Резюме
Бързото топене на сладолед след прекъсване на хладилната верига е дългогодишно техническо предизвикателство, пред което е изправена индустрията, особено остро в горещи региони и логистични сценарии за-електронна търговия. Това проучване систематично изследва синергичните регулаторни механизми на трикомпонентна емулгаторна смес, включваща пропилей гликол моностеарат (PGMS), полиглицеролови естери (PGE) и дестилирани моноглицериди (DMG) върху устойчивостта на-топене на сладолед и стабилността на пяната. Резултатите показват, че при масово съотношение PGMS:PGE:DMG от 5:3:2 и общо ниво на добавяне от 0,35%, системата показва оптимална производителност: 50% време на стопяване се простира от 38 минути (контрола) до 67 минути, превишаването достига 92%±3%, а резултатите за сензорна оценка са най-високите сред всички групи. Тази работа изяснява механизмите за регулиране на микроструктурата от три гледни точки-здравина на междинния слой, скорост на частична коалесценция на мазнини и инхибиране на рекристализацията на лед-като предоставя както теоретични основи, така и практически насоки за дизайна на формулата на промишлен сладолед,-устойчив на топене.
Ключови думи:Устойчивост на{0}}топене на сладолед; PGMS; Полиглицеролни естери; Дестилирани моноглицериди; Тройно смесване; Стабилност на пяната
Въведение
Сладоледът е сложна много{0}}фазова система, съставена от мастни топчета, ледени кристали, въздушни мехурчета и матрица от захарен разтвор. Неговата структурна стабилност е силно податлива на температурни колебания. След като охладителната верига бъде прекъсната, растежът на ледените кристали се ускорява, въздушните мехурчета се сливат и мастните топчета се натрупват, което в крайна сметка води до колапс на продукта и сензорно влошаване. Глобалната индустрия за сладолед търпи стотици милиони долари годишни икономически загуби поради проблеми с качеството,-свързани с топенето. По този начин разработването на формули за сладолед с превъзходна-устойчивост на топене се превърна в споделена грижа както за академичните среди, така и за индустрията.
Емулгаторите играят много важни роли в системите за сладолед: намаляване на междинното напрежение масло-вода, за да се улесни емулгирането на мазнините, предизвикване на частична коалесценция на мазнини по време на етапа на стареене, за да се изгради три-измерна мрежа, която поддържа въздушни мехурчета, и стабилизиране на интерфейса газ-течност по време на замразяване и разбиване. Въпреки това, единичните емулгатори често се борят да задоволят едновременно тройните изисквания за устойчивост на топене-, преливане и усещане в устата-DMG предлага добро сгъстяване, но недостатъчна стабилност на пяната; PGMS осигурява отлични аериращи свойства, но въпреки това ограничено повишаване на устойчивостта на топене-; PGE придава гъвкавост на междинния филм, но е трудно да се контролира прецизно частичното сливане, когато се използва самостоятелно.
Въз основа на тези съображения, това проучване предлага тройна стратегия за смесване, включваща PGMS/PGE/DMG, целяща да използва синергичните ефекти на емулгаторите с различни молекулни структури и стойности на HLB за изграждане на междуфазов филм, притежаващ както твърдост, така и гъвкавост, като по този начин едновременно повишава стабилността на пяната и устойчивостта на-топене на сладоледа.
Материали и методи
1 Материали
Всички PGMS (пропилен гликол моностеарат, HLB≈3.5, чистота по-голяма или равна на 95%), PGE (естери на полиглицерол на мастни киселини, HLB≈6.0, степен на полимеризация 3-5) и DMG (дестилирани моноглицериди, HLB≈3.8, съдържание на моноестер по-голямо или равно на 90%) хранителен-клас, с търговски произход. Обезмаслено мляко на прах (съдържание на протеин 34%), безводна млечна мазнина (съдържание на млечна мазнина 99,9%), захароза, твърди вещества от царевичен сироп (DE 42), гума гуар, карагенан и микрокристална целулоза са всички хранителни съставки.
