ความต้านทานของไอศกรีมละลาย-ทะลุผ่าน: การควบคุมระบบและความคงตัวของโฟมผ่าน PGMS, PGE และการผสมแบบเทอร์นารี DMG

การละลายอย่างรวดเร็วของไอศกรีมหลังจากการหยุดชะงักของห่วงโซ่ความเย็นถือเป็นความท้าทายทางเทคนิคที่มีมายาวนานที่อุตสาหกรรมต้องเผชิญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิภาคร้อนและ-สถานการณ์โลจิสติกส์อีคอมเมิร์ซ การศึกษานี้ตรวจสอบกลไกการควบคุมการทำงานร่วมกันอย่างเป็นระบบของส่วนผสมอิมัลซิไฟเออร์แบบไตรนารีที่ประกอบด้วยโพรพิลีนไกลคอลโมโนสเตียเรต (PGMS), พอลิกลีเซอรอลเอสเทอร์ (PGE) และโมโนกลีเซอไรด์กลั่น (DMG) บนความต้านทานการละลายของไอศกรีม-และความคงตัวของฟอง ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าที่อัตราส่วนมวล PGMS:PGE:DMG ที่ 5:3:2 และระดับการเติมทั้งหมด 0.35% ระบบจะแสดงประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุด: เวลาการล่มสลาย 50% ขยายจาก 38 นาที (กลุ่มควบคุม) เป็น 67 นาที การเกินขีดจำกัดถึง 92%±3% และคะแนนการประเมินทางประสาทสัมผัสนั้นสูงที่สุดในบรรดากลุ่มทั้งหมด งานนี้อธิบายกลไกการควบคุมโครงสร้างจุลภาคจากมุมมองสามประการ-ความแข็งแรงของฟิล์มระหว่างผิวหน้า อัตราการรวมตัวกันของไขมันบางส่วน และการยับยั้งการตกผลึกน้ำแข็งใหม่- ซึ่งให้ทั้งรากฐานทางทฤษฎีและแนวทางปฏิบัติสำหรับการออกแบบการกำหนดสูตรของไอศกรีมที่ละลายทางอุตสาหกรรม-

คำสำคัญ:ไอศกรีมละลาย-ต้านทาน; พีจีเอ็มเอส; โพลีกลีเซอรอลเอสเทอร์; โมโนกลีเซอไรด์กลั่น; การผสมแบบไตรภาค; ความคงตัวของโฟม

ไอศกรีมเป็นระบบหลายเฟสที่ซับซ้อน- ซึ่งประกอบด้วยก้อนไขมัน ผลึกน้ำแข็ง ฟองอากาศ และเมทริกซ์สารละลายน้ำตาล ความเสถียรของโครงสร้างมีความไวต่อความผันผวนของอุณหภูมิสูง เมื่อห่วงโซ่ความเย็นถูกขัดจังหวะ การเติบโตของผลึกน้ำแข็งจะเร่งขึ้น ฟองอากาศรวมตัวกัน และก้อนไขมันรวมตัวกัน ท้ายที่สุดนำไปสู่การล่มสลายของผลิตภัณฑ์และการเสื่อมสภาพทางประสาทสัมผัส อุตสาหกรรมไอศกรีมทั่วโลกต้องทนทุกข์ทรมานกับความสูญเสียทางเศรษฐกิจหลายร้อยล้านดอลลาร์ต่อปีเนื่องจากการละลาย-ปัญหาด้านคุณภาพที่เกี่ยวข้อง การพัฒนาสูตรไอศกรีมที่มีการต้านทานการละลายที่เหนือกว่า-จึงกลายเป็นข้อกังวลร่วมกันสำหรับทั้งนักวิชาการและอุตสาหกรรม

