Absztrakt
A jégkrém gyors olvadása a hideglánc megszakadását követően az ipar számára régóta fennálló technikai kihívás, különösen a forró régiókban és az e-kereskedelmi logisztikai forgatókönyvekben. Ez a tanulmány szisztematikusan vizsgálja a propilén-glikol-monosztearátot (PGMS), poliglicerin-észtereket (PGE) és desztillált monoglicerideket (DMG) tartalmazó háromkomponensű emulgeálószer-keverék szinergetikus szabályozó mechanizmusait a fagylalt olvadás{2}}ellenállására és habstabilitására vonatkozóan. Az eredmények azt mutatják, hogy 5:3:2 PGMS:PGE:DMG tömegarány és 0,35%-os teljes hozzáadási szint mellett a rendszer optimális teljesítményt mutat: az 50%-os olvadási idő 38 perctől (kontroll) 67 percig tart, a túlfutás eléri a 92%±3%-ot, és az érzékszervi értékelési pontszámok a legmagasabbak az összes csoport között. Ez a munka három szemszögből világítja meg a mikroszerkezeti szabályozási mechanizmusokat -a felületi filmerősség, a zsír részleges összeolvadási sebessége és a jég újrakristályosodása gátlása-, amely elméleti alapot és gyakorlati útmutatást ad az ipari olvadásálló{16}}fagylalt összetételének kialakításához.
Kulcsszavak:fagylalt olvadásálló{0}}; PGMS; poliglicerin-észterek; Desztillált monogliceridek; Háromkomponensű keverés; Hab stabilitása
Bevezetés
A fagylalt egy összetett több{0}}fázisú rendszer, amely zsírgömbökből, jégkristályokból, légbuborékokból és cukoroldat-mátrixból áll. Szerkezeti stabilitása nagyon érzékeny a hőmérséklet-ingadozásokra. Ha a hideglánc megszakad, a jégkristályok növekedése felgyorsul, a légbuborékok összeolvadnak, és a zsírgömbök aggregálódnak, ami végül a termék összeomlásához és az érzékszervi romláshoz vezet. A globális jégkrémipar évente több százmillió dolláros gazdasági veszteséget szenved el az olvadással kapcsolatos minőségi problémák miatt. A kiváló olvadásálló-fagylalt-készítmények kifejlesztése tehát mind a tudományos körök, mind az ipar közös érdekévé vált.
Az emulgeálószerek számos kritikus szerepet töltenek be a fagylaltrendszerekben: csökkentik az olaj{0}}víz határfelületi feszültségét a zsír emulgeálásának elősegítése érdekében, a zsír részleges összeolvadását idézik elő az öregedési szakaszban, hogy egy háromdimenziós hálózatot építsenek ki, amely támogatja a légbuborékokat, valamint stabilizálják a gáz{2}}folyadék határfelületét fagyasztás és habverés során. Az egyedi emulgeálószerek azonban gyakran küzdenek azért, hogy egyidejűleg kielégítsék az olvadás-ellenállóság, túlfolyó és szájban érzett hármas követelményt-. A DMG jó sűrítést, de nem megfelelő habstabilitást biztosít; A PGMS kiváló levegőztető tulajdonságokat biztosít, ugyanakkor korlátozott olvadásállóságot{6}}növel; A PGE interfész-film rugalmasságot biztosít, de önmagában használva nehéz pontosan szabályozni a részleges összeolvadást.
Ezen megfontolások alapján ez a tanulmány egy háromkomponensű keverési stratégiát javasol, amely magában foglalja a PGMS/PGE/DMG-t is, amelynek célja a különböző molekulaszerkezetű és HLB-értékekkel rendelkező emulgeálószerek szinergetikus hatásainak kiaknázása, hogy olyan felületi filmet hozzanak létre, amely merev és rugalmas is, ezáltal egyidejűleg fokozza a krém stabilitását és szilárdságát.
Anyagok és módszerek
1 Anyagok
A PGMS (propilénglikol-monosztearát, HLB≈3,5, tisztaság 95%-nál nagyobb vagy egyenlő), a PGE (poliglicerin-zsírsav-észterek, HLB≈6,0, polimerizációs fok 3-5) és a DMG (desztillált monogliceridek, HLB≈≈0%) monoészter-tartalom 9 vagy annál nagyobb volt, mint 3,8 élelmiszer{11}}minőségű, kereskedelmi eredetű. A sovány tejpor (fehérjetartalom 34%), a vízmentes tejzsír (tejzsírtartalom 99,9%), a szacharóz, a kukoricaszirup szilárdanyag (DE 42), a guargumi, a karragenán és a mikrokristályos cellulóz mind élelmiszer-minőségű összetevők voltak.
