Povzetek
Hitro taljenje sladoleda po prekinitvi hladne verige je dolgotrajen tehnični izziv, s katerim se sooča industrija, še posebej pereč v vročih regijah in scenarijih logistike e-e-trgovine. Ta študija sistematično raziskuje sinergistične regulacijske mehanizme trojne mešanice emulgatorjev, ki vsebuje propilenglikol monostearat (PGMS), estre poliglicerola (PGE) in destilirane monogliceride (DMG) na odpornost sladoleda na taljenje-in stabilnost pene. Rezultati kažejo, da pri masnem razmerju PGMS:PGE:DMG 5:3:2 in skupni stopnji dodajanja 0,35 % sistem kaže optimalno delovanje: 50-odstotni čas taljenja se podaljša od 38 min (kontrola) do 67 min, prekoračitev doseže 92 %±3 %, rezultati senzorične ocene pa so najvišji med vsemi skupinami. To delo pojasnjuje mehanizme mikrostrukturne regulacije s treh vidikov-trdnosti medfaznega filma, stopnje delne koalescence maščobe in zaviranja prekristalizacije ledu-in zagotavlja tako teoretične temelje kot praktične smernice za oblikovanje formulacije industrijskega sladoleda,-odpornega na taljenje.
Ključne besede:Odpornost na taljenje-sladoleda; PGMS; Estri poliglicerola; Destilirani monogliceridi; Ternarno mešanje; Stabilnost pene
Uvod
Sladoled je kompleksen več{0}}fazni sistem, sestavljen iz maščobnih kroglic, ledenih kristalov, zračnih mehurčkov in matrike sladkorne raztopine. Njegova strukturna stabilnost je zelo dovzetna za temperaturna nihanja. Ko je hladna veriga prekinjena, se rast ledenih kristalov pospeši, zračni mehurčki se združijo in maščobne kroglice agregirajo, kar na koncu povzroči propad izdelka in senzorično poslabšanje. Globalna industrija sladoleda utrpi na stotine milijonov dolarjev letnih gospodarskih izgub zaradi težav s kakovostjo,-povezanih s taljenjem. Razvijanje formulacij sladoleda z vrhunsko odpornostjo-na taljenje je tako postalo skupna skrb tako akademskega sveta kot industrije.
Emulgatorji igrajo več kritičnih vlog v sladolednih sistemih: zmanjšanje medfazne napetosti olje-voda za olajšanje emulgiranja maščobe, spodbujanje delne koalescence maščobe v fazi staranja za izgradnjo-tridimenzionalne mreže, ki podpira zračne mehurčke, in stabilizacija meje plin-tekočina med zamrzovanjem in stepanjem. Vendar se posamezni emulgatorji pogosto borijo za sočasno izpolnjevanje trojnih zahtev glede-odpornosti proti taljenju, prelivanja in občutka v ustih-DMG nudi dobro zgoščevanje, vendar nezadostno stabilnost pene; PGMS zagotavlja odlične prezračevalne lastnosti, vendar omejeno povečanje odpornosti-na taljenje; PGE daje prožnost medfaznega filma, vendar je težko natančno nadzorovati delno koalescenco, če se uporablja sam.
Na podlagi teh premislekov ta študija predlaga trojno strategijo mešanja, ki vključuje PGMS/PGE/DMG, s ciljem izkoristiti sinergistične učinke emulgatorjev z različnimi molekularnimi strukturami in vrednostmi HLB za izdelavo medfaznega filma, ki ima tako togost kot prožnost, s čimer se hkrati povečata stabilnost pene in odpornost-na taljenje sladoleda.
Materiali in metode
1 Materiali
Vsi so bili PGMS (propilen glikol monostearat, HLB≈3,5, čistost večja ali enaka 95 %), PGE (estri poliglicerola in maščobnih kislin, HLB≈6,0, stopnja polimerizacije 3-5) in DMG (destilirani monogliceridi, HLB≈3,8, vsebnost monoestra večja ali enaka 90 %). živilske-kakovosti, komercialnega izvora. Posneto mleko v prahu (vsebnost beljakovin 34 %), brezvodna mlečna maščoba (vsebnost mlečne maščobe 99,9 %), saharoza, trdne snovi koruznega sirupa (DE 42), guar gumi, karagenan in mikrokristalna celuloza so vse sestavine za živila.