อิมัลซิฟายเออร์มีบทบาทสำคัญในระบบไอศกรีม: ลด-ความตึงเครียดระหว่างน้ำบนผิวเพื่ออำนวยความสะดวกในการทำให้เป็นอิมัลชันไขมัน กระตุ้นให้ไขมันรวมตัวกันบางส่วนในช่วงอายุเพื่อสร้างเครือข่ายสามมิติ-ที่รองรับฟองอากาศ และทำให้ส่วนต่อประสานของเหลวของก๊าซ-คงที่ในระหว่างการแช่แข็งและการตีวิปปิ้ง อย่างไรก็ตาม อิมัลซิไฟเออร์เดี่ยวมักจะต้องดิ้นรนเพื่อตอบสนองความต้องการสามประการพร้อมกัน ได้แก่-ความต้านทานการหลอมเหลว การล้นเกิน และสัมผัสของปาก-DMG ให้ความหนาที่ดีแต่ความเสถียรของโฟมไม่เพียงพอ PGMS มีคุณสมบัติในการเติมอากาศที่ดีเยี่ยม แต่มีการเพิ่มความต้านทานการหลอม-ที่จำกัด PGE ให้ความยืดหยุ่นของฟิล์มระหว่างผิวหน้า แต่ควบคุมการรวมตัวกันบางส่วนอย่างแม่นยำได้ยากเมื่อใช้เพียงอย่างเดียว

จากการพิจารณาเหล่านี้ การศึกษานี้เสนอกลยุทธ์การผสมแบบสามส่วนที่เกี่ยวข้องกับ PGMS/PGE/DMG โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อใช้ประโยชน์จากผลเสริมฤทธิ์กันของอิมัลซิไฟเออร์ที่มีโครงสร้างโมเลกุลและค่า HLB ที่แตกต่างกัน เพื่อสร้างฟิล์มติดผิวที่มีทั้งความแข็งแกร่งและความยืดหยุ่น ดังนั้นจึงเพิ่มความเสถียรของโฟมและ{0}}ความต้านทานการละลายของไอศกรีมไปพร้อมๆ กัน

1 วัสดุ

PGMS (โพรพิลีนไกลคอลโมโนสเตียเรต, HLBหยาบคาย3.5, ความบริสุทธิ์มากกว่าหรือเท่ากับ 95%), PGE (พอลิกลีเซอรอลกรดไขมันเอสเทอร์, HLBหยาบคาย6.0, ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน 3-5) และ DMG (โมโนกลีเซอไรด์กลั่น, HLBหยาบคาย3.8, ปริมาณโมโนเอสเตอร์มากกว่าหรือเท่ากับ 90%) ล้วนเป็นเกรดอาหาร-ที่มาจากในเชิงพาณิชย์ นมผงพร่องมันเนย (ปริมาณโปรตีน 34%) ไขมันนมปราศจากน้ำ (ปริมาณไขมันในนม 99.9%) ซูโครส ของแข็งน้ำเชื่อมข้าวโพด (DE 42) หมากฝรั่งกระทิง คาราจีแนน และเซลลูโลสไมโครคริสตัลไลน์ล้วนเป็นส่วนผสมเกรดอาหาร

2 การกำหนดสูตรและการแปรรูป

สูตรไอศกรีมพื้นฐานประกอบด้วยไขมันนม 8.0% ของแข็งนมที่ไม่ใช่-ไขมัน 10.5% ซูโครส 12.0% น้ำเชื่อมข้าวโพด 4.0% และของแข็งทั้งหมด 36.5% ระดับการเติมอิมัลซิไฟเออร์ทั้งหมดได้รับการแก้ไขที่ 0.35% (น้ำหนัก/น้ำหนักของส่วนผสมทั้งหมด) โดยมีอัตราส่วนการผสมแบบไตรภาคที่ออกแบบมาดังแสดงในตารางที่ 1 ส่วนผสมสารทำให้คงตัว (กัวกัม 0.12%, คาราจีแนน 0.02%, ไมโครคริสตัลไลน์เซลลูโลส 0.15%) ถูกรักษาให้คงที่ในทุกกลุ่ม

