脂肪球的部分聚結(jié)對冰淇淋品質(zhì)的影響

陳雪,劉立增*,劉愛國,金華進(jìn),許穎,徐軍

1(天津商業(yè)大學(xué) 生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院,天津,300134)

2(天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實驗室,天津,300134)

3(伊利伊諾科技(上海)有限責(zé)任公司,上海,200245)

冰淇淋作為一種深受人們喜愛的冷凍休閑食品。它是一種復(fù)雜的食品膠體體系,由未冷凍的血清相、冰晶、脂肪球和氣泡組成的水包油型乳狀液[1]。與普通乳狀液有所不同,冰淇淋的乳狀液體系要求靜置下穩(wěn)定,而在低溫攪打時脂肪球失穩(wěn)并發(fā)生部分聚結(jié),進(jìn)而形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[2]。在此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,乳化劑和蛋白質(zhì)包裹脂肪,部分聚結(jié)的脂肪球包裹氣泡,使得冰淇淋具有理想質(zhì)構(gòu)和感官特性[3]。冰淇淋中的主要原輔料(如非脂乳固體、蔗糖、脂肪、穩(wěn)定劑和乳化劑)及工藝過程(如混合、殺菌、均質(zhì)、老化、凝凍)都有助于這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[4]。用于冰淇淋生產(chǎn)的脂肪、乳化劑、蛋白質(zhì)三者的多樣性,導(dǎo)致脂肪球有不同的結(jié)晶特性,進(jìn)而使脂肪球發(fā)生不同程度的部分聚結(jié)。部分聚結(jié)對冰淇淋品質(zhì)的影響,目前有較少的報道。本文綜述了各因素對脂肪球聚結(jié)的影響,說明了脂肪球部分聚結(jié)對冰淇淋品質(zhì)起關(guān)鍵性的作用,以便于在冰淇淋生產(chǎn)過程中控制過量的脂肪球部分聚結(jié),生產(chǎn)出高質(zhì)量的冰淇淋。

1 乳狀液的失穩(wěn)機(jī)理

乳狀液是由2種不相溶的液體組成,一種液體以液滴(分散相)的形式分散在另一種(連續(xù)相)液體中[5]。其穩(wěn)定性受組成成分、加工方式和環(huán)境條件的影響。如圖1所示,乳狀液的幾種失穩(wěn)機(jī)理主要包括奧氏熟化、絮凝、聚結(jié)和乳析或沉降。

圖1 乳狀液失穩(wěn)機(jī)理

1.1 奧氏熟化

奧氏熟化是由于不同粒徑的脂肪液滴在連續(xù)相中的溶解度不同,大脂肪液滴溶解度比小脂肪液滴溶解度小,隨著時間推移小脂肪液滴溶解在連續(xù)相中,大脂肪液滴變大的現(xiàn)象為奧氏熟化[6]。在奧氏熟化過程中,大液滴的粒徑不斷變大,其液滴的平均粒徑變大。

若體系中奧氏熟化為主要的影響因素,則可以由公式(1)計算奧氏熟化速率[7]:

(1)

式中:K是奧氏熟化速率,μm/s;r是脂肪球平均粒徑,μm;t是時間,s。

由公式(1)可知,r3與時間t呈線性關(guān)系,直線的斜率為奧氏熟化速率,因此可以測定脂肪球粒徑隨時間的變化來確定乳狀液的穩(wěn)定性。

1.2 乳析或沉降

乳析或沉降指球狀物遷移到連續(xù)相的頂部或底部,是由密度差異引起的,密度小于連續(xù)相的較小液滴向頂部移動,密度大于連續(xù)相的向底部移動。此現(xiàn)象可以根據(jù)斯托克斯(Stokes)定律來解釋[8],如公式(2)所示:

(2)

式中:VStokes是乳析速度,cm/s;d是乳液液滴半徑,cm;Δρ是兩相的密度差,g/mL;η是連續(xù)相的黏度,pa·s;g是重力加速度,cm/s2。

由公式(2)可知,乳析速度與脂肪球粒徑的平方、兩相的密度差成正比,與連續(xù)相的黏度成反比,因此可以通過減小脂肪球粒徑、減小兩相之間的密度差,增加連續(xù)相的黏度來降低乳析速度。

