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第七届“挑战杯”广东省大学生课外学术科技作品竞赛获奖作品新型果冻的研制 *本作品获第七届“挑战杯”广东省大学生课外学术科技作品竞赛三等奖欧阳燕 向智男 刘功良 邹士玉 阮海英 指导老师：吴锦铸 李志远（农学院，华南农业大学，广东广州，510642）摘 要：以荔枝为原料，通过正交试验，筛选胶凝剂配方和优选荔枝果冻工艺配方，研制果汁含量适宜，荔枝风味好，甜酸适中，细腻柔软，富有弹性，不添加香精、色素、防腐剂的新型果冻产品。并探讨质量控制和优化工艺。新型果冻加工的关键技术之一是选择凝胶强度适口的胶凝剂与果汁、糖、酸配合。试验结果表明，荔枝果冻的较佳配方为：荔枝原果汁含量为25%30%，含糖量20%左右，含酸量0.2%0.3%，卡拉胶0.3%、魔芋精粉0.3%0.4%，氯化钾0.05%0.07%。果胶会降低卡拉胶、魔芋精粉复配胶的凝胶强度，且随果胶浓度的增加，产生凝胶拮抗作用越大，这一研究结果目前未见报道。由于荔枝果汁或其它果汁含有一定的果胶，因此，生产果汁果冻，特别是果汁或果胶含量高时，要考虑果胶对产品凝胶强度的影响，适当提高魔芋精粉的浓度，否则产品的弹性会降低。另外杀菌温度和含酸量对产品的凝胶强度影响较大，杀菌温度和酸度越高，凝胶强度下降越快，甚至无法凝胶。荔枝果冻应采用热灌装工艺，可减轻热负荷，保持产品弹性并减少气泡。关键词：荔枝果汁；新型果冻；卡拉胶；魔芋精粉；果胶果冻已成为人们尤其是少年儿童的休闲食品，成为年产过百亿元的大宗商品。但由于市场竞争和技术的原因，目前市场上的果冻制品大部分不是用果汁制造，而是仅以胶凝剂、香精、色素等来模拟水果的香味和色泽，虽然也可以做得美味可口，但毕竟于健康无益。随着生活水平的提高和保健意识的增强，越来越多的消费者已经认识到这一点，这样的低档产品将会逐渐被消费者所摒弃。而传统果冻是以果胶为胶凝剂制造，要求高果汁含量和高糖浓度，成本高而且太过甜腻，主要作为甜点心或涂面包食用，不适应当今消费者追求时尚休闲食品的需要。天然、健康、营养和口味纯正的果汁果冻将逐渐成为消费的主流1，2。荔枝（Litchi chinensis）是我国南方著名的特产水果，深受国内外消费者的喜爱。但荔枝采收期集中在盛夏高温季节，贮藏保鲜比较困难，另外由于目前荔枝加工业薄弱，所以当荔枝丰收的年份，则出现果贱伤农的现象，如99、02年荔枝大丰收，大量的荔枝滞销甚至烂掉。开发适销对路的荔枝加工品是解决荔枝鲜果出路的重要措施，具有重要的经济效益和社会效益3。魔芋资源在我国十分丰富，价廉物美。魔芋精粉主要成分为魔芋葡甘聚糖。而魔芋葡甘聚糖对糖尿病、大肠癌有一定的防治作用，并有良好的减肥功效4。为顺应果冻的发展趋势，本文以荔枝为原料，通过正交试验筛选胶凝剂配方和优选荔枝果冻工艺配方，并探讨质量控制和优化工艺措施。研制果汁含量适宜、荔枝风味好，甜酸适中，细腻柔软，富有弹性，不添加香精、色素、防腐剂的新型果冻产品，满足消费者对高品质果冻的需求。往往还添加过量不利人体健康的甜味剂和防腐剂。1 材料与方法1.1试验材料荔枝：品种为槐枝，市场购买。辅料：白砂糖、柠檬酸。凝胶剂及其它添加剂：卡拉胶、魔芋精粉、果胶、海藻酸钠、琼脂、黄原胶、氯化钾、碳酸钙等。1.2主要仪器设备榨汁机，水浴锅，手持折光计，电子天平，温度计，精密pH试纸等。