冰淇淋是一种由脂肪、蛋白、气泡、水相和冰晶五部分组成的水包油型冷冻充气乳液体系[1],脂肪含量通常在8%~14%。传统乳脂冰淇淋依赖高饱和脂肪酸(saturated fatty acid,SFA)形成的致密结晶网络赋予产品理想质构,但过量摄入SFA会增加肥胖和心血管疾病的风险[2]。近年来,植物基脂肪替代技术备受关注,花生油体(peanut oil body, PNOB)是由镶嵌着结构蛋白的磷脂膜包裹着三酰甘油酯的一种亲水性脂质体,不含反式脂肪酸,富含维生素E和植物甾醇等活性分子,并且具有一定的乳化特性[3],因此被视为理想的乳脂替代品。然而,由于其本身不饱和脂肪酸含量高、固体脂肪含量低,直接应用易导致冰淇淋膨胀率不足、硬度偏大及抗融性差等问题。
目前,已有研究通过凝胶化或植物油复配的手段来改善不饱和脂肪酸含量高的油脂带来的产品品质缺陷。AIROLDI等[4]将大豆油凝胶应用于冰淇淋中发现,蜂蜡含量为6%的油凝胶降低了冰淇淋的融化速率,但对膨胀率产生负面影响。GÜVEN等[5]研究不同种植物油复配,发现50%的橄榄油和榛子油替代乳脂,可以得到膨胀率和抗融性较好的冰淇淋,但无法达到低饱和脂肪酸的需求。如何兼顾植物脂肪的饱和脂肪酸含量及脂肪网络结晶行为,成为开发健康且高品质植物基冰淇淋的关键挑战。
MCCLEMENTS团队提出“结构化乳液”理论框架,通过将结构化剂-蜂蜡与油相-花生油体混合作为结构化凝胶相,随后将其应用到冰淇淋乳液中,通过乳化过程制备结构化乳液,以此调控乳液的界面乳化性质与微观结构,可优化脂肪球间相互作用力及结晶网络稳定性,从而赋予乳液特定的流变与功能特性[6]。本研究基于这一理论将PNOB的天然磷脂-蛋白界面特性与凝胶化技术相结合,构建了“双界面协同稳定”复合脂肪体系。该体系由内层磷脂膜提供乳化性,外层蜂蜡晶体通过氢键和范德华力增强界面机械强度,显著提升乳液的黏弹性和抗剪切能力。同时,由于乳脂长链脂肪酸含量较高,约为70%左右,中链脂肪酸含量为10%,选择冰淇淋中常见的植物油脂氢化棕榈仁油(hydrogenated palm kernel oil,HPKO)和 椰子油(coconut oil,CNO)作为复配植物油脂,HPKO提供长链脂肪酸(如C18:0)、CNO提供中链脂肪酸(如C12:0、C14:0)来弥补PNOB中缺乏的脂肪酸,更好地模拟乳脂脂肪酸组成及含量。通过调控PNOB与高SFA植物油脂的复配比例,在冰淇淋乳液老化阶段促使更多脂肪发生部分聚结,形成致密的三维晶体网络结构,优化脂肪结晶网络体系,协调乳液的油-水界面乳化性与脂肪酸功能性的平衡,验证了界面工程策略在植物基冰淇淋质构调控中的有效性。
去红衣花生,哈尔滨鑫恒德食品有限公司;脱脂乳粉,新西兰恒天然有限公司;蔗糖、麦芽糊精、葡萄糖,上海枫未实业有限公司;瓜尔胶、羧甲基纤维素、分子蒸馏单甘酯、双乙酰酒石酸单双甘油酯,河南万邦实业公司;黄油,上海恒天然商贸有限公司;花生油、氢化棕榈仁油、椰子油,益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司;蜂蜡(食品级),郑州市食代添骄生物科技有限公司;BCA试剂盒,Beyotime生物公司。
AH-2010高压均机,加拿大ATS公司;DP-ICE-1201冰淇淋机,浙江德浦智能科技有限公司;DHR 3流变仪,美国TA仪器公司;Zetasizer nano ZS纳米粒度与Zeta电位仪,英国马尔文公司;M5酶标仪,美国Molecular Devices公司;DM2700P偏振光显微镜,德国Leica公司;TA-XT plus物性分析仪,英国Stable Micro Systems公司。
