Jäätise sulamiskindluse läbimurre{0}}: süsteemi juhtimine ja vahu stabiilsus PGMS, PGE ja DMG kolmekomponendilise segamise kaudu

Jäätise kiire sulamine pärast külmaahela katkemist on pikaajaline tehniline väljakutse, millega tööstus silmitsi seisab, eriti kuumades piirkondades ja e{0}}kaubanduse logistika stsenaariumides. Selles uuringus uuritakse süstemaatiliselt propüleenglükoolmonostearaati (PGMS), polüglütseroolestreid (PGE) ja destilleeritud monoglütseriide (DMG) sisaldava kolmekomponendilise emulgaatorisegu sünergistlikke reguleerimismehhanisme jäätise sulamiskindluse ja vahu stabiilsuse osas. Tulemused näitavad, et PGMS:PGE:DMG massisuhtel 5:3:2 ja lisamise kogutasemel 0,35%, on süsteemil optimaalne jõudlus: 50% sulamisaeg ulatub 38 minutist (kontroll) kuni 67 minutini, ülejooks ulatub 92% ± 3% -ni ja sensoorse hindamise skoorid on kõigi rühmade seas kõrgeimad. See töö selgitab mikrostruktuuride reguleerimise mehhanisme kolmest vaatenurgast -liidese kile tugevus, rasva osaline ühinemiskiirus ja jää ümberkristallimise inhibeerimine-, pakkudes nii teoreetilised alused kui ka praktilised juhised tööstusliku sulamiskindla jäätise koostise kujundamiseks.

Märksõnad:jäätise sulamiskindlus-; PGMS; Polüglütserooli estrid; destilleeritud monoglütseriidid; Kolmekomponentne segamine; Vahu stabiilsus

Jäätis on keeruline mitmefaasiline{0}}süsteem, mis koosneb rasvakuulikestest, jääkristallidest, õhumullidest ja suhkrulahuse maatriksist. Selle struktuurne stabiilsus on väga vastuvõtlik temperatuurikõikumistele. Kui külmaahel on katkenud, kiireneb jääkristallide kasv, õhumullid ühinevad ja rasvakuulikesed agregeeruvad, mis lõpuks põhjustab toote kokkuvarisemist ja sensoorset halvenemist. Ülemaailmne jäätisetööstus kannatab sulamisega seotud kvaliteediprobleemide tõttu sadu miljoneid dollareid aastas majanduslikku kahju. Suurepärase sulamiskindlusega{6}}jäätise koostiste väljatöötamine on seega muutunud nii akadeemiliste ringkondade kui ka tööstuse ühiseks mureks.

Emulgaatorid mängivad jäätisesüsteemides mitut olulist rolli: vähendavad õli{0}}vee liidese pinget, et hõlbustada rasvade emulgeerimist, indutseerivad rasvade osalist ühinemist vananemisfaasis, et luua kolmemõõtmeline võrgustik, mis toetab õhumulle, ning stabiliseerivad gaasi{2}}vedeliku liidest külmutamise ja vahustamise ajal. Siiski on üksikutel emulgaatoritel sageli probleeme, et üheaegselt täita kolmekordseid nõudeid, milleks on sulamiskindlus-, ülejooksmine ja suutunne,-DMG pakub head paksendamist, kuid ebapiisavat vahu stabiilsust; PGMS pakub suurepäraseid õhutusomadusi, kuid suurendab sulamiskindlust{6}}; PGE annab liidese kile paindlikkuse, kuid osalist ühinemist on üksi kasutades raske täpselt kontrollida.

Nendele kaalutlustele tuginedes pakutakse selles uuringus välja kolmekomponentne segamisstrateegia, mis hõlmab PGMS/PGE/DMG, mille eesmärk on võimendada erinevate molekulaarstruktuuride ja HLB väärtustega emulgaatorite sünergistlikke efekte, et luua liidese kile, millel on nii jäikus kui ka paindlikkus, suurendades sellega samaaegselt kreemi stabiilsust ja vastupidavust.