1.3试验方法1.3.1荔枝原汁制备3工艺流程原料选择挑选、除枝叶清洗去核、去皮榨汁过滤杀菌（酶）灌装冷却中间贮藏。操作要点 1）选料、挑选、清洗。选择成熟、风味浓郁的新鲜荔枝，去除技叶，剔除病虫害腐烂果，在流动水中清洗干净，沥干水分。也可采用部分生产糖水荔枝罐头过程中选出的新鲜果肉。 2）去核、剥壳。用荔枝专用去核器，对准蒂柄打孔，去蒂柄深度以筒口接触到果核为度，夹出核后，剥去外壳。 3）榨汁、过滤。用螺旋榨汁机榨汁（筛孔为0.4毫米），用100目尼龙滤布过滤。经压榨后的果肉渣也可采用浸提方法取得残余汁。4）杀菌、包装。把过滤后的荔枝汁用泵送入板式热交换器中（或用夹层锅）加热到95，进行杀菌及钝化酶的活性，趁热用较大的包装容器如15L高密度聚乙烯塑料罐进行灌装封口，然后迅速冷却。5）中间贮存。冷却后的荔枝汁存放在04冷库中间贮存。最好在18冻藏，保证质量，并延长贮存期。1.3.2胶凝剂筛选参考有关资料介绍的配方进行试验，初选出比较好的胶凝剂配方。在初选的基础上进一步采用L9（34）正交试验设计优选胶凝剂的配方，试验因子详见表1。1.3.3果胶对胶凝剂配方的影响以优选的胶凝剂配方，添加0、0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%等不同用量的果胶，测试果胶对胶凝剂凝胶强度的影响。1.3.4荔枝果冻配方优选以优选的胶凝剂配方，荔枝原汁含量，糖、酸含量为试验因子，通过L9（34）正交试验优选荔枝果冻配方。1.3.5荔枝果冻融化温度的测定 将正交试验的荔枝果冻置于70水浴锅中，当果冻融化时，用温度计测定其温度。1.3.6杀菌温度对果冻质量的影响将正交试验的胶凝剂配方及荔枝果冻配方融化后分别置于85、90、95、100水浴锅杀菌10min，冷却后测定其凝胶强度并比较分析。1.3.7荔枝果冻加工工艺工艺流程蔗糖、柠檬酸、氯化钾加热溶解过滤后与荔枝原汁混匀煮沸胶凝剂溶胶煮胶过滤趁热混合保温热灌装封口冷却成品。操作要点1）煮胶 将魔芋精粉、卡拉胶与部分糖混合均匀，加入温水使之分散、溶胀，在搅拌情况下加热至沸腾，趁热用80目不锈钢筛网过滤，除去杂质及一些可能存在的粗大胶粒。过滤后的胶液保持温度在95以上。2）配料 将蔗糖、氯化钾、柠檬酸加热溶解，用100目滤布过滤后加入荔枝原汁混合煮沸，然后趁热再与热胶液混合均匀。3）热灌装 趁热把混合均匀果冻溶液立即填充到经消毒的容器中，随即封口。封口温度85，可免后杀菌。如封口温度80，可进行后杀菌，在85热水中杀菌10min。4）冷却 热灌装封口或杀菌之后冷却至45左右。1.3.8理化分析糖度：手持折光计测定。酸度：碱滴定法测定。凝胶强度的测定：采用手测法、口感品尝法测定。手测法是将盛有样品的烧杯或塑料杯置于电子天平上，回零后，用直径为3mm的黏度计转子（或横切面平滑的玻棒）对样品缓慢均匀施加压力，观察天平读数，当样品破裂前出现最大值，记录最大值。测定时手用力尽可能均匀，而且转子要垂直。重复5次，去掉最大值和最小值，取3次平均值为凝胶强度，单位为g，数值大即凝胶强度高，数值小即凝胶强度低。感品尝法通过口感品尝样品的弹性，确定其凝胶强度，由多人评定。分6个等级：0不凝胶；1胶凝差，口感弹性差，2胶凝较好，口感弹性较弱；3胶凝好，口感弹性适合，4胶凝较强，口感弹性较韧；5胶凝强，口感弹性过韧。每级可以再细分，如1.3、3.5、4.8等。