Soyut
Soğuk zincirin bozulmasının ardından dondurmanın hızla erimesi, özellikle sıcak bölgelerde ve e-ticaret lojistiği senaryolarında akut olmak üzere sektörün karşı karşıya olduğu uzun süredir devam eden teknik bir zorluktur. Bu çalışma, propilen glikol monostearat (PGMS), poligliserol esterler (PGE) ve damıtılmış monogliseridler (DMG) içeren üçlü bir emülgatör karışımının dondurmanın erime- direnci ve köpük stabilitesi üzerindeki sinerjistik düzenleyici mekanizmalarını sistematik olarak araştırmaktadır. Sonuçlar, 5:3:2'lik bir PGMS:PGE:DMG kütle oranında ve %0,35'lik toplam ekleme seviyesinde sistemin optimal performans sergilediğini göstermektedir: %50 erime süresi 38 dakikadan (kontrol) 67 dakikaya kadar uzanır, aşım %92±%3'e ulaşır ve duyusal değerlendirme puanları tüm gruplar arasında en yüksek olanıdır. Bu çalışma, mikroyapısal düzenleme mekanizmalarını üç perspektiften (ara yüzey film kuvveti, yağın kısmi birleşme oranı ve buzun yeniden kristalleşmesini önleme) açıklayarak, endüstriyel erimeye-dirençli dondurmanın formülasyon tasarımı için hem teorik temeller hem de pratik yönergeler sağlar.
Anahtar Kelimeler:Dondurmanın erimesine-direnç; PGMS'ler; Poligliserol esterler; Damıtılmış monogliseritler; Üçlü harmanlama; Köpük stabilitesi
giriiş
Dondurma, yağ kürecikleri, buz kristalleri, hava kabarcıkları ve şeker çözeltisi matrisinden oluşan karmaşık, çok-fazlı bir sistemdir. Yapısal stabilitesi sıcaklık dalgalanmalarına karşı oldukça hassastır. Soğuk zincir kesintiye uğradığında buz kristali büyümesi hızlanır, hava kabarcıkları birleşir ve yağ kürecikleri bir araya gelerek sonuçta ürünün çökmesine ve duyusal bozulmaya yol açar. Küresel dondurma endüstrisi, erimeye bağlı kalite sorunları nedeniyle yılda yüz milyonlarca dolarlık ekonomik kayıpla karşı karşıya kalıyor-. Üstün erime direncine sahip dondurma formülasyonları geliştirmek-bu nedenle hem akademi hem de endüstri için ortak bir endişe haline geldi.
Emülgatörler dondurma sistemlerinde çok sayıda kritik rol oynar: yağın emülsifikasyonunu kolaylaştırmak için yağ-su arayüzey gerilimini azaltmak, hava kabarcıklarını destekleyen üç-boyutlu bir ağ oluşturmak için yaşlanma aşamasında yağın kısmi birleşmesini teşvik etmek ve donma ve çırpma sırasında gaz-sıvı arayüzünü stabilize etmek. Bununla birlikte, tekli emülgatörler genellikle erime-direnç, hacimlenme ve ağızda bıraktığı histen oluşan üçlü gereksinimleri aynı anda karşılamakta zorlanırlar.-DMG iyi bir koyulaştırma sunar ancak köpük stabilitesi yetersizdir; PGMS mükemmel havalandırma özellikleri sağlarken erime-direncini sınırlı bir şekilde artırır; PGE, ara yüzey film esnekliği sağlar ancak tek başına kullanıldığında kısmi birleşmeyi tam olarak kontrol etmek zordur.
Bu değerlendirmelere dayanarak, bu çalışma, hem sertliğe hem de esnekliğe sahip bir arayüzey filmi oluşturmak için farklı moleküler yapılara ve HLB değerlerine sahip emülgatörlerin sinerjik etkilerinden yararlanmayı ve böylece dondurmanın köpük stabilitesini ve erime{0}direncini aynı anda artırmayı amaçlayan PGMS/PGE/DMG'yi içeren üçlü bir harmanlama stratejisi önermektedir.
