Resum
La fusió ràpida del gelat després de la interrupció de la cadena de fred és un repte tècnic de llarga durada que s'enfronta a la indústria, especialment agut a les regions càlides i als escenaris logístics de{0}}comerç electrònic. Aquest estudi investiga sistemàticament els mecanismes reguladors sinèrgics d'una barreja d'emulsionants ternaris que inclou monoestearat de propilenglicol (PGMS), èsters de poliglicerol (PGE) i monoglicèrids destil·lats (DMG) sobre la resistència a la fusió -del gelat i l'estabilitat de l'escuma. Els resultats demostren que amb una proporció de massa PGMS:PGE:DMG de 5:3:2 i un nivell d'addició total del 0,35%, el sistema presenta un rendiment òptim: el temps de fusió del 50% s'estén des de 38 min (control) fins a 67 min, la superació arriba al 92% ± 3% i les puntuacions d'avaluació sensorial són les més altes entre tots els grups. Aquest treball dilucida els mecanismes de regulació microestructural des de tres perspectives-la resistència de la pel·lícula interfacial, la taxa de coalescència parcial del greix i la inhibició de la recristal·lització del gel-ofereixen tant fonaments teòrics com directrius pràctiques per al disseny de la formulació de gelats resistents a la fusió-industrial.
Paraules clau:Resistència a la fusió-del gelat; PGMS; Èsters de poliglicerol; monoglicèrids destil·lats; mescla ternaria; Estabilitat de l'escuma
Introducció
El gelat és un sistema complex de múltiples-fàsiques format per glòbuls de greix, cristalls de gel, bombolles d'aire i una matriu de solució de sucre. La seva estabilitat estructural és molt susceptible a les fluctuacions de temperatura. Un cop interrompuda la cadena de fred, el creixement dels cristalls de gel s'accelera, les bombolles d'aire s'agreguen i els glòbuls de greix s'agreguen, provocant, finalment, el col·lapse del producte i el deteriorament sensorial. La indústria mundial dels gelats pateix centenars de milions de dòlars en pèrdues econòmiques anuals a causa de problemes de qualitat relacionats amb la fusió-. Per tant, el desenvolupament de formulacions de gelats amb una resistència superior-a la fusió s'ha convertit en una preocupació compartida tant per a l'acadèmia com per a la indústria.
Els emulsionants tenen múltiples funcions crítiques en els sistemes de gelats: redueixen la tensió interfacial de l'oli-aigua per facilitar l'emulsificació del greix, indueixen una coalescència parcial del greix durant l'etapa d'envelliment per construir una xarxa tridimensional que suporta les bombolles d'aire i estabilitza la interfície gas-líquid durant la congelació i la batuda. No obstant això, els emulsionants únics sovint lluiten per satisfer simultàniament els requisits triples de resistència a la massa fosa, -desbordament i sensació en boca-DMG ofereix un bon espessiment però una estabilitat de l'escuma insuficient; El PGMS ofereix excel·lents propietats d'aireació però una millora limitada de la resistència a la fusió-; PGE imparteix flexibilitat de pel·lícula interfacial, però és difícil controlar amb precisió la coalescència parcial quan s'utilitza sol.
A partir d'aquestes consideracions, aquest estudi proposa una estratègia de barreja ternària que inclou PGMS/PGE/DMG, amb l'objectiu d'aprofitar els efectes sinèrgics d'emulsionants amb diferents estructures moleculars i valors HLB per construir una pel·lícula interfacial que posseeixi tant rigidesa com flexibilitat, millorant simultàniament l'estabilitat de l'escuma i la fusió de la crema de gel.{0}}}
Materials i mètodes
1 Materials
PGMS (monoestearat de propilenglicol, HLB≈3,5, puresa superior o igual al 95%), PGE (èsters d'àcids grassos de poliglicerol, HLB≈6,0, grau de polimerització 3-5) i DMG (monoglicèrids destil·lats, HLB≈30%) eren un contingut de HLB≈30 més gran que un monoester. qualitat{11}}alimentària, d'origen comercial. La llet desnatada en pols (contingut de proteïnes 34%), greix de llet anhidre (contingut de greix de llet 99,9%), sacarosa, sòlids de xarop de blat de moro (DE 42), goma guar, carragenina i cel·lulosa microcristal·lina eren ingredients de qualitat alimentària.