1.3 絮凝

絮凝是脂肪液滴之間相互作用的結(jié)果,在不改變脂肪液滴大小的條件下,脂肪球液滴相互凝集在一起而形成脂肪團(tuán)簇。在部分情況下,絮凝是可逆的,通過簡單的攪拌絮凝體就能被破壞[9]。

兩個半徑為r的球形液滴,范德華引力F與2個球形液滴表面之間的距離h關(guān)系如公式(3)所示[10]。

(3)

式中:A是Hamaker常數(shù),與粒子性質(zhì)有關(guān),是物質(zhì)的特征常數(shù),具有能量單位,一般為10-19～10-20J;“-”是指吸引力;r是液滴的半徑,μm;h是兩液滴之間的距離,μm。

由公式(3)可知,兩球形液滴之間的半徑越大或距離越小,2個球形液滴之間的范德華吸引力越大,范德華引力大于液滴之間的排斥力,則發(fā)生絮凝。結(jié)合Stokes公式,半徑越大,乳析速度變大,因此可知乳狀液發(fā)生絮凝,較易發(fā)生乳析、沉降。

1.4 聚結(jié)

聚結(jié)是2個或多個液滴相互碰撞,形成一個大液滴的過程。在食品乳狀液中,根據(jù)油相的物理性質(zhì)不同,聚結(jié)分為2種方式:

a)當(dāng)油相是液體時,2個或多個油滴融合成一個大液滴;

b)當(dāng)脂肪是固態(tài)脂肪時,溫度低于熔點(diǎn),脂肪發(fā)生結(jié)晶,在剪切作用下發(fā)生碰撞,結(jié)晶脂肪球內(nèi)部的晶體伸入連續(xù)相刺破鄰近脂肪球的界面膜,使膜破裂,脂肪球內(nèi)部的晶體形成具有一定剛性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),阻止其發(fā)生聚結(jié),分散相中液態(tài)油對連接的脂肪球有潤濕作用,加強(qiáng)之間的連接,此現(xiàn)象稱為部分聚結(jié),如圖2所示。部分聚結(jié)是一種不可逆的不穩(wěn)定機(jī)制,其脂肪球能夠保持各自的特性[11]。在冰淇淋中,常采用固態(tài)脂肪,在老化階段脂肪結(jié)晶,發(fā)生部分聚結(jié)。多項研究表明,冰淇淋的主要失穩(wěn)機(jī)制是脂肪球的部分聚結(jié),并且強(qiáng)調(diào)了部分聚結(jié)對冰淇淋質(zhì)構(gòu)的重要性[12-13]。

圖2 部分聚結(jié)

2 部分聚結(jié)對冰淇淋品質(zhì)的影響

脂肪球部分聚結(jié)對冰淇淋質(zhì)構(gòu)形成的作用,如圖3所示。主要由4個部分組成:a)脂肪球及其脂肪聚結(jié)體,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),可以穩(wěn)定氣泡,形成一定的膨脹率;b)冰晶,小于50 μm可以提供細(xì)膩的口感;c)空氣泡,由部分聚結(jié)的脂肪球、蛋白質(zhì)以及乳化劑形成界面所包圍,一般氣泡直徑為25～30 μm,微小的氣泡分布在冰淇淋中,使得冰淇淋具有較好的質(zhì)構(gòu);d)連續(xù)相,水相中含有溶解的蛋白質(zhì)、穩(wěn)定劑、乳化劑和糖類等。蛋白質(zhì)和乳化劑,兩者競爭吸附在脂肪球表面,使脂肪球發(fā)生部分聚結(jié)。未凍結(jié)相在冰晶和脂肪球之間,防止兩者緊密接觸,破壞部分聚結(jié)所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。4個部分相互作用形成一個穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)[14]。

圖3 冰淇淋乳狀液和冰淇淋結(jié)構(gòu)[19]