ขั้นตอนการประมวลผล: การผสมส่วนผสม→กวนที่ 60 องศาเป็นเวลา 30 นาที→การทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน (65 องศา ระยะแรก 15 MPa / ระยะที่สอง 3 MPa) →การพาสเจอร์ไรซ์ (80 องศา , 30 วินาที) →การทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วถึง 4 องศา →การบ่ม (4 องศา 4 ชั่วโมง การกวนด้วยความเร็วต่ำ) →การแช่แข็งและการตีในช่องแช่แข็งต่อเนื่อง (อุณหภูมิทางออก -5.5 องศา )→การเติม→การแข็งตัวในอุโมงค์ระเบิด (-40 องศา 30 นาที) →การเก็บรักษาที่ -18 องศา

ตารางที่ 1 การออกแบบการทดลองสำหรับการผสมอิมัลซิไฟเออร์แบบเทอร์นารี

3 วิธีการวิเคราะห์

การทดสอบความต้านทานการหลอมเหลว-:ตัวอย่างไอศกรีมแข็งตัว (-18 องศา รูปทรงกระบอก 100 มล.) วางบนตะแกรงโลหะ (ตาข่าย 2 มม.) ภายในห้องควบคุมอุณหภูมิคงที่-ที่ 25 องศา ±0.5 องศา บันทึกเวลาหยดครั้งแรกและเวลาล่มสลายของมวล 50% อัตราส่วนความต้านทานการหลอมละลายถูกกำหนดให้เป็นเวลา 50% หารด้วยระยะเวลาการหลอมละลายของตัวควบคุม

การวัดเกินพิกัด:ชั่งน้ำหนักไอศกรีมในปริมาณคงที่ก่อนและหลังการแช่แข็ง ส่วนเกิน (%)=(มวลก่อนแช่แข็ง - มวลหลังแช่แข็ง) / มวลหลังแช่แข็ง × 100%

อัตราการรวมตัวกันของไขมันบางส่วน:กำหนดโดยการสกัดด้วยตัวทำละลาย-ยูวีสเปกโตรโฟโตเมทรี อัตราการรวมตัวกันบางส่วน=ปริมาณไขมันอิสระ / ปริมาณไขมันทั้งหมด × 100%

ความคงตัวของโฟม:ส่วนผสมไอศกรีมที่ละลายแล้วถูก-ตีอีกครั้ง และเวลาที่ต้องใช้ในการลดปริมาตรโฟมลง 50% จะถูกบันทึกเป็นครึ่งชีวิต-ของโฟม

การประเมินทางประสาทสัมผัส:คณะกรรมการผู้ประเมินที่ได้รับการฝึกอบรม 12 คนประเมินความรู้สึกละลาย-เมื่อกลืนลงไป ความนุ่มนวล ความครีม ความรู้สึกความเย็น และการยอมรับโดยรวมโดยใช้มาตราส่วนเฮโดนิก 9 จุด

1 ผลกระทบของอัตราส่วนการผสมต่อความต้านทานการหลอม-

รูปที่ 1 แสดงให้เห็นพฤติกรรมการละลายของไอศกรีมภายใต้อัตราส่วนอิมัลซิไฟเออร์ต่างๆ ตัวควบคุม T0 (PGMS เพียงอย่างเดียว) แสดงเวลาหลอมเหลว 50% ที่ 38 นาที และเวลาหยดครั้งแรกที่ 22 นาที ในบรรดากลุ่มผสมแบบไตรภาค T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2) แสดงให้เห็นประสิทธิภาพที่ดีที่สุด โดยเวลาการหลอมละลาย 50% ขยายเป็น 67 นาที-การปรับปรุง 76.3% เหนือการควบคุม- และเวลาหยดครั้งแรกล่าช้าไปเป็น 41 นาที