2 Formulació i processament
La formulació base del gelat constava de: greix de llet 8,0%, sòlids de llet sense greix 10,5%, sacarosa 12,0%, sòlids de xarop de blat de moro 4,0% i sòlids totals 36,5%. El nivell d'addició d'emulsionant total es va fixar al 0,35% (p/p de la mescla total), amb proporcions de barreja ternàries dissenyades tal com es mostra a la taula 1. Es va mantenir constant una barreja estabilitzadora (goma guar 0,12%, carragenina 0,02%, cel·lulosa microcristal·lina 0,15%).
Passos de processament: mescla d'ingredients → agitació a 60 graus durant 30 min → homogeneïtzació (65 graus, primera etapa 15 MPa / segona etapa 3 MPa) → pasteurització (80 graus, 30 s) → refredament ràpid a 4 graus → envelliment (4 graus, 4 h, baixa velocitat- agitació continuada ({10}) batuda continuada temperatura -5,5 graus) → farciment → enduriment al túnel d'explosió (-40 graus, 30 min) → emmagatzematge a -18 graus.
Taula 1 Disseny experimental per a mescles d'emulsionants ternaris
| Grup | PGMS (%) | PGE (%) | DMG (%) | Total (%) |
|---|---|---|---|---|
| T0 (control) | 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 Mètodes analítics
Prova de -resistència a la fusió:Les mostres de gelat endurit (-18 graus, forma cilíndrica de 100 ml) es van col·locar en una reixeta metàl·lica (malla de 2 mm) dins d'una cambra de -temperatura constant a 25 graus ± 0,5 graus. Es va registrar el primer temps de degoteig i el temps de fusió del 50% de la massa. La relació de resistència a la fusió es va definir com el temps de fusió del 50% dividit pel del control.
Mesura d'excés:La massa d'un volum fix de gelat es va pesar abans i després de la congelació. Desbordament (%)=(massa abans de la congelació - massa després de la congelació) / massa després de la congelació × 100%.
Taxa de coalescència parcial del greix:Determinat per extracció amb dissolvent-espectrofotometria UV. Taxa de coalescència parcial=contingut de greix lliure/contingut total de greix × 100%.
Estabilitat de l'escuma:La barreja de gelat fos es va tornar a batre{0}}i el temps necessari per a una reducció del 50% del volum de l'escuma es va registrar com a vida mitjana-de l'escuma.
Avaluació sensorial:Un grup de 12 avaluadors formats va avaluar la sensació de fusió-en boca, la suavitat, la cremositat, la sensació de frescor i l'acceptabilitat general mitjançant una escala hedònica de 9 punts.
Resultats i discussió
1 Efecte de la proporció de barreja sobre la resistència a la-fusió
La figura 1 mostra el comportament de fusió del gelat amb diferents proporcions d'emulsionant. El control T0 (només PGMS) va mostrar un temps de fusió del 50% de 38 min i un temps de primer degoteig de 22 min. Entre els grups de mescles ternaris, T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2) va demostrar el millor rendiment, amb el temps de fusió del 50% ampliat a 67 min-una millora del 76,3% respecte al control-i el temps de primer degoteig retardat a 41 min.
Taula 2 Resistència a la fusió-i paràmetres estructurals de les mostres de gelat
| Grup | 50% de fusió (min) | Primer degoteig (min) | Desbordament (%) | Coalescència parcial (%) | Vida mitja-de l'escuma (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 |
Quan el contingut de DMG era massa baix (T1), la pel·lícula interfacial no tenia prou rigidesa, la taxa de coalescència parcial era subòptima (55%), l'estructura de la xarxa d'escuma es va mantenir solta i la fusió va procedir relativament ràpidament. Per contra, quan el contingut de DMG era excessivament alt (T5), els glòbuls de greix es van agregar en grans cúmuls de greix que van alterar la uniformitat de l'escuma, fet que va provocar que el desbordament caigués al 72% i que la resistència a la fusió-es deteriorés bruscament. Això indica l'existència d'una finestra DMG òptima dins del sistema de barreja ternària-es necessita suficient greix cristal·lí per construir l'esquelet de la xarxa, però s'ha d'evitar l'agregació excessiva per preservar la integritat de la bombolla.
