楊洋，李一松

（1.農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京100125；2.中商企業(yè)集團(tuán)公司，北京100045）

冰淇淋是一種常見的冷凍乳制品，可以按照脂肪含量分為高級(jí)奶油冰淇淋（脂肪含量14%～16%）、奶油冰淇淋（脂肪含量10%～12%）、牛奶冰淇淋（脂肪含量6%～8%）和果味冰淇淋（脂肪含量3%～5%）[1]。冰淇淋中脂肪的作用主要有提供豐富營養(yǎng)和熱能、賦予潤滑的組織結(jié)構(gòu)、展現(xiàn)冰淇淋的乳脂風(fēng)味、第一口溫和的冷感和增加冰淇淋的抗融性[2-3]，因此脂肪是冰淇淋中重要的組成成分。低場核磁共振技術(shù)（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）是研究水分存在形式的一種有效的手段，廣泛地應(yīng)用在乳制品[4-6]、肉及肉制品[7-9]、蛋制品[10]、水產(chǎn)品[11]和植物制品[12-13]等中水分存在形式研究。

本研究利用低場核磁共振技術(shù)，探究不同脂肪含量對(duì)冰淇淋料液水存在形式的影響，結(jié)合冰淇淋料液中的脂肪含量對(duì)冰淇淋料液的冰點(diǎn)、過冷溫度及水分活度的影響，探討冰淇淋料液中的脂肪含量對(duì)冰淇淋料液的凝凍特性和水分存在形式規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 材料

脫脂牛奶（蛋白質(zhì)含量3.6%，脂肪含量0%，碳水化合物含量5.1%）：愛氏晨曦；分子蒸餾單甘脂：廣州市凱聞食品發(fā)展有限公司；羧甲基纖維素鈉：佛山市富實(shí)新高分子纖維有限公司；無鹽黃油（脂肪含量≥80%）：新西蘭威士寶有限公司；白砂糖：青島惠方糖業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

AT51X8多路溫度測試儀：常州安柏精密儀器有限公司；Aqua Lab Series 3TE水分活度儀：Decagon Devices，Inc.；HX-105恒溫循環(huán)水槽：北京長流科學(xué)儀器有限公司；PL3002電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；Mq20核磁共振分析儀（磁場強(qiáng)度為0.47 T，質(zhì)子共振頻率20 MHz）：美國布魯克道爾頓公司；D-3L高壓均質(zhì)機(jī)：美國PhD Technology LLC.。

1.3 冰淇淋料液制作工藝[1]

配料→均質(zhì)→殺菌→冷卻→老化

1）配料：配料溫度55℃～60℃。

2）均質(zhì)：均質(zhì)壓力 15 MPa ～17 MPa。

3）殺菌：采用間歇式殺菌，殺菌條件為76℃，20 min。

4）冷卻和老化：將混合料在0℃～4℃條件下冷藏24 h。

1.4 冰淇淋料液成分

取脫脂牛奶500 mL，固定白砂糖添加量為50 g，分子蒸餾單甘脂添加量1 g，羧甲基纖維素鈉添加量1 g，脂肪添加量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別為 3%（21.5 g）、5%（36.8 g）、7%（52.9 g）、9%（70.0 g）、11%（88.0 g）、13%（107.1 g）、15%（127.4 g）。

1.5 冰點(diǎn)溫度和過冷溫度的測定

取2 mL冰淇淋料液至冰點(diǎn)測試管中，將多路溫度測試儀的探頭插入試管中指定深度，然后將冰點(diǎn)測試管放入-10℃恒溫循環(huán)水槽中冷凍，多路溫度測試儀記錄數(shù)據(jù)，溫度曲線降低后陡然升高的點(diǎn)為過冷溫度，隨后達(dá)到短暫平衡溫度的點(diǎn)為冰點(diǎn)[14]。

1.6 低場核磁共振測定[15-16]

取2mL冰淇淋料液（25℃）至核磁管（直徑18mm）中，使用 CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脈沖序列測定冰淇淋料液的橫向弛豫時(shí)間T2，每個(gè)樣品自動(dòng)掃描16次，間隔時(shí)間2 s。通過CONTIN軟件對(duì)T2進(jìn)行反演，得出每個(gè)樣品的弛豫時(shí)間T21、T22、T23及相應(yīng)的弛豫振幅 A21、A22、A23。

1.7 水分活度的測定

取樣品3 mL于水分活度儀測量器皿中，測定水分活度。

1.8 數(shù)據(jù)分析

每個(gè)試驗(yàn)至少3次平行，結(jié)果表示為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Statistix 8.1分析軟件（美國Analytical Software公司）軟件中Tukey HSD程序進(jìn)行差異顯著性分析（P＜0.05）。采用Sigmaplot 12.5軟件（美國Systat Software International公司）作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 脂肪含量對(duì)冰淇淋料液冰點(diǎn)和過冷溫度的影響

不同脂肪含量的冰淇淋料液的凝凍曲線如圖1所示。

圖1 脂肪含量對(duì)冰淇淋料液凝凍曲線的影響Fig.1 The effect of fat content on congelation curve

隨著脂肪含量的增加（3%～9%）冰點(diǎn)溫度緩慢升高，過冷溫度顯著升高（P＜0.05）。脂肪含量較高的料液（11%～15%）沒有測出明顯的過冷和冰點(diǎn)，但是凝凍曲線下降速率隨著脂肪含量的增多呈現(xiàn)緩慢降低的趨勢。通常認(rèn)為脂肪含量不會(huì)影響冰淇淋料液的冰點(diǎn)[17]。