1 Materjalid

PGMS (propüleenglükoolmonostearaat, HLB≈3,5, puhtus suurem või võrdne 95%), PGE (polüglütseroolrasvhapete estrid, HLB≈6,0, polümerisatsiooniaste 3-5) ja DMG (destilleeritud monoglütseriidid, HLB≈≈0%) olid monoestrite sisaldus kuni 9% või suurem kui 3,8%. toidu{11}}klassi, kaubanduslikult hangitud. Lõssipulber (valgusisaldus 34%), veevaba piimarasv (piimarasvasisaldus 99,9%), sahharoos, maisisiirupi kuivained (DE 42), guarkummi, karrageen ja mikrokristalne tselluloos olid kõik toiduainete koostisained.

2 Koostamine ja töötlemine

Jäätise põhikoostis sisaldas: piimarasva 8,0%, rasvavaba piima kuivainet 10,5%, sahharoosi 12,0%, maisisiirupi kuivainet 4,0% ja kuivaine üldsisaldus 36,5%. Kogu emulgaatori lisamise tase fikseeriti 0,35% (mass/mass kogu segust) kolmekomponentsete segamissuhetega, nagu näidatud tabelis 1. Stabilisaatorisegu (guarkummi 0,12%, karrageen 0,02%, mikrokristalne tselluloos 0,15%) hoiti konstantsena kõigis rühmades.

Töötlemisetapid: koostisosade segamine → segamine 60 kraadi juures 30 minutit → homogeniseerimine (65 kraadi , esimene etapp 15 MPa / teine aste 3 MPa) → pastöriseerimine (80 kraadi , 30 s) → kiire jahutamine 4 kraadini → vanandamine (4 kraadi , 4 tundi, madalal {10}temperatuuril vabal temperatuuril 5 vaba segamist ja väljalaskmist 5) aste )→täitmine→kõvenemine lõhketunnelis (-40 kraadi , 30 min)→ladustamine -18 kraadi juures.

Tabel 1 Kolmekomponentsete emulgaatorisegude katsekujundus

3 Analüütilised meetodid

Sulamiskindluse-test:Karastatud jäätiseproovid (-18 kraadi, 100 ml silindrikujuline kuju) asetati metallvõrele (silmaga 2 mm) konstantse -temperatuuriga kambrisse 25 kraadi ±0,5 kraadi juures. Registreeriti esimene tilkumisaeg ja 50% massi sulamisaeg. Sulamiskindluse suhe defineeriti kui 50% sulamisaeg jagatud kontrolli ajaga.

Ülekulu mõõtmine:Fikseeritud mahuga jäätise mass kaaluti enne ja pärast külmutamist. Ülejooks (%)=(mass enne külmutamist - mass pärast külmutamist) / mass pärast külmutamist × 100%.

Rasva osalise ühinemise määr:Määratud lahustiga ekstraheerimise-UV-spektrofotomeetria abil. Osalise ühinemise määr=vaba rasvasisaldus / kogu rasvasisaldus × 100%.

Vahu stabiilsus:Sulanud jäätisesegu vahustati uuesti- ja vahu mahu 50% vähendamiseks kuluv aeg registreeriti vahu poolestusaega.

Sensoorne hindamine:12 koolitatud hindajast koosnev paneel hindas 9-punktilise hedoonilise skaala abil suus sulavat-tunnet, sujuvust, kreemisust, jahedustunnet ja üldist vastuvõetavust.

1 Segamissuhte mõju sulamiskindlusele{1}}

Joonisel 1 on kujutatud jäätise sulamiskäitumist erinevate emulgaatori suhete korral. T0 kontroll (ainult PGMS) näitas 50% sulamisaega 38 minutit ja esimese tilgutamise aeg 22 minutit. Kolmekomponentsete segurühmade seas näitas parimat jõudlust T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2), mille 50% sulamisaega pikendati 67 minutini-, mis on 76,3% parem võrreldes kontrollrühmaga-ja esimene tilkumisaeg viivitati 41 minutini.

Tabel 2 Sulamiskindlus-Jäätiseproovide vastupidavus ja struktuuriparameetrid

Kui DMG sisaldus oli liiga madal (T1), puudus liidese kilel piisav jäikus, osaline koalestsentsi määr oli suboptimaalne (55%), vahtvõrgu struktuur jäi lõdvaks ja sulamine toimus suhteliselt kiiresti. Ja vastupidi, kui DMG sisaldus oli liiga kõrge (T5), agregeerusid rasvagloobulid suurteks rasvakogumiteks, mis häirisid vahu ühtlust, põhjustades ülevoolu langemise 72%-ni ja sulamiskindluse järsu halvenemise. See näitab optimaalse DMG-akna olemasolu kolmekomponendilises segusüsteemis -võrguskeleti ehitamiseks on vaja piisavalt kristalset rasva, kuid mullide terviklikkuse säilitamiseks tuleb vältida liigset agregatsiooni.

