Abstraktné
Rýchle topenie zmrzliny po prerušení chladiaceho reťazca je dlhotrvajúcou technickou výzvou, ktorej čelí toto odvetvie, obzvlášť akútna v horúcich regiónoch a scenároch logistiky elektronického obchodu. Táto štúdia systematicky skúma synergické regulačné mechanizmy ternárnej emulgačnej zmesi obsahujúcej propylénglykolmonostearát (PGMS), estery polyglycerolu (PGE) a destilované monoglyceridy (DMG) na odolnosť voči topeniu zmrzliny- a stabilitu peny. Výsledky demonštrujú, že pri hmotnostnom pomere PGMS:PGE:DMG 5:3:2 a celkovej úrovni pridania 0,35%, systém vykazuje optimálny výkon: 50% čas roztopenia siaha od 38 minút (kontrola) do 67 minút, prekročenie dosahuje 92 % ± 3 % a skóre senzorického hodnotenia je najvyššie zo všetkých skupín. Táto práca objasňuje mechanizmy mikroštrukturálnej regulácie z troch hľadísk-sila medzivrstvového filmu, miera parciálnej koalescencie tuku a inhibícia rekryštalizácie ľadu{15}}poskytuje teoretické základy aj praktické pokyny pre návrh formulácie priemyselnej zmrzliny{16}}odolnej proti topeniu.
Kľúčové slová:odolnosť proti roztápaniu-zmrzliny; PGMS; estery polyglycerolu; Destilované monoglyceridy; Ternárne miešanie; Stabilita peny
Úvod
Zmrzlina je komplexný viacfázový{0} systém pozostávajúci z tukových guľôčok, ľadových kryštálikov, vzduchových bublín a matrice cukrového roztoku. Jeho štrukturálna stabilita je veľmi náchylná na kolísanie teploty. Akonáhle je chladiaci reťazec prerušený, rast ľadových kryštálov sa zrýchľuje, vzduchové bubliny sa spájajú a tukové guľôčky sa hromadia, čo v konečnom dôsledku vedie ku kolapsu produktu a senzorickému zhoršeniu. Globálny zmrzlinový priemysel trpí ročnými ekonomickými stratami v stovkách miliónov dolárov v dôsledku problémov s kvalitou topenia-. Vývoj zmrzlinových receptúr s vynikajúcou-odolnosťou voči topeniu sa tak stal spoločným záujmom akademickej obce aj priemyslu.
Emulgátory zohrávajú v zmrzlinových systémoch viacero kritických úloh: znižujú medzipovrchové napätie oleja-vody na uľahčenie emulgácie tuku, vyvolávajú čiastočnú koalescenciu tukov počas štádia starnutia na vytvorenie trojrozmernej siete, ktorá podporuje vzduchové bubliny, a stabilizujú rozhranie plynu-kvapaliny počas zmrazovania a šľahania. Jednotlivé emulgátory sa však často snažia uspokojiť súčasne trojité požiadavky na-odolnosť voči topeniu, pretečeniu a pocit v ústach-DMG ponúka dobré zahusťovanie, ale nedostatočnú stabilitu peny; PGMS poskytuje vynikajúce prevzdušňovacie vlastnosti a zároveň obmedzené zvýšenie-odolnosti voči topeniu; PGE dodáva medzifázovému filmu flexibilitu, ale je ťažké presne kontrolovať čiastočnú koalescenciu, keď sa používa samostatne.
Na základe týchto úvah táto štúdia navrhuje ternárnu stratégiu miešania zahŕňajúcu PGMS/PGE/DMG, ktorej cieľom je využiť synergické účinky emulgátorov s rôznymi molekulárnymi štruktúrami a hodnotami HLB na vytvorenie medzifázového filmu s tuhosťou aj flexibilitou, čím sa súčasne zvýši stabilita peny a -odolnosť voči topeniu zmrzliny.
Materiály a metódy
1 Materiály
PGMS (propylénglykolmonostearát, HLB≈3,5, čistota väčšia alebo rovná 95 %), PGE (estery mastných kyselín s polyglycerolom, HLB≈6,0, stupeň polymerizácie 3-5) a DMG (destilované monoglyceridy, HLB≈3,8, 1 %) boli všetky o 9 % kvalitnejšie ako potraviny{09 % obsah monoesteru} komerčné zdroje. Sušené odstredené mlieko (obsah bielkovín 34 %), bezvodý mliečny tuk (obsah mliečneho tuku 99,9 %), sacharóza, sušina kukuričného sirupu (DE 42), guarová guma, karagénan a mikrokryštalická celulóza boli všetky zložky potravinárskej kvality.
2 Formulácia a spracovanie
Základné zloženie zmrzliny obsahovalo: mliečny tuk 8,0 %, odtučnenú mliečnu sušinu 10,5 %, sacharózu 12,0 %, sušinu kukuričného sirupu 4,0 % a celkovú sušinu 36,5 %. Celková hladina pridania emulgátora bola fixovaná na 0,35 % (hmotn./hmotn. celkovej zmesi), s ternárnymi zmiešavacími pomermi navrhnutými tak, ako je uvedené v tabuľke 1. Zmes stabilizátorov (guarová guma 0,12 %, karagénan 0,02 %, mikrokryštalická celulóza 0,15 %) sa udržiavala konštantná vo všetkých skupinách.
