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冰淇淋及其相关产品的组成和结构稳定性 作者： 脂肪乳状液的部分联合以及通过改造油水界面对其进行控制，一直以来是冰淇淋研究中一个活跃的领域，并已经在基本的和使用的水平方面有了大幅度的提高。所有的分散相之间的相互作用，已经越来越多的在更复杂的体系中被研究，用来评价冰晶体中气泡大小分布的效果。蛋白质、多糖类在冻结浓缩过程中分离的重要性及其对重结晶的效果也已经被认识到。 1. 简介 冰淇淋和相关的冷食甜点都是由复杂的胶体体系组成，它们的组织结构包括：冰结晶、空气泡，部分小脂肪球和脂肪球集合。所有的分散相由大量非冻结的连续的糖，蛋白质，盐类，多糖类和水所包围。冰淇淋及相关冷食的大量制造的过程是：按配方称料，巴氏杀菌，均质化。在一个刮板式的冷却器中将预混合的乳状液冷却，凝冻过程涉及到大量的物理变化包括：蛋白质的作用，表面活性剂的形成，泡沫的稳定性。脂肪胶体的部分联合引起脂肪在空气界面的吸收及脂肪球集团的形成，它能使空气泡之间的薄层稳定。通过将水分冰晶的形成从溶液中移出去实现预混料的冻结浓缩。冰淇淋的胶体方面在1997年时研究过，并且大量的胶体相关文件在1998年的国际冰淇淋大会出版的文刊中也能找到。本篇论文将会讨论近期的研究内容，尤其侧重于2000年以后的研究内容。以结构元素将其明确的分为脂肪、空气、冰和乳状液，尽管它被认为许多方面是相关的，但是还是将其严格分类。 2. 脂肪球 冰淇淋中脂肪结构的优化被认定为许多冰淇淋的优良特性的关键因素。包括刮表面冰后冰淇淋的保持性，抗融性及冻完后光滑的口感，最近一些文章讨论脂肪原料，提供像油脂一样特性的非脂肪原料称为“油脂代替品”，还讨论了油脂对冰淇淋的感官特性和风味的影响，胶体脂肪结构的研究工作主要集中于：预混料的均质化，蛋白质表面活性剂和油脂的相互作用，在冻结过程中脂肪结构和油脂部分联合的形成，冰淇淋中油脂的部分联合的测量，脂肪结构对冰亲临剧变的影响，冰淇淋融化和低温条件下挤压对油脂部分联合结构形成的影响，从Koxholt et al.，Barfod和Goff et al.的研究中，使我们对进一步了解油脂结构的部分联合有了帮助。在生奶油中分析油脂部分联合和油脂的结构形成，尽管一些关系相似，但也显示出不完全相同，然后生奶油是典型的稳定物质，它几乎完全由脂肪团将空气包围住，形成非常稳定的结构，冰淇淋并不具备这种情况。冰淇淋的脂肪团显示出能提供空气泡之间的薄层结构，它可以防止冰淇淋在融化时塌，再加上薄层的发展，形成冰结晶，油脂在空气界面多趋于形成分离的小滴。对于改进交替的融化现象的理解已经有了简单的方法来分析脂肪的结构形式，这是基于在融化过程中质量和脂肪滴的损失，脂肪界面的组成和它的完全联合作用也继续得到了大量的研究关注，Bolliger et al.指出了蛋白质含量之间的直接关系是由于被乳状液取代和部分合并。Davies et al.指出饱和的非饱和的乳状液对部分联合的影响也许大于一种蛋白质取代的作用，但也许也会影响球形脂肪的晶形形态。Innocente et al.指出乳浆蛋白质的00000化蛋白质颗粒可能有帮助于取代传统的乳状液在冰淇淋生产中的应用。Segall和Goff的工作主要集中于在脂肪界面的乳浆蛋白质的微笑表面，通过选择均质化，作为一个获得最优的部分联合的方法而不需要增加乳状液。Koxholt et al.也指出选择均质化能够产生所需要大小的脂肪球分布，冰淇淋在约 3. 空气泡 冰淇淋及其相关产品，通常被充气，并且有冻结泡沫的特征。空气相体积变化很大，高达50%，低到10-15%。空气是以大量的尺寸为20-50nm的小气泡的形成分布在冰淇淋中的。如大多数观点认为是蛋白质和脂肪界面间的相互作用，就如前面所说明，好像在空气界面这方面研究很少。当回顾1999年，更多的研究在非冻结系统中。这些目光集中在通过部分的空气的结合来加固空气泡的组织结构，也有研究蛋白质表面薄膜的，还有在油-水、空气-水在乳状液中的相互作用的取代反应的研究。最近胶体在冰淇淋及其相关产品的泡沫方面的研究已经集中在：空气相的形态学和空气泡的疏导这方面的发展；脂肪和空气在稳定空气相的相互作用；空气泡结构的测量。