2 Formulacija in predelava
Osnovna formulacija sladoleda je vsebovala: mlečno maščobo 8,0 %, nemastno mleko 10,5 %, saharozo 12,0 %, koruzni sirup 4,0 % in skupno 36,5 %. Skupna stopnja dodajanja emulgatorja je bila fiksirana na 0,35 % (m/m celotne mešanice), s trojnimi mešalnimi razmerji, zasnovanimi, kot je prikazano v tabeli 1. Mešanica stabilizatorja (guar gumi 0,12 %, karagenan 0,02 %, mikrokristalna celuloza 0,15 %) je bila v vseh skupinah konstantna.
Koraki obdelave: mešanje sestavin→mešanje pri 60 stopinjah 30 minut→homogenizacija (65 stopinj, prva stopnja 15 MPa / druga stopnja 3 MPa)→pasterizacija (80 stopinj, 30 s)→hitro ohlajanje na 4 stopinje →staranje (4 stopinje, 4 h, nizko{10}}hitrost mešanja)→zamrzovanje in stepanje v neprekinjenem zamrzovalniku (izhodna temperatura) -5,5 stopinj) → polnjenje → utrjevanje v peskalnem tunelu (-40 stopinj, 30 min) → skladiščenje pri -18 stopinjah.
Tabela 1. Eksperimentalna zasnova za trikomponentne mešanice emulgatorjev
| skupina | PGMS (%) | PGE (%) | DMG (%) | Skupaj (%) |
|---|---|---|---|---|
| T0 (nadzor) | 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 Analitične metode
Preskus odpornosti-na taljenje:Strjeni vzorci sladoleda (-18 stopinj, 100 ml valjaste oblike) so bili postavljeni na kovinsko mrežo (2 mm mesh) znotraj komore s konstantno-temperaturo pri 25 stopinjah ±0,5 stopinj. Zabeležen je bil čas prvega kapljanja in čas taljenja 50 % mase. Razmerje odpornosti proti taljenju je bilo definirano kot 50-odstotni čas taljenja, deljen s časom kontrole.
Merjenje prekoračitve:Maso fiksne prostornine sladoleda smo stehtali pred in po zamrzovanju. Prekoračitev (%)=(masa pred zmrzovanjem - masa po zmrzovanju) / masa po zmrzovanju × 100 %.
Stopnja delne koalescence maščobe:Določeno z ekstrakcijo s topilom-UV spektrofotometrijo. Stopnja delne koalescence=vsebnost proste maščobe / vsebnost skupne maščobe × 100 %.
Stabilnost pene:Stopljeno mešanico sladoleda smo ponovno -stepali in čas, potreben za 50-odstotno zmanjšanje prostornine pene, zabeležili kot razpolovno-dobo pene.
Senzorična ocena:Skupina 12 usposobljenih ocenjevalcev je z 9-stopenjsko hedonistično lestvico ocenjevala topljiv-občutek v ustih, gladkost, kremastost, občutek hladnosti in splošno sprejemljivost.
Rezultati in razprava
1 Vpliv razmerja mešanja na odpornost-na taljenje
Slika 1 prikazuje obnašanje taljenja sladoleda pri različnih razmerjih emulgatorja. Kontrola T0 (samo PGMS) je pokazala čas taljenja 50 % 38 minut in čas prvega kapljanja 22 minut. Med skupinami s trojno mešanico je T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2) pokazal najboljšo zmogljivost, s 50-odstotnim časom taljenja, podaljšanim na 67 minut-kar je 76,3-odstotno izboljšanje v primerjavi s kontrolo-in prvim časom kapljanja je bil zamaknjen na 41 minut.
Tabela 2 Odpornost-na taljenje in strukturni parametri vzorcev sladoleda
| skupina | 50 % taljenje (min.) | Prvo kapljanje (min.) | Prekoračitev (%) | Delna koalescenca (%) | Razpolovna-življenjska doba pene (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 |
Ko je bila vsebnost DMG prenizka (T1), medfazni film ni imel zadostne togosti, stopnja delne koalescence je bila podoptimalna (55 %), mreža penaste strukture je ostala ohlapna in taljenje je potekalo relativno hitro. Nasprotno, ko je bila vsebnost DMG pretirano visoka (T5), so se maščobne kroglice združile v velike maščobne skupke, ki so motili enakomernost pene, zaradi česar je prekoračitev padla na 72 % in se je odpornost-na taljenje močno poslabšala. To kaže na obstoj optimalnega DMG okna v sistemu trojne mešanice-za izgradnjo mrežnega okostja je potrebno dovolj kristalne maščobe, vendar se je treba izogibati pretiranemu združevanju, da ohranimo celovitost mehurčkov.
