孫夢(mèng)雅，劉 珊，顧文娟，屈思穎，龐志花，劉新旗

（北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心，北京工商大學(xué)，北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心，北京 100048）

冰淇淋是從中世紀(jì)早期的普通冰飲料和冰水發(fā)展而成的一種冷凍乳制品，屬于固體冷飲食品類，以其獨(dú)特的口感受到廣大消費(fèi)者的青睞。在冰淇淋的生產(chǎn)中，常用的原料及輔料為非脂乳固體、甜味料、脂肪、穩(wěn)定劑、乳化劑[1-4]。其中穩(wěn)定劑和乳化劑的合理使用對(duì)于提高冰淇淋品質(zhì)至關(guān)重要。

穩(wěn)定劑，也稱增稠劑，在水中形成的是一種膠體物質(zhì)的無(wú)定形膠體溶液，它是在聚合物材料的植物多糖或蛋白質(zhì)及其衍生物中發(fā)現(xiàn)的，使用穩(wěn)定劑能夠使食品粘著度增加，在冰淇淋的應(yīng)用中，穩(wěn)定劑可以有效提高漿料的粘度，抑制冰晶的生長(zhǎng)，改善冰淇淋的口感等[5]。常用的穩(wěn)定劑有瓜爾豆膠、海藻酸鈉、果膠、明膠、卡拉膠、羧甲基纖維素鈉等[6-7]。瓜爾豆膠（Guar gum，GG）是由半乳糖與甘露糖（1:2）形成的非離子型直鏈多糖，作為穩(wěn)定劑可起到黏結(jié)、擴(kuò)大體積的作用[8-9]?？ɡz是一種離子型多糖，中性和微酸環(huán)境下帶負(fù)電荷，可以從海洋藻類海草中提取分離出來(lái)，能夠使得冰淇淋漿料具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性[10-11]。明膠，是由動(dòng)物的韌帶、皮、骨等部位所含有的膠原蛋白經(jīng)過(guò)部分水解得到的蛋白質(zhì)類穩(wěn)定劑，明膠的凝固力較弱，口感柔軟，擁有較好的彈性[12-13]。

乳化劑在冰淇淋中對(duì)脂肪球的凝聚度、混合料的粘度和膨脹率都有很明顯的作用效果，可以使冰淇淋的組織混合均勻、細(xì)膩、潤(rùn)滑，能夠提高冰淇淋的保形性[14-15]。根據(jù)親水親油平衡值（HLB）乳化劑可分為親油性乳化劑（HLB＜10）和親水性乳化劑（HLB＞10）。不同類型的乳化劑對(duì)食品中油與水兩相界面的張力影響不同，對(duì)乳液混合料的穩(wěn)定性影響也有差異，因此本研究分別選用親油性乳化劑MG（HLB=3.8）和親水性乳化劑吐溫80（HLB=15），對(duì)不同類型的穩(wěn)定劑和乳化劑進(jìn)行組合來(lái)分析不同類型復(fù)配乳化劑和穩(wěn)定劑對(duì)冰淇淋品質(zhì)的影響，以獲得具有良好膨脹率、抗融化性能、組織結(jié)構(gòu)及口感的冰淇淋，為冰淇淋的生產(chǎn)提供更好的理論指導(dǎo)，以期達(dá)到對(duì)冰淇淋產(chǎn)品的配方改進(jìn)以及品質(zhì)優(yōu)化的效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脫脂奶粉 恒天然合作社集團(tuán)有限公司；稀奶油 青島雀巢有限公司；玉米糖漿 江蘇先卓食品科技股份有限公司；純凈水 農(nóng)夫山泉股份有限公司；白砂糖 北京吉得利食品有限公司；瓜爾豆膠上海源葉生物科技有限公司；卡拉膠 阿澤雷斯國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；明膠 嘉利達(dá)（遼源）明膠有限公司；單硬脂肪酸甘油酯（HLB=3.8）上海陸安生物科技有限公司；吐溫80（HLB=15）天津中和盛泰化工有限公司；復(fù)合添加劑IS-Y-1（由單、雙甘油脂肪酸酯，槐豆膠，卡拉膠，羧甲基纖維素鈉組成）上海凱惠食品添加劑有限公司。