冰淇淋是典型的攪打型乳狀液,其結(jié)構(gòu)的形成依賴于部分聚結(jié)。脂肪球發(fā)生部分聚結(jié)形成一個三維結(jié)構(gòu),穩(wěn)定空氣,使冰淇淋獲得較好的膨脹率。研究表明,當(dāng)脂肪球的部分聚結(jié)程度較高時,氣泡尺寸較小且分布均勻,減緩融化的速度,較大體積的氣泡減緩了熱量的傳遞[1]。不僅如此,感官評價也受到部分聚結(jié)程度的影響,脂肪部分聚結(jié)程度高,形成大的脂肪球簇,導(dǎo)致糊口性增強(qiáng);相同的固體脂肪含量,但有大量部分聚結(jié)的脂肪球,會產(chǎn)生較強(qiáng)的油膩感[15]。因此在冰淇淋中,控制脂肪球的聚結(jié)是有必要的,使其形成穩(wěn)固的脂肪網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),該網(wǎng)絡(luò)有助于氣泡的穩(wěn)定[16],使產(chǎn)品獲得較好的感官特性[17]和結(jié)構(gòu)特征[18]。這種脂肪網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與冰淇淋的配方(例如乳化劑、脂肪類型、和蛋白質(zhì))、外部因素(剪切速率)以及加工方式有關(guān)[3]。

2.1 配方組成對脂肪部分聚結(jié)的影響

2.1.1 乳化劑

乳化劑在冰淇淋乳狀液中,除了乳化作用外,還有以下作用:a)穩(wěn)定脂肪球,呈細(xì)微的乳濁液;b)防止大冰晶的形成,使冰淇淋結(jié)構(gòu)細(xì)膩;c)促進(jìn)脂肪結(jié)晶,使其發(fā)生部分聚結(jié),有利于氣泡的穩(wěn)定性,提高冰淇淋在室溫下的耐熱性。冰淇淋配方中,通常加入小分子的非離子型乳化劑,小分子乳化劑具有較強(qiáng)的表面活性,吸附在油水界面,形成致密的吸附層,主要依靠動態(tài)吸附機(jī)制。關(guān)于乳化劑穩(wěn)定乳狀液,有研究提出了Gibbs-Marangoni機(jī)制[20],該機(jī)制提出乳化劑需在界面處快速擴(kuò)散或遷移,以減少可能出現(xiàn)的表面濃度梯度。而且乳化劑在快速移動過程中會拖動相關(guān)的連續(xù)相,從而快速恢復(fù)脂肪球間滲透壓的平衡,達(dá)到穩(wěn)定乳狀液的效果。

多糖類具有分子質(zhì)量較大、黏度較高等特點(diǎn),能夠形成較厚的乳液界面,穩(wěn)定性較好。多糖類穩(wěn)定乳狀液的機(jī)理與小分子乳化劑有所不同,小分子乳化劑主要影響液滴的粒徑分布,加入小分子乳化劑的乳狀液液滴粒徑相對較小,其脂肪球粒徑分布呈單峰或雙峰分布。多糖類與小分子乳化劑相比,其形成的液滴比小分子乳化劑大,因多糖類在顆粒表面形成弱凝膠結(jié)構(gòu)。多糖類主要通過3方面穩(wěn)定乳狀液[21]。

a)通過影響乳狀液的水相的黏度:多糖類在水溶液中具有一定的黏度,乳狀液靜置時,可以弱化布朗運(yùn)動、弱化重力作用,減少液滴聚結(jié)的幾率,使乳狀液穩(wěn)定;

b)質(zhì)構(gòu):多糖的空間位阻防止液滴發(fā)生聚結(jié);大多數(shù)多糖是帶負(fù)電的,多糖吸附在油-水界面上,通過同性相斥來阻止脂肪球聚結(jié);

c)液滴結(jié)構(gòu):在界面上與蛋白質(zhì)發(fā)生交互作用,包括共價交互作用和靜電交互作用,從而穩(wěn)定乳狀液。

蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物能夠在液滴外層形成保護(hù)層,提高乳液的穩(wěn)定性。其能夠抑制乳狀液不穩(wěn)定現(xiàn)象發(fā)生的主要原因是具有高表面活性、增加分散介質(zhì)的黏度以及形成凝膠狀帶電和厚吸附層的能力。以阿拉伯膠[22]為例,其具有耐酸耐堿性且稀釋也具有乳化性的特點(diǎn),相比于小分子乳化劑,乳化效率較低,因而需要添加較高含量,才能覆蓋脂肪球液滴,防止聚結(jié),它的增稠能力對提高乳狀液的穩(wěn)定性有利。而且阿拉伯膠可以改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象展開方式,使蛋白質(zhì)更易吸附于界面上,增強(qiáng)蛋白質(zhì)的乳化性能。