ตารางที่ 2 การละลาย-ความต้านทานและพารามิเตอร์โครงสร้างของตัวอย่างไอศกรีม

เมื่อปริมาณ DMG ต่ำเกินไป (T1) ฟิล์มพื้นผิวขาดความแข็งแกร่งเพียงพอ อัตราการรวมตัวกันบางส่วนต่ำกว่าปกติ (55%) โครงสร้างโครงข่ายโฟมยังคงหลวม และการหลอมดำเนินไปค่อนข้างเร็ว ในทางกลับกัน เมื่อปริมาณ DMG สูงเกินไป (T5) ก้อนไขมันจะรวมตัวกันเป็นกลุ่มไขมันขนาดใหญ่ ซึ่งรบกวนความสม่ำเสมอของโฟม ส่งผลให้ส่วนเกินลดลงเหลือ 72% และความต้านทานการหลอม-จะลดลงอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของหน้าต่าง DMG ที่เหมาะสมที่สุดภายในระบบผสมผสานแบบไตรภาค-จำเป็นต้องมีไขมันผลึกที่เพียงพอในการสร้างโครงกระดูกเครือข่าย แต่จะต้องหลีกเลี่ยงการรวมตัวที่มากเกินไปเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของฟองอากาศ

2 กลไกการควบคุมผิวหน้าของ Ternary Blend

ความต้านทานการหลอมเหลวที่เพิ่มขึ้น-ได้รับจากการผสมผสานแบบไตรภาคของ PGMS/PGE/DMG เกิดขึ้นจากกลไกการทำงานร่วมกันที่ทำงานในสามระดับ:

ระดับฟิล์มระหว่างผิวหน้า:DMG จัดให้มีชั้นไขมันที่มีลักษณะเป็นผลึกแข็งซึ่งทำหน้าที่เป็นโหนดและกรอบของโครงข่ายโฟม PGE ซึ่งมีค่า HLB ที่ค่อนข้างสูงและความยืดหยุ่นในการสัมผัสพื้นผิวที่ดีเยี่ยม จะสร้างฟิล์มยืดหยุ่นที่ส่วนติดต่อของเหลวที่เป็นก๊าซ- ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการเสียรูปของฟองอากาศ PGMS มีบทบาทระดับกลาง โดยสามารถ-ตกผลึกร่วมกับ DMG เพื่อเสริมความแข็งแกร่งของเครือข่ายในขณะเดียวกันก็ร่วมกันลดความตึงเครียดระหว่างผิวด้วย PGE เพื่ออำนวยความสะดวกในการสร้างฟองอากาศละเอียด

กฎระเบียบการรวมตัวกันบางส่วน:การรวมตัวกันของไขมันบางส่วนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการก่อตัวของโครงสร้างโฟมไอศกรีม เมื่ออัตราการรวมตัวกันบางส่วนต่ำเกินไป (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%) กลุ่มไขมันทำให้เกิดการรวมตัวกันของฟองและการพังทลายของโครงสร้าง อัตราการรวมตัวกันบางส่วนของกลุ่ม T3 68% อยู่ภายในกรอบเวลาที่เหมาะสมที่สุดที่รายงานในรายงาน (60-75%) อย่างชัดเจน ทำให้มั่นใจได้ถึงความต่อเนื่องของเครือข่าย ขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงความเสี่ยงที่จะล่มสลายที่เกี่ยวข้องกับการรวมกลุ่มที่มากเกินไป