WG9220A 型鼓風(fēng)干燥箱 天津市通利信達(dá)儀器廠；HAOLE 型冰淇淋機(jī) 湖北黃石東貝機(jī)電集團(tuán)有限責(zé)任公司；EUROSTAR 40 digital 型電動(dòng)攪拌器 艾卡（廣州）儀器設(shè)備有限公司；DLSB Series 型低溫冷卻液循環(huán)泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；OTS750 型無(wú)油空氣壓縮機(jī) 臺(tái)州市奧突斯工貿(mào)有限公司；D-15M 型高壓均質(zhì)機(jī) 美國(guó)PhD-Tech 公司；DV2T 型粘度計(jì) 美國(guó)博勒飛Brookfield 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 冰淇淋的制作工藝流程和配方 配料→滅菌→均質(zhì)→冷卻→老化→凝凍→硬化

按質(zhì)量比將白砂糖（12%）、脫脂奶粉（10%）、穩(wěn)定劑（瓜爾豆膠或卡拉膠或明膠，0.25%）和乳化劑（單硬脂肪酸甘油酯或吐溫80，0.15%）的比例充分干混（添加量參照文獻(xiàn)[16-19]，稍作修改），再加入玉米糖漿（6%），純凈水（54.4%），最后加入稀奶油（17.2%）充分?jǐn)嚢柚辆鶆颍玫交旌蠞{料，將漿料于70 ℃水浴中巴氏殺菌20 min，于17.2 MPa 下均質(zhì)，在4 ℃下老化24 h 后，再將漿料倒入冰淇淋機(jī)，-7 ℃左右凝凍6 min 后即可得到冰淇淋[5,13]，同時(shí)設(shè)計(jì)空白組。

1.2.2 不同類型乳化劑和穩(wěn)定劑的研究 樣品組冰淇淋制作工藝及配方見(jiàn)1.2.1，空白組不添加任何穩(wěn)定劑和乳化劑，其余配料與上述保持一致。

1.2.2.1 冰淇淋漿料粘度的測(cè)定 室溫下使用DV2T粘度計(jì)（120 r/min，60 s）分別對(duì)老化前后的冰淇淋漿料的粘度進(jìn)行測(cè)定。

1.2.2.2 冰淇淋融化率的測(cè)定 將于-39 ℃下硬化了24 h 的冰淇淋從模具中取出，將一定質(zhì)量的冰淇淋產(chǎn)品置于1 mm×1 mm 的篩網(wǎng)上，在25 ℃的烘箱內(nèi)進(jìn)行融化，記錄第一滴冰淇淋滴落的時(shí)間，記為M0，150 min 后記錄冰淇淋滴落的質(zhì)量，即冰淇淋融化的質(zhì)量，并通過(guò)公式（1）計(jì)算冰淇淋的融化率[16]：

1.2.2.3 冰淇淋膨脹率的測(cè)定 取一定體積凝凍前的冰淇淋漿料和與之體積相等的冰淇淋成品，分別稱取其質(zhì)量，并通過(guò)公式（2）計(jì)算冰淇淋的膨脹率[16]：

1.2.3 復(fù)合穩(wěn)定劑的研究 樣品組冰淇淋的制作工藝流程及配方見(jiàn)1.2.1，此外需依據(jù)1.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選定表現(xiàn)較好的乳化劑，保持添加量為0.15%，穩(wěn)定劑的添加總量0.25%，以質(zhì)量比1:9、1:4、1:1.5 的比例復(fù)配兩種穩(wěn)定劑（復(fù)配質(zhì)量比參照文獻(xiàn)[16,20-21]稍作修改），并以市售的商品化復(fù)合型冰淇淋添加劑IS-Y-1 作為試驗(yàn)對(duì)照組。測(cè)定冰淇淋漿料的粘度、融化率以及膨脹率。

1.2.4 感官評(píng)價(jià) 將冰淇淋置于-18 ℃冷柜中，放置24 h 后取出，邀請(qǐng)10 名熟悉冰淇淋產(chǎn)品并經(jīng)過(guò)感官培訓(xùn)的評(píng)價(jià)員，根據(jù)表1 對(duì)冰淇淋進(jìn)行打分，去掉最高分和最低分后計(jì)算平均分，最后計(jì)算總的感官得分[16,22]。并對(duì)樣品按喜好度進(jìn)行排序。

表1 冰淇淋的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria for ice cream

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)為3 次平行實(shí)驗(yàn)的平均值，用Excel 2019 軟件處理平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，SPSS 26.0 軟件進(jìn)行顯著性分析，采用Origin 2019b 軟件制作柱狀圖，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分，得出結(jié)論。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型乳化劑和穩(wěn)定劑對(duì)冰淇淋漿料的影響