1.3.1 花生油体的制备及基本成分测定
称取去红衣花生清洗,用去离子水在4 ℃下浸泡12 h。加入花生干重4倍质量的去离子水磨浆2 min,用两层纱布过滤得到滤液,将滤渣与同体积去离子水混合,继续研磨1 min并过滤。收集两次滤液在4 ℃,10 000 r/min条件下离心20 min,得到上层奶油状PNOB,置于4 ℃密封保存,同时对PNOB中脂肪、蛋白质和水分的含量进行测定。脂肪、蛋白及水分含量测定参考国标方法。花生油体基本成分如表1所示。
表1 花生油体基本组成成分
Table 1 The basic components of peanut oil body
样品脂肪含量/%蛋白含量/%水分含量/%PNOB72.43±0.111.17±0.0822.34±0.17
1.3.2 花生油体凝胶的制备
参考ZBIKOWSKA等[7]乳液模板法制备油凝胶稍作修改,将100 g PNOB均分成4份,各加入5 g去离子水,磁力搅拌5 min,制备油相体积分数为60%的油体乳液。根据油体中脂肪含量,分别加入0.54、0.90、1.81、2.16 g蜂蜡作为结构剂,90 ℃磁力搅拌15 min,使蜂蜡完全融化,制备蜂蜡含量分别为3%、5%、10%、12%(质量分数)的油体凝胶(beewax oleogel, BWO)。立即放置4 ℃冷藏24 h,使油体凝胶完全凝固同时确保蜂蜡在油相中结晶。
1.3.3 冰淇淋配方与制作工艺
冰淇淋配方中蛋白来源均由脱脂乳粉(skimmed milk powder, SMP)(33%蛋白、55%乳糖,质量分数)提供,添加量为4%(质量分数),脂肪含量为10%(质量分数),蔗糖含量为12%(质量分数),添加葡萄糖使样品总糖含量为15%(质量分数),添加麦芽糊精使总固形物含量为37.6%(质量分数),乳化剂和稳定剂添加量均为0.2%(质量分数),剩余部分用去离子水补齐。
各原料的质量占比如表2所示,其中,提供脂肪来源的油脂分别为MIF(83%脂肪、16%水分,质量分数)、花生油(peanut oil, PO)、PNOB、BWO、PNOB主导复配的油脂。本实验以乳脂冰淇淋(milk fat ice cream, MF)为对照组,以花生油冰淇淋(peanut oil ice cream, PNO)和花生油体冰淇淋(peanut oil body ice cream, POB)作为空白组,设置了凝胶化、以PNOB为主体复配植物油2种方案,蜂蜡含量为3%、5%、10%、12%(质量分数)的花生油体凝胶冰淇淋分别记作3%-BWO、5%-BWO、10%-BWO、12%-BWO。以乳脂脂肪酸组成及含量为对照,根据预实验测定的每种油脂脂肪酸含量计算复配比例,将PNOB与HPKO、CNO复配,PNOB∶HPKO∶CNO质量比为7∶3、7∶2∶1、6∶3∶1、6∶2∶2、5∶4∶1、5∶3∶2,分别记作POB-7-1、POB-7-2、POB-6-1、POB-6-2、POB-5-1、POB-5-2。
表2 冰淇淋乳液基本配方
Table 2 The basic formula for ice cream emulsion
注:表中数据为冰淇淋配方中各原料的质量分数(%)。