析水量：按照QB143292果冻行业标准测定。1.3.9感官评定对不同配方的荔枝果冻进行色泽、口感、香气和滋味综合评分。评分标准详见附表。2 结果与分析2.1胶凝剂优选结果 胶凝剂初选结果如下：配方1：魔芋精粉0.45g、琼脂0.2g、海藻酸钠0.3g、黄原胶0.15g、白砂糖10g、柠檬酸0.07g、碳酸钙0.2g、水170ml。未凝胶。配方2：白砂糖20%、明胶1%、碳酸钙0.5%、海藻酸钠1%、碳酸氢钠0.3%、柠檬酸0.5%、水69.5%（按重量百分比计）。胶体具较好的柔软性，但有明显分层，气泡多，口感似米糊，无果冻应有的弹性口感。配方3：海藻酸钠1%、魔芋精粉0.2%、柠檬酸0.30%0.35%、焦磷酸钠0.2%，白砂糖10%、钙盐0.2%。采用氯化钙为钙盐时，立即凝胶，且胶体不均匀；采用碳酸钙时，胶体均匀、柔软，弹性好，气泡较多；而用二水硫酸钙作钙盐时，未凝胶。配方4：卡拉胶0.3%、魔芋精粉0.3%、氯化钾0.06%、柠檬酸0.15%0.3%、白砂糖1012%。胶体均匀，弹性好，无气泡，透明度好，口感良好。经过以上初选试验，得出配方4即卡拉胶0.3%、魔芋精粉0.3%、氯化钾0.06%、柠檬酸0.15%0.3%为较好的混合胶凝剂配方。在初选的混合胶配方上，通过正交试验进一步优选胶凝剂配方。试验条件及试验结果详见表1、表2。由表2可知，凝胶强度较强的组合是A3B1C3D2和A2B1C2D3，口感弹性过韧；其次是A2B2C3D1 和A1B1C1D1，口感弹性较韧；凝胶强度较弱的组合是A3B3C2D1、A3B2C1D3和A2B3C1D2，口感弹性差，比较脆；A1B2C2D2组合凝胶强度居中，口感弹性稍韧；A1B3C3D3组合虽然凝胶强度较低，但其口感弹性最好。因此最佳配方为A1B3C3D3组合，即卡拉胶0.3%、魔芋精粉0.3%、氯化钾0.07%、柠檬酸0.3%。由极差（R）分析可知，影响胶凝剂感官的主次因素顺序为B、A、C、D，即魔芋精粉浓度、卡拉胶浓度、氯化钾浓度、柠檬酸浓度。进一步分析表2各处理的魔芋精粉与卡拉胶用量对凝胶强度的影响，表明魔芋精粉与卡拉胶复配有很强的增效作用，而且随魔芋精粉所占比例增大，凝胶的弹性增强。而卡拉胶比例增大，则凝胶脆性增加，弹性减少。这与丁金龙，林炜等人的研究结果相符5，6。即卡拉胶凝胶的硬度高，脆性大，魔芋胶的凝胶弹性好。据此可以调节凝胶强度：若要果冻产品凝胶粘弹性、凝胶强度、抗脱水收缩和口感等方面都得到进一步改善，则可适当增加魔芋精粉用量，以生产出不同性能要求的果冻产品5，7。析水量对果冻产品的质量有一定影响。从表2可知，各个处理的析水量均符合QB143292果冻行业标准（析水量2.5%）。而且析水量与凝胶强度有关：凝胶强度大，析水量少；凝胶强度小，析水量较多。据研究，影响魔芋精粉与卡拉胶复合胶凝剂析水量的因素主要是K浓度太高、pH值太低和形成预凝胶等7。表1 复配胶凝剂配方因素水平表水平因素A卡拉胶（%）B魔芋精粉（%）C氯化钾（%）D柠檬酸（%）10.30.70.050.2020.50.50.060.2530.70.30.070.30表2 