Abstraktní
Rychlé tání zmrzliny po narušení chladírenského řetězce je dlouhodobou technickou výzvou, které toto odvětví čelí, zvláště akutní v horkých oblastech a scénářích logistiky elektronického -obchodu. Tato studie systematicky zkoumá synergické regulační mechanismy směsi ternárních emulgátorů obsahující propylenglykolmonostearát (PGMS), estery polyglycerolu (PGE) a destilované monoglyceridy (DMG) na odolnost vůči tání zmrzliny{2}} a stabilitu pěny. Výsledky ukazují, že při hmotnostním poměru PGMS:PGE:DMG 5:3:2 a celkové úrovni přídavku 0,35 % vykazuje systém optimální výkon: 50% doba tání trvá od 38 minut (kontrola) do 67 minut, překročení dosahuje 92 % ± 3 % a skóre senzorického hodnocení je nejvyšší ze všech skupin. Tato práce objasňuje mechanismy mikrostrukturní regulace ze tří hledisek-sílu mezipovrchového filmu, rychlost částečné koalescence tuku a inhibici rekrystalizace ledu-a poskytuje teoretické základy i praktické pokyny pro návrh formulace průmyslové zmrzliny odolné vůči tání{16}}.
Klíčová slova:Odolnost-rozpouštění zmrzliny; PGMS; estery polyglycerolu; Destilované monoglyceridy; Ternární míchání; Stabilita pěny
Zavedení
Zmrzlina je komplexní více{0}}fázový systém složený z tukových kuliček, ledových krystalků, vzduchových bublin a matrice cukerného roztoku. Jeho strukturální stabilita je vysoce citlivá na teplotní výkyvy. Jakmile je chladící řetězec přerušen, růst ledových krystalů se zrychlí, vzduchové bubliny se spojí a tukové kuličky se shlukují, což nakonec vede ke kolapsu produktu a senzorickému zhoršení. Globální zmrzlinový průmysl utrpí roční ekonomické ztráty ve výši stovek milionů dolarů kvůli problémům s kvalitou souvisejícími s táním-. Vývoj zmrzlinových receptur s vynikající-odolností proti rozpouštění se tak stal společným zájmem jak akademické obce, tak průmyslu.
Emulgátory hrají v systémech zmrzliny několik zásadních rolí: snižují mezipovrchové napětí oleje-vody pro usnadnění emulgace tuku, indukují částečnou koalescenci tuku během fáze stárnutí za účelem vytvoření trojrozměrné sítě, která podporuje vzduchové bubliny, a stabilizují rozhraní plynu-kapaliny během zmrazování a šlehání. Jednotlivé emulgátory se však často potýkají se současným splněním trojitých požadavků na odolnost proti tání, přetečení a pocit v ústech-DMG nabízí dobré zahušťování, ale nedostatečnou stabilitu pěny; PGMS poskytuje vynikající provzdušňovací vlastnosti a zároveň omezené zvýšení-odolnosti vůči tavení; PGE propůjčuje mezifázovému filmu flexibilitu, ale je obtížné přesně řídit částečnou koalescenci, když se používá samostatně.
Na základě těchto úvah tato studie navrhuje ternární strategii míchání zahrnující PGMS/PGE/DMG, jejímž cílem je využít synergické účinky emulgátorů s různými molekulárními strukturami a hodnotami HLB k vytvoření mezifázového filmu, který má jak tuhost, tak flexibilitu, čímž se současně zvyšuje stabilita pěny a -odolnost vůči tání zmrzliny.
Materiály a metody
1 Materiály
PGMS (propylenglykolmonostearát, HLB≈3,5, čistota větší nebo rovna 95 %), PGE (estery mastných kyselin s polyglycerolem, HLB≈6,0, stupeň polymerace 3-5) a DMG (destilované monoglyceridy, HLB≈3,8, 1 %) všechny obsah monoesteru{09} vyšší než 09 z komerčních zdrojů. Sušené odstředěné mléko (obsah bílkovin 34 %), bezvodý mléčný tuk (obsah mléčného tuku 99,9 %), sacharóza, sušina kukuřičného sirupu (DE 42), guarová guma, karagenan a mikrokrystalická celulóza byly všechny přísady potravinářské kvality.