Malzemeler ve Yöntemler
1 Malzemeler
PGMS (propilen glikol monostearat, HLB≈3,5, saflık %95'ten büyük veya ona eşit), PGE (poligliserol yağ asidi esterleri, HLB≈6,0, polimerizasyon derecesi 3-5) ve DMG (damıtılmış monogliseritler, HLB≈3,8, monoester içeriği %90'dan büyük veya eşit) hepsi ticari olarak gıda sınıfındaydı{11}} kaynaklı. Yağsız süt tozu (protein içeriği %34), susuz süt yağı (süt yağı içeriği %99,9), sükroz, mısır şurubu katıları (DE 42), guar sakızı, karragenan ve mikrokristalin selülozun tümü gıdada kullanılabilir bileşenlerdi.
2 Formülasyon ve İşleme
Temel dondurma formülasyonu şunları içeriyordu: süt yağı %8,0, -yağsız süt katıları %10,5, sakaroz %12,0, mısır şurubu katıları %4,0 ve toplam katılar %36,5. Toplam emülgatör ekleme seviyesi, Tablo 1'de gösterildiği gibi tasarlanan üçlü harmanlama oranlarıyla %0,35'te (toplam karışımın ağ/ağ) sabitlendi. Bir stabilizatör karışımı (%0,12 guar sakızı, %0,02 karragenan, %0,15 mikrokristalin selüloz) tüm gruplarda sabit tutuldu.
İşlem adımları: içerik karıştırma → 60 derecede 30 dakika karıştırma → homojenleştirme (65 derece, ilk aşama 15 MPa / ikinci aşama 3 MPa) → pastörizasyon (80 derece, 30 s) → 4 dereceye kadar hızlı soğutma → olgunlaştırma (4 derece, 4 saat, düşük-hızda karıştırma)→ sürekli dondurucuda dondurma ve çırpma (çıkış sıcaklığı -5,5 derece) )→doldurma→patlama tünelinde sertleştirme (-40 derece, 30 dk)→-18 derecede depolama.
Tablo 1 Üçlü Emülgatör Karışımları için Deneysel Tasarım
| Grup | PGMS'ler (%) | PGE (%) | Hasar (%) | Toplam (%) |
|---|---|---|---|---|
| T0 (Kontrol) | 0.35 | 0 | 0 | 0.35 |
| T1 | 0.20 | 0.10 | 0.05 | 0.35 |
| T2 | 0.175 | 0.105 | 0.07 | 0.35 |
| T3 (5:3:2) | 0.175 | 0.105 | 0.07 | 0.35 |
| T4 | 0.14 | 0.14 | 0.07 | 0.35 |
| T5 | 0.10 | 0.10 | 0.15 | 0.35 |
3 Analitik Yöntem
Erime-direnç testi:Sertleştirilmiş dondurma numuneleri (-18 derece, 100 mL silindirik şekil), 25 derece ±0,5 derece sıcaklıkta sabit bir-sıcaklık bölmesi içindeki metal bir ızgara (2 mm ağ) üzerine yerleştirildi. İlk damlama süresi ve %50 kütlesel erime süresi kaydedildi. Erime direnci oranı, %50 erime süresinin kontrolünkine bölünmesiyle tanımlandı.
Aşırı ölçüm:Sabit hacimli dondurmanın kütlesi, dondurulmadan önce ve sonra tartıldı. Hacim (%)=(donmadan önceki kütle - donma sonrası kütle) / donma sonrası kütle × %100.
Yağ kısmi birleşme oranı:Solvent ekstraksiyon-UV spektrofotometrisi ile belirlenir. Kısmi birleşme oranı=serbest yağ içeriği / toplam yağ içeriği × %100.