复配胶凝剂正交试验结果及分析处理因素处理组合凝胶强度（g）口感析水量（%）ABCD11111A1B1C1D188.540.5421222A1B2C2D276.03.50.2331333A1B3C3D338.430.9142123A2B1C2D3145.850.2352231A2B2C3D1122.44.50.8662312A2B3C1D261.22.50.9573132A3B1C3D2173.750.8783213A3B2C1D372.22.61.6393321A3B3C2D150.32.01.20K1203408222261K2329271272311K3296150335256k1681367487k21109091104k3995011286R428638182.2果胶对卡拉胶、魔芋精粉复配凝胶剂凝胶的影响表3 果胶含量胶凝剂凝胶的影响果胶/%00.10.30.50.70.9口感3.02.82.52.01.51.0凝胶强度/g77.760.3534022.710.8由于荔枝果汁或其它果汁含有一定的果胶，因此有必要了解果胶对凝胶剂凝胶的影响。采用上述试验得出的最佳配方，即卡拉胶0.3%、魔芋精粉0.3%、氯化钾0.07%、柠檬酸0.20%、白砂糖20%，添加不同用量的果胶，凝胶后的凝胶强度见表3。从表3可知，果胶对卡拉胶、魔芋精粉复配凝胶剂凝胶产生凝胶拮抗作用，即降低其凝胶强度，且随果胶浓度的增加，拮抗作用越大，凝胶强度越弱。有关果胶与卡拉胶、魔芋精粉复配胶产生凝胶拮抗作用，目前未见报道，只有相近的卡拉胶和琼脂与果胶之间产生凝胶拮抗作用的报道6，8。因此，当果汁或果胶含量高时，要考虑果胶对产品凝胶强度的影响，适当提高魔芋精粉的浓度，否则产品的弹性会降低。2.3荔枝果冻的正交试验结果由于果胶会降低卡拉胶、魔芋精粉复配凝胶剂的凝胶强度，故以试验得出的最佳胶凝剂配方做参考，适当增加魔芋精粉的用量，设计3个胶凝剂配方，与不同的荔枝原汁含量、糖、酸含量进行荔枝果冻的正交试验，试验条件及试验结果详见表4、表5。表4 荔枝果冻的配方因素水平表水平因素ABCD胶凝剂（%）原汁含量（%）含糖量（%）含酸量（%）卡拉胶魔芋精粉氯化钾110150.10.30.30.07220200.20.40.40.07330250.30.30.50.07表5 荔枝果冻正交实验各配方及综合评分处理因素处理 组合 综合评分ABCD11111A1B1C1D18021222A1B2C2D27531333A1B3C3D37042123A2B1C2D38552231A2B2C3D19062312A2B3C1D28573132A3B1C3D28083213A3B2C1D3859K1K2K3k1k2k3R322526025575.086.785.011.7324525024581.783.381.71.6225025024083.383.380.03.3126024024086.780.080.06.7A3B3C2D190从表5可知：综合评分较高的是5号和9号处理，即原汁含量20%、含糖量20%、含酸量0.3%、卡拉胶0.3%、魔芋精粉0.3%、氯化钾0.07%和原汁含量30%、含糖量25%、含酸量0.2%、卡拉胶0.3%、魔芋精粉0.3%、氯化钾0.07%。由极差（R）分析可知，影响荔枝果冻风味的主次因素依次为A、D、C、B，即荔枝原汁含量、胶凝剂配方、含酸量、含糖量。这是因为荔枝果冻的风味是主要由荔枝风味体现，糖、酸对其风味起辅助作用，而胶凝剂的凝胶强度则影响其口感与风味。凝胶强度大，口感弹性较韧，而且对荔枝风味起掩盖作用；凝胶强度小，口感弹性差，没有果冻特有的口感，而且甜酸失调，过甜或过酸。