2 Formulace a zpracování
Základní složení zmrzliny obsahovalo: mléčný tuk 8,0 %, netučné mléčné sušiny 10,5 %, sacharózu 12,0 %, sušinu kukuřičného sirupu 4,0 % a celkovou sušinu 36,5 %. Celková hladina přídavku emulgátoru byla fixována na 0,35 % (hmot./hmot. celkové směsi), s ternárními mísícími poměry navrženými tak, jak je uvedeno v tabulce 1. Směs stabilizátorů (guarová guma 0,12 %, karagenan 0,02 %, mikrokrystalická celulóza 0,15 %) byla udržována konstantní ve všech skupinách.
Kroky zpracování: míchání ingrediencí→míchání při 60 stupních po dobu 30 minut→homogenizace (65 stupňů, první stupeň 15 MPa / druhý stupeň 3 MPa)→pasterizace (80 stupňů, 30 s)→rychlé ochlazení na 4 stupně →zrání (4 stupně, 4 h, nízké-rychlost míchání 5 stupňů)→nepřetržité mrazení a 5 stupňů šlehání. )→plnění→kalení v tryskacím tunelu (-40 stupňů , 30 min)→skladování při -18 stupňů .
Tabulka 1 Experimentální návrh pro směsi ternárních emulgátorů
| Skupina | PGMS (%) | PGE (%) | DMG (%) | Celkem (%) |
|---|---|---|---|---|
| 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 metody
Test odolnosti-tavení:Vzorky ztužené zmrzliny (-18 stupňů, 100 ml válcový tvar) byly umístěny na kovovou mřížku (2 mm oka) uvnitř komory s konstantní teplotou - při 25 ±0,5 stupně. Byla zaznamenána doba prvního odkapávání a doba roztavení 50 % hmoty. Poměr odolnosti vůči tavení byl definován jako 50% doba tavení dělená dobou tavení kontroly.
Měření přeběhu:Hmota fixního objemu zmrzliny byla zvážena před a po zmrazení. Přetečení (%)=(hmotnost před zmrazením - hmota po zmrazení) / hmota po zmrazení × 100 %.
Míra částečné koalescence tuku:Stanoveno extrakcí rozpouštědlem-UV spektrofotometrií. Míra částečné koalescence=obsah volného tuku / celkový obsah tuku × 100 %.
Stabilita pěny:Rozpuštěná zmrzlinová směs byla znovu{0}}vyšlehána a čas potřebný k 50% snížení objemu pěny byl zaznamenán jako poločas rozpadu pěny-.
Smyslové hodnocení:Panel 12 vyškolených hodnotitelů hodnotil pomocí 9bodové hédonické škály pocit rozpouštění- v ústech, hladkost, krémovost, chladivý pocit a celkovou přijatelnost.
Výsledky a diskuse
1 Vliv míchacího poměru na odolnost-tavení
Obrázek 1 znázorňuje chování zmrzliny při tání při různých poměrech emulgátoru. Kontrola TO (samotný PGMS) vykazovala 50% dobu tání 38 minut a dobu prvního odkapávání 22 minut. Mezi skupinami ternárních směsí prokázala nejlepší výkonnost T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2) s 50% dobou roztavení prodlouženou na 67 minut-což je 76,3% zlepšení oproti kontrole-a doba prvního odkapání byla zpožděna na 41 minut.
Tabulka 2-Odolnost a strukturální parametry vzorků zmrzliny
| Skupina | 50% tání (min) | První kapání (min) | Překročení (%) | Částečná koalescence (%) | Poločas-pěny (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 |
Když byl obsah DMG příliš nízký (T1), mezifázový film postrádal dostatečnou tuhost, míra částečné koalescence byla suboptimální (55 %), struktura pěnové sítě zůstala volná a tavení probíhalo relativně rychle. Naopak, když byl obsah DMG nadměrně vysoký (T5), tukové kuličky se agregovaly do velkých tukových shluků, které narušovaly rovnoměrnost pěny, což způsobilo pokles na 72 % a prudce se zhoršila-odolnost vůči tání. To ukazuje na existenci optimálního DMG okna v ternárním směsném systému-k vytvoření síťové kostry je potřeba dostatek krystalického tuku, ale je třeba se vyhnout nadměrné agregaci, aby byla zachována integrita bublin.