小分子乳化劑的飽和度不同,對乳狀液有不同的作用效果。在促進(jìn)脂肪結(jié)晶時,與不飽和單甘酯(單油酸甘油酯)相比,飽和單甘脂(單硬脂酸甘油酯)更有效地促進(jìn)脂肪結(jié)晶,FOUBERT等[23]研究發(fā)現(xiàn),飽和單甘酯在低溫下因其過飽和而非?？斓鼐奂?產(chǎn)生大量的晶核,從而導(dǎo)致更短的誘導(dǎo)時間和更高的生長速率。另一方面,不飽和單甘酯更有效的替代脂肪球上的蛋白質(zhì),GOFF等[24]添加飽和單甘脂和不飽和單甘脂制作冰淇淋,用透射電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),與飽和單甘脂相比,不飽和單甘脂制作的冰淇淋,形成較好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),更好地包裹氣泡,具有較好的抗融效果。

另外,TUAL等[25]研究表明,乳化劑的濃度也會影響脂肪球的部分聚結(jié),一般來說乳化劑濃度較低,導(dǎo)致脂肪球發(fā)生大量的真正聚結(jié)形成不均勻的脂肪球網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);濃度較高,導(dǎo)致較低的界面蛋白濃度,形成松散而脆弱的結(jié)構(gòu),從而降低了產(chǎn)品的硬度,過量游離的乳化劑會產(chǎn)生泡沫,但不能使泡沫穩(wěn)定;適量的乳化劑可以使冰淇淋乳化效果更加穩(wěn)定,防止油水分離,增強(qiáng)口感。

2.1.2 蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)具有兩親結(jié)構(gòu),可以向油水界面遷移,親水基團(tuán)向水相移動,而疏水基團(tuán)向油相移動,其獨(dú)特的性質(zhì)可以在脂肪表面形成黏彈性的界面膜,通過空間和靜電作用,能夠防止油滴發(fā)生聚結(jié),為氣泡提供一定的穩(wěn)定作用[26]。由于結(jié)構(gòu)不同,不同蛋白質(zhì)在油水界面的分子重排和吸附程度可能不同,被吸附蛋白層的黏彈性特性影響了防止脂肪球體聚結(jié)、絮凝和再聚結(jié)的能力[2]。根據(jù)GB/T 31114—2014《冷凍飲品 冰淇淋》蛋白質(zhì)含量需>2.2%～2.5%,脂肪需>5.0%～8.0%。在均質(zhì)過程中,蛋白質(zhì)吸附于脂肪球界面,并會在界面上部分展開,通過蛋白相互作用使界面層具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,阻礙脂肪球發(fā)生聚結(jié),穩(wěn)定乳液。蛋白質(zhì)分子質(zhì)量較大,移動性差,但是一旦吸附于界面,形成黏彈性薄膜,有效穩(wěn)定乳狀液,因此蛋白質(zhì)穩(wěn)定乳液的機(jī)制被認(rèn)為是一種靜態(tài)的穩(wěn)定機(jī)制[27]。

冰淇淋中蛋白質(zhì)主要是由乳粉提供,根據(jù)結(jié)構(gòu)分為兩類:酪蛋白和乳清蛋白,酪蛋白因為其中含有大量的脯氨酸,脯氨酸是亞氨基酸,亞氨基缺少一個氫原子無法形成鏈內(nèi)氫鍵,阻止了有序二級結(jié)構(gòu)的形成,表現(xiàn)出靈活的無序構(gòu)象,幾乎沒有二級結(jié)構(gòu);乳清蛋白具有相當(dāng)有序的二級結(jié)構(gòu),具有通過分子內(nèi)二硫鍵連接在一起的緊密三級結(jié)構(gòu)[28]。乳清蛋白主要分散在水溶液中,親水基團(tuán)大多數(shù)分布在外側(cè),從而呈現(xiàn)出較好的水溶性,且分子質(zhì)量小于酪蛋白,相對來說,乳清蛋白的乳化性較好。蛋白質(zhì)的乳化性除了與自身結(jié)構(gòu)有關(guān),還受到乳狀液的環(huán)境溫度以及乳化劑與其競爭吸附作用的影響。微環(huán)境的改變導(dǎo)致蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生變化,適度的熱處理使蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)會部分展開或全部展開,疏水基團(tuán)暴露,表面疏水性越強(qiáng),吸附在油水界面的蛋白質(zhì)就越多,界面張力就越低,有利于乳狀液穩(wěn)定[29]。