用卡拉胶和魔芋精粉复配为胶凝剂制成的果冻，具有弹性好、脱水收缩极少等优点，但更希望果冻在消费者口中柔软易于熔化，能散发出怡人的香味，适宜食用。凝胶质地很硬的果冻，风味不佳，其原因并不是由于胶凝剂对风味的吸收，而是由于强度太大的凝胶在消费者口中不易熔化，导致风味物质与味蕾的接触缓慢或不充分而造成的。可见控制适当的凝胶强度对于果冻产品的质量是很重要的7。果冻加工与果汁饮料加工有异同，对果汁饮料来说，其含糖量或可溶性固形物含量一般为10%15%，而果冻的含糖量或可溶性固形物含量一般为20%左右。新型果冻加工的关键技术之一是选择凝胶强度适宜的胶凝剂与果汁、糖、酸配合。与果汁饮料加工一样，果冻成分配比要经过多次试验，要综合考虑质量（色、香、味、营养价值等）、价格、包装、市场等多方面因素。在荔枝果冻正交试验结果的基础上，进行了补充实验，并考虑杀菌因素，确定荔枝果冻较佳配方为：荔枝原果汁含量为25%30%，含糖量20%左右，含酸量0.2%0.25%，卡拉胶0.3%、魔芋精粉0.3%0.4%，氯化钾0.05%0.07%。2.4荔枝果冻的融化温度通过荔枝果冻的融化温度，为荔枝果冻灌装和产品贮藏提供参考。从表6可知，荔枝果冻的融化温度在6467之间，其凝固温度也应在这个温度范围之内。所以荔枝果冻的灌装温度要在70以上；产品在室温下贮藏不会融化。表6 荔枝果冻的融化温度处理123456789熔点温度/66.566676664.563.56663.5652.5杀菌温度对胶凝剂凝胶强度的影响 由表7、表8可看出，杀菌温度和含酸量对产品的凝胶强度影响较大，随杀菌温度的升高，胶凝剂凝胶强度下降，而且受酸度影响，酸度越高，凝胶强度下降的越快，甚至无法再凝胶。这是由于在高温及高酸条件下，胶凝剂会迅速水解为低分子物质，导致凝胶强度的显著下降，甚至冷却之后不能形成凝胶，因此加酸之后不能加热煮胶，或在胶溶液温度高时不能加酸7。表7 不同杀菌温度胶凝剂的凝胶强度变化（单位：g）处理123456789杀菌前88.576.038.4145.8122.461.2173.772.250.38599.851.420.756.144.926.7104.261.326.79082.239.915.839.542.624.393.056.025.79564.628.310.922.840.321.981.850.624.61006.40008.19.710.517.515.2酸度（%）0.20.250.30.30.20.250.250.30.2表8 不同杀菌温度荔枝果冻凝胶强度的变化（单位：g）处理123456789杀菌前54.558.839.452.734.380.351.451.849.3859095100酸度（%）35.631.328.213.70.143.316.115.800.228.56.2000.336.026.719.19.50.221.415.713.800.360.246.641.623.70.145.326.822.813.30.342.642.138.414.80.133.830.023.012.20.23 结论与讨论3.1荔枝原汁对产品质量的影响荔枝果冻的风味主要由荔枝风味体现，因此荔枝原汁的质量决定产品的质量，因此要选择优质的原料。为延长荔枝果冻的生产季节，缓和荔枝上市旺季的压力，可将大量多余的荔枝原料制成原汁贮备，以便较长期使用荔枝半成品生产荔枝果冻。