Abstrakts
Straujā saldējuma kušana pēc aukstās ķēdes pārtraukšanas ir ilgstoša tehniska problēma, ar ko saskaras nozare, īpaši karstos reģionos un e-komercijas loģistikas scenārijos. Šis pētījums sistemātiski pēta trīskāršā emulgatora maisījuma, kas satur propilēnglikola monostearātu (PGMS), poliglicerīna esterus (PGE) un destilētus monoglicerīdus (DMG), sinerģiskos regulējošos mehānismus saldējuma kušanas pretestībai un putu stabilitātei. Rezultāti parāda, ka pie PGMS:PGE:DMG masas attiecības 5:3:2 un kopējā pievienošanas līmeņa 0,35%, sistēma uzrāda optimālu veiktspēju: 50% kušanas laiks ilgst no 38 min (kontrole) līdz 67 minūtēm, pārsniegums sasniedz 92%±3%, un maņu novērtējuma rādītāji ir augstākie starp visām grupām. Šajā darbā ir izskaidroti mikrostrukturālās regulēšanas mehānismi no trim perspektīvām -saskarnes plēves stiprums, tauku daļējas saplūšanas ātrums un ledus pārkristalizācijas kavēšana-, sniedzot gan teorētiskus pamatus, gan praktiskas vadlīnijas rūpnieciskā kušanas{16}}izturīga saldējuma formulēšanai.
Atslēgvārdi:saldējuma kušanas{0}}izturība; PGMS; poliglicerīna esteri; Destilēti monoglicerīdi; Trīskāršā sajaukšana; Putu stabilitāte
Ievads
Saldējums ir sarežģīta daudzfāžu sistēma, kas sastāv no tauku lodītēm, ledus kristāliem, gaisa burbuļiem un cukura šķīduma matricas. Tā strukturālā stabilitāte ir ļoti jutīga pret temperatūras svārstībām. Kad aukstuma ķēde tiek pārtraukta, ledus kristālu augšana paātrinās, gaisa burbuļi saplūst un tauku lodītes agregējas, galu galā izraisot produkta sabrukumu un maņu pasliktināšanos. Globālā saldējuma rūpniecība cieš simtiem miljonu dolāru ik gadu ekonomiskus zaudējumus, kas radušies ar kušanu saistītu -kvalitātes problēmu dēļ. Tādējādi saldējuma formulu izstrāde ar izcilu kušanas-izturību ir kļuvusi par akadēmisko aprindu un rūpniecības kopīgu rūpju.
Emulgatoriem ir vairākas būtiskas lomas saldējuma sistēmās: samazina eļļas -ūdens saskarnes spriegumu, lai atvieglotu tauku emulgāciju, izraisot tauku daļēju saplūšanu novecošanas posmā, lai izveidotu trīs-dimensiju tīklu, kas atbalsta gaisa burbuļus, un stabilizēt gāzes{2}šķidruma saskarni sasaldēšanas un putošanas laikā. Tomēr atsevišķiem emulgatoriem bieži vien ir grūti vienlaikus izpildīt trīskāršās prasības attiecībā uz kušanas-izturību, pārplūdi un sajūtu mutē-DMG nodrošina labu sabiezēšanu, bet nepietiekamu putu stabilitāti; PGMS nodrošina lieliskas aerācijas īpašības, taču ir ierobežota kušanas pretestība{6}}; PGE nodrošina saskarnes plēves elastību, bet ir grūti precīzi kontrolēt daļēju saplūšanu, ja to lieto atsevišķi.
Pamatojoties uz šiem apsvērumiem, šajā pētījumā tiek piedāvāta trīskārša sajaukšanas stratēģija, kas ietver PGMS/PGE/DMG, kuras mērķis ir izmantot dažādu molekulāro struktūru un HLB vērtību emulgatoru sinerģisko efektu, lai izveidotu saskarnes plēvi, kurai ir gan stingrība, gan elastība, tādējādi vienlaikus uzlabojot krēma stabilitāti un izturību.
Materiāli un metodes
1 Materiāli
PGMS (propilēnglikola monostearāts, HLB≈3,5, tīrība ir lielāka par vai vienāda ar 95%), PGE (poliglicerīna taukskābju esteri, HLB≈6,0, polimerizācijas pakāpe 3-5) un DMG (destilēti monoglicerīdi, HLB≈3 %) bija vienāds ar 9 lielu monoesteru saturu vai 3,8 %). pārtikas{11}}šķiras, komerciāli iegūti. Vājpiena pulveris (olbaltumvielu saturs 34%), bezūdens piena tauki (piena tauku saturs 99,9%), saharoze, kukurūzas sīrupa cietās vielas (DE 42), guāra sveķi, karagināns un mikrokristāliskā celuloze bija visas pārtikas sastāvdaļas.