原料MFPNOPOB3%-BWO5%-BWO10%-BWO12%-BWOPOB-7组POB-6组POB-5组MIF12.05000000000PO01000000000PNOB0013.816.917.117.617.89.78.36.9HPKO00000003-23-24-3CNO00000000-11-21-2SMP12.1212.1212.1212.1212.1212.1212.1212.1212.1212.12蔗糖12121212121212121212葡萄糖1.81.81.81.81.81.81.81.81.81.8麦芽糊精0.72.82.02.02.02.02.05.26.37.3瓜尔胶0.120.120.120.120.120.120.120.120.120.12羧甲基纤维素0.080.080.080.080.080.080.080.080.080.08单甘脂0.10.10.10.10.10.10.10.10.10.1双乙酰酒石酸甘油酯0.10.10.10.10.10.10.10.10.10.1
冰淇淋的制备工艺如图1所示。
图1 冰淇淋的制备工艺
Fig.1 Ice cream manufacture
1.3.4 冰淇淋膨胀率测定
根据GOFF等[8]描述的方法,采用相同规格的塑料品尝杯对同体积的老化乳液和凝冻搅打后的冰淇淋样品进行称重,并根据公式(1)计算膨胀率:
膨胀率![]()
(1)
式中:W0为冰淇淋老化乳液的质量,g;W1为凝冻后冰淇淋样品的质量,g。
1.3.5 冰淇淋融化率测定
称取一定质量硬化后的冰淇淋置于筛孔大小为10目的筛网上,筛网下方放置烧杯,保持温度为25 ℃ 左右,记录20 min内烧杯中融化的冰淇淋质量,计算如公式(2)所示:
融化率![]()
(2)
式中:m0为冰淇淋总质量,g;m1为融化的冰淇淋质量,g。
1.3.6 冰淇淋硬度测定
参考钱镭等[9]的方法,冰淇淋在-18 ℃条件下硬化48 h后在室温下测定。每个样品进行3次平行试验。参数设定:触发力为20 g,压缩形变为70%,测试前探头下降速度为2 mm/s,测试速度为3 mm/s,测试后探头回程速度为5 mm/s,探头类型为P5。
1.3.7 油脂结晶网络微观结构测定
油样在90 ℃完全熔化,取20 μL样品置于载玻片上,盖上盖玻片,于4 ℃稳定24 h,通过偏振光显微镜在10倍物镜下观察晶体形态。
1.3.8 乳液流变性质的测定
使用旋转流变仪测定老化后冰淇淋乳液的黏度。选用直径为40 mm的平板夹具,板间距为1 050 μm,剪切速率为0.1~100 s-1,测定温度为4 ℃。
通过振幅扫描实验确定样品的线性黏弹区,并在线性黏弹区中测定乳液的黏弹性模量。实验参数设置为4 ℃,应力为0.2%,频率范围为0.1~10 Hz。
按照LI等[10]的方法进行修改,测定乳液剪切应力随剪切速率的流动行为。实验参数设置为4 ℃,剪切速率为0.1~100 s-1,根据Herschel-Bulkley幂律模型,获得屈服应力(τ0)、稠度系数(K)及流动指数(n)。
1.3.9 乳液粒径的测定
使用纳米粒度分析仪测量乳液中油滴的尺寸。参考JIANG等[11]的方法,将老化后的乳液用去离子水稀释1 000倍,取3 mL稀释液置于塑料比色皿中,测试温度25 ℃,平衡时间为120 s。
1.3.10 乳液界面蛋白含量的测定
根据XIE等[12]的方法稍作修改,将老化乳液在4 ℃、10 000 r/min离心30 min,使乳液未吸附的蛋白留存于底部水相中,随后收集下清液,并通过0.22 μm水系滤膜过滤。测定滤液界面蛋白含量。计算如公式(3)所示:
(3)