脂肪含量對(duì)冰淇淋料液冰點(diǎn)和過冷溫度的影響見表1。

表1 脂肪含量對(duì)冰淇淋料液冰點(diǎn)和過冷溫度的影響Table 1 The effect of fat content on freezing temperature and super cooling temperature

由表1可知，本試驗(yàn)得出在3%～9%脂肪含量條件下脂肪含量對(duì)冰點(diǎn)有一定影響，脂肪含量相差4%時(shí)就會(huì)有顯著的影響（P＜0.05），且呈現(xiàn)線性關(guān)系：冰點(diǎn)=0.05×脂肪含量-2（R2=0.969）。冰淇淋料液中脂肪含量在3%～7%條件下，過冷溫度=0.342 5×脂肪含量-10.679（R2=0.997 9），在脂肪含量9%的時(shí)候過冷溫度突然躍升至（-3.07±0.15）℃，具體原因不明，需要進(jìn)一步的研究。由于本試驗(yàn)使用的溫度傳感器測定精度為0.1℃，記錄速度為1次/s，可能導(dǎo)致微小的變化沒有被記錄導(dǎo)致11%～15%脂肪含量條件下沒有測出過冷點(diǎn)和冰點(diǎn)。

2.2 脂肪含量對(duì)冰淇淋料液水分存在形式的影響

不同脂肪含量的冰淇淋料液的T2弛豫時(shí)間見圖2。脂肪含量對(duì)水存在形式的影響見圖3。

圖2 脂肪含量對(duì)豫馳時(shí)間的影響Fig.2 The effect of fat content on relaxation time

圖3 脂肪含量對(duì)水存在形式的影響Fig.3 The effect of fat content on water form

由圖2所示，主要出現(xiàn)3個(gè)峰，通常認(rèn)為第一個(gè)峰為結(jié)合水，第二個(gè)峰為不易流動(dòng)水，第三個(gè)峰為自由水。

如圖3所示，隨著脂肪含量的增加，結(jié)合水的含量增加較為顯著（P＜0.05）。隨著脂肪的增加，均質(zhì)處理形成更多的外包蛋白質(zhì)、乳化劑和膠體的脂肪球，蛋白質(zhì)、乳化劑和膠體等大分子表面極性基團(tuán)的可以與水結(jié)合，因此隨著脂肪含量的增大，形成更多的包有大分子外膜的脂肪球，導(dǎo)致體系中能與水緊密結(jié)合的大分子表面基團(tuán)暴露的更多，最終體現(xiàn)為隨著脂肪含量的增加，部分不易流動(dòng)水轉(zhuǎn)變成結(jié)合水，結(jié)合水的含量顯著提高（P＜0.05），且在3%～15%脂肪含量范圍內(nèi)結(jié)合水與脂肪含量呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，結(jié)合水含量=-0.057 7+0.128 5×脂肪含量（R2=0.953 9）。

隨著脂肪含量增加，不易流動(dòng)水含量呈現(xiàn)先顯著升高（P＜0.05）后波動(dòng)下降的趨勢，自由水含量呈現(xiàn)先顯著降低（P＜0.05）后波動(dòng)上升的趨勢。表明在較低脂肪含量（3%～7%）的冰淇淋料液中，隨著脂肪含量的增加，形成的更多的脂肪球，球與球之間保留的不易流動(dòng)水逐步增加，自由水逐步轉(zhuǎn)化成不易流動(dòng)水。在較高脂肪含量（9%～15%）的冰淇淋料液中隨著脂肪含量的增加，形成的更多的脂肪球，脂肪球之間空間減少，導(dǎo)致球與球之間保留的不易流動(dòng)水含量出現(xiàn)波動(dòng)性下降，不易流動(dòng)水逐步轉(zhuǎn)化成自由水，體現(xiàn)出自由水含量的波動(dòng)式升高。

隨著脂肪含量增加，不易流動(dòng)水的弛豫時(shí)間逐步前移，振幅逐步降低，表明該部分水的流動(dòng)性逐步減弱，即不易流動(dòng)水含量呈現(xiàn)波動(dòng)式下降的趨勢。隨著脂肪含量增加，自由水的弛豫時(shí)間逐步波動(dòng)式前移，振幅逐步波動(dòng)式變化，表明該部分水的流動(dòng)性呈現(xiàn)波動(dòng)式升高變化趨勢。

2.3 脂肪含量對(duì)冰淇淋料液水分活度的影響

脂肪含量對(duì)冰淇淋料液水分活度的影響見圖4。

圖4 脂肪含量對(duì)水分活度的影響Fig.4 The effect of fat content on water activity

由圖4可知，冰淇淋料液的水分活度隨著脂肪含量的升高波動(dòng)升高，與冰淇淋料液中自由水的變化趨勢一致，也映證了料液中的自由水的含量決定了料液的水分活度。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著冰淇淋料液中脂肪含量提高，料液的冰點(diǎn)和過冷溫度有所提高，結(jié)合水的含量增加較為顯著（P＜0.05），不易流動(dòng)水含量呈現(xiàn)先顯著升高（P＜0.05）后波動(dòng)下降的趨勢，自由水含量呈現(xiàn)先顯著降低（P＜0.05）后波動(dòng)上升的趨勢，水分活度變化趨勢幾乎和自由水變化趨勢一致。脂肪含量對(duì)冰淇淋料液的凝凍特性和水分存在形式有影響。

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