2 Формулиране и обработка
Основната формула на сладоледа включва: млечна мазнина 8,0%, не{1}}маслено сухо мляко 10,5%, захароза 12,0%, царевичен сироп, сухо вещество 4,0% и общо сухо вещество 36,5%. Общото ниво на добавяне на емулгатор беше фиксирано на 0,35% (w/w от общата смес), с трикомпонентни съотношения на смесване, проектирани, както е показано в таблица 1. Стабилизиращата смес (гума гуар 0,12%, карагенан 0,02%, микрокристална целулоза 0,15%) се поддържаше постоянна във всички групи.
Стъпки на обработка: смесване на съставките→разбъркване при 60 градуса за 30 минути→хомогенизиране (65 градуса, първи етап 15 MPa / втори етап 3 MPa)→пастьоризация (80 градуса, 30 s)→бързо охлаждане до 4 градуса →отлежаване (4 градуса, 4 часа, ниска{10}}скорост на разбъркване)→замразяване и разбиване в непрекъснат фризер (температура на изхода) -5,5 градуса) → пълнене → втвърдяване в тунел за бластиране (-40 градуса, 30 минути) → съхранение при -18 градуса.
Таблица 1 Експериментален дизайн за трикомпонентни емулгаторни смеси
| Група | PGMS (%) | PGE (%) | DMG (%) | Общо (%) |
|---|---|---|---|---|
| T0 (контрол) | 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 Аналитични методи
Тест-за устойчивост на топене:Проби от втвърден сладолед (-18 градуса, 100 mL цилиндрична форма) бяха поставени върху метална решетка (2 mm отвори) в камера с постоянна-температура при 25 градуса ±0,5 градуса. Записват се времето на първото капене и 50% масово време на стопяване. Коефициентът на устойчивост на топене се определя като 50% време на стопяване, разделено на това на контролата.
Измерване на превишаване:Масата на фиксиран обем сладолед се претегля преди и след замразяване. Превишаване (%)=(маса преди замразяване - маса след замразяване) / маса след замразяване × 100%.
Скорост на частично сливане на мазнини:Определено чрез екстракция с разтворител-UV спектрофотометрия. Степен на частична коалесценция=съдържание на свободна мазнина / общо съдържание на мазнина × 100%.
Стабилност на пяната:Разтопената сладоледена смес беше повторно-разбита и времето, необходимо за 50% намаляване на обема на пяната, беше записано като полуживот-на пяната.
Сензорна оценка:Група от 12 обучени оценители оцениха усещането за топене в устата, гладкостта, кремообразността, усещането за прохлада и цялостната приемливост, използвайки 9-степенна хедонична скала.
Резултати и дискусия
1 Ефект на съотношението на смесване върху устойчивостта на-топене
Фигура 1 изобразява поведението на топене на сладолед при различни съотношения на емулгатор. Т0 контролата (само PGMS) показа 50% време на топене от 38 минути и време на първо капене от 22 минути. Сред групите с трикомпонентни смеси, T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2) демонстрира най-добра производителност, с 50% време на разтопяване, удължено до 67 минути-76,3% подобрение спрямо контролата-и първото време на капене, забавено до 41 минути.
Таблица 2 Устойчивост на-топене и структурни параметри на проби от сладолед
| Група | 50% стопяване (мин.) | Първо капене (мин.) | Превишаване (%) | Частична коалесценция (%) | Полуживот-на пяна (мин.) |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
Когато съдържанието на DMG беше твърде ниско (T1), междинният филм нямаше достатъчна твърдост, частичната скорост на коалесценция беше неоптимална (55%), структурата на мрежата от пяна оставаше разхлабена и топенето протичаше относително бързо. Обратно, когато съдържанието на DMG беше прекалено високо (T5), мастните глобули се агрегираха в големи мастни клъстери, които нарушиха еднородността на пяната, което доведе до спадане на преразхода до 72% и рязко влошаване на -устойчивостта на топене. Това показва наличието на оптимален DMG прозорец в рамките на тройната смесена система-необходима е достатъчно кристална мазнина за изграждане на мрежовия скелет, но трябва да се избягва прекомерното агрегиране, за да се запази целостта на мехурчетата.