式中:T为界面蛋白含量,mg/m2;Wt为原乳液中的蛋白质量浓度,mg/mL;Ws为离心后水相中未吸附的蛋白质量浓度,mg/mL;D3,2为脂肪球的平均粒径,nm;φ为乳液中油相体积分数,%。
所有实验重复3次,数值以“平均值±标准差”表示,采用Excel 2016和Origin 2021对数据进行处理和绘制图表,使用SPSS 27.0对数据进行显著性分析,P<0.05时,在统计学上差异显著。
2.1.1 花生油和花生油体对冰淇淋膨胀率的影响
膨胀率反映乳液凝冻搅打过程中截留裹气的能力,与脂肪部分聚结有关,决定了冰淇淋的硬度和融化特性[13]。如表3所示,MF膨胀率最高为54%,PNO膨胀率最低,不到30%。因为液态PO富含高不饱和脂肪酸,在搅打过程中,脂肪球表面的蛋白和液态油在空气界面铺展,无法形成足够的脂肪网络结构来包裹气泡[14]。POB膨胀率有所提高,是因为中性三酰甘油酯表面包裹着天然磷脂膜,对乳化性有一定改善,但因其固脂含量低导致脂肪结晶数量不足,无法形成致密网络包裹气泡[3],与乳脂冰淇淋相比仍有很大差距,因此需要对PNOB改良来改善冰淇淋膨胀率。
表3 不同油脂制备的冰淇淋的物理性质
Table 3 Physical properties of ice cream prepared by gelation of peanut oil body
注:不同字母表示显著差异(P<0.05)(下同)。
样品膨胀率/%融化率/%硬度/NMF54.75±0.28a20.94±0.05c6.12±0.36cPNO29.66±0.05c24.95±0.02a14.03±0.30aPOB35.08±0.06b23.74±0.06b9.76±0.20b
2.1.2 花生油和花生油体对冰淇淋融化率的影响
冰淇淋的融化率受脂肪聚结程度和膨胀率等因素影响。脂肪网络结构可以提高冰淇淋融化后乳液的流动阻力,进而降低融化率。如表3所示,PNO抗融性最差,是因为液态PO在乳液老化阶段,脂肪结晶度低,无法刺破界面膜使脂肪球彼此靠近聚结,形成的网络结构松散,冰淇淋融化时乳液流动性强,融化速率高。POB比PNO融化率低,说明PNOB可以降低冰淇淋的融化速率,由于磷脂膜增强界面稳定性,少部分脂肪结晶形成弱网络,略延缓融化,但因固脂含量不足,与MF相比,抗融性仍较差。SOUKOULIS等[15]也发现,膨胀率的增加会降低乳液内部的传热速率,因此,膨胀率高的冰淇淋具有较好的抗融性。
2.1.3 花生油和花生油体对冰淇淋硬度的影响
硬度是影响冰淇淋品质的重要指标,与脂肪结晶网络、膨胀率和乳液黏度等有关[16]。表3所示,将MIF替换成PO和PNOB后,冰淇淋硬度显著增大,这一结果与膨胀率一致。冰晶也可以直观反映出冰淇淋品质的差异,由图2可以看出,PNO冰淇淋表面冰晶最多,颗粒粗糙;POB冰晶数量虽多,但尺寸较小,与MF相似,说明冰晶越大硬度越高。由于液态PO不能结晶,无法形成脂肪结晶网络裹气裹水导致冰淇淋在硬化阶段冰晶粗大,硬度增大。PNOB相较于PO促进脂肪部分聚结,形成微晶结构,可以在一定程度减小冰晶尺寸。需要寻找合适的处理方法使POB冰淇淋的硬度更接近于MF。
a-MF;b-PNO;c-POB
图2 不同油脂制备的冰淇淋硬化后的表观形貌图
Fig.2 The morphology of ice cream prepared with different oils after hardening
2.2.1 油体凝胶对花生油体冰淇淋膨胀率的影响
