Анотація
Швидке танення морозива внаслідок порушення холодового ланцюга є давньою технічною проблемою, з якою стикається галузь, особливо гострою в жарких регіонах і сценаріях логістики електронної{0}}комерції. У цьому дослідженні систематично досліджуються синергетичні регуляторні механізми потрійної суміші емульгаторів, що включає моностеарат пропіленгліколю (PGMS), ефіри полігліцерину (PGE) і дистильовані моногліцериди (DMG) на стійкість морозива до танення-та стабільність піни. Результати демонструють, що при масовому співвідношенні PGMS:PGE:DMG 5:3:2 і загальному рівні додавання 0,35% система демонструє оптимальну продуктивність: час розплавлення 50% подовжується від 38 хв (контроль) до 67 хв, перевитрата досягає 92%±3%, а результати сенсорної оцінки є найвищими серед усіх груп. Ця робота з’ясовує механізми мікроструктурної регуляції з трьох точок зору-міцності міжфазної плівки, швидкості часткової коалесценції жиру та інгібування рекристалізації льоду-забезпечуючи як теоретичні основи, так і практичні вказівки для дизайну рецептури промислового морозива,-стійкого до танення.
Ключові слова:Стійкість морозива до танення-; PGMS; Естери полігліцерину; Дистильовані моногліцериди; Потрійне змішування; Стійкість піни
вступ
Морозиво – це складна багатофазна-система, що складається з жирових кульок, кристалів льоду, повітряних бульбашок і матриці цукрового розчину. Його структурна стабільність дуже чутлива до температурних коливань. Коли холодовий ланцюг переривається, ріст кристалів льоду прискорюється, бульбашки повітря зливаються, а жирові кульки агрегуються, що в кінцевому підсумку призводить до руйнування продукту та погіршення сенсорних властивостей. Глобальна промисловість морозива зазнає сотень мільйонів доларів щорічних економічних збитків через проблеми з якістю,-пов’язані з таненням. Таким чином, розробка рецептур морозива з чудовою -стійкістю до танення стала спільною турботою як для наукових кіл, так і для промисловості.
Емульгатори відіграють кілька важливих ролей у системах виробництва морозива: зменшують міжфазний натяг олії-води для полегшення емульгування жиру, викликають часткову коалесценцію жиру на стадії старіння для побудови три-вимірної мережі, яка підтримує повітряні бульбашки, і стабілізують межу газу-рідина під час заморожування та збивання. Однак окремим емульгаторам часто важко одночасно задовольнити потрійні вимоги до-стійкості до плавлення, перебігу та смакових відчуттів-DMG забезпечує гарне загущення, але недостатню стабільність піни; PGMS забезпечує відмінні аераційні властивості, але обмежене підвищення стійкості до плавлення-; PGE надає міжфазній плівці гнучкості, але важко точно контролювати часткову коалесценцію при окремому використанні.
Виходячи з цих міркувань, у цьому дослідженні запропоновано стратегію потрійного змішування, що включає PGMS/PGE/DMG, спрямовану на використання синергетичних ефектів емульгаторів з різними молекулярними структурами та значеннями ГЛБ для створення міжфазної плівки, що має як жорсткість, так і гнучкість, таким чином одночасно підвищуючи стабільність піни та-стійкість морозива до танення.
Матеріали та методи
1 Матеріали
PGMS (моностеарат пропіленгліколю, HLB≈3,5, чистота більше або дорівнює 95%), PGE (ефіри полігліцерину і жирних кислот, HLB≈6,0, ступінь полімеризації 3-5) і DMG (дистильовані моногліцериди, HLB≈3,8, вміст моноефіру більше або дорівнює 90%) були харчового-класу, комерційного походження. Сухе знежирене молоко (вміст білка 34 %), безводний молочний жир (вміст молочного жиру 99,9 %), сахароза, тверда речовина кукурудзяного сиропу (DE 42), гуарова камедь, карагенан і мікрокристалічна целюлоза були харчовими інгредієнтами.