2 Mecanismes de regulació interfacial de la mescla ternària
La -resistència a la fusió millorada que confereix la barreja ternària PGMS/PGE/DMG sorgeix de mecanismes sinèrgics que operen a tres nivells:
Nivell de pel·lícula interfície:DMG proporciona una capa interfacial de greix cristal·lí rígida que serveix com a nodes i marc de la xarxa d'escuma; El PGE, amb el seu valor HLB relativament alt i una excel·lent flexibilitat interfacial, forma una pel·lícula elàstica a la interfície gas-líquida, millorant la resistència a la deformació de la bombolla; PGMS ocupa un paper intermedi, capaç de co-cristal·litzar amb DMG per reforçar la força de la xarxa alhora que redueix conjuntament la tensió interfacial amb PGE per facilitar la generació de bombolles d'aire fines.
Regulació de coalescència parcial:La coalescència parcial del greix és crucial per a la formació de l'estructura d'escuma del gelat. Quan la taxa de coalescència parcial és massa baixa (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%), els cúmuls de greix indueixen la coalescència de bombolles i el col·lapse estructural. La taxa de coalescència parcial del 68% del grup T3 es troba precisament dins de la finestra òptima informada a la literatura (60-75%), assegurant la continuïtat de la xarxa alhora que s'evita el risc de col·lapse associat a l'agregació excessiva.
Inhibició de cristalls de gel:La pel·lícula interfacial i la xarxa de greix formada per la barreja d'emulsionants ternaris actuen com a barreres físiques, retardant la maduració d'Ostwald dels cristalls de gel. Després de 30 dies d'emmagatzematge a -18 graus, el diàmetre mitjà del cristall de gel al grup T3 era de 32 μm, significativament inferior als 48 μm observats al control-explicant encara més la base microestructural de la seva excel·lent resistència a la fusió.
3 vies per a la millora de l'estabilitat de l'escuma
L'estabilitat de l'escuma determina la capacitat de retenció de la forma del gelat durant el procés de fusió. El grup T3 va mostrar una semivida d'escuma de 34 min, aproximadament 1,9 vegades la del control. L'adsorció elàstica de PGE a la interfície de gas-líquid constitueix el principal contribuent a l'estabilitat de l'escuma millorada-, els seus múltiples grups de capçal hidroxil hidrofílics formen xarxes d'enllaç d'hidrogen amb molècules d'aigua, augmentant el gruix de la capa d'hidratació de la pel·lícula interfacial. Simultàniament, la xarxa de greix construïda per DMG i PGMS proporciona suport físic per a les bombolles d'aire, dificultant el drenatge de la pel·lícula líquida entre les bombolles i inhibint la coalescència de les bombolles.
4 Validació de l'avaluació sensorial
Taula 3 Puntuació sensorial de les mostres de gelat (escala de 9 punts)
| Grup | Foneu-la sensació de boca | Suavitat | Cremositat | Frescositat | Acceptabilitat global |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
El grup T3 va obtenir una puntuació significativament més alta que el grup control i el grup T5 en la sensació i suavitat de la fusió en boca, validant la influència decisiva d'una taxa de coalescència parcial adequada sobre la finor de la textura.
Recomanacions d'aplicació industrial
A partir de les conclusions d'aquest estudi, es recomana als fabricants de gelats que adopten el sistema de barreja ternària PGMS/PGE/DMG que operen dins de la següent finestra de formulació: nivell d'addició d'emulsionant total de 0,30-0,40%, amb un rang de relació de massa PGMS:PGE:DMG de 4,5{.-5:2.5.2.5. L'ajustament dins d'aquest rang es pot realitzar segons el contingut de greix, el contingut de sòlids de llet sense greix i el tipus de producte.
Les futures direccions d'investigació poden incloure investigar el rendiment d'aquest sistema de barreja ternària en aplicacions de gelats-plantes, així com la influència de diferents composicions d'àcids grassos (proporcions saturats/insaturats) en les propietats de la pel·lícula interfacial barrejada.