2 Механизма за междинно регулиране на тройната смес
Подобрената устойчивост на{0}}топене, предоставена от тройната смес PGMS/PGE/DMG, възниква от синергични механизми, работещи на три нива:
Ниво на междинен филм:DMG осигурява твърд междинен слой от кристална мазнина, който служи като възли и рамка на мрежата от пяна; PGE, със своята относително висока стойност на HLB и отлична гъвкавост на повърхността, образува еластичен филм на границата газ-течност, повишавайки устойчивостта на мехурчето срещу деформация; PGMS заема междинна роля, способен да кристализира ко-с DMG, за да подсили здравината на мрежата, като същевременно намалява напрежението на повърхността с PGE, за да улесни генерирането на фини въздушни мехурчета.
Регулиране на частична коалесценция:Частичната коалесценция на мазнините е от решаващо значение за образуването на структурата на сладоледената пяна. Когато степента на частична коалесценция е твърде ниска (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%) мастните клъстери предизвикват коалесценция на мехурчета и структурен колапс. 68% процент на частична коалесценция на групата Т3 попада точно в рамките на оптималния прозорец, докладван в литературата (60-75%), осигурявайки непрекъснатост на мрежата, като същевременно избягва риска от колапс, свързан с прекомерното агрегиране.
Инхибиране на ледени кристали:Междуфазният филм и мастната мрежа, образувани от тройната емулгаторна смес, действат като физически бариери, забавяйки Ostwald узряването на ледените кристали. След 30 дни съхранение при -18 градуса, средният диаметър на ледените кристали в групата Т3 беше 32 μm, значително по-нисък от 48 μm, наблюдаван в контролата-, което допълнително обяснява микроструктурната основа за неговата отлична устойчивост на топене.
3 пътя за подобряване на стабилността на пяната
Стабилността на пяната определя способността за запазване на формата на сладоледа по време на процеса на топене. T3 групата показа полуживот на пяната от 34 минути, приблизително 1,9 пъти повече от контролната. Еластичната адсорбция на PGE в интерфейса газ-течност представлява основният фактор за повишена стабилност на пяната-нейните множество хидроксилни хидрофилни главни групи образуват мрежи от водородни връзки с водни молекули, увеличавайки дебелината на хидратния слой на междинния филм. Едновременно с това мастната мрежа, конструирана от DMG и PGMS, осигурява физическа опора за въздушните мехурчета, възпрепятствайки дренажа на течния филм между мехурчетата и инхибирайки коалесценцията на мехурчетата.
4 Валидиране на сензорна оценка
Таблица 3 Сензорни резултати на проби от сладолед (9-точкова скала)
| Група | Усещане-за разтапяне в устата | Гладкост | Кремообразност | Прохлада | Обща приемливост |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
Групата T3 постигна значително по-висок резултат както от контролната, така и от групата T5 по усещане за топене в устата и гладкост, потвърждавайки решаващото влияние на подходящата частична скорост на сливане върху фината текстура.
Препоръки за индустриално приложение
Въз основа на констатациите от това проучване, производителите на сладолед, които възприемат тройната система за смесване PGMS/PGE/DMG, се съветват да работят в рамките на следния прозорец на формулиране: общо ниво на добавяне на емулгатор от 0,30-0,40%, с обхват на масовото съотношение PGMS:PGE:DMG от 4,5-5,5:2,5-3,5:1,8-2,2. Фина настройка в рамките на този диапазон може да се извърши според съдържанието на мазнини, съдържанието на обезмаслено сухо мляко и вида на продукта.
Бъдещите насоки на изследване може да включват изследване на ефективността на тази трикомпонентна система за смесване в-приложения за сладолед на растителна основа, както и влиянието на различните състави на мастни киселини (съотношения наситени/ненаситени) върху свойствата на смесения междуфазов филм.