2 Формулювання та обробка
Основний склад морозива включав: молочний жир 8,0%, знежирене молоко 10,5%, сахарозу 12,0%, кукурудзяний сироп 4,0% і загальну кількість сухих речовин 36,5%. Загальний рівень додавання емульгатора був зафіксований на рівні 0,35% (маса/маса від загальної суміші), з потрійним співвідношенням змішування, розробленим, як показано в таблиці 1. Суміш стабілізатора (гуарова камедь 0,12%, карагенан 0,02%, мікрокристалічна целюлоза 0,15%) підтримувалася постійною для всіх груп.
Етапи обробки: змішування інгредієнтів → перемішування при 60 градусах протягом 30 хвилин → гомогенізація (65 градусів, перший етап 15 МПа / другий етап 3 МПа) → пастеризація (80 градусів, 30 с) → швидке охолодження до 4 градусів → витримка (4 градуси, 4 години, низька{10}}швидкість перемішування) → заморожування та збивання в безперервній морозилці (температура на виході) -5,5 градуси)→наповнення→гартування в струменевому тунелі (-40 градусів, 30 хв)→зберігання при -18 градусів.
Таблиця 1 Експериментальний дизайн для потрійних сумішей емульгаторів
| Група | PGMS (%) | PGE (%) | DMG (%) | Всього (%) |
|---|---|---|---|---|
| T0 (контроль) | 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 Аналітичні методи
Тест-на стійкість до плавлення:Затверділі зразки морозива (-18 градусів, 100 мл циліндричної форми) поміщали на металеву решітку (2 мм меш) у камеру постійної -температури при 25 градусах ±0,5 градуса. Були зареєстровані час першої краплі та час розплавлення 50% маси. Коефіцієнт стійкості до плавлення визначався як 50% часу плавлення, поділеного на час контролю.
Вимірювання перевищення:Масу фіксованого об’єму морозива зважували до і після заморожування. Перевитрата (%)=(маса до заморожування - маса після заморожування) / маса після заморожування × 100%.
Швидкість часткової коалесценції жиру:Визначено методом екстракції розчинником-УФ спектрофотометрії. Швидкість часткової коалесценції=вміст вільного жиру / загальний вміст жиру × 100%.
Стійкість піни:Розталу суміш для морозива було повторно-збито, і час, необхідний для зменшення об’єму піни на 50%, було зафіксовано як період напіврозпаду піни-.
Сенсорна оцінка:Група з 12 навчених оцінювачів оцінювала відчуття танення в роті, гладкість, кремовість, відчуття прохолоди та загальну прийнятність за допомогою 9-бальної гедонічної шкали.
Результати та їх обговорення
1 Вплив співвідношення змішування на стійкість до-плавлення
На малюнку 1 показано танення морозива при різних співвідношеннях емульгатора. Контроль T0 (тільки PGMS) продемонстрував час розплавлення 50% 38 хв і час першої краплі 22 хв. Серед груп із потрійною сумішшю T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2) продемонстрував найкращу ефективність, причому час розплавлення на 50% подовжено до 67 хв-на 76,3% покращення в порівнянні з контролем-і час першої краплі сповільнено до 41 хв.
Таблиця 2 Стійкість до-танення та структурні параметри зразків морозива
| Група | 50% розплавлення (хв.) | Перша крапельниця (хв.) | Перевищення (%) | Часткова коалесценція (%) | Напіврозпад-піни (хв.) |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
Коли вміст DMG був занадто низьким (T1), міжфазній плівці не вистачало достатньої жорсткості, швидкість часткової коалесценції була субоптимальною (55%), структура пінної сітки залишалася пухкою, і плавлення відбувалося відносно швидко. І навпаки, коли вміст DMG був надмірно високим (T5), жирові кульки агрегувалися у великі скупчення жиру, що порушувало однорідність піни, спричиняючи падіння перевитрату до 72% і різке погіршення -стійкості до плавлення. Це вказує на існування оптимального вікна DMG у системі потрійної суміші-для побудови скелета мережі необхідна достатня кількість кристалічного жиру, але слід уникати надмірної агрегації, щоб зберегти цілісність бульбашок.