表4中花生油体凝胶化的冰淇淋膨胀率随蜂蜡含量增加而升高,但不同蜂蜡含量的BWO冰淇淋膨胀率差异并不显著,并且膨胀率均低于MF,最高为38.09%。蜂蜡虽增加脂肪结晶数量,但由于PNOB不饱和脂肪酸含量高,不足以达到MIF体系中的固脂含量,在冰淇淋搅打阶段无法形成致密的结晶网络包裹气泡。同时对比PNOB发现,不同蜂蜡含量的BWO对冰淇淋膨胀率有一定提高,但效果并不显著。这与冰淇淋冰晶的性质有关,冰晶尺寸大会刺破脂肪网络包裹的气泡,不易形成充气体系,进而影响冰淇淋膨胀率。结果表明BWO并不能显著改善冰淇淋的膨胀率。
表4 花生油体凝胶化处理的冰淇淋的物理性质
Table 4 Physical properties of ice cream prepared by gelation of peanut oil bodies
样品膨胀率/%融化率/%硬度/N3%-BWO35.87±0.02b23.25±0.08a9.80±0.06cd5%-BWO36.04±0.00b22.94±0.04b10.13±0.03c10%-BWO37.98±0.07a21.76±0.04c10.98±0.02b12%-BWO38.09±0.58a21.11±0.01d11.51±0.20a
2.2.2 油体凝胶对花生油体冰淇淋融化率的影响
表4结果表明,BWO冰淇淋的融化率随蜂蜡含量的增加而降低,蜂蜡含量为12%的BWO冰淇淋抗融性最佳。这是因为凝胶化形成的双界面稳定体系中,外层蜂蜡促进结晶网络形成,内层油体磷脂膜赋予乳化性,增大乳液黏度,降低乳液的水分活动,减缓冰淇淋融化时流动速率[1];同时,蜂蜡的结晶特性与PNOB磷脂膜的双界面协同作用降低了界面张力,减少融化过程中脂肪球聚集破裂,界面稳定性提升,膨胀率和抗融性增强。
2.2.3 油体凝胶对花生油体冰淇淋硬度的影响
ROPCIUC等[17]研究表明,冰淇淋硬度随着蜂蜡含量增加而增大,这可能与脂肪结晶数量、蜂蜡与PNOB之间的相互作用力有关。表4实验结果与研究结论一致,蜂蜡含量为12%的BWO冰淇淋硬度最大,为11.51 N。这是因为蜂蜡分子中的长链烷烃与PNOB磷脂膜通过氢键结合,增强晶体网络的刚性结构,并且脂肪结晶数量增多,蜂蜡与PNOB分子相互靠近,彼此间结构更紧密,冰淇淋硬度增大。蜂蜡含量的增加使油体凝胶中的脂肪晶体密度增大,提升体系机械强度,所以蜂蜡含量越高,冰淇淋的硬度越大。值得注意的是,BWO冰淇淋的膨胀率随硬度增大而升高,这由于蜂蜡模拟固体脂肪的性质,使脂肪结晶增多,所以膨胀率略微升高。
2.3.1 油脂复配对花生油体冰淇淋膨胀率的影响
由表5可知,POB-7组的膨胀率最低、POB-6和POB-5组膨胀率依次升高,POB-5-2的冰淇淋膨胀率最高为56%,与MF相当。这是因为PNOB含量降低,饱和脂肪酸使固脂含量升高,脂肪结晶数量增多,脂肪部分聚结程度升高,形成稳定的脂肪网络结构能够固定流动的气泡,使气泡之间不容易发生聚结而破裂,进而冰淇淋膨胀率升高。另一方面,在PNOB含量相同的情况下,一般体系中CNO比例越大,膨胀率越高,例如POB-7-2膨胀率比POB-7-1高3.24%,POB-5-2膨胀率比POB-5-1高5.35%。因为CNO含有大量的中链饱和脂肪酸,可以使脂肪快速结晶,促进脂肪球部分聚结,提高搅打阶段脂肪网络的裹气能力。并且可以发现PNOB复配的冰淇淋膨胀率比BWO冰淇淋均显著提高。
表5 油脂复配的花生油体冰淇淋的物理性质