荔枝原汁保藏工艺最好采用冻藏（20），贮藏期达1年以上；其次为冷藏（04），贮藏期达半年；室温不适宜荔枝原汁贮藏10。3.2新型果冻生产工艺优化及质量控制胶凝剂的凝胶强度影响产品口感与风味，控制适当的凝胶强度对于荔枝果冻产品的质量是很重要的。试验结果表明，果胶会降低卡拉胶、魔芋精粉复配胶的凝胶强度，且随果胶浓度的增加，产生凝胶拮抗作用越大。这一研究结果目前未见报道。由于荔枝果汁或其它果汁含有一定的果胶，因此，生产果汁果冻，特别是果汁或果胶含量高时，要考虑果胶对产品凝胶强度的影响，适当提高魔芋精粉的浓度，否则产品的弹性会降低。荔枝果汁果胶含量较低，对产品弹性的影响不大。我们还进行了番石榴、番木瓜、台湾青枣等新型果冻研制，由于这些水果果胶含量较高，因而对产品的弹性的影响较大，所以魔芋精粉用量增加要多一些。试验结果表明，杀菌温度和含酸量对产品的凝胶强度影响较大，杀菌温度和酸度越高，凝胶强度下降越快，甚至无法凝胶。这是由于在高温及高酸条件下，胶凝剂会迅速水解为低分子物质，导致凝胶强度的显著下降，甚至冷却之后不能形成凝胶，因此加酸之后不能加热煮胶，或在胶溶液温度高时不能加酸7，9。另外，研究表明，卡拉胶、魔芋精粉复配胶的胶凝温度大约在65左右，因此荔枝果冻的灌装温度要在70以上。气泡的存在对产品的色泽、风味及外观都会产生不良的影响。减少或防止气泡的方法主要有：配料在煮料罐中静置，然后设法去除气泡。适当减缓填充设备的操作速度，或者改变出料口尺寸，以避免因压力效应的作用而带进空气。适当减少作为助凝剂的钾盐添加量来控制凝胶剂凝胶速度7。综上所述，荔枝果冻最好采用热灌装工艺，可减轻热负荷，保持产品弹性，并减少气泡。3.3荔枝果冻配方及质量标准试验结果表明，荔枝果冻的较佳配方为：荔枝原果汁含量为25%30%，含糖量20%左右，含酸量0.2%0.3%，卡拉胶0.3%、魔芋精粉0.3%0.4%，氯化钾0.05%0.07%。荔枝果冻产品质量标准：（1）感官指标色泽：具有荔枝的近似颜色，色泽均匀。风味：具有荔枝香味和滋味，甜酸适中，无异味。组织形态：柔软适中、富有弹性，细腻、均匀，呈透明凝胶状，具有包装容器较完整的形态。杂质：无肉眼可见的外来夹杂物。（2）理化指标荔枝原汁含量20%；可溶性固形物含量（以折光计）15%；总酸（以柠檬酸计）0.2%0.3%。析水量2.5%。重金属：铜10毫克/千克；铅1.0毫克/千克；砷0.5毫克/千克。（3）微生物指标细菌总数100个/g；大肠菌群6个/100g；致病菌不得检出。（4）保质期6个月。荔枝果冻也可添加荔枝果肉或其它水果果肉，增加花色品种。天然果肉的风味与质地嫩滑的果冻组合成独特的综合口感，而且由于看得见、吃得着，给消费者真材实料的感觉。预计果肉果冻将会大行其道。有关果肉果冻，有待进一步研究。3.4 产品市场前景预测据市场调查显示，果冻行业年产值已超过30亿元，北京、上海和广州等城市儿童果冻消费市场巨大，六成以上的儿童平时爱吃果冻。目前消费对象已由儿童扩展到成人，成为大众化的休闲食品。随着人们生活水平的提高和保健意识的增强，高品质果冻所占市场份额将越来越大。另一方面，我国加入WTO，大量优质低价的进口产品对国内果冻市场造成一定的冲击，而经过十几年的发展，国内果冻市场也迫切要求提高产品档次，打进国际市场，开辟果冻行业新的生存发展空间。新型果冻有天然水果风味，甜酸适中，细腻柔软、富有弹性，不添加香精、色素、防腐剂，