Köpük stabilitesi:Eritilmiş dondurma karışımı yeniden-çırpıldı ve köpük hacminde %50'lik bir azalma için gereken süre köpüğün yarı ömrü olarak kaydedildi-.
Duyusal değerlendirme:12 eğitimli değerlendiriciden oluşan bir panel, ağızda eriyen hissi, pürüzsüzlüğü, kremsiliği, serinlik hissini ve genel kabul edilebilirliği 9 puanlık hedonik bir ölçek kullanarak değerlendirdi.
Sonuçlar ve tartışma
1 Karışım Oranının Erime-Direnci Üzerindeki Etkisi
Şekil 1, farklı emülgatör oranları altında dondurmanın erime davranışını göstermektedir. T0 kontrolü (yalnız PGMS), 38 dakikalık %50 erime süresi ve 22 dakikalık ilk damlama süresi sergiledi. Üçlü karışım grupları arasında T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2) en iyi performansı gösterdi; %50 erime süresi 67 dakikaya çıkarıldı-kontrole göre %76,3 iyileşme-ve ilk damlama süresi 41 dakikaya ertelendi.
Tablo 2 Dondurma Örneklerinin Erime-Direnci ve Yapısal Parametreleri
| Grup | %50 Erime (dak) | İlk Damlama (dak) | Aşım (%) | Kısmi Birleşme (%) | Köpük Yarı{0}}Ömrü (dak) |
|---|---|---|---|---|---|
| T0 | 38±2 | 22±1 | 78±4 | 42±3 | 18±2 |
| T1 | 52±3 | 31±2 | 85±3 | 55±4 | 24±3 |
| T2 | 59±2 | 36±2 | 88±2 | 62±3 | 28±2 |
| T3 | 67±3 | 41±2 | 92±3 | 68±3 | 34±3 |
| T4 | 55±2 | 33±2 | 83±4 | 58±4 | 26±2 |
| T5 | 45±3 | 27±2 | 72±5 | 38±4 | 20±3 |
DMG içeriği çok düşük olduğunda (T1), arayüzey filmi yeterli sertlikten yoksundu, kısmi birleşme oranı optimalin altındaydı (%55), köpük ağ yapısı gevşek kaldı ve erime nispeten hızlı ilerledi. Tersine, DMG içeriği aşırı derecede yüksek olduğunda (T5), yağ kürecikleri büyük yağ kümeleri halinde toplanarak köpük tekdüzeliğini bozdu ve hacim artışının %72'ye düşmesine ve erime- direncinin keskin bir şekilde bozulmasına neden oldu. Bu, üçlü karışım sistemi içinde optimal bir DMG penceresinin varlığını gösterir-ağ iskeletini oluşturmak için yeterli kristal yağa ihtiyaç vardır, ancak kabarcık bütünlüğünü korumak için aşırı toplanmadan kaçınılmalıdır.
2 Üçlü Karışımın Arayüz Düzenleme Mekanizmaları
PGMS/PGE/DMG üçlü karışımının sağladığı gelişmiş erime{0}direnci, üç düzeyde çalışan sinerjistik mekanizmalardan kaynaklanır:
Arayüz filmi seviyesi:DMG, köpük ağının düğümleri ve çerçevesi olarak hizmet eden sert kristalli bir yağ ara yüzey tabakası sağlar; Göreceli olarak yüksek HLB değeri ve mükemmel arayüzey esnekliği ile PGE, gaz{0}}sıvı arayüzünde elastik bir film oluşturarak kabarcığın deformasyona karşı direncini artırır; PGMS, ince hava kabarcıklarının oluşumunu kolaylaştırmak için PGE ile arayüzey gerilimini ortaklaşa azaltırken ağ gücünü güçlendirmek için DMG ile birlikte kristalleşebilen bir ara rol üstlenir.