Table 5 Physical properties of peanut oil bodies ice cream compounded with oils
样品膨胀率/%融化率/%硬度/NPOB-7-138.95±0.04f22.95±0.02a8.13±0.35aPOB-7-242.19±0.02e22.30±0.03b7.21±0.05bPOB-6-149.57±0.02c20.97±0.02d6.61±0.19cPOB-6-243.99±0.06d21.49±0.04c6.87±0.11bcPOB-5-151.11±0.05b20.05±0.04e6.20±0.02dPOB-5-256.46±0.04a19.14±0.04f5.99±0.07e
2.3.2 油脂复配对花生油体冰淇淋融化率的影响
由表5可知,冰淇淋的抗融性随PNOB含量降低而提高,POB-7组、POB-6组、POB-5组融化率依次降低,POB-5-2融化率最低为19.14%。饱和脂肪酸可以促进脂肪部分聚结形成致密的网络结构,减缓冰淇淋的融化速率。这是因为致密的脂肪网络包裹足够多的气泡,冰淇淋在融化阶段会因气泡的存在导致传热速率降低,阻碍融化时乳液的流动速率,使冰淇淋的融化率降低。当HPKO和CNO协同复配PNOB时,依靠二者通过脂肪结晶形成的三维网络结构以及PNOB的乳化性,实现了界面乳化性能与脂肪结晶网络的动态平衡,降低冰淇淋的融化速率。
2.3.3 油脂复配对花生油体冰淇淋硬度的影响
刘平利[18]指出,较高的固肪含量会提高冰淇淋的硬度。但实验结果与文献报道相反,如表5所示,冰淇淋的硬度随着不饱和脂肪酸含量升高而显著升高,POB-7-1相较于POB-5-2硬度提高了2.14 N。原因是油脂中PNOB含量高,脂肪结晶度较低,脂肪网络结构致密性差裹水能力低,在冰淇淋硬化阶段乳液结冰使硬度增加,同时脂肪结晶网络裹气能力差,冰淇淋硬度随膨胀率降低而增大。其中POB含量为50%的冰淇淋硬度最接近MF,但综合考虑冰淇淋饱和度及质构品质,选择PNOB∶HPKO∶CNO=6∶3∶1的复配油脂。
2.4.1 不同油脂形成的脂肪结晶网络微观结构
油脂种类是影响脂肪结晶网络的重要因素,并影响冰淇淋的质构特性[19]。偏振光显微镜可以揭示油脂内部的晶体尺寸及数量[20]。由图3可知,不同种类的油脂在4 ℃形成的晶体数量和网络结构差异显著。由于MIF饱和脂肪酸含量高,可以观察到脂肪结晶数量多且均匀填满整个体系,形成致密的结晶网络;PO和PNOB由于不饱和脂肪酸含量高,只能观察到少量晶体;图3-d的油脂由于添加蜂蜡的缘故,脂肪结晶数量显著增多,晶体颗粒变大;图3-e的油脂添加了饱和脂肪酸含量高的HPKO,脂肪结晶多,结晶网络结构致密,可以提供持久的网络支撑,晶体间的连接性增强,直观地解释了脂肪晶体网络结构越致密,截留气泡的能力越强,进而提高冰淇淋的质构特性。
a-MIF;b-PO;c-PNOB;d-12%BWO;e-PNOB∶HPKO∶CNO=6∶3∶1
图3 不同油脂在4 ℃贮存24 h后的脂肪结晶偏光图像
Fig.3 Polarized images of fat crystallization of different oils after storage at 4 ℃ for 24 h
2.4.2 冰淇淋乳液的流变特性