僅由大分子蛋白質(zhì)能夠使乳狀液穩(wěn)定,較好地阻礙脂肪球發(fā)生聚結(jié),但是不利于冰淇淋質(zhì)構(gòu)的形成。若完全是小分子乳化劑,界面膜較弱,同樣不利于冰淇淋質(zhì)構(gòu)的形成。因此在設(shè)計冰淇淋配方是通常會加入大分子和小分子表面活性劑,其穩(wěn)定乳狀液的機(jī)制不同,而發(fā)生競爭性吸附,在冰淇淋工藝過程中置換蛋白質(zhì),導(dǎo)致脂肪球吸附層的松動,增加了脂肪晶體穿透的可能性,從而促進(jìn)了冰淇淋中脂肪的部分聚結(jié)。

2.1.3 脂肪

油脂是由甘油和脂肪酸分子結(jié)合而形成的酯類化合物。脂肪酸的飽和度、碳鏈長度以及順反異構(gòu)決定著油脂的性質(zhì)。脂肪酸的碳鏈越短,飽和度越低,油脂的熔點(diǎn)低[30]。冰淇淋中常用椰子油、棕櫚油和黃油等固態(tài)脂肪,椰子油的熔點(diǎn)為24～27 ℃,飽和脂肪酸含量高,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為91%,主要以飽和的低、中碳鏈為主,其晶型一般為β型,用其制作的冰淇淋口感清爽。棕櫚油的熔點(diǎn)為24～41 ℃,飽和脂肪酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于85%,其晶型一般為β′型,用其制作的冰淇淋有油膩感[31]。黃油的成分復(fù)雜,黃油中所有的脂肪球都有一個由高熔點(diǎn)甘油三酯與聚集在球體內(nèi)的大量結(jié)晶脂肪結(jié)合而組成的晶殼,黃油樣品加熱到25 ℃,晶殼的大部分仍保持不變。

脂肪的結(jié)構(gòu)和熱特性是冰淇淋冷凍過程中的重要因素,不同脂肪酸組成的油脂形成不同的脂肪結(jié)晶特性,導(dǎo)致形成的脂肪晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有較大的差異[19]。LIU等[32]指出脂肪酸的組成對脂肪結(jié)晶有較大的影響,表明富含月桂酸和肉豆蔻酸含有較小的晶體,脂肪晶體網(wǎng)絡(luò)中較大的空間被小針狀晶體占據(jù),形成密集的微觀結(jié)構(gòu),而硬脂酸含量較高則形成了大的球形晶體;以棕櫚酸和油酸為主的脂肪出現(xiàn)大的層狀晶體簇,分布稀疏,導(dǎo)致晶體網(wǎng)絡(luò)不完整。一般來說,飽和脂肪酸含量越高,結(jié)晶速率越快,晶體尺寸越小,空間分布越均勻。

2.1.3.1 固體脂肪含量

當(dāng)溫度降低時,脂肪液滴發(fā)生結(jié)晶,晶體成核開始逐漸生長,產(chǎn)生固體脂肪。固體脂肪含量對部分聚結(jié)至關(guān)重要,部分聚結(jié)需固體脂肪和液態(tài)脂肪之間達(dá)到最佳比例。FULLER等[33]研究表明固體脂肪含量在低(<25%)和高(>60%)時,部分聚結(jié)率相對較低。乳狀液中的固體脂肪含量和液態(tài)脂肪含量過多或過少對部分聚結(jié)都有一定的阻礙作用,若乳液中的固體脂肪含量占100%,相鄰2個脂肪球之間無法連接;若均為液態(tài)油,2個脂肪球接觸后完全融合,形成一個大的脂肪球[34]。液態(tài)油的流動也受限于晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的致密性,若晶體的縫隙很小,即使固體脂肪含量很低,液態(tài)油也無法透過縫隙,脂肪球也很難發(fā)生部分聚結(jié)。