2 Formulēšana un apstrāde
Saldējuma pamatsastāvā bija: piena tauki 8,0%, beztauku piena cietās daļiņas 10,5%, saharoze 12,0%, kukurūzas sīrupa cietās vielas 4,0% un kopējās cietās daļiņas 36,5%. Kopējais emulgatora pievienošanas līmenis tika fiksēts 0,35% (masa/masa no kopējā maisījuma), trīskāršās sajaukšanas attiecības, kā parādīts 1. tabulā. Stabilizatora maisījums (guāra sveķi 0,12%, karagināns 0,02%, mikrokristāliskā celuloze 0,15%) tika saglabāts nemainīgs visās grupās.
Apstrādes posmi: sastāvdaļu sajaukšana → maisīšana 60 grādos 30 minūtes → homogenizācija (65 grādi, pirmais posms 15 MPa / otrais 3 MPa) → pasterizācija (80 grādi , 30 s) → ātra atdzesēšana līdz 4 grādiem → novecošana (4 grādi, 4 stundas, zema{10}temperatūra 5 brīva maisīšana un izlaišana 5) grāds )→pildīšana→cietēšana spridzināšanas tunelī (-40 grādi , 30 min)→uzglabāšana -18 grādos.
1. tabula Trīskāršo emulgatoru maisījumu eksperimentālais dizains
| Grupa | PGMS (%) | PGE (%) | DMG (%) | Kopā (%) |
|---|---|---|---|---|
| T0 (vadība) | 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 Analītiskās metodes
Izkausēšanas{0}}izturības tests:Cietinātie saldējuma paraugi (-18 grādi, 100 mL cilindriska forma) tika novietoti uz metāla režģa (2 mm acs) nemainīgas -temperatūras kamerā 25 grādi ±0,5 grādi. Tika reģistrēts pirmais pilēšanas laiks un 50% masas kušanas laiks. Kušanas pretestības attiecība tika definēta kā 50% kušanas laiks, dalīts ar kontroles laiku.
Pārsnieguma mērījums:Fiksēta tilpuma saldējuma masa tika nosvērta pirms un pēc sasaldēšanas. Pārsniegums (%)=(masa pirms sasaldēšanas - masa pēc sasaldēšanas) / masa pēc sasaldēšanas × 100%.
Tauku daļējas saplūšanas ātrums:Nosaka ar šķīdinātāja ekstrakcijas{0}}UV spektrofotometriju. Daļējas saplūšanas ātrums=brīvo tauku saturs / kopējais tauku saturs × 100%.
Putu stabilitāte:Izkausētais saldējuma maisījums tika atkārtoti{0}}saputots, un laiks, kas nepieciešams putu tilpuma samazināšanai par 50%, tika reģistrēts kā putu pussabrukšanas{2}}periods.
Sensorais novērtējums:12 apmācītu vērtētāju grupa novērtēja kūstošo-mutes sajūtu, gludumu, krēmīgumu, vēsuma sajūtu un vispārējo pieņemamību, izmantojot 9 baļļu hedonisko skalu.
Rezultāti un diskusija
1 Sajaukšanas attiecības ietekme uz kušanas{1}}pretestību
1. attēlā ir attēlota saldējuma kušanas izturēšanās dažādās emulgatoru attiecībās. T0 kontrolei (tikai PGMS) 50% kušanas laiks bija 38 minūtes un pirmais pilēšanas laiks 22 minūtes. Trīskāršo maisījumu grupās T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2) uzrādīja vislabāko veiktspēju ar 50% kušanas laiku, kas tika pagarināts līdz 67 min-par 76,3% labumu salīdzinājumā ar kontroli-un pirmais pilēšanas laiks tika aizkavēts līdz 41 minūtei.
2. tabula kušanas -saldējuma paraugu pretestība un strukturālie parametri
| Grupa | 50% sabrukums (min) | Pirmais piliens (min) | Pārsniegums (%) | Daļēja saplūšana (%) | Putu pusperiods{0}} (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 |
Kad DMG saturs bija pārāk zems (T1), saskarnes plēvei nebija pietiekamas stingrības, daļējas saplūšanas ātrums nebija optimāls (55%), putu tīkla struktūra palika vaļīga un kušana noritēja salīdzinoši ātri. Un otrādi, ja DMG saturs bija pārāk augsts (T5), tauku lodītes saplūda lielās tauku kopās, kas izjauca putu viendabīgumu, izraisot pārsnieguma samazināšanos līdz 72%, un kušanas pretestība strauji pasliktinājās. Tas norāda uz optimāla DMG loga esamību trīskāršā sajaukšanas sistēmā-ir nepieciešams pietiekami daudz kristālisko tauku, lai izveidotu tīkla skeletu, taču ir jāizvairās no pārmērīgas agregācijas, lai saglabātu burbuļa integritāti.