การยับยั้งผลึกน้ำแข็ง:แผ่นฟิล์มและโครงข่ายไขมันที่ประสานกันระหว่างผิวหน้าซึ่งเกิดจากส่วนผสมของอิมัลซิไฟเออร์แบบไตรภาคทำหน้าที่เป็นอุปสรรคทางกายภาพ ชะลอการสุกงอมของผลึกน้ำแข็งที่ Ostwald หลังจากเก็บรักษาที่ -18 องศาเป็นเวลา 30 วัน เส้นผ่านศูนย์กลางผลึกน้ำแข็งเฉลี่ยในกลุ่ม T3 อยู่ที่ 32 ไมโครเมตร ซึ่งต่ำกว่า 48 ไมโครเมตรที่สังเกตได้ในกลุ่มควบคุมอย่างมีนัยสำคัญ- ซึ่งอธิบายเพิ่มเติมเกี่ยวกับพื้นฐานโครงสร้างจุลภาคสำหรับความต้านทานการหลอมละลายที่ดีเยี่ยม

3 แนวทางในการเพิ่มความเสถียรของโฟม

ความคงตัวของโฟมจะเป็นตัวกำหนดความสามารถในการคงรูปร่างของไอศกรีมในระหว่างกระบวนการหลอม กลุ่ม T3 แสดงโฟมครึ่งชีวิต-ที่ 34 นาที ประมาณ 1.9 เท่าของอายุการใช้งานของกลุ่มควบคุม การดูดซับแบบยืดหยุ่นของ PGE ที่ส่วนต่อประสานก๊าซ-ของของเหลวถือเป็นตัวช่วยหลักในการเพิ่มความเสถียรของโฟม-กลุ่มหัวของไฮดรอกซิลที่ชอบน้ำหลายกลุ่มจะสร้างโครงข่ายพันธะไฮโดรเจนที่มีโมเลกุลของน้ำ ส่งผลให้ชั้นความชุ่มชื้นของฟิล์มที่ติดหน้าเพิ่มขึ้น ในเวลาเดียวกัน โครงข่ายไขมันที่สร้างโดย DMG และ PGMS ให้การสนับสนุนทางกายภาพสำหรับฟองอากาศ ขัดขวางการระบายฟิล์มของเหลวระหว่างฟองอากาศ และยับยั้งการรวมตัวกันของฟองอากาศ

4 การตรวจสอบการประเมินทางประสาทสัมผัส

ตารางที่ 3 คะแนนทางประสาทสัมผัสของตัวอย่างไอศกรีม (ระดับ 9 จุด)

กลุ่ม T3 มีคะแนนสูงกว่าทั้งกลุ่มควบคุมและกลุ่ม T5 อย่างมีนัยสำคัญในด้านความรู้สึกที่ละลาย-เมื่อถูกปากและความเรียบเนียน ซึ่งตรวจสอบความถูกต้องของอิทธิพลที่ชัดเจนของอัตราการรวมตัวกันบางส่วนที่เหมาะสมต่อความละเอียดอ่อนของเนื้อสัมผัส

จากผลการวิจัยนี้ ผู้ผลิตไอศกรีมที่ใช้ระบบผสมผสานแบบไตรภาคของ PGMS/PGE/DMG แนะนำให้ใช้ภายในกรอบเวลาการกำหนดสูตรต่อไปนี้: ระดับการเติมอิมัลซิไฟเออร์รวม 0.30-0.40% โดยมีช่วงอัตราส่วนมวล PGMS:PGE:DMG อยู่ที่ 4.5-5.5:2.5-3.5:1.8-2.2 การปรับแต่งอย่างละเอียดภายในช่วงนี้สามารถทำได้ตามปริมาณไขมัน ปริมาณของแข็งของนมที่ไม่มีไขมัน และประเภทผลิตภัณฑ์

ทิศทางการวิจัยในอนาคตอาจรวมถึงการตรวจสอบประสิทธิภาพของระบบผสมผสานแบบไตรภาคนี้ในการใช้งานไอศกรีมจากพืช- ตลอดจนอิทธิพลขององค์ประกอบของกรดไขมันที่แตกต่างกัน (อัตราส่วนอิ่มตัว/ไม่อิ่มตัว) ต่อคุณสมบัติของฟิล์มเคลือบผิวหน้าแบบผสม