Kısmi birleşme düzenlemesi:Yağın kısmi birleşmesi, dondurma köpüğü yapısının oluşması için çok önemlidir. Kısmi birleşme oranı çok düşük olduğunda (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>%80), yağ kümeleri kabarcık birleşmesine ve yapısal çöküşe neden olur. T3 grubunun %68'lik kısmi birleşme oranı, tam olarak literatürde bildirilen optimal pencereye (%60-75) düşmekte ve aşırı toplanmayla ilişkili çökme riskini önlerken ağ sürekliliğini sağlamaktadır.
Buz kristali inhibisyonu:Üçlü emülgatör karışımı tarafından oluşturulan ara yüzey filmi ve yağ ağı, fiziksel bariyer görevi görerek Ostwald'ın buz kristallerinin olgunlaşmasını geciktirir. -18 derecede 30 günlük depolamanın ardından, T3 grubundaki ortalama buz kristali çapı 32 μm oldu; bu, kontrolde gözlemlenen 48 μm'den önemli ölçüde daha düşüktü-bu da mükemmel erime direncinin mikroyapısal temelini açıklamaktadır.
Köpük Stabilitesini Arttırmak için 3 Yol
Köpük stabilitesi, dondurmanın erime işlemi sırasında şekil tutma kapasitesini belirler. T3 grubu, kontrolün yaklaşık 1,9 katı olan 34 dakikalık bir köpük yarı ömrü sergiledi. PGE'nin gaz-sıvı arayüzünde elastik adsorpsiyonu, artan köpük stabilitesine birincil katkıyı oluşturur-çoklu hidroksil hidrofilik kafa grupları, su molekülleri ile hidrojen bağı ağları oluşturarak, arayüzey filminin hidrasyon katmanı kalınlığını arttırır. Eş zamanlı olarak, DMG ve PGMS tarafından oluşturulan yağ ağı, hava kabarcıkları için fiziksel destek sağlayarak kabarcıklar arasındaki sıvı film drenajını engeller ve kabarcıkların birleşmesini engeller.
4 Duyusal Değerlendirme Doğrulaması
Tablo 3 Dondurma Örneklerinin Duyusal Puanları (9 puanlık ölçek)
| Grup | Ağızda-hissi eritin | Pürüzsüzlük | kremsilik | Serinlik | Genel Kabul Edilebilirlik |
|---|---|---|---|---|---|
| T0 | 5.2 | 6.8 | 6.5 | 6.2 | 6.1 |
| T3 | 7.8 | 7.5 | 7.2 | 7.0 | 7.6 |
| T5 | 5.5 | 5.0 | 6.8 | 6.3 | 5.8 |
T3 grubu, ağızda eriyen his ve pürüzsüzlük açısından hem kontrol hem de T5 gruplarından önemli ölçüde daha yüksek puan aldı; bu, uygun bir kısmi birleşme oranının dokusal incelik üzerindeki belirleyici etkisini doğruladı.
Endüstriyel Uygulama Önerileri
Bu çalışmanın bulgularına dayanarak, PGMS/PGE/DMG üçlü karışım sistemini benimseyen dondurma üreticilerinin aşağıdaki formülasyon penceresi dahilinde çalışmaları tavsiye edilir: PGMS:PGE:DMG kütle oranı aralığı 4,5-5,5:2,5-3,5:1,8-2,2 olan toplam emülgatör ekleme seviyesi %0,30-0,40. Bu aralıktaki ince ayar, yağ içeriğine, yağsız süt kuru maddesi içeriğine ve ürün tipine göre yapılabilir.
Gelecekteki araştırma yönleri, bu üçlü harman sisteminin bitki bazlı dondurma uygulamalarındaki performansının araştırılmasının yanı sıra, farklı yağ asidi bileşimlerinin (doymuş/doymamış oranlar) harmanlanmış ara yüzey filminin özellikleri üzerindeki etkisinin araştırılmasını içerebilir.