2.1.3.2 脂肪晶體大小和晶型

脂肪晶體網(wǎng)絡(luò)的形成一般包括成核和晶體生長,是2個復(fù)雜的熱力學(xué)過程。脂肪晶體在乳狀液生長的主要過程,如圖4所示[35],液體油在過冷驅(qū)動力下,甘油三脂分子形成穩(wěn)定的核,然后組裝成薄片,薄片結(jié)合形成晶體納米片,其堆積形成單晶,當(dāng)單晶達(dá)到一定數(shù)量時,在范德華引力的作用下,單晶相互吸引聚集成晶簇,晶體直接進(jìn)一步團(tuán)聚、交織形成三維結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[36]。在冰淇淋乳狀液中,脂肪結(jié)晶形成的晶體傾向于向界面移動,會刺破鄰近脂肪球膜發(fā)生部分聚結(jié)。

圖4 甘油三脂的結(jié)構(gòu)層次和脂肪結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)的形成過程

典型的脂肪晶型主要有α、β′和β,如表1所示,其中α晶型最不穩(wěn)定,熔點(diǎn)最低,會轉(zhuǎn)變β′晶型,β′晶型轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮榉€(wěn)定的β晶型,是不可逆過程。β′晶型的介于α和β晶型之間。β晶型的穩(wěn)定性最高,熔點(diǎn)也最高,晶體較大。不同晶型的脂肪晶體表現(xiàn)出不同的形態(tài),在顯微鏡下,α晶型產(chǎn)生微小的晶體,β′晶型通常是細(xì)針狀,其大小在1 μm以下,形成一個較細(xì)密的脂肪晶體網(wǎng)絡(luò),可以提高對冰淇淋的膨脹率,而β晶型通常是板狀晶體,只能結(jié)合少量的直徑較大的氣泡[37]。

表1 晶型部分特征[40]

脂肪酸組成不同,形成不同的脂肪晶型,當(dāng)脂肪晶體為片狀或球狀時,脂肪球粒徑以單個分布為主;脂肪球晶體為針狀能夠刺破鄰近脂肪球發(fā)生部分聚結(jié)。脂肪晶體大小對冰淇淋乳液中脂肪部分聚結(jié)的影響研究表明,相對于圓形晶體,針狀脂肪晶體更容易導(dǎo)致脂肪球部分聚結(jié);晶體的突出距離越大,脂肪球越容易發(fā)生部分聚結(jié)[38-39]。脂肪晶體除了穿透鄰近脂肪球,發(fā)生部分聚結(jié),晶體的功能還在于在小球內(nèi)形成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò),以穩(wěn)定聚結(jié)脂肪球的各個形狀并防止完全聚結(jié)。

2.2 剪切速率

剪切速率使得脂肪球之間的碰撞幾率增加,增加部分聚結(jié)的可能性。MOENS等[11]研究表明,剪切速率較大會加劇部分聚結(jié)形成大尺寸的脂肪團(tuán)塊,但較慢的剪切速率不利于部分聚結(jié)。機(jī)械剪切力通過界面層誘導(dǎo)晶體穿刺以引發(fā)聚結(jié),脂肪部分聚結(jié)的速度和程度很大程度上取決于界面膜的剛度。在攪打過程中,由于脂肪晶體穿過膜,機(jī)械剪切導(dǎo)致脂肪滴部分聚結(jié)。一般而言,較高的剪切力會導(dǎo)致更小的氣室和更多更大的脂肪球簇。

