卡拉胶在冬瓜果冻中的应用特性研究

潘绮琳，张阮冰，陈茂森， 段邓乐，王 琴，肖更生

（1.仲恺农业工程学院，广东省岭南特色食品科学与技术重点实验室，广东广州 510000；2.仲恺农业工程学院，农业农村部岭南特色食品绿色加工与智能制造重点实验室，广东广州 510225）

0 引言

冬瓜（Benincasa hispida），葫芦科植物，别称白瓜、寒瓜，主要分布在亚洲的热带、亚热带及温带地区，产量较高[1]。冬瓜含有丰富的蛋白质、碳水化合物、维生素及钾、钙、铁等，还有除色氨酸外的8 种人体必需氨基酸，且其中谷氨酸和天门冬氨酸含量较高，能够治疗各种疾病，如胃肠道疾病、呼吸道疾病、糖尿病等。因此，冬瓜具有一定的药理保健作用及良好的加工性能[2]。但是，冬瓜在实际生产加工中的综合利用率较低，大多是冬瓜蓉作为月饼馅料、软糖的原料，而主要副产物冬瓜皮和冬瓜籽大部分都被当作废弃物处理，造成了资源的浪费[3]。

冬瓜皮是冬瓜的干燥外层果皮，性凉，味道甘甜，药性平和，含有各类营养物质[4]。现代医学研究表明，冬瓜皮具有降血糖、降血压及美容减肥的功效[5]。《中国药典》将冬瓜皮作为中药材收载于药典一部，指明它具有“利尿消肿，用于水肿胀满、小便不利，暑热口渴，小便短赤”的功效[6]。

卡拉胶（Carrageenan）又称角叉菜胶，是一类线性、含有特殊基团硫酸酯的高分子亲水性多糖[7]，主要来源于麒麟菜、石花菜、鹿角菜等红藻类海草，具有较强的凝胶性、透明度高、脆性大、稳定分散等性能[8]，可作为增稠剂、胶凝剂、乳化剂等，被广泛应用于果冻、冰激凌、糕点、软糖、羹类食品、凉拌食品等食品工业生产中[9]。果冻是一种常见的低热量、高膳食纤维的休闲食品[10]，其外形晶莹剔透，口感细腻爽滑。卡拉胶作为果冻生产中常用的重要原料之一，其添加量的多少会对果冻的外在形态和食用口感有着不同程度的影响[11]。随着生活水平的提高和消费者健康意识的增强，果冻的发展会趋向功能化、天然化[12]。Chuda C 等人[13]以黧豆种子提取物为主要有效成分制备了一种适用于帕金森病患者的果冻。Sultana R 等人[14]用蜂蜜开发了一种具有降血糖特性的芦荟果冻，以期将其作为抗糖尿病药物用于治疗。Hamauzu Y 等人[15]研究了一种由水果沸水提取物制成的具有胃保护活性的木瓜（蔷薇科）果冻。以冬瓜皮为原料，研发一种具有冬瓜皮香味及其功效的冬瓜果冻，探究卡拉胶对其性质的影响，该冬瓜果冻既可以提高果冻的营养价值，又提高冬瓜综合利用的经济效益[16]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

冬瓜皮，陕西初良农业科技有限公司提供；卡拉胶、葡萄糖、柠檬酸，河南万邦实业有限公司提供，试剂为食品级。

托盘天平，泰州市致用教学设备有限公司产品；FA2004 型电子分析天平，上海力辰仪器科技有限公司产品；752 型紫外可见分光光度计，上海菁华科技仪器有限公司产品；英国SMS 质构仪-TA.XT Plus，英国Stable Micro System 公司产品。

1.2 冬瓜果冻制备的方法

1.2.1 工艺流程

冬瓜果冻工艺流程：

1.2.2 操作要点

（1）冬瓜皮茶的制备。洗净冬瓜皮，以冬瓜皮∶水比例为1∶100（g∶mL）于95 ℃下浸提30 min，将浸提液过滤得冬瓜皮茶[17]。

（2）溶胶和煮胶。分别加入1.7%，1.8%，1.9%，2.0%，2.1%卡拉胶与冬瓜皮茶混合，搅拌均匀，使卡拉胶充分吸水溶胀，避免凝胶结团，然后加热煮沸2～3 min，使其变成透明的胶状体。

（3）调配。先趁热加入葡萄糖与胶体溶液混合，搅拌均匀。待混合料液温度降至70 ℃时，加入柠檬酸。添加柠檬酸后应持续搅拌均匀，尽量减少柠檬酸对胶体体系的影响[18]。

（4）过滤。用100 目筛网（食品级）过滤胶体溶液，以除去白色浮沫及杂质。

（5）灌装与灭菌。将制备好的冬瓜果冻原液灌装至已消毒的果冻杯中并及时密封，于80～85 ℃水浴中杀菌10～15 min，杀菌后迅速冷却至室温，以便能最大限度地保持冬瓜果冻的色泽和风味[19]。