刮板式冷冻机有利于冰晶体的形成，也有利于空气泡很好的分散，这样有利于提高产品滑腻的感觉。 Koxholt et al.通过相反的想象提出在刮板式冷冻机中最佳停留时间的问题：最小冰晶体的分布取决于最小的停留时间，但最小的空气泡分布取决于最长停留时间。他们提倡原料和空气在形成最佳混合、冻结态的进气前都应孤立。使空气泡的尺寸和分布都最小，还要求低温达最佳态。Barfod最近提出：最小空气泡的尺寸和分布的效果可通过提高重结晶体的表面积实现。我们所认识的空气相的稳定由Turan et al.进一步研究。他们提出空气泡自然分离的损失和疏导，导致由于空气泡的体积收缩致使形成大量的空气泡网，并且可以利用冷冻冰淇淋的压强变化来测量。分离和独立的空气泡相互结合到可接受水平是以空气法为基础，而不是空气网。 4. 冰结晶 冰结晶形式是冰淇淋中另一个分离相，众所周知，配方、生产、运输这一程序形成大量的细小、分离的冰结晶，也有利于结构的口感细滑。冰淇淋中冰晶体的形成通常是刮板式冷冻机种的二次结晶过程。但是，小冰晶体有着快速重结晶的现象，特别是在温度波动时。这种现象可通过维持稳定的低温，添加稳定剂，如多糖胶体来控制。因为重结晶造成品质的快速下降，所以许多研究侧重于对它的控制，特别是对多糖功能性的研究。然而，重结晶的详细的过程在此篇文章就不再多讲。但此篇文章将侧重于脂肪和空气泡结构、重结晶、多糖之间的相互作用而造成的冻结浓缩，这些将在下一章节中讲到。脂肪结构形成，空气相体积，气泡尺寸分布和重结晶过程的相互关系，这方面研究只有Barfod在进行。优化脂肪结构，减小空气泡尺寸可以进一步防止重结晶。这一过程可能也要通过低温挤压来完成。 5. 乳清 原料在冷冻浓缩时，溶解于水中的成分，在温度降低冰被从水中移走的过程中会紧密地聚在一起，此过程也会使乳清化合物发生许多物理和化学变化。乳清中两个重要的亲水胶体成分包括多糖及酪蛋白胶粒，酪蛋白和乳清蛋白来自于牛奶。冰淇淋中蛋白质的功能近来已被研究过。在预混料和冻结产品的未冻结液体相中，蛋白质和多糖由于不相溶的溶解方式而独立存在。这一现象近来已被研究过。在进一步的冻结浓缩后，由于低温和高粘度，非冻结相成分会转化为玻璃态，为了保持这种胶体状态，最近的研究包括：对冰淇淋稳定性有贡献的多糖的来源的研究，在冰淇淋生产过程中，多糖溶液性质的研究；冰淇淋中的蛋白质在冻结浓缩时其性质的研究，在冰淇淋生产中，蛋白质多糖的分离的研究。Goff和他的同事研究出，在高浓缩状态下，一些作为冰淇淋稳定剂的多糖类，可形成较弱的凝胶，这样形成了和加强了由于温度波动形成的部分或完全的冻结——循环解冻。尽管像冷胶体的结构在非冻结相中起着作用，但还没有显示出它和防止重结晶有关系。然而，与多糖单独作用相比较，蛋白质多糖类物质独立于非冻结相中，可以更好地抑制重结晶，不会影响冻结体系、结构的酪蛋白胶粒可以从多糖中分离出来。Regand和Goff利用显微镜技术指出，在离开刮板式冷冻机后，是蛋白质而不是多糖可以抑制重结晶。现象表明在冰结晶表层包有高浓缩粘稠的多相的物质，可以抑制重结晶。这种表层可以影响水和糖的流动性（它们在冰晶的表面处于平衡状态，随着温度的波动，黏度不均匀的薄层沿着冰结晶平衡曲线开始冻结和融化），如果分子不散开，将提高已有冰晶体的融化和再次冻结。 6. 结论 胶体结构在冰琪淋及相关产品中的复杂性和可行性（实用性）一直是人们探索利益的源泉，事实证明，有近一半的引用于这份资料的相关材料是从2000年开始的，并且所有这些资料已经从1997年开始被出版。虽然脂肪的部分联结在冰琪淋中的重要作用已经在很早就被认识到了，但我们对脂肪球形态和功能方面的理解还停留在多年以前。现今我们有了更完整的关于多种结构元素相互作用的图片。通过表面活性剂，蛋白质和小片段来对脂肪表面进行控制，由此将给我们更宽广的结构编排方法。我们也更加意识到蛋白质多糖非相容性与相分散的重要性，尤其是在冻结浓缩的排列中。在刚过去的几年中这无疑继续是增大收益的研究领域。就基础研究的认识度提高而言，我们对空气相方面的研究是落后的，但空气相如何分散的性质的多重含义已进一步的得到认识与进展，比起我们对脂肪表面的了解，我们对于空气界面的组成成分和机理了解的太少了。 |
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