2 Механізми міжфазної регуляції потрійної суміші
Підвищена стійкість до плавлення, яку забезпечує потрійна суміш PGMS/PGE/DMG, виникає завдяки синергетичним механізмам, що діють на трьох рівнях:
Рівень міжфазної плівки:DMG забезпечує жорсткий кристалічний жировий міжфазний шар, який служить вузлами та каркасом пінної мережі; PGE з його відносно високим значенням ГЛБ і чудовою межфазною гнучкістю утворює еластичну плівку на межі газ-рідина, підвищуючи стійкість бульбашки до деформації; PGMS займає проміжну роль, здатний до-кристалізації з DMG для посилення міцності мережі, одночасно зменшуючи міжфазний натяг разом із PGE, щоб сприяти утворенню дрібних бульбашок повітря.
Регулювання часткової коалесценції:Часткова коалесценція жиру є вирішальною для формування структури піни морозива. Коли швидкість часткової коалесценції занадто низька (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%) скупчення жиру викликають злиття бульбашок і структурний колапс. Швидкість часткової коалесценції групи T3 у 68% точно відповідає оптимальному вікну, про яке повідомляється в літературі (60-75%), забезпечуючи безперервність мережі, уникаючи ризику колапсу, пов’язаного з надмірною агрегацією.
Інгібування кристалів льоду:Міжфазна плівка та жирова сітка, утворена сумішшю потрійного емульгатора, діють як фізичні бар’єри, затримуючи дозрівання кристалів льоду за Оствальдом. Після 30 днів зберігання при -18 градусах середній діаметр кристалів льоду в групі Т3 становив 32 мкм, що значно менше, ніж 48 мкм, спостережуваних у контролі-, що додатково пояснює мікроструктурну основу його чудової стійкості до танення.
3 шляхи підвищення стійкості піни
Стійкість піни визначає здатність морозива зберігати форму в процесі танення. У групі T3 період напіврозпаду піни становив 34 хвилини, що приблизно в 1,9 раза більше, ніж у контрольній групі. Еластична адсорбція PGE на межі розділу газ-рідина становить основний внесок у покращену стабільність піни-його численні гідроксильні гідрофільні головні групи утворюють мережі водневих зв’язків із молекулами води, збільшуючи товщину шару гідратації міжфазної плівки. Одночасно жирова мережа, створена DMG і PGMS, забезпечує фізичну підтримку повітряних бульбашок, перешкоджаючи дренажу рідкої плівки між бульбашками та перешкоджаючи зливанню бульбашок.
4 Перевірка сенсорної оцінки
Таблиця 3 Сенсорні оцінки зразків морозива (9-бальна шкала)
| Група | Розплав{0}}відчуття в роті | Гладкість | Кремовість | Прохолода | Загальна прийнятність |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
Група Т3 отримала значно вищу оцінку, ніж контрольна група та група Т5, за смаковими відчуттями та гладкості, підтверджуючи вирішальний вплив належної часткової швидкості злиття на тонкість текстури.
Рекомендації щодо промислового застосування
Виходячи з результатів цього дослідження, виробникам морозива, які використовують потрійну систему змішування PGMS/PGE/DMG, рекомендується працювати в такому вікні рецептури: загальний рівень додавання емульгатора 0,30-0,40%, з діапазоном масового співвідношення PGMS:PGE:DMG 4,5-5,5:2,5-3,5:1,8-2,2. Точне налаштування в межах цього діапазону можна виконати відповідно до вмісту жиру, вмісту сухої речовини знежиреного молока та типу продукту.
Майбутні напрямки досліджень можуть включати вивчення ефективності цієї потрійної системи змішування в морозиві-на рослинній основі, а також вплив різних складів жирних кислот (співвідношення насичених/ненасичених) на властивості змішаної міжфазної плівки.