乳液黏度是影响冰淇淋品质的重要指标。研究表明,剪切可以使脂肪球发生部分聚结使黏度增加[21]。如图4-a所示,所有样品的乳液黏度均随剪切速率的升高而降低,表现出典型的剪切稀化特性。PNOB复配油脂的冰淇淋乳液黏度与MF接近,其次为BWO、POB,PNO乳液黏度最低。这是因为PO和PNOB含有高含量的不饱和脂肪酸,脂肪不易结晶导致部分聚结度低,脂肪网络体系包裹不住水分,导致乳液体系中自由水含量高。而蜂蜡诱导的凝胶化结晶模板与天然磷脂乳化性的协同效应,形成的双界面稳定结构显著提升乳液的黏弹性,从而使乳液黏度提高。PNOB复配油脂的固脂含量高,乳液黏度增加会提高冰淇淋的抗融性和膨胀率。如图4-b所示,除PNO乳液的弹性模量(G′)小于黏性模量(G″),其他样品均表现出类凝胶的性质。POB-6-1的乳液G′最高,且大于MF,说明冰淇淋乳液稳定性最好。
a-冰淇淋乳液的黏度;b-冰淇淋乳液的黏弹性模量
图4 冰淇淋乳液的流变学性质
Fig.4 Rheological properties of ice cream emulsion
屈服应力值(τ0)是使样品发生流动所需的最小剪切力,反映了乳液的内部结构强度和结构稳定性[21],τ0值越大,乳液的结构越稳定,流动性越差,冰淇淋口感越浓稠。由表6得知,MF的τ0最大,POB-6-1、12%-BWO、POB和PNO依次减小。稠度系数K越大,说明乳液越黏稠,乳液流动性越差,相应流动系数n越小。相比于PNO,POB稠度系数有所增大的原因是蛋白-磷脂膜会增强蛋白在油-水界面的乳化性,使乳液黏度提高。而BWO由于良好的脂肪结晶网络包裹更多自由水,稠度系数也会有所提升。贮藏稳定性更高的乳液其内部组分间的相互作用更强,因此表现出更大的黏度和稠度。结合图4-a可以发现,POB-6-1制备的乳液黏度最高,接近MF,这说明PNOB复配乳液的界面蛋白被替代后,油滴部分聚结程度高,脂肪网络结构增强,乳液内部稳定性更高,更大程度上提高了乳液黏度。与PNO和POB相比,稳定性高的乳液表现出更大的假塑性(n更小)。
表6 冰淇淋搅打前乳液的剪切流变参数
Table 6 Rheological parameters of emulsions formed by ice cream
2.4.3 冰淇淋乳液的粒径
粒径可以反映脂肪聚结程度,从而影响冰淇淋产品的品质特性[22]。由图5-a可知,所有冰淇淋乳液分布均为双峰形态,其中第一个峰是乳液在老化前期存在单个油滴分子,而第二个峰是因为乳液老化过程中脂肪发生部分聚结。用PO和PNOB替换MIF后,乳液粒径显著增大,POB比PNO乳液粒径小,这是由于PNOB被磷脂-蛋白膜包裹产生更强的乳化性,使乳液体系更加稳定。12%-BWO乳液粒径小是因为高浓度蜂蜡与单个脂肪球结合,均匀分散在乳液中,导致脂肪部分聚结程度低,但冰淇淋质构特性较差。POB-6-1的乳液粒径与MF相近,说明脂肪发生部分聚结形成致密晶体网络结构,进而膨胀率更高。图5-b反映了冰淇淋乳液放置5 d后粒径变化箱线图。箱体高度和中位数位置可以反映出乳液粒径分散程度,箱体高度和中位数越小,说明乳液离散程度越低,粒径分布越集中,乳液贮藏稳定性越高。其中MF乳液粒径变化最小,分布密集,POB-6-1、12%-BWO、POB和PNO依次降低,进一步验证了2.4.2节乳液流变性质,POB-6-1乳液最接近MF稳定乳液的性质。
a-冰淇淋乳液老化6 h后的粒径分布曲线; b-冰淇淋乳液在4 ℃下贮存5 d的粒径箱线图
图5 冰淇淋搅打前乳液粒径的表征
Fig.5 Characterization of particle size of emulsions formed by ice cream
