Ledų lydymuisi atsparumo proveržis: sistemos valdymas ir putų stabilumas naudojant PGMS, PGE ir DMG trijų dalių maišymą

Greitas ledų tirpimas po šaltosios grandinės nutraukimo yra ilgalaikis techninis iššūkis, su kuriuo susiduria pramonė, ypač karštuose regionuose ir el. -komercijos logistikos scenarijuose. Šiame tyrime sistemingai tiriami trijų komponentų emulsiklio mišinio, susidedančio iš propilenglikolio monostearato (PGMS), poliglicerolio esterių (PGE) ir distiliuotų monogliceridų (DMG), sinergetiniai reguliavimo mechanizmai ledų lydymosi atsparumui ir putų stabilumui. Rezultatai rodo, kad esant PGMS:PGE:DMG masės santykiui 5:3:2 ir bendram pridėjimo lygiui 0,35%, sistema pasižymi optimaliu našumu: 50% tirpimo laikas tęsiasi nuo 38 min (kontrolė) iki 67 min., viršijimas siekia 92%±3%, o jutiminio vertinimo balai yra aukščiausi tarp visų grupių. Šiame darbe mikrostruktūrinio reguliavimo mechanizmai išaiškinami trimis aspektais: -sąsajos plėvelės stiprumas, dalinis riebalų susiliejimo greitis ir ledo rekristalizavimo slopinimas-, pateikiant tiek teorinius pagrindus, tiek praktines gaires kuriant pramoninių lydymuisi atsparių ledų formulę.

Raktiniai žodžiai:Atsparumas ledams{0}}lydytis; PGMS; poliglicerolio esteriai; Distiliuoti monogliceridai; trijų dalių maišymas; Putplasčio stabilumas

Ledai yra sudėtinga kelių{0}}fazių sistema, sudaryta iš riebalų rutuliukų, ledo kristalų, oro burbuliukų ir cukraus tirpalo matricos. Jo struktūrinis stabilumas yra labai jautrus temperatūros svyravimams. Nutrūkus šalčio grandinei, ledo kristalų augimas paspartėja, susilieja oro burbuliukai ir kaupiasi riebalų rutuliukai, dėl kurių produktas suyra ir pablogėja jutimai. Pasaulinė ledų pramonė kasmet patiria šimtus milijonų dolerių ekonominių nuostolių dėl lydymosi -kokybės problemų. Taigi ledų formų kūrimas, pasižymintis puikiu atsparumu lydytis{6}}, tapo bendru akademinės bendruomenės ir pramonės rūpesčiu.

Emulsikliai ledų sistemose atlieka daugybę svarbių vaidmenų: sumažina aliejaus -vandens sąsajos įtampą, kad palengvintų riebalų emulgavimą, skatina dalinį riebalų susiliejimą senėjimo stadijoje, kad būtų sukurtas trimatis tinklas, palaikantis oro burbuliukus, ir stabilizuoja dujų -skysčių sąsają šaldant ir plakant. Tačiau pavieniai emulsikliai dažnai stengiasi tuo pačiu metu patenkinti trigubus atsparumo lydymosi-, perpildymo ir burnos pojūčio reikalavimus-DMG užtikrina gerą tirštumą, bet nepakankamą putų stabilumą; PGMS užtikrina puikias aeravimo savybes, tačiau padidina atsparumą lydymuisi{6}}; PGE suteikia sąsajos plėvelės lankstumo, tačiau sunku tiksliai kontroliuoti dalinį susiliejimą, kai naudojamas vienas.

Remiantis šiais samprotavimais, šiame tyrime siūloma trijų dalių maišymo strategija, apimanti PGMS/PGE/DMG, siekiant panaudoti skirtingų molekulinių struktūrų ir HLB reikšmių emulsiklių sinergetinį poveikį, kad būtų galima sukurti sąsajos plėvelę, pasižyminčią ir standumu, ir lankstumu, tuo pačiu padidinant kremo stabilumą ir stiprumą.

1 Medžiagos

PGMS (propilenglikolio monostearatas, HLB≈3,5, grynumas didesnis arba lygus 95 %), PGE (poliglicerolio riebalų rūgščių esteriai, HLB≈6,0, polimerizacijos laipsnis 3-5) ir DMG (distiliuoti monogliceridai, HLB≈≈0 % monoesterių buvo iki 3,8 %). maisto{11}}klasės, komercinės kilmės. Nugriebto pieno milteliai (baltymų kiekis 34%), bevandeniai pieno riebalai (pieno riebalų kiekis 99,9%), sacharozė, kukurūzų sirupo kietosios medžiagos (DE 42), guaro derva, karageninas ir mikrokristalinė celiuliozė buvo visi maistiniai ingredientai.