2 Összeállítás és feldolgozás
A fagylalt alapkészítmény a következőket tartalmazta: 8,0% tejzsír, 10,5% zsírmentes tejszárazanyag, 12,0% szacharóz, 4,0% kukoricaszirup szárazanyag és 36,5% összes szárazanyag. A teljes emulgeálószer-adagolási szintet 0,35%-ban (a teljes keverék tömegére vonatkoztatva) rögzítettük, a háromkomponensű keverési arányokat az 1. táblázat szerint határoztuk meg. A stabilizáló keveréket (0,12% guargumi, 0,02% karragén, 0,15% mikrokristályos cellulóz) minden csoportban állandó értéken tartottuk.
Feldolgozási lépések: összetevők keverése → 60 fokos keverés 30 percig → homogenizálás (65 fok, első fokozat 15 MPa / második fokozat 3 MPa) → pasztőrözés (80 fok, 30 s) → gyors hűtés 4 fokra → öregítés (4 fok, 4 óra, alacsony{10}hőmérsékletű szabadon keverés és kiengedés 5) → fok )→töltés→edzés robbantási alagútban (-40 fok, 30 perc)→tárolás -18 fokon.
1. táblázat Háromkomponensű emulgeálószer-keverékek kísérleti terve
| Csoport | PGMS (%) | PGE (%) | DMG (%) | Összesen (%) |
|---|---|---|---|---|
| T0 (vezérlés) | 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 Analitikai módszerek
Olvadásálló{0}}teszt:A megkeményedett fagylaltmintákat (-18 fokos, 100 ml-es henger alakú) fémrácsra (2 mm-es háló) helyeztük el egy állandó hőmérsékletű, 25 fok ±0,5 fokos kamrában. Feljegyeztük az első csepegtetési időt és a tömeg 50%-os olvadási idejét. Az olvadékellenállás arányát úgy határoztuk meg, hogy az 50%-os olvadási időt osztjuk a kontrolléval.
Túlfutás mérése:A fix térfogatú fagylalt tömegét lemértük fagyasztás előtt és után. Túlfutás (%)=(fagyasztás előtti tömeg - tömeg fagyasztás után) / fagyasztás utáni tömeg × 100%.
A zsír részleges összeolvadási sebessége:Oldószeres extrakciós{0}}UV-spektrofotometriával meghatározva. Részleges összeolvadási arány=szabad zsírtartalom / teljes zsírtartalom × 100%.
Hab stabilitása:Az olvadt fagylaltkeveréket újra{0}}habosították, és a habtérfogat 50%-os csökkenéséhez szükséges időt a hab felezési idejeként rögzítették.
Érzékszervi értékelés:Egy 12 képzett értékelőből álló testület egy 9-pontos hedonikus skála segítségével értékelte a szájban elolvadt-érzést, simaságot, krémességet, hűvösségérzetet és általános elfogadhatóságot.
Eredmények és megbeszélés
1 A keverési arány hatása az olvadási ellenállásra{1}}
Az 1. ábra a fagylalt olvadási viselkedését mutatja különböző emulgeálószer-arányok mellett. A T0 kontroll (egyedül a PGMS) 50%-os olvadási ideje 38 perc, az első csepegtetési idő pedig 22 perc. A háromkomponensű keverékcsoportok közül a T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2) mutatta a legjobb teljesítményt, az 50%-os olvadási idő 67 percre{13}}76,3%-os javulást jelent a kontrollhoz képest-és az első csepegtetési idő 41 percre késett.
2. táblázat: olvadásállóság és fagylaltminták szerkezeti paraméterei{1}}
| Csoport | 50% olvadás (perc) | Első csepp (perc) | Túllépés (%) | Részleges összeolvadás (%) | Foam Half{0}}Life (perc) |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
Ha a DMG-tartalom túl alacsony volt (T1), a határfelületi film nem volt elég merev, a részleges összeolvadás mértéke szuboptimális (55%), a habhálózat szerkezete laza maradt, és az olvadás viszonylag gyorsan ment végbe. Ezzel szemben, amikor a DMG-tartalom túl magas volt (T5), a zsírgömbök nagy zsírcsoportokká halmozódtak fel, ami megzavarta a hab egyenletességét, aminek következtében a túllépés 72%-ra csökkent, és az olvadásállóság élesen romlott. Ez azt jelzi, hogy a háromkomponensű keverékrendszeren belül van egy optimális DMG-ablak-elegendő kristályos zsírra van szükség a hálózati váz felépítéséhez, de a buborékok integritásának megőrzése érdekében kerülni kell a túlzott aggregációt.