1.3 冬瓜果冻的预试验

葡萄糖添加量为14%，柠檬酸添加量为0.04%，卡拉胶添加量为2.0%，设置冬瓜皮茶质量分数为0.4%，0.7%，1.0%，1.3%，1.6%共5 个梯度，根据不同质量分数的冬瓜皮茶观察果冻的品质变化，以感官评价为标准，质量分数为0.4%和0.7%的冬瓜果冻无冬瓜皮香味或冬瓜皮香味较淡，质量分数为1.0%的冬瓜果冻的冬瓜皮香味适中，质量分数为1.3%和1.6%的冬瓜果冻的冬瓜皮香味较浓或苦涩，从而确定冬瓜皮茶质量分数为1.0%。

冬瓜皮茶质量分数为1.0%，柠檬酸添加量为0.04%，卡拉胶添加量为2.0%，设置葡萄糖添加量为14.0%，15.0%，16.0%，17.0%，18.0%共5 个梯度，根据葡萄糖的添加量比较果冻的品质，以感官评价为标准，葡萄糖添加量为14.0%和15.0%的冬瓜果冻偏酸或几乎无甜味，添加量为16.0%的冬瓜果冻甜味适中，添加量为17.0%和18.0%的冬瓜果冻稍甜或过甜，从而确定葡萄糖添加量为16.0%。

通过以上预试验固定冬瓜果冻制备工艺中的冬瓜皮茶质量分数为1.0%，葡萄糖添加量为16.0%，柠檬酸添加量为0.04%，探究卡拉胶对冬瓜果冻特性的影响。

1.4 冬瓜果冻的感官评价

采用评分检验法对冬瓜果冻进行感官评价，参照GB 19299—2015《食品安全国家标准果冻》制定果冻品质评价标准。

冬瓜果冻感官评分项目和评分标准见表1[20]。

表1 冬瓜果冻感官评分项目和评分标准

根据冬瓜果冻的组织形态（30 分）、气味及滋味（20 分）、色泽（20 分）、口感（30 分）等进行打分，满分100 分，按照评分标准邀请10 名评价员（5 男5 女）组成感官评价小组，对冬瓜果冻进行综合评分。

1.5 冬瓜果冻的持水率

采用电子分析天平对果冻样品除去析出水分前后的质量进行测定，从而计算果冻样品的持水率。将果冻样品的初始质量记为m1，室温下放置24 h 后用厨房吸水纸吸干果冻析出的水分，质量记为m2，每个样品平行测定3 组，结果取平均值[21]。

冬瓜果冻的持水率计算公式如下：

式中：m1——冬瓜果冻的初始质量，g；

m2——冬瓜果冻析出水分后的质量，g。

1.6 冬瓜果冻的强度

冬瓜果冻密封存放24 h，于20～23 ℃恒温下测试，方法如下：将一根横截面光滑无破损的玻璃棒固定在铁架台上，横截面积记为S。冬瓜果冻放在托盘天平一端，烧杯放在另一端，在烧杯中加入适量的水，使天平平衡，烧杯和水的总质量为W1。调整玻璃棒下端与果冻表面轻轻接触，向烧杯中缓慢加水，仔细观察当玻璃棒穿破果冻表面时，停止加水，再次称量烧杯和水的总质量W2。每个样品平行测定3 次，结果取平均值[22]。

冬瓜果冻的强度计算公式如下：

式中：W1——玻璃棒与果冻表面接触时的烧杯和水的总质量，g；

W1——玻璃棒穿破果冻表面时的烧杯和水的质量，g；

S——玻璃棒的横截面积，cm2。

1.7 冬瓜果冻的透明度

按照1.2.1 工艺流程制备冬瓜果冻，注模前趁热倒入1 cm×1 cm 的玻璃比色皿中，自然冷却至室温，放置24 h，待测。用去离子水做空白对照，测定冬瓜果冻于波长490 nm 处的吸光度。每个样品平行测定3 次，结果取平均值[23]。

1.8 冬瓜果冻的质构仪分析

采用英国SMS 质构仪-TA.XT Plus 对冬瓜果冻的断裂度、凝聚性、弹性、黏性和咀嚼性进行测定[24]。测试方式为TPA，测试条件为P/0.5 探头，压缩形变量为50%，测试前速度5 mm/s，测试中速度1 mm/s，测试后速度5 mm/s。