2 Formulės ir apdorojimas

Pagrindinę ledų formulę sudarė: pieno riebalai 8,0 %, ne-riebaus pieno sausosios medžiagos 10,5 %, sacharozė 12,0 %, kukurūzų sirupo sausosios medžiagos 4,0 % ir bendrosios sausosios medžiagos 36,5 %. Bendras emulsiklio pridėjimo lygis buvo nustatytas ties 0,35 % (m/w viso mišinio), o trijų dalių maišymo santykis suprojektuotas taip, kaip parodyta 1 lentelėje. Stabilizatoriaus mišinys (0,12 % guaro dervos, 0,02 % karagenino %, 0,15 % mikrokristalinės celiuliozės) visose grupėse buvo pastovus.

Apdorojimo etapai: ingredientų maišymas → maišymas 60 laipsnių temperatūroje 30 min → homogenizavimas (65 laipsniai, pirmasis etapas 15 MPa / antrasis 3 MPa) → pasterizavimas (80 laipsnių, 30 s) → greitas aušinimas iki 4 laipsnių → sendinimas (4 laipsniai , 4 val., nepertraukiamas {10}temperatūra 5 maišymas laisvu greičiu ir 5 išleidimas). laipsnis )→užpildymas→grūdinimas sprogimo tunelyje (-40 laipsnių, 30 min)→saugojimas -18 laipsnių temperatūroje.

1 lentelė Trijų komponentų emulsiklio mišinių eksperimentinis dizainas

3 Analitiniai metodai

Atsparumo lydytis{0}}bandymas:Sukietėję ledų pavyzdžiai (-18 laipsnių, 100 ml cilindro formos) buvo dedami ant metalinio tinklelio (2 mm tinklelio) pastovios -temperatūros kameroje 25 ° ± 0,5 laipsnio. Buvo užfiksuotas pirmasis lašėjimo laikas ir 50% masės ištirpimo laikas. Atsparumo lydymuisi santykis buvo apibrėžtas kaip 50 % lydymosi laikas, padalintas iš kontrolinio laiko.

Perviršio matavimas:Fiksuoto tūrio ledų masė buvo sveriama prieš ir po užšaldymo. Perviršis (%)=(masė prieš užšalimą - masė po užšaldymo) / masė po užšaldymo × 100%.

Riebalų dalinio susijungimo greitis:Nustatyta ekstrahuojant tirpikliu{0}}UV spektrofotometrija. Dalinio susiliejimo greitis=laisvųjų riebalų kiekis / bendras riebalų kiekis × 100%.

Putų stabilumas:Ištirpęs ledų mišinys buvo išplaktas iš naujo, o laikas, reikalingas putų kiekiui 50 % sumažinti, buvo užregistruotas kaip putos pusinės -laikas.

Sensorinis įvertinimas:12 apmokytų vertintojų grupė, naudodama 9 balų hedoninę skalę, įvertino tirpstantį-burnos pojūtį, glotnumą, kremiškumą, vėsumo pojūtį ir bendrą priimtinumą.

1 Maišymo santykio įtaka atsparumui lydytis{1}}

1 paveiksle pavaizduotas ledų lydymosi elgesys esant skirtingiems emulsiklio santykiams. T0 kontrolė (vien PGMS) pasižymėjo 50% lydymosi trukme 38 min., o pirmojo lašėjimo - 22 min. Tarp trijų mišinių grupių T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2) pasižymėjo geriausiu našumu: 50 % tirpimo laikas buvo pailgintas iki 67 min.,{13}}76,3 % pagerėjimas, palyginti su kontroline,{15}}ir pirmasis lašėjimo laikas atidėtas iki 41 min.

2 lentelė Lydymosi-Ledų mėginių atsparumas ir struktūriniai parametrai

Kai DMG kiekis buvo per mažas (T1), sąsajos plėvelė neturėjo pakankamai standumo, dalinės sujungimo greitis buvo neoptimalus (55%), putplasčio tinklo struktūra liko laisva, o tirpimas vyko gana greitai. Ir atvirkščiai, kai DMG kiekis buvo per didelis (T5), riebalų rutuliukai susikaupė į dideles riebalų sankaupas, kurios sutrikdė putų vienodumą, todėl perviršis sumažėjo iki 72 %, o atsparumas lydymosi -atsparumas smarkiai pablogėjo. Tai rodo, kad trijų komponentų mišinio sistemoje yra optimalus DMG langas -reikia pakankamai kristalinių riebalų, kad būtų sukurtas tinklo skeletas, tačiau reikia vengti pernelyg didelio susikaupimo, kad būtų išsaugotas burbulo vientisumas.