Kroky spracovania: miešanie ingrediencií→miešanie pri 60 stupňoch po dobu 30 minút→homogenizácia (65 stupňov, prvý stupeň 15 MPa / druhý stupeň 3 MPa)→pasterizácia (80 stupňov, 30 s)→rýchle ochladenie na 4 stupne →starnutie (4 stupne, 4 h, nízka-rýchlosť šľahania 5 stupňov) → nepretržité mrazenie a 5 stupňové mrazenie. )→plnenie→kalenie v tryskacom tuneli (-40 stupňov, 30 min)→skladovanie pri -18 stupňov .
Tabuľka 1 Experimentálny návrh pre zmesi ternárnych emulgátorov
| Skupina | PGMS (%) | PGE (%) | DMG (%) | Celkom (%) |
|---|---|---|---|---|
| T0 (kontrola) | 0.35 | 0 | 0 | 0.35 |
| T1 | 0.20 | 0.10 | 0.05 | 0.35 |
| T2 | 0.175 | 0.105 | 0.07 | 0.35 |
| T3 (5:3:2) | 0.175 | 0.105 | 0.07 | 0.35 |
| T4 | 0.14 | 0.14 | 0.07 | 0.35 |
| T5 | 0.10 | 0.10 | 0.15 | 0.35 |
3 analytické metódy
Test odolnosti-tavenia:Vzorky tvrdenej zmrzliny (-18 stupňov, 100 ml valcového tvaru) sa umiestnili na kovovú mriežku (2 mm oka) vo vnútri komory s konštantnou teplotou 25 stupňov ± 0,5 stupňa. Zaznamenal sa čas prvého odkvapkávania a čas roztavenia 50 % hmoty. Pomer odolnosti voči taveniu bol definovaný ako 50 % čas tavenia delený časom tavenia kontroly.
Meranie prekročenia:Hmotnosť pevného objemu zmrzliny bola odvážená pred a po zmrazení. Prekročenie (%)=(hmotnosť pred zmrazením - hmotnosť po zmrazení) / hmotnosť po zmrazení × 100 %.
Miera čiastočnej koalescencie tuku:Stanovené extrakciou rozpúšťadlom-UV spektrofotometriou. Miera čiastočnej koalescencie=obsah voľného tuku / celkový obsah tuku × 100 %.
Stabilita peny:Roztopená zmrzlinová zmes bola znovu vyšľahaná{0} a čas potrebný na 50 % zníženie objemu peny bol zaznamenaný ako polčas rozpadu peny-.
Senzorické hodnotenie:Panel 12 vyškolených hodnotiteľov vyhodnotil-pocit v ústach, hladkosť, krémovosť, chladivý pocit a celkovú prijateľnosť pomocou 9-bodovej hedonickej stupnice.
Výsledky a diskusia
1 Vplyv zmiešavacieho pomeru na odolnosť-tavenia
Obrázok 1 znázorňuje správanie sa topenia zmrzliny pri rôznych pomeroch emulgátorov. Kontrola TO (samotný PGMS) vykazovala 50 % čas topenia 38 minút a čas prvého odkvapkávania 22 minút. Spomedzi ternárnych skupín zmesí vykazovala najlepšiu výkonnosť T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2), pričom 50 % čas roztopenia sa predĺžil na 67 minút-, čo predstavuje zlepšenie o 76,3 % oproti kontrole-a čas prvého odkvapkávania bol oneskorený na 41 minút.
Tabuľka 2{1}}Odolnosť voči topeniu a štrukturálne parametre vzoriek zmrzliny
| Skupina | 50 % roztopenie (min) | Prvé kvapkanie (min) | Prekročenie (%) | Čiastočná koalescencia (%) | Polčas rozpadu-peny (min) |
|---|---|---|---|---|---|
| T0 | 38±2 | 22±1 | 78±4 | 42±3 | 18±2 |
| T1 | 52±3 | 31±2 | 85±3 | 55±4 | 24±3 |
| T2 | 59±2 | 36±2 | 88±2 | 62±3 | 28±2 |
| T3 | 67±3 | 41±2 | 92±3 | 68±3 | 34±3 |
| T4 | 55±2 | 33±2 | 83±4 | 58±4 | 26±2 |
| T5 | 45±3 | 27±2 | 72±5 | 38±4 | 20±3 |
Keď bol obsah DMG príliš nízky (T1), medzifázovému filmu chýbala dostatočná tuhosť, miera čiastočnej koalescencie bola suboptimálna (55 %), štruktúra penovej siete zostala voľná a tavenie prebiehalo pomerne rýchlo. Naopak, keď bol obsah DMG nadmerne vysoký (T5), tukové guľôčky sa agregovali do veľkých zhlukov tuku, čo narušilo rovnomernosť peny, čo spôsobilo pokles na 72 % a prudko sa zhoršila-odolnosť voči topeniu. To naznačuje existenciu optimálneho okna DMG v rámci ternárneho systému zmesí-na vytvorenie kostry siete je potrebný dostatok kryštalického tuku, ale treba sa vyhnúť nadmernej agregácii, aby sa zachovala integrita bublín.