2.1.1 冰淇淋漿料老化前后的粘度 體系粘度低會(huì)導(dǎo)致冰淇淋中游離水較多，凝凍時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯冰晶，最終影響冰淇淋口感[23-24]。結(jié)果由表2 可知，乳化劑為單硬脂肪酸甘油酯或吐溫80 時(shí)，冰淇淋漿料老化前和老化后的粘度值均為卡拉膠＞瓜爾豆膠＞明膠，且不同穩(wěn)定劑作用的冰淇淋漿料的粘度值間有顯著性差異（P＜0.05）。原因是卡拉膠是無(wú)分支的直鏈型大分子結(jié)構(gòu)，結(jié)合聚電解質(zhì)的性質(zhì)使其能形成凝膠和高黏度的溶液，相較其他穩(wěn)定劑，其能夠使冰淇淋形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得粘度增加。楊宇鴻等[25]分別使用四種不同穩(wěn)定劑制作半乳脂冰淇淋，結(jié)果表明使用卡拉膠作為穩(wěn)定劑制作的冰淇淋增稠效果最為明顯，且老化后漿料的黏度隨卡拉膠用量的增加而增加。Ma?gorzata 等[26]也指出穩(wěn)定劑的種類及其所占比例對(duì)冰淇淋品質(zhì)有顯著差異（P＜0.05）。

表2 冰淇淋漿料老化前后的粘度Table 2 Viscosity of ice cream mix before and after aging

當(dāng)穩(wěn)定劑為瓜爾豆膠或明膠時(shí)，乳化劑MG 和吐溫80 對(duì)冰淇淋漿料粘度影響無(wú)明顯差異，而穩(wěn)定劑為瓜爾豆膠或卡拉膠時(shí)，漿料老化前和老化后的粘度值均顯著高于空白組（P＜0.05），且MG 更優(yōu)。乳化劑可以使冰淇淋中的油脂分子大小一致且均勻分布，可有效防止冰淇淋因冰晶的形成而影響產(chǎn)品的細(xì)膩口感，提高乳狀液的穩(wěn)定性，而乳化特性取決于乳化劑的親水親油平衡值[27]。王才力等[28]也指出適量的單硬脂肪酸甘油酯可提高冰淇淋的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。相較而言，穩(wěn)定劑對(duì)冰淇淋老化前后漿料粘度的影響比乳化劑更明顯，這可能與乳化劑具有一定的抗老化作用[29]有關(guān)。

2.1.2 冰淇淋融化特性 針對(duì)特定的乳化劑，分別添加不同的穩(wěn)定劑，結(jié)果從表3 可以看出，當(dāng)乳化劑為吐溫80，添加瓜爾豆膠的冰淇淋第一滴滴落時(shí)間與空白組無(wú)明顯差異，而卡拉膠和明膠顯著延長(zhǎng)了冰淇淋的第一滴滴落時(shí)間（P＜0.05）；然而三種穩(wěn)定劑均增大了冰淇淋的融化率。當(dāng)乳化劑為MG 時(shí)，卡拉膠大幅延長(zhǎng)了冰淇淋的第一滴滴落時(shí)間，同時(shí)顯著降低了冰淇淋的融化率（P＜0.05），僅為4.74%，這可能是因?yàn)榭ɡz能夠使冰淇淋形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其粘度增加，從而延緩冰淇淋的形變速率[30]，使其不易滴落。此外，卡拉膠是極強(qiáng)的凝膠型穩(wěn)定劑，冷卻后可以形成穩(wěn)定的果凍型膠體，因此具有很好的抗融性[31]。魏強(qiáng)華等[32]研究同樣表明，加入一定量的卡拉膠作為穩(wěn)定劑可使意大利式冰淇淋的抗融性有所提高。蔡劍[5]指出在一定范圍內(nèi)隨卡拉膠的添加冰淇淋的穩(wěn)定性也呈上升趨勢(shì)，使得冰淇淋組分分布更加均勻。