2 Trijų dalių mišinio sąsajos reguliavimo mechanizmai

Padidintas atsparumas lydymosi{0}}atsparumui, kurį suteikia PGMS/PGE/DMG trijų dalių mišinys, atsiranda dėl sinergetinių mechanizmų, veikiančių trimis lygiais:

Sąsajos plėvelės lygis:DMG suteikia standų kristalinį riebalų paviršių sluoksnį, kuris tarnauja kaip putplasčio tinklo mazgai ir karkasas; PGE, turinti santykinai didelę HLB vertę ir puikų sąsajos lankstumą, sudaro elastingą plėvelę dujų{0}}skysčio sąsajoje, padidindama burbulo atsparumą deformacijai; PGMS atlieka tarpinį vaidmenį, galintis kartu{1}}kristalizuotis su DMG, kad sustiprintų tinklo stiprumą ir kartu sumažintų sąsajos įtampą su PGE, kad būtų lengviau susidaryti smulkių oro burbuliukų.

Dalinis susiliejimo reguliavimas:Dalinis riebalų susiliejimas yra labai svarbus ledų putos struktūrai susidaryti. Kai dalinio susiliejimo greitis yra per mažas (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%), riebalų sankaupos sukelia burbulų susiliejimą ir struktūrinį žlugimą. 68% dalinio T3 grupės susijungimo dažnis tiksliai patenka į literatūroje nurodytą optimalų langą (60–75%), užtikrinant tinklo tęstinumą ir išvengiant žlugimo rizikos, susijusios su pernelyg dideliu agregavimu.

Ledo kristalų slopinimas:Sąsajos plėvelė ir riebalų tinklas, sudarytas iš trijų komponentų emulsiklio mišinio, veikia kaip fizinės kliūtys, stabdančios Ostvaldo ledo kristalų brendimą. Po 30 dienų laikymo -18 laipsnių temperatūroje vidutinis ledo kristalo skersmuo T3 grupėje buvo 32 μm, žymiai mažesnis nei 48 μm, stebėtas kontrolinėje-, ir tai paaiškina puikaus atsparumo lydymuisi mikrostruktūrinį pagrindą.

3 būdai, kaip padidinti putplasčio stabilumą

Putos stabilumas lemia ledų formos išlaikymo gebėjimą lydymosi proceso metu. T3 grupės putų pusinės eliminacijos laikas buvo 34 min., maždaug 1,9 karto ilgesnis nei kontrolinės grupės. Elastinga PGE adsorbcija dujų -skysčio sąsajoje yra pagrindinis veiksnys, padedantis padidinti putų stabilumą,{7}}daugelio hidroksilo hidrofilinių galvučių grupės sudaro vandenilio jungčių tinklus su vandens molekulėmis, padidindamos sąsajos plėvelės hidratacijos sluoksnio storį. Tuo pačiu metu DMG ir PGMS sukurtas riebalų tinklas suteikia fizinę paramą oro burbuliukams, trukdydamas skystos plėvelės nutekėjimui tarp burbuliukų ir slopindamas burbulų susiliejimą.

4 Sensorinio vertinimo patvirtinimas

3 lentelė Ledų mėginių jutiminiai balai (9 balų skalė)

T3 grupė gavo žymiai aukštesnius balus nei kontrolinė, ir T5 grupės dėl tirpimo burnoje pojūčio ir glotnumo, o tai patvirtina lemiamą atitinkamo dalinio susiliejimo greičio įtaką tekstūros subtilumui.

Remiantis šio tyrimo išvadomis, ledų gamintojams, taikantiems trijų komponentų PGMS/PGE/DMG mišinių sistemą, patariama veikti tokiame formulavimo lange: bendras emulsiklio pridėjimo lygis 0,30-0,40 %, o PGMS:PGE:DMG masės santykis yra 4,5-5,3-2...2:2. Tikslus nustatymas šiame diapazone gali būti atliekamas pagal riebalų kiekį, neriebaus pieno sausųjų medžiagų kiekį ir produkto tipą.

Ateities tyrimų kryptys gali apimti šios trijų komponentų mišinių sistemos veikimą naudojant augalinius ledus, taip pat skirtingų riebalų rūgščių sudėties (sočiųjų ir nesočiųjų santykių) įtaką sumaišytos paviršinės plėvelės savybėms.