2 Kolmekomponentse segu liidese reguleerimise mehhanismid

PGMS/PGE/DMG kolmekomponentse segu suurem sulamiskindlus{0}}tuleneb sünergilistest mehhanismidest, mis toimivad kolmel tasandil:

Liidese filmi tase:DMG tagab jäiga kristalse rasvade liidesekihi, mis toimib vahuvõrgu sõlmede ja raamistikuna; Suhteliselt kõrge HLB väärtuse ja suurepärase liidese paindlikkusega PGE moodustab gaasi{0}}vedeliku liidesele elastse kile, mis suurendab mulli vastupidavust deformatsioonile; PGMS-il on vahepealne roll, mis on võimeline koos DMG-ga kristalliseeruma, et tugevdada võrgu tugevust, vähendades samal ajal liideste pinget PGE-ga, et hõlbustada peente õhumullide teket.

Osalise koalestsentsi reguleerimine:Rasva osaline ühinemine on jäätisevahu struktuuri moodustamiseks ülioluline. Kui osalise ühinemise määr on liiga madal (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%), rasvaklastrid kutsuvad esile mullide ühinemise ja struktuuri kokkuvarisemise. T3 rühma 68% osalise koalestsentsi määr langeb täpselt kirjanduses kirjeldatud optimaalsesse aknasse (60–75%), tagades võrgu järjepidevuse, vältides samal ajal liigse agregatsiooniga seotud kokkuvarisemisriski.

Jääkristallide inhibeerimine:Kolmekomponentse emulgaatori segust moodustunud liidese kile ja rasvavõrk toimivad füüsiliste barjääritena, pidurdades Ostwaldi jääkristallide valmimist. Pärast 30-päevast säilitamist -18 kraadi juures oli jääkristallide keskmine läbimõõt T3 rühmas 32 μm, mis on oluliselt madalam kui kontrollrühmas täheldatud 48 μm, mis selgitab veelgi selle suurepärase sulamiskindluse mikrostruktuurilist alust.

3 võimalust vahu stabiilsuse suurendamiseks

Vahu stabiilsus määrab jäätise kuju säilitamise võime sulamisprotsessi ajal. T3 rühma vahu poolväärtusaeg oli 34 minutit, mis on ligikaudu 1,9 korda pikem kui kontrollrühmal. PGE elastne adsorptsioon gaasi{6}}vedeliku liidesel on vahu stabiilsuse parandamise peamine tegur,{7}selle mitmed hüdroksüülhüdrofiilsed pearühmad moodustavad veemolekulidega vesiniksidemete võrgustikke, suurendades liidese kile hüdratatsioonikihi paksust. Samal ajal pakub DMG ja PGMS-i konstrueeritud rasvavõrk õhumullidele füüsilist tuge, takistades vedeliku kile äravoolu mullide vahel ja takistades mullide ühinemist.

4 Sensoorse hindamise valideerimine

Tabel 3 Jäätiseproovide sensoorsed hinded (9-palline skaala)

T3 rühm saavutas nii kontroll- kui ka T5 rühmast oluliselt kõrgemad punktid suus sulamise ja sujuvuse osas, kinnitades sobiva osalise ühinemiskiiruse otsustavat mõju tekstuuri peenusele.

Selle uuringu tulemuste põhjal soovitatakse jäätisetootjatel, kes kasutavad PGMS/PGE/DMG kolmekomponentset segusüsteemi, töötada järgmises koostisaknas: emulgaatori lisamise kogutase 0,30-0,40%, PGMS:PGE:DMG massisuhte vahemik on 4,5-5,3-...:2...58. Selles vahemikus saab peenhäälestada vastavalt rasvasisaldusele, rasvata piima kuivainesisaldusele ja toote tüübile.

Tulevased uurimissuunad võivad hõlmata selle kolmekomponendilise segusüsteemi toimivuse uurimist taimsete -jäätiserakenduste puhul, aga ka erinevate rasvhapete koostiste (küllastunud/küllastumata suhe) mõju segatud liidese kile omadustele.