2.3 加工方式

冰淇淋生產(chǎn)過程中,殺菌、均質(zhì)、老化、凝凍也有助于三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。殺菌旨在殺死致病菌、破壞微生物所產(chǎn)生的毒素,而且可以通過改變溫度條件使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,進(jìn)而改善冰淇淋的品質(zhì);均質(zhì)過程中,在壓力的作用下使脂肪球破碎,會形成沒有完全被脂肪球膜包裹的界面,冰淇淋乳狀液中的蛋白質(zhì)和乳化劑競爭吸附在脂肪球表面,形成新的脂肪球膜。冰淇淋生產(chǎn)過程中,一般是采用先殺菌后均質(zhì),也有部分企業(yè)采用先均質(zhì)后殺菌的工藝流程。兩種加工方式導(dǎo)致蛋白質(zhì)的吸附性質(zhì)不同,以至于脂肪球部分聚結(jié)程度不同,從而影響冰淇淋的質(zhì)構(gòu)。程金菊等[41]研究了乳蛋白、乳蛋白-乳清蛋白和乳蛋白-大豆蛋白先殺菌后均質(zhì)、先均質(zhì)后殺菌對冰淇淋品質(zhì)的影響,結(jié)果表明乳蛋白,先殺菌或先均質(zhì),對冰淇淋品質(zhì)未產(chǎn)生顯著性的影響,而乳蛋白-乳清蛋白和乳蛋白-大豆蛋白,先均質(zhì)后殺菌引起的脂肪球部分聚結(jié)程度更高,使冰淇淋組織結(jié)構(gòu)細(xì)膩,具有較好的抗融性。先均質(zhì)后殺菌,乳蛋白-乳清蛋白和乳蛋白-大豆蛋白都是連續(xù)相中未吸附蛋白質(zhì)和脂肪球表面的蛋白質(zhì)之間相互作用增強(qiáng),從而使脂肪球發(fā)生部分聚結(jié)。先殺菌后均質(zhì)會導(dǎo)致蛋白吸附量增加,使脂肪球不易發(fā)生部分聚結(jié)。乳蛋白-乳清蛋白殺菌過程中,乳清蛋白在一定溫度條件下會變性,β-球蛋白展開且疏水基團(tuán)暴露,使得乳清蛋白能夠與κ-酪蛋白相互作用,形成熱誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)聚集體,從而使脂肪球表面的蛋白質(zhì)吸附量增加;而乳蛋白-大豆蛋白是溫度條件導(dǎo)致其亞基解離,促進(jìn)可溶性聚集體的形成,使得蛋白質(zhì)的疏水性增強(qiáng),增加了蛋白質(zhì)在脂肪球表面的吸附量[20]。由此可知,不改變脂肪球球膜組成成分,而想改變脂肪球的部分聚結(jié)度,可以通過選擇不同的加工方式,改變蛋白質(zhì)的吸附性質(zhì),從而達(dá)到理想的部分聚結(jié),使冰淇淋獲得理想的質(zhì)構(gòu)。冰淇淋結(jié)構(gòu)的形成依賴于脂肪球的部分聚結(jié),在老化階段,隨著溫度降低,脂肪開始結(jié)晶,固體脂肪比例逐漸增加[42];凝凍過程中,單獨(dú)的充入空氣或者剪切都無法使脂肪球發(fā)生聚結(jié)形成較好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),若想要理想的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),充氣和剪切須同時進(jìn)行[43]。在凝凍過程中,較低的溫度使得脂肪晶體不斷生長,由于受到剪切力的作用,脂肪球之間發(fā)生相互碰撞,脂肪晶體突出穿透鄰近脂肪球膜,引發(fā)由脂肪晶體為介導(dǎo)的部分聚結(jié),形成三維結(jié)構(gòu),包裹進(jìn)入的空氣,隨著不斷的攪拌,更多的氣泡被脂肪球網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包裹,這種結(jié)構(gòu)貫穿于整個冰淇淋產(chǎn)品中[2],使冰淇淋獲得光滑細(xì)膩的質(zhì)構(gòu)、良好的抗融性和保形性,相反若脂肪球不發(fā)生部分聚結(jié),使得冰淇淋組織粗糙,抗融性差。

3 結(jié)語

綜上所述,冰淇淋的配方、外界環(huán)境和加工方式都對脂肪球部分聚結(jié)有較大的影響,最終影響冰淇淋的感官品質(zhì)、理化特征。因此非常有必要控制冰淇淋中脂肪球的部分聚結(jié)。在冰淇淋制作過程中,可以通過選用乳化劑、脂肪、種類蛋白質(zhì)等添加量與種類或采用不同的加工方式來使冰淇淋獲得較好的脂肪網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是真實乳狀液體系,體系成分復(fù)雜,影響因素較多,各影響因素之間有交互作用,導(dǎo)致真實乳狀液體系的作用機(jī)理較難被闡述清楚。目前的研究局限于簡單的體系,對于冰淇淋漿料乳狀液復(fù)雜體系,部分聚結(jié)各因素之間的相互作用關(guān)系還需要進(jìn)一步的研究。