2 Mehanizmi medfazne regulacije trojne mešanice
Izboljšana odpornost-na taljenje, ki jo daje trojna mešanica PGMS/PGE/DMG, izhaja iz sinergističnih mehanizmov, ki delujejo na treh ravneh:
Raven vmesnega filma:DMG zagotavlja togo kristalno maščobno vmesno plast, ki služi kot vozlišča in ogrodje penaste mreže; PGE s svojo razmeroma visoko vrednostjo HLB in odlično mejno mejo tvori elastičen film na meji plin-tekočina, kar poveča odpornost mehurčka na deformacijo; PGMS ima vmesno vlogo, saj je sposoben so-kristalizirati z DMG, da okrepi moč mreže, medtem ko skupaj z PGE zmanjša medfazno napetost, da omogoči nastajanje drobnih zračnih mehurčkov.
Regulacija delne koalescence:Delna koalescenca maščobe je ključna za nastanek strukture sladoledne pene. Ko je stopnja delne koalescence prenizka (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%) maščobni skupki povzročijo koalescenco mehurčkov in strukturni kolaps. 68-odstotna stopnja delne koalescence skupine T3 spada natančno v optimalno okno, navedeno v literaturi (60-75 %), kar zagotavlja kontinuiteto omrežja, hkrati pa se izogiba tveganju zloma, povezanega s čezmernim združevanjem.
Inhibicija ledenih kristalov:Medpovršinski film in maščobna mreža, ki ju tvori trojna mešanica emulgatorja, delujeta kot fizične ovire in zavirata Ostwaldovo zorenje ledenih kristalov. Po 30 dneh shranjevanja pri -18 stopinjah je bil povprečni premer ledenih kristalov v skupini T3 32 μm, znatno nižji od 48 μm, opaženih pri kontroli-, kar dodatno pojasnjuje mikrostrukturno osnovo za njegovo odlično odpornost proti taljenju.
3 poti za izboljšanje stabilnosti pene
Stabilnost pene določa sposobnost sladoleda, da obdrži obliko med procesom taljenja. Skupina T3 je pokazala razpolovno-dobo pene 34 minut, kar je približno 1,9-krat več kot pri kontrolni skupini. Elastična adsorpcija PGE na vmesniku plin-tekočina predstavlja glavni prispevek k izboljšani stabilnosti pene-njene več hidroksilnih hidrofilnih skupin glave tvorijo mreže vodikovih vezi z molekulami vode, kar poveča debelino hidratacijske plasti medfaznega filma. Hkrati maščobna mreža, ki sta jo zgradila DMG in PGMS, zagotavlja fizično podporo zračnim mehurčkom, ovira drenažo tekočega filma med mehurčki in zavira koalescenco mehurčkov.
4 Validacija senzorične ocene
Tabela 3 Senzorične ocene vzorcev sladoleda (9-stopenjska lestvica)
| skupina | Stopi{0}}občutek v ustih | Gladkost | Kremastost | Hladnost | Splošna sprejemljivost |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 je dosegla občutno višje rezultate kot kontrolna skupina in skupina T5 pri občutku topljenja v ustih in gladkosti, kar potrjuje odločilen vpliv ustrezne stopnje delne koalescence na finost teksture.
Priporočila za industrijsko uporabo
Na podlagi ugotovitev te študije se proizvajalcem sladoleda, ki uporabljajo sistem trojnih mešanic PGMS/PGE/DMG, svetuje, da delujejo v naslednjem formulacijskem oknu: stopnja skupnega dodajanja emulgatorja 0,30-0,40 % z razponom masnega razmerja PGMS:PGE:DMG 4,5-5,5:2,5-3,5:1,8-2,2. Natančno nastavitev znotraj tega območja je mogoče izvesti glede na vsebnost maščobe, vsebnost suhe snovi brez maščobe v mleku in vrsto izdelka.
Prihodnje raziskovalne smeri lahko vključujejo raziskovanje učinkovitosti tega sistema trojnih mešanic pri aplikacijah sladoleda-na rastlinski osnovi, kot tudi vpliv različnih sestav maščobnih kislin (razmerja nasičenih/nenasičenih) na lastnosti mešanega medfaznega filma.