1.9 数据分析

试验数据采用Origin 2021、Excel 2019 进行结果处理和制图。

2 结果与分析

2.1 冬瓜果冻的感官评价

卡拉胶添加量对冬瓜果冻感官的影响见表2。

表2 卡拉胶添加量对冬瓜果冻感官的影响

由表2 可知，卡拉胶添加量为1.9%时，冬瓜果冻具有酸甜适中，具有冬瓜皮香味，口感细腻，相对较好。

不同卡拉胶添加量的冬瓜果冻的感官评分见图1，不同卡拉胶添加量的冬瓜果冻喜爱人数见图2。

图1 不同卡拉胶添加量的冬瓜果冻的感官评分

图2 不同卡拉胶添加量的冬瓜果冻喜爱人数

由图1 和图2 可知，当卡拉胶添加量为1.9%的冬瓜果冻的感官评分最高，且喜爱人数占评价员总人数的50%。

2.2 冬瓜果冻的持水率

持水率不仅影响冬瓜果冻的香味、滋味和色泽，还与营养成分和果冻的食用品质等有紧密的联系[25]。

卡拉胶添加量对冬瓜果冻持水率的影响见图3。

图3 卡拉胶添加量对冬瓜果冻持水率的影响

由图3 可知，当卡拉胶添加量为1.7%～1.9%时，随着卡拉胶添加量的增加，卡拉胶分子增加，从而形成致密网络结构的比率增加[25]，溶液中的卡拉胶分子之间的链接程度升高，卡拉胶高分子对水的束缚力逐渐增强，水分子的运动受到阻碍[27]。可见，卡拉胶的添加量对冬瓜果冻的持水率影响显著（p＜0.05）。在试验探讨的反应条件中，当卡拉胶添加量大于1.9%时，持水率达到97%以上，同时也反映了卡拉胶具有高保水的特性[28]。

2.3 冬瓜果冻的强度

冬瓜果冻的强度与咀嚼性、弹性等性质有密切关系[29]。卡拉胶的凝胶强度取决于分子链的整齐度，而增大卡拉胶的添加量可以提高果冻强度。

卡拉胶添加量对冬瓜果冻强度的影响图4。

图4 卡拉胶添加量对冬瓜果冻强度的影响

由图4 可知，冬瓜果冻的强度随着卡拉胶添加量的增加而增强。卡拉胶溶于溶剂后，分子之间相互结合形成凝胶，随着卡拉胶添加量的增大，分子之间的距离变小，分子间的交联增强，果冻结构更加紧密，果冻强度增大。但随之果冻的弹性会变差，胶着度增加，而咀嚼性变好[27]。由图4 可知，当卡拉胶添加量大于1.9%时，冬瓜果冻的强度上升幅度增大，卡拉胶添加量对冬瓜果冻的影响显著（p＜0.05）。感官评价结果表明，卡拉胶添加量为1.9%的冬瓜果冻有弹性，入口细腻、软硬适中，而卡拉胶添加量为2.0%和2.1%的冬瓜果冻口感偏硬，从口感、质地等感官评价及原料成本综合考虑，选择卡拉胶添加量为1.9%制作冬瓜果冻较为合适。

2.4 冬瓜果冻的透明度

在果冻的质量检测中，透明度是一个极其重要的指标，其影响着果冻的外观和口感。

卡拉胶添加量对冬瓜果冻透明度的影响见图5。

图5 卡拉胶添加量对冬瓜果冻透明度的影响

由图5 可知，冬瓜果冻的吸光度随着卡拉胶添加量的增加而上升，冬瓜果冻的透明度减弱，可见卡拉胶添加量对冬瓜果冻的影响显著（p＜0.05）。溶液中的卡拉胶大分子的数量增多，卡拉胶大分子之间结合得更加紧密，透明度受分子内部空间排列顺序的影响，分子之间的空隙变小，所以吸光度上升，透明度会相应下降[23]。卡拉胶添加量大于1.9%时，吸光度上升趋势相对平缓，根据实际果冻产品对透明度的要求和感官评价的结果，卡拉胶添加量为1.9%的冬瓜果冻颜色均匀一致，外形晶莹剔透。因此，选择卡拉胶添加量为1.9%最佳。

2.5 冬瓜果冻的质构仪分析

果冻类食品的凝聚性、弹性、黏性等引起的是力学味觉，又称流变学味觉[30]，可以反映人们在食用时的可接受程度和凝胶的质构。质构是描述食品结构的物理性质，是对食物口感的语言表达[31]。祝竞芳等人[28]在卡拉胶与亚麻籽胶复配制备枸杞果冻的研究中，其最佳配方所得的复配果冻与试验的冬瓜果冻相比，两者弹性基本一致，在探究总胶单因素得出的最佳添加量为2.0%时，咀嚼性较冬瓜果冻好，但正交试验得出的咀嚼性参数比冬瓜果冻的咀嚼性差。这是由于果冻的质构不仅受凝胶浓度的影响，还会受到糖和酸的影响[32]。姜月红等人[24]研究的菠萝味胶原蛋白果冻的凝聚性与冬瓜果冻的凝聚性基本一致，但断裂度和黏性都高于冬瓜果冻，这反映了卡拉胶本身具有脆性大、易断裂的特点[33]。

冬瓜果冻质构仪分析见表3。

表3 冬瓜果冻质构仪分析

3 结论

以冬瓜皮、卡拉胶为主要原料，研究一种新型的冬瓜营养果冻。结果表明，在冬瓜皮茶质量浓度为1%，葡萄糖添加量为16%，柠檬酸添加量为0.04%的配方条件下，卡拉胶在冬瓜果冻中的最佳添加量为1.9%，按此工艺配方制得的冬瓜果冻具有冬瓜皮的香味，色泽均匀、组织形态良好、口感爽滑，且有一定的保健功能和营养价值。该果冻加工工艺条件简单、原料低廉易得、设备要求较低，具有优良的经济效益，为冬瓜果冻产业的研究开发提供了参考依据，同时也为冬瓜的资源利用最大化提供了一条新途径。