表3 冰淇淋的融化特性Table 3 Melting characteristics of ice cream

針對(duì)特定的穩(wěn)定劑，比較兩種乳化劑對(duì)冰淇淋品質(zhì)的影響，可以發(fā)現(xiàn)，MG 對(duì)冰淇淋融化特性的影響優(yōu)于吐溫80，其中以瓜爾豆膠和卡拉膠為穩(wěn)定劑時(shí)，相比于吐溫80，添加MG 的冰淇淋第一滴滴落時(shí)間更長(zhǎng)、150 min 滴落的質(zhì)量更小，且融化率更低，原因是單硬脂肪酸甘油酯是親油型乳化劑，乳化能力較強(qiáng)，能提高冰淇淋的抗融性，改善組織結(jié)構(gòu)[27]。

2.1.3 冰淇淋膨脹特性 對(duì)冰淇淋膨脹率的測(cè)定結(jié)果如圖1 所示，比較兩種乳化劑的作用可以發(fā)現(xiàn)，與瓜爾豆膠和卡拉膠復(fù)配，MG 冰淇淋的膨脹率均顯著高于吐溫80 組（P＜0.05）；與明膠復(fù)配時(shí)，二者沒(méi)有明顯差異。原因可能是經(jīng)過(guò)脂肪與乳化劑的水合作用，保證了原料對(duì)水分的有效吸收，從而提高冰淇淋的膨脹率。楊湘慶等[33]在闡述冰淇淋中食品乳化劑的理化性質(zhì)時(shí)也指出單硬脂肪酸甘油酯可有效調(diào)節(jié)冰淇淋膨松的質(zhì)構(gòu)。

圖1 穩(wěn)定劑和乳化劑對(duì)冰淇淋膨脹率的影響Fig.1 Effect of stabilizer and emulsifier on the overrun of ice cream

比較不同類型的穩(wěn)定劑的作用可以發(fā)現(xiàn)，以MG 為乳化劑時(shí)，瓜爾豆膠對(duì)冰淇淋膨脹率的作用顯著優(yōu)于其它兩種穩(wěn)定劑（P＜0.05），膨脹率可以達(dá)到66.95%；以吐溫80 為乳化劑時(shí)，瓜爾豆膠和明膠對(duì)冰淇淋膨脹率的作用均優(yōu)于卡拉膠，但與空白組相比沒(méi)有顯著影響，卡拉膠降低了冰淇淋的膨脹率。瓜爾豆膠可以使冰淇淋在凝凍時(shí)更容易包裹空氣[31]，而加入卡拉膠或明膠的冰淇淋漿料的膨脹率較差，且低于空白組，可能是由于體系粘度過(guò)高，冰淇淋物料過(guò)稠，在凝凍過(guò)程中空氣很難大量均勻地分布在冰淇淋中，從而導(dǎo)致產(chǎn)品膨脹率低[22]。

2.2 復(fù)配穩(wěn)定劑對(duì)冰淇淋漿料的影響

2.2.1 復(fù)配穩(wěn)定劑對(duì)冰淇淋漿料老化前后的粘度影響 由上述結(jié)果可知，MG 在冰淇淋中的作用優(yōu)于吐溫80，所以在本部分的研究中采用MG 作為乳化劑；同時(shí)卡拉膠可以大幅度的提高冰淇淋的抗融性和漿料粘度，瓜爾豆膠可以顯著（P＜0.05）提高冰淇淋的膨脹率，所以本部分研究考慮以不同的質(zhì)量比對(duì)瓜爾豆膠和卡拉膠進(jìn)行復(fù)配，由表4 可知，不同組別間冰淇淋漿料老化前和老化后的粘度均有顯著性差異（P＜0.05），卡拉膠與瓜爾豆膠的質(zhì)量比對(duì)漿料老化前和老化后的粘度影響強(qiáng)度都按照1:1.5＞1:4＞1:9 的順序排列，且均高于IS-Y-1 對(duì)照組。這是因?yàn)椴煌亩嗵侨芤壕哂胁煌恼扯?，且卡拉膠與蛋白質(zhì)的相互作用使得冰淇淋漿料在冷卻時(shí)形成弱凝膠，因此卡拉膠質(zhì)量占比越高，體系粘度就越大。

表4 冰淇淋漿料老化前后的粘度Table 4 Viscosity of ice cream paste before and after aging

2.2.2 復(fù)配穩(wěn)定劑對(duì)冰淇淋膨脹率和融化特性的影響 通過(guò)對(duì)不同樣品組冰淇淋的膨脹率和融化特性進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表5 所示，質(zhì)量比為1:1.5 的樣品組冰淇淋的第一滴滴落時(shí)間晚于IS-Y-1 對(duì)照組，這可能是由于該復(fù)配比例更好的避免了冰淇淋在凍結(jié)時(shí)出現(xiàn)粗大的冰結(jié)晶，有助于使混入的空氣均勻分布，使體系的氣泡保持能力增加，而氣泡是熱不良導(dǎo)體，從而獲得更佳的抗融效果。

