陳雪,劉立增*,劉愛(ài)國(guó),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(shí)驗(yàn)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(ài)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?cái)嚧驎r(shí)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(guò)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(duì)冰淇淋品質(zhì)的影響,目前有較少的報(bào)道。本文綜述了各因素對(duì)脂肪球聚結(jié)的影響,說(shuō)明了脂肪球部分聚結(jié)對(duì)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(guò)程中控制過(guò)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(shí)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(guò)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(jì)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(shí)間,s。

由公式(1)可知,r3與時(shí)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(cè)定脂肪球粒徑隨時(shí)間的變化來(lái)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(dòng),密度大于連續(xù)相的向底部移動(dòng)。此現(xiàn)象可以根據(jù)斯托克斯(Stokes)定律來(lái)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(guò)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(lái)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(guò)簡(jiǎn)單的攪拌絮凝體就能被破壞[9]。

兩個(gè)半徑為r的球形液滴,范德華引力F與2個(gè)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(gè)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(gè)或多個(gè)液滴相互碰撞,形成一個(gè)大液滴的過(guò)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(shí),2個(gè)或多個(gè)油滴融合成一個(gè)大液滴;

b)當(dāng)脂肪是固態(tài)脂肪時(shí),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(duì)連接的脂肪球有潤(rùn)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(xiàng)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(duì)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(duì)冰淇淋品質(zhì)的影響

脂肪球部分聚結(jié)對(duì)冰淇淋質(zhì)構(gòu)形成的作用,如圖3所示。主要由4個(gè)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(jìng)爭(zhēng)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(gè)部分相互作用形成一個(gè)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(gè)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(shí),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(píng)價(jià)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(huì)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(duì)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(dòng)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(dòng)過(guò)程中會(huì)拖動(dòng)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(duì)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(guò)3方面穩(wěn)定乳狀液[21]。

a)通過(guò)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(shí),可以弱化布朗運(yùn)動(dòng)、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(guò)同性相斥來(lái)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(jià)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(duì)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(kāi)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(duì)乳狀液有不同的作用效果。在促進(jìn)脂肪結(jié)晶時(shí),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(guò)飽和而非常快地聚集,產(chǎn)生大量的晶核,從而導(dǎo)致更短的誘導(dǎo)時(shí)間和更高的生長(zhǎng)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(huì)影響脂肪球的部分聚結(jié),一般來(lái)說(shuō)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(guò)量游離的乳化劑會(huì)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(dòng),而疏水基團(tuán)向油相移動(dòng),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(guò)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(guò)程中,蛋白質(zhì)吸附于脂肪球界面,并會(huì)在界面上部分展開(kāi),通過(guò)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(dòng)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?yàn)槠渲泻写罅康母彼?脯氨酸是亞氨基酸,亞氨基缺少一個(gè)氫原子無(wú)法形成鏈內(nèi)氫鍵,阻止了有序二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成,表現(xiàn)出靈活的無(wú)序構(gòu)象,幾乎沒(méi)有二級(jí)結(jié)構(gòu);乳清蛋白具有相當(dāng)有序的二級(jí)結(jié)構(gòu),具有通過(guò)分子內(nèi)二硫鍵連接在一起的緊密三級(jí)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(duì)來(lái)說(shuō),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(jìng)爭(zhēng)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(jí)結(jié)構(gòu)會(huì)部分展開(kāi)或全部展開(kāi),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(jì)冰淇淋配方是通常會(huì)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(jìng)爭(zhēng)性吸附,在冰淇淋工藝過(guò)程中置換蛋白質(zhì),導(dǎo)致脂肪球吸附層的松動(dòng),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(zhǎng)度以及順?lè)串悩?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(gè)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(guò)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(duì)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(lái)說(shuō),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(shí),脂肪液滴發(fā)生結(jié)晶,晶體成核開(kāi)始逐漸生長(zhǎng),產(chǎn)生固體脂肪。固體脂肪含量對(duì)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(shí),部分聚結(jié)率相對(duì)較低。乳狀液中的固體脂肪含量和液態(tài)脂肪含量過(guò)多或過(guò)少對(duì)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(gè)脂肪球之間無(wú)法連接;若均為液態(tài)油,2個(gè)脂肪球接觸后完全融合,形成一個(gè)大的脂肪球[34]。液態(tài)油的流動(dòng)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(wú)法透過(guò)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(zhǎng),是2個(gè)復(fù)雜的熱力學(xué)過(guò)程。脂肪晶體在乳狀液生長(zhǎng)的主要過(guò)程,如圖4所示[35],液體油在過(guò)冷驅(qū)動(dòng)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(shí),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(dòng),會(huì)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(guò)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(huì)轉(zhuǎn)變?chǔ)隆渚?β′晶型轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮榉€(wěn)定的β晶型,是不可逆過(guò)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(gè)較細(xì)密的脂肪晶體網(wǎng)絡(luò),可以提高對(duì)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(shí),脂肪球粒徑以單個(gè)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(duì)冰淇淋乳液中脂肪部分聚結(jié)的影響研究表明,相對(duì)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(gè)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(huì)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(guò)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(guò)程中,由于脂肪晶體穿過(guò)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(huì)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(guò)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(guò)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(guò)程中,在壓力的作用下使脂肪球破碎,會(huì)形成沒(méi)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(jìng)爭(zhēng)吸附在脂肪球表面,形成新的脂肪球膜。冰淇淋生產(chǎn)過(guò)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(duì)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(duì)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(huì)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(guò)程中,乳清蛋白在一定溫度條件下會(huì)變性,β-球蛋白展開(kāi)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(guò)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(kāi)始結(jié)晶,固體脂肪比例逐漸增加[42];凝凍過(guò)程中,單獨(dú)的充入空氣或者剪切都無(wú)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(shí)進(jìn)行[43]。在凝凍過(guò)程中,較低的溫度使得脂肪晶體不斷生長(zhǎng),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(gè)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(yǔ)

綜上所述,冰淇淋的配方、外界環(huán)境和加工方式都對(duì)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(guò)程中,可以通過(guò)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(lái)使冰淇淋獲得較好的脂肪網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但是真實(shí)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(shí)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(jiǎn)單的體系,對(duì)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。