传统凝冻与低温挤出加工对冰淇淋的影响

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传统凝冻与低温挤出加工对冰淇淋的影响

  

摘要：用传统的刮板凝冻机生产六种不同乳化水平的冰淇淋，然后用低温挤压设备去塑型。目的是检验乳化效果，因为乳化剂的加入和低温挤压可能在提高冰淇淋的胶质结构上有同样的效果。来自这些加工的冰淇淋样品被用来分析其结构的坚固性，脂肪稳定性，融化率还有水分。低温挤压可提高脂肪的稳定性，但是，脂肪颗粒的大小和可提取的溶剂中的脂肪量对两种加工体系的乳化效果有不同的影响。尽管可提取的溶剂中的脂肪会随着乳化剂含量的增加而达到峰值，但有数据表明脂肪颗粒大小为机械剪切力所控制。两种系统的明显区别还可从抗融实验中看到，无乳化剂的融化率高，而有乳化剂的融化率低，挤压冰淇淋则有相当好的保型性。电镜扫描观察挤压成型的冰淇淋有相当微小的空气泡.在没有乳化剂的挤出样品中，处于液态的空气泡周围的脂肪结构依然有提高。

  关键词：冰淇淋加工；低温挤压；脂肪的不稳定性；乳化能力；冰淇淋结构

  介绍：传统冰淇淋的凝冻机有刮面，热交换器，还有高速旋转的刮刀，这种热交换器有较高的传热效率，但却有一个极限温度。传统的凝冻机的极限温度为-5~-6℃，但现在一些系统可达到-9℃以下。但是，低温凝冻挤压机可继传统的连续凝冻机在一个低剪切环境下并给冷于200~2000L/h的冰淇淋以至极限温度达-15℃以下。这样带大量冰晶摩擦和高黏度的机械方法降低了冰淇淋成分的分散程度，例如，冰晶，空气泡，脂肪葡萄糖基团。冰淇淋的系统表明低温剪切缝隙对成分分散，能量释放，温度增长和重融化有严重影响。低温冰淇淋的挤出系统的最大优点就是；a挤出系统有相同的剪切压力；b在没有重融化的情况下达到成分的最大混合；c最大化的传热效率。这个系统的优点中的第二点最重要。

研究表明，挤出系统的参数设定对在稳定蔗糖溶液中的冰晶大小影响表明当转速误差设为60%.，转速和冰晶大小（d_50,0）有关。而且，转速误差的增加和在贮藏过程中冰晶体的增加也相关。Windhab 和Bolliger作出关于挤出系统对脂肪结构参数的影响数据，如脂肪基团大小，可提取的溶解脂肪，脂肪基团序列和融化率。将冰淇淋（含 10%脂肪成分）采用两种转速误差，当转速误差为120%时，可提取的溶解脂肪14.8%冻结，18.1%挤出；当转速误差为55%时，可提取的溶解脂肪8.6%冻结，23.2%挤出。因此，挤出冰淇淋和传统冰淇淋相比有较多的可提取的溶解脂肪。一种感官实验表明挤出冰淇淋感觉柔软，而且吃起来不觉的冷。没有关于脂肪基团大小的数据。假定在冷挤压的过程中，脂肪葡萄糖为血小板- 类型构成，它在温度为-13C的高粘度的系统下，形成不了大的脂肪基团。因此，没有油脂口感。在凝冻和挤压的冰淇淋中气泡分布表明在挤压冰淇淋中的气泡和传统的凝冻冰淇淋中的相比要小。提高凝冻剪切加工参数（如极限温度，压力）将会增加脂肪基团。在一篇论文中Windhab和Bolliger得出结论良好的空气泡分布可以通过空间预处理来实现。然而，凝冻过程中的机械过载会抹杀这个优点。通过低温挤压的模式（Windhab, Fels, Ho!-mann, & von Holdt, 1993）,挤压器可以在不导致重融化的情况下，在剪切压力下，提供好的一致性。

冰淇淋中的胶质结构和乳化剂的作用被回顾(Goff, 1997).简要的说，乳化剂在挤压和融化过程中通过连接冻结脂肪粒子以提高冰淇淋的塑型性。脂肪总的来说可在未冻结阶段成型并稳定气泡(Goff, Verespej, & Smith,1999).工作中，传统凝冻和低温挤压技术将被近一步考察，带着检查乳化剂影响的目的，因为乳化剂的加入和低温挤可能在冰淇淋的结构连接中有相同的效果。

2．实验物品和实验方法：

2.1混料和冰淇淋的准备

六种不同冰淇淋配方，带着Bolliger, Tharp和Goff曾用过的产品控制方法。所有混料含有10%乳脂肪（无水乳脂肪，Gay Lea, Guelph,加拿大）10%非脂乳固体（浓缩奶粉，Ault Foods, Mitchell,加拿大），6%玉米浆固体Dry Sweet 42,Roquette, Keokuk, USA), 0.15%稳定剂。混料中的乳化剂成分分类如下：没有乳化剂；0.075% 甘油单酯和甘油二酯 （mdg）；0.15% mdg; 15%mdg#0.02%聚山梨纯酯 80 (ps80)；0.15%mdg#0.04% ps80; 0.15% mdg#0.06%（ps80）所有实验（产品和分析）要平行做三次。

  原材料从加拿大船运到瑞士Zurich,食品工程ETH实验室，用于冰淇淋制作。除了无水乳脂肪，所有的成分都是干混，然后用水混匀，再迅速与乳脂肪混匀。混料在70℃进行巴氏杀菌20 min，再用单相均质均质，一级调压17.5Mpa，二级调低压3.5 MPa.然后将混料冷却至4℃，并维持24h。