2 Mechanizmy medzifázovej regulácie ternárnej zmesi
Zvýšená tavná-odolnosť, ktorú poskytuje ternárna zmes PGMS/PGE/DMG, vychádza zo synergických mechanizmov fungujúcich na troch úrovniach:
Úroveň medzifázového filmu:DMG poskytuje tuhú kryštalickú tukovú medzifázovú vrstvu, ktorá slúži ako uzly a kostra penovej siete; PGE so svojou relatívne vysokou hodnotou HLB a vynikajúcou flexibilitou rozhrania vytvára elastický film na rozhraní plyn-kvapalina, čím sa zvyšuje odolnosť bubliny voči deformácii; PGMS má strednú úlohu a je schopný ko-kryštalizovať s DMG, aby sa posilnila pevnosť siete a súčasne sa znížilo medzifázové napätie s PGE, aby sa uľahčilo vytváranie jemných vzduchových bublín.
Čiastočná koalescenčná regulácia:Čiastočná koalescencia tuku je rozhodujúca pre tvorbu štruktúry zmrzliny. Keď je miera čiastočnej koalescencie príliš nízka (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%), tukové zhluky vyvolávajú koalescenciu bublín a štrukturálny kolaps. 68% miera čiastočnej koalescencie skupiny T3 spadá presne do optimálneho okna uvádzaného v literatúre (60-75%), čím sa zabezpečuje kontinuita siete a zároveň sa predchádza riziku kolapsu spojeného s nadmernou agregáciou.
Inhibícia ľadových kryštálikov:Medzifázový film a tuková sieť vytvorená zmesou ternárnych emulgátorov pôsobí ako fyzikálne bariéry, ktoré spomaľujú Ostwaldovo dozrievanie ľadových kryštálov. Po 30 dňoch skladovania pri -18 stupňoch bol stredný priemer ľadových kryštálov v skupine T3 32 μm, čo je výrazne menej ako 48 μm pozorovaných v kontrole-, čo ďalej vysvetľuje mikroštrukturálny základ pre jeho vynikajúcu odolnosť voči topeniu.
3 cesty na zvýšenie stability peny
Stabilita peny určuje schopnosť zmrzliny zachovať tvar počas procesu topenia. Skupina T3 vykazovala polčas peny- 34 minút, približne 1,9-krát viac ako kontrola. Elastická adsorpcia PGE na rozhraní plyn-kvapalina predstavuje primárny prispievateľ k zvýšenej stabilite peny-jeho viacnásobné hydroxylové hydrofilné hlavové skupiny tvoria siete vodíkových väzieb s molekulami vody, čím sa zvyšuje hrúbka hydratačnej vrstvy medzifázového filmu. Súčasne tuková sieť vytvorená pomocou DMG a PGMS poskytuje fyzickú podporu pre vzduchové bubliny, bráni odtoku tekutého filmu medzi bublinami a inhibuje koalescenciu bublín.
4 Zmyslové hodnotenie Validácia
Tabuľka 3 Senzorické skóre vzoriek zmrzliny (9-bodová stupnica)
| Skupina | Roztopte-pocit v ústach | Hladkosť | Krémovitosť | Chladnosť | Celková prijateľnosť |
|---|---|---|---|---|---|
| T0 | 5.2 | 6.8 | 6.5 | 6.2 | 6.1 |
| T3 | 7.8 | 7.5 | 7.2 | 7.0 | 7.6 |
| T5 | 5.5 | 5.0 | 6.8 | 6.3 | 5.8 |
Skupina T3 zaznamenala výrazne vyššie skóre ako kontrolná skupina a skupina T5 v pocite rozpúšťania-v ústach a hladkosti, čo potvrdzuje rozhodujúci vplyv vhodnej čiastočnej koalescencie na jemnosť textúry.
Odporúčania pre priemyselné aplikácie
Na základe zistení tejto štúdie sa výrobcom zmrzliny, ktorí si osvojili systém trojzložkových zmesí PGMS/PGE/DMG, odporúča, aby pracovali v rámci nasledujúceho zloženia: úroveň celkového pridania emulgátora 0,30-0,40 %, s hmotnostným pomerom PGMS:PGE:DMG v rozsahu 4,5-5,5:2,5-2,8,3,5,5:2,5-3,3,3,3. Jemné doladenie v rámci tohto rozsahu možno vykonať podľa obsahu tuku, obsahu tuku v mliečnej sušine a typu produktu.
Budúce smery výskumu môžu zahŕňať skúmanie výkonnosti tohto trojčlenného systému zmesí v aplikáciách na výrobu zmrzliny- na báze rastlín, ako aj vplyv rôznych zložení mastných kyselín (pomer nasýtených/nenasýtených) na vlastnosti zmiešaného medzifázového filmu.