表5 冰淇淋的膨脹率和融化特性Table 5 Expansion and melting characteristics of ice cream

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)加入卡拉膠和瓜爾豆膠的冰淇淋的漿料粘度較只加入瓜爾豆膠時(shí)大幅提高，同時(shí)延緩了冰淇淋的形變速率，使得第一滴滴落時(shí)間增加，膨脹率相較于只加入卡拉膠時(shí)大幅提升，但是冰淇淋的融化率并沒(méi)有得到預(yù)期中的優(yōu)化，這可能是由于瓜爾豆膠與卡拉膠發(fā)生某種相互作用導(dǎo)致的。

2.3 感官評(píng)價(jià)結(jié)果

通過(guò)對(duì)比計(jì)算，由2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知乳化劑為MG、穩(wěn)定劑為卡拉膠的樣品組別在冰淇淋漿料的粘度和抗融性方面均表現(xiàn)最優(yōu)異；而根據(jù)2.2 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)卡拉膠和瓜爾豆膠質(zhì)量比為1:9 時(shí)，相較單一穩(wěn)定劑，冰淇淋的第一滴滴落時(shí)間明顯減小，即大大加快了形變速率，因此舍棄該比值下的試驗(yàn)組。最終選擇卡拉膠和瓜爾豆膠質(zhì)量比為1:4、1:1.5 的復(fù)配穩(wěn)定劑樣品組和只添加卡拉膠作為穩(wěn)定劑的樣品組（即卡拉膠/瓜爾豆膠質(zhì)量比為1:0）以及IS-Y-1 的對(duì)照組進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

口感在很大程度上決定了冰淇淋的可接受性，使其成為一個(gè)關(guān)鍵的質(zhì)量因素[34]。如圖2 所示，添加0.25%卡拉膠作為穩(wěn)定劑的冰淇淋的粘稠度最高，接近7 分，遠(yuǎn)高于對(duì)照組，而口融性最差，這一結(jié)果與其對(duì)冰淇淋的融化特性的影響相一致，可能是由于卡拉膠擁有較高的粘度和較強(qiáng)的凝膠性，在一定范圍內(nèi)添加量越大，粘度與凝膠性也會(huì)越強(qiáng)。與加入IS-Y-1 的對(duì)照組相比，其余三組樣品組的順滑性得分均較高，在顆粒感方面四種冰淇淋的差異不明顯。

圖2 冰淇淋的粘稠度、順滑性、口融性、顆粒感的感官評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Sensory evaluation results of viscosity,smoothness,mouth melt and particle sensation of ice cream

對(duì)感官評(píng)價(jià)的每項(xiàng)指標(biāo)得分進(jìn)行加和后發(fā)現(xiàn)，以卡拉膠/瓜爾豆膠質(zhì)量比為1:1.5 作為穩(wěn)定劑的冰淇淋組評(píng)分最高，達(dá)22.4 分，且優(yōu)于市售復(fù)合型添加劑。

3 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)乳化劑和穩(wěn)定劑在冰淇淋中的作用的研究，發(fā)現(xiàn)不同類型的乳化劑和穩(wěn)定劑對(duì)冰淇淋的漿料粘度、抗融性和膨脹率有著不同的作用。其中親油性乳化劑單硬脂肪酸甘油酯較親水性乳化劑吐溫80 可以顯著改善冰淇淋的抗融性和膨脹率；同時(shí)離子型多糖卡拉膠對(duì)冰淇淋漿料粘度和冰淇淋的抗融性作用最顯著（P＜0.05），而中性多糖瓜爾豆膠可以顯著提高冰淇淋膨脹率。不同類型穩(wěn)定劑的復(fù)配使用，可以很大程度的提升冰淇淋的物理品質(zhì)和感官特性。本試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)冰淇淋產(chǎn)品的配方改進(jìn)以及品質(zhì)優(yōu)化具有重要意義。然而卡拉膠和瓜爾豆膠與MG 在冰淇淋的加工過(guò)程中是如何協(xié)同作用影響冰淇淋的物理特性與口感，具體作用機(jī)制還需要進(jìn)一步研究探討。