2 Mechanismy mezifázové regulace ternární směsi
Zvýšená tavná-odolnost udělená ternární směsí PGMS/PGE/DMG vychází ze synergických mechanismů fungujících na třech úrovních:
Úroveň filmu na rozhraní:DMG poskytuje tuhou krystalickou tukovou mezifázovou vrstvu, která slouží jako uzly a kostra pěnové sítě; PGE se svou relativně vysokou hodnotou HLB a vynikající pružností rozhraní vytváří elastický film na rozhraní plyn-kapalina, čímž se zvyšuje odolnost bubliny vůči deformaci; PGMS zaujímá střední roli, je schopen ko-krystalizovat s DMG, aby posílil pevnost sítě a zároveň společně snižoval mezifázové napětí s PGE, aby se usnadnilo vytváření jemných vzduchových bublin.
Částečná regulace koalescence:Částečná koalescence tuku je rozhodující pro tvorbu struktury zmrzliny. Když je míra částečné koalescence příliš nízká (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80 %) tukové shluky vyvolávají koalescenci bublin a strukturální kolaps. 68% míra částečné koalescence skupiny T3 spadá přesně do optimálního okna uváděného v literatuře (60-75 %), což zajišťuje kontinuitu sítě a zároveň se vyhýbá riziku kolapsu spojeného s nadměrnou agregací.
Inhibice ledových krystalů:Mezifázový film a tuková síť tvořená směsí ternárních emulgátorů působí jako fyzické bariéry, které zpomalují Ostwaldovo zrání ledových krystalků. Po 30 dnech skladování při -18 stupních byl střední průměr ledových krystalů ve skupině T3 32 μm, což je významně méně než 48 μm pozorovaných u kontroly-, což dále vysvětluje mikrostrukturální základ pro jeho vynikající odolnost proti tání.
3 cesty pro zvýšení stability pěny
Stabilita pěny určuje tvarovou stálost zmrzliny během procesu tání. Skupina T3 vykazovala poločas rozpadu- pěny 34 minut, přibližně 1,9krát delší než kontrola. Elastická adsorpce PGE na rozhraní plyn-kapalina představuje primární přispěvatel ke zvýšené stabilitě pěny-jeho mnohočetné hydroxylové hydrofilní hlavní skupiny tvoří sítě vodíkových vazeb s molekulami vody, čímž se zvyšuje tloušťka hydratační vrstvy mezifázového filmu. Současně tuková síť vytvořená pomocí DMG a PGMS poskytuje fyzickou podporu pro vzduchové bubliny, brání odtoku tekutého filmu mezi bublinami a inhibuje koalescenci bublin.
4 Ověření smyslového hodnocení
Tabulka 3 Senzorická skóre vzorků zmrzliny (9bodová stupnice)
| Skupina | Roztavte-pocit v ústech | Hladkost | Smetanovost | Chlad | Celková přijatelnost |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 dosáhla významně vyššího skóre než kontrolní skupina a skupina T5 v pocitu rozpouštění- v ústech a hladkosti, což potvrdilo rozhodující vliv vhodné míry částečné koalescence na jemnost textury.
Doporučení pro průmyslové aplikace
Na základě zjištění této studie se výrobcům zmrzliny, kteří používají systém ternárních směsí PGMS/PGE/DMG, doporučuje, aby pracovali v rámci následujícího formulačního okna: celkový přídavek emulgátoru 0,30-0,40 %, s hmotnostním poměrem PGMS:PGE:DMG v rozmezí 4,5-5,5:2,5,2,8,3,3,5:2,5,2,3,3,3. Jemné doladění v tomto rozsahu lze provést podle obsahu tuku, obsahu netučné mléčné sušiny a typu produktu.
Budoucí směry výzkumu mohou zahrnovat zkoumání výkonu tohoto trojsložkového systému směsí v aplikacích zmrzliny na bázi rostlin-a také vliv různých složení mastných kyselin (poměr nasycených/nenasycených) na vlastnosti smíchaného mezifázového filmu.