2 Trīskāršā maisījuma saskarnes regulēšanas mehānismi
Uzlabotā kušanas pretestība{0}}, ko nodrošina PGMS/PGE/DMG trīskāršais maisījums, rodas no sinerģiskiem mehānismiem, kas darbojas trīs līmeņos:
Interfeisa plēves līmenis:DMG nodrošina stingru kristālisku tauku saskarnes slāni, kas kalpo kā putu tīkla mezgli un karkass; PGE ar relatīvi augsto HLB vērtību un lielisko saskarnes elastību veido elastīgu plēvi gāzes{0}}šķidruma saskarnē, uzlabojot burbuļa izturību pret deformāciju; PGMS ieņem starpposma lomu, kas spēj kopīgi{1}}kristalizēties ar DMG, lai stiprinātu tīkla spēku, vienlaikus samazinot saskarnes spriegumu ar PGE, lai atvieglotu smalku gaisa burbuļu veidošanos.
Daļējas saplūšanas regulēšana:Tauku daļēja saplūšana ir ļoti svarīga saldējuma putu struktūras veidošanai. Ja daļējas saplūšanas ātrums ir pārāk zems (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%), tauku kopas izraisa burbuļu saplūšanu un strukturālu sabrukumu. T3 grupas 68% daļējas saplūšanas ātrums precīzi iekļaujas literatūrā aprakstītajā optimālajā logā (60–75%), nodrošinot tīkla nepārtrauktību, vienlaikus izvairoties no sabrukuma riska, kas saistīts ar pārmērīgu agregāciju.
Ledus kristālu kavēšana:Trīskāršā emulgatora maisījuma izveidotā saskarnes plēve un tauku tīkls darbojas kā fiziskas barjeras, aizkavējot Ostvalda ledus kristālu nogatavošanos. Pēc 30 dienu uzglabāšanas -18 grādos, vidējais ledus kristāla diametrs T3 grupā bija 32 μm, kas ir ievērojami zemāks par 48 μm, kas novērots kontrolē, -turpinot izskaidrot tās lieliskās kušanas izturības mikrostrukturālo pamatu.
3 ceļi putu stabilitātes uzlabošanai
Putu stabilitāte nosaka saldējuma formas saglabāšanas spēju kušanas procesā. T3 grupas putu pussabrukšanas periods bija 34 minūtes, kas ir aptuveni 1,9 reizes vairāk nekā kontrolei. PGE elastīgā adsorbcija gāzes -šķidruma saskarnē ir galvenais veicinātājs putu stabilitātei,{7}}tās vairākas hidroksilhidrofilās galvas grupas veido ūdeņraža saišu tīklus ar ūdens molekulām, palielinot saskarnes plēves hidratācijas slāņa biezumu. Vienlaikus DMG un PGMS veidotais tauku tīkls nodrošina fizisku atbalstu gaisa burbuļiem, kavējot šķidruma plēves aizplūšanu starp burbuļiem un kavējot burbuļu saplūšanu.
4 Sensorā novērtējuma apstiprināšana
3. tabula Saldējuma paraugu sensorie rādītāji (9 punktu skala)
| Grupa | Kūstoša-mute | Gludums | Krēmīgums | Vēsums | Vispārējā pieņemamība |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
T3 grupai bija ievērojami augstāki rezultāti nekā kontroles un T5 grupām attiecībā uz kušanas sajūtu un gludumu, apstiprinot atbilstošas daļējas saplūšanas ātruma izšķirošo ietekmi uz tekstūras smalkumu.
Rūpnieciskā lietojuma ieteikumi
Pamatojoties uz šī pētījuma rezultātiem, saldējuma ražotājiem, kuri izmanto trīskāršo PGMS/PGE/DMG maisījumu sistēmu, ieteicams darboties šādā formulēšanas logā: kopējais emulgatora pievienošanas līmenis ir 0,30-0,40%, ar PGMS:PGE:DMG masas attiecību diapazonā 4,5-5,3-...:2. Precizitāti šajā diapazonā var veikt atkarībā no tauku satura, beztauku piena sausnas satura un produkta veida.
Turpmākie pētniecības virzieni var ietvert šīs trīskāršās maisījumu sistēmas veiktspējas izpēti, izmantojot augu -saldējumu, kā arī dažādu taukskābju sastāvu (piesātināto/nepiesātināto attiecību) ietekmi uz sajauktās saskarnes plēves īpašībām.