2 A Ternary Blend határfelületi szabályozási mechanizmusai
A PGMS/PGE/DMG hármas keverék által biztosított fokozott olvadásállóság{0}}három szinten működő szinergikus mechanizmusokból fakad:
Interfész film szintje:A DMG merev, kristályos zsírfelületi réteget biztosít, amely a habhálózat csomópontjaként és kereteként szolgál; A PGE viszonylag magas HLB értékével és kiváló határfelületi rugalmasságával rugalmas filmet képez a gáz{0}}folyadék határfelületén, növelve a buborék deformációval szembeni ellenállását; A PGMS köztes szerepet tölt be, képes a DMG-vel együtt kristályosodni, hogy megerősítse a hálózat szilárdságát, miközben a PGE-vel együtt csökkenti a felületi feszültséget, hogy megkönnyítse a finom légbuborékok képződését.
Részleges koaleszcencia szabályozás:A zsír részleges összeolvadása döntő fontosságú a fagylalthab szerkezetének kialakításában. Ha a részleges összeolvadás mértéke túl alacsony (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%), a zsírcsoportok buborékok összeolvadását és szerkezeti összeomlást okoznak. A T3 csoport 68%-os részleges összeolvadási aránya pontosan beleesik az irodalomban közölt optimális ablakba (60-75%), biztosítva a hálózat folytonosságát, miközben elkerüli a túlzott aggregációval járó összeomlás kockázatát.
Jégkristály gátlás:A háromkomponensű emulgeálószer-keverék által kialakított határfelületi film és zsírhálózat fizikai akadályként működik, lassítva a jégkristályok Ostwald érését. 30 napos -18 fokos tárolás után a jégkristályok átlagos átmérője a T3 csoportban 32 μm volt, ami szignifikánsan alacsonyabb, mint a kontrollban megfigyelt 48 μm, - ami tovább magyarázza a kiváló olvadásállóság mikroszerkezeti alapját.
3 út a habstabilitás növeléséhez
A habstabilitás határozza meg a fagylalt alaktartó képességét az olvasztási folyamat során. A T3 csoport hab felezési ideje 34 perc, ami körülbelül 1,9-szerese a kontrollénak. A PGE elasztikus adszorpciója a gáz{6}}folyadék határfelületén az elsődleges hozzájárulója a fokozott habstabilitásnak,{7}}több hidroxil-hidrofil fejcsoportja hidrogénkötési hálózatokat alkot a vízmolekulákkal, növelve a határfelületi film hidratációs rétegének vastagságát. Ezzel egyidejűleg a DMG és a PGMS által épített zsírhálózat fizikai támogatást nyújt a légbuborékoknak, akadályozva a folyadékfilm elvezetését a buborékok között és gátolva a buborékok összeolvadását.
4 Érzékszervi értékelés érvényesítése
3. táblázat A fagylaltminták szenzoros pontszámai (9 pontos skála)
| Csoport | Olvadó-szájérzet | Simaság | Krémesség | Közömbösség | Általános elfogadhatóság |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
A T3 csoport szignifikánsan magasabb pontszámot ért el, mint a kontroll és a T5 csoport az olvadás -a szájban és a simaságban, ami igazolja a megfelelő részleges összeolvadási sebesség döntő hatását a textúra finomságára.
Ipari alkalmazási ajánlások
A tanulmány megállapításai alapján a PGMS/PGE/DMG háromkomponensű keverékrendszert alkalmazó fagylaltgyártóknak azt tanácsoljuk, hogy a következő összetételi ablakban működjenek: teljes emulgeálószer hozzáadása 0,30-0,40%, a PGMS:PGE:DMG tömegarány 4,5-5,3:2:2:2 5,3:2:2. Ezen a tartományon belül a finomhangolás a zsírtartalom, a zsírmentes tej szárazanyag-tartalma és a termék típusa szerint végezhető el.
A jövőbeli kutatási irányok közé tartozhat ennek a háromkomponensű keverékrendszernek a növényi{0}}alapú fagylalt-alkalmazásokban való teljesítményének vizsgálata, valamint a különböző zsírsav-összetételek (telített/telítetlen arányok) hatásának vizsgálata a kevert felületi film tulajdonságaira.
