。

表7 海藻酸钠与钙盐混合物加酸后的凝胶强度在有柠檬酸的影响之下，通过实验探究海藻酸钠与钙离子之间的胶凝关系。

从第一行的关系来说，基本上符合图五、表6的结果，这里不再讨论了。

但是由于柠檬酸对钙离子会有螯合的作用，所以在添加了柠檬酸之后在CaSO4和CaHSO4这两次试验中，就造成了影响，使得海藻酸钠有不凝现象。

而柠檬酸的酸性比碳酸强，将钙离子从碳酸钙中置换出来，海藻酸钠可以凝胶。

4.5 果冻的研制经过查阅资料【5】,发现配方：魔芋粉、琼脂、明胶的配比为2∶3∶2, 总用胶量为0.7%, 混合溶解后的胶溶液, 在75℃煮10min, 添加20%的白砂糖, 调至pH5, 分别加入甜橙汁或甜橙肉瓣, 灌装杀菌后冷却, 凝固后获得浅黄色、透明、口感爽滑、酸甜可口的果冻, 具有浓郁的甜橙风味。

但是由于魔芋粉的价格比较昂贵，所以用了卡拉胶来代替，从分利用了卡拉胶与琼脂良好的凝胶性能的特点。

5总述综上所述，凝胶强度与胶体的种类、pH值、体系所含的金属离子，胶体浓度，还有复配是空间位阻有关系。

在不同的条件下，选择不同胶体以及其复配胶体对与食品加工工艺来说至关重要，本文在此列出部分数据，以供参考。