表7为乳液在4 ℃条件下老化前后的平均粒径及分散性指数(polymer dispersity index,PDI)。在乳液老化初期,MF的PDI值最高,说明小粒径的乳脂肪在乳液中分散均匀;由于PO单个液滴粒径大且不均匀,导致PNO乳液的PDI值最小,分散性较差。在老化期间,由于小分子乳化剂替代界面蛋白质,界面张力降低,油滴发生部分聚结,有利于脂肪网络结构的形成。可以发现在老化6 h后,MF和POB-6-1乳液的PDI值增幅最大,这是因为二者脂肪部分聚结程度高,脂肪网络结构致密,乳液稳定性较好;而PNO和POB的PDI值增幅较小,脂肪部分聚结度低,这种差异主要是由于脂肪结晶不易穿刺界面膜,导致蛋白质在油水界面被乳化剂取代的程度较小,需要结合界面蛋白含量进一步分析验证。
表7 冰淇淋搅打前乳液在4 ℃静置0 h和6 h后的平均粒径及PDI
Table 7 Particle size and PDI of emulsions formed by ice cream when stored at 4 ℃ for 0 h and 6 h
样品平均粒径/nmPDI0 h6 h0 h6 hMF242.36±3.04d250.52±4.44d0.413±0.038a0.527±0.046aPNO296.79±2.12a386.74±0.57a0.229±0.075e0.273±0.065ePOB269.43±2.38c355.84±2.46b0.260±0.062d0.335±0.042d12%-BWO275.17±2.76b297.10±1.22c0.301±0.027c0.396±0.019cPOB-6-1276.60±1.89b288.26±4.70c0.354±0.031b0.457±0.007b
2.4.4 冰淇淋乳液的界面蛋白含量
在乳液老化期间,小分子乳化剂与脂肪球表面的蛋白发生竞争吸附作用,部分蛋白被乳化剂置换到水相中,导致界面膜表面张力变小,有利于脂肪晶体刺破膜进而发生脂肪部分聚结[23]。由图6可以看出,PNO界面蛋白含量最高,是因为液态油在老化阶段不发生脂肪结晶,致使界面蛋白膜完整包裹脂肪液滴,无法刺破界面膜,脂肪部分聚结度越低,进一步解释了冰淇淋膨胀率低的原因。而PNOB由于表面包裹一层具有乳化性的磷脂膜,自身结构决定了界面蛋白含量较PO制备的冰淇淋要低。MF在所有乳液中界面蛋白含量最低,POB-6-1最接近MF,这是由于复配油脂含有一定饱和脂肪酸,更多的脂肪结晶刺破界面膜,脂肪发生部分聚结,蛋白被置换下来,所以界面蛋白含量较低,并且乳液黏度高,膨胀率也达到理想效果,冰淇淋质构品质较好。
图6 油脂种类对乳液界面蛋白含量的影响
Fig.6 Effects of oil types on interfacial protein content of emulsion
注:不同字母表示组间存在显著差异(P<0.05)。
本研究通过油体凝胶化及植物油复配技术改良PNOB冰淇淋的质构特性,结果表明,油凝胶化处理可显著提升冰淇淋抗融性与硬度,但膨胀率仍较乳脂组低约20%;复配植物油体(PNOB∶HPKO∶CNO=6∶3∶1)可平衡质构特性,其膨胀率(49.57%)、融化率(20.97%)及硬度(6.61 N)与乳脂冰淇淋接近,并且乳液稳定性最佳。该复配方案通过调控固脂含量与脂肪网络结构,为开发低饱和脂肪酸、高品质花生油体冰淇淋提供了理论依据与技术路径。
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