   传统的冰淇淋凝冻机可以和低温挤压机联合起来用于冰淇淋的生产。传统凝冻机(Model C, APV Crepaco)用于第一阶段冷冻，然后低温挤压机被用来做系列成型处理(Model 65-100, Schroder GmbH and Co., Lubeck, Germany).凝冻机的出口和挤压机的进口由一个双层夹套的管子相连。部分凝冻和充气的冰淇淋由凝冻机流出然后继续移动到挤压机里面，这个过程中，不能有温度的升高。冰淇淋在挤压机里面进一步的凝冻和成型。所有的必须的过程控制数据（体积流量，压力，凝冻机和挤压机的进出口温度）需在线注册。产品设备（凝冻机/挤压机）需预冷却，用冷的蔗糖溶液（25%蔗糖，0.5%稳定剂，保持在4℃）因此，凝冻机出口-4.5℃和挤压机出口-13.5℃的目标温度很快被确定。挤压机转速设为20 rpm，转速误差为100%，物料流速为45L h^~1。当目标参数被确定时，且衡量值10 min内在一很小范围内波动，这个过程即被确定。凝冻机出口的平均温度为-4.4±0.4℃，挤压机出口的平均温度为-13.3±0.3℃。八个冰淇淋样品（375 g）被用来由挤压机开始，然后进入凝冻机，最后所有的样品都在-28℃冻住。

2.2 分析

极限坚硬。冰淇淋样品在凝冻机和挤压机中极限温度时的坚硬程度用质构仪(TAXT2,StableMicrosystems, Kent, England).来测，方法就是用2cm直径圆筒以2mm/s的速度向冰淇淋中渗透4mm。

脂肪颗粒大小的分析；硬化后的冰淇淋在4℃时放置3-4h粒子分散程度由激光扫描器检测，测量温度为室温。乳化剂的分散比大约为1：1000。

脂肪基团的序列：用分光光度计去测定脂肪的稳定性，(去！和乔丹，1989)，从已融化的坚硬冰淇淋中取出40 mL被用作分析。混合并且用蒸馏水以1：500的比例稀释冰淇淋样品后用分光光度计测量，(紫外线的λ2 / VIS 分光仪，Perkin-Elmer, Switzerland) 在540纳米测量并以蒸馏水做空白。每种稀释用三种方法。脂肪基团的序列由此计算：（混料中的吸光度-冰淇淋中的吸光度）/混料中的吸光度*100%.

  融化实验：两种成型加工的冰淇淋样品在样品柜中经过热实验-15℃，6个小时；-5℃，6个小时，经过12天(Scientemp Model 34-23,Chicago, IL).冰淇淋初始样品和经过热实验的样品要通过质量融化实验。所有样品都定温在-22。融化实验的样品（260g）从容器内拿出并称量，并放在10号筛（10孔/平方厘米）并保持在室温（20℃）。穿过筛的部分质量（指滴落部分）要经过20、30、50、60、70、100、110、120分钟就被记录。120分钟后剩余质量要全部移走称量并分析总脂肪和蛋白质。融化率（斜率）可从与时间的函数图中得出（40分钟以内的可忽略）。融化实验的初始混料和小部分（滴落和剩余部分）被Roese-Gottlieb(Eidgenossische For schungsanstalt fur Milchwirtschaft, Liebefeld, Switzerland).

  可提取溶解脂肪（SEF）：SEF的分析被Laboratory Services, University of Guelph,)

Canada. Packaged执行，硬化的冰淇淋由空运，整夜用干冰降温，从瑞士到加拿大。冰淇淋的温度应低于-30℃并在分析前与-35℃下保存。庚烷(Fisher Chemicals, H350, HPLC grade)用来做融化冰淇淋样品的溶剂。实验前，样品在-22℃储藏。大约25克的冻结样品称量后投到分离瓶中并在180rpm转速下旋转，3分钟暂停后重复操作，然后将分离瓶垂直放置。60分钟以达到分离完全。庚烷相通过10 mL移液管转移到锥形瓶中。再加入30h克庚烷提取，重复两遍（60分钟保持）。第二和第三个提取步骤，样品翻转（180每30秒）只做一次。样品放入通风橱中直到蒸干，锥形分离瓶在105℃干燥4个小时，被转移到样品干燥器里放置30分钟并称量。

  电镜扫描法（SEM）：SEM分析是用在热实验后的硬化冰淇淋，象上面，在Guelph.大学一样。在温度循环完成后，小的样品（约5~6立方毫米）被液氮浸没（-196℃）并破碎成小的部分。取一小部分存入装有液氮的小瓶以为Hitachi S-570 SEM (Hitachi Ltd., Tokyo, Japan).的冷阶段做准备。样品用刀片切好并放入冷去却台上，除去表面的结霜，和在未结冰相的冰晶。然后放入准备室涂膜。后用带有10千伏电压的物镜观察。

  3 结论：低温挤压实验与以往乳化实验有所不同。

脂肪序列的不稳定表明在没有乳化剂或含少量乳化剂的情况下可以提高脂肪结构，但不能形成高度乳化凝块过多形成，特别是那些加入聚山梨醇酯80的混料。没有或含有很少乳化剂的冰淇淋被高度凝结，反而会得到较低的融化率和较高的保型性。在没有或含有很少乳化剂的样品中，挤压冰淇淋的抗融性要明显好于其他，而且它的气泡分布的均匀，并且有更多的脂肪球分布在空气相周围。这个实验为加工过程和混料中成分作用的复杂关系提供了进一步的信息，尤其是当加工条件改变时，如进行的低温挤压加工过程。很明显，条件的改变和优化是必然的。

　

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