不同類型穩(wěn)定劑和乳化劑對冰淇淋品質特性的影響

孫夢雅，劉 珊，顧文娟，屈思穎，龐志花，劉新旗

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

冰淇淋是從中世紀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，以其獨特的口感受到廣大消費者的青睞。在冰淇淋的生產中，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于提高冰淇淋品質至關重要。

穩(wěn)定劑，也稱增稠劑，在水中形成的是一種膠體物質的無定形膠體溶液，它是在聚合物材料的植物多糖或蛋白質及其衍生物中發(fā)現的，使用穩(wěn)定劑能夠使食品粘著度增加，在冰淇淋的應用中，穩(wěn)定劑可以有效提高漿料的粘度，抑制冰晶的生長，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、擴大體積的作用[8-9]?？ɡz是一種離子型多糖，中性和微酸環(huán)境下帶負電荷，可以從海洋藻類海草中提取分離出來，能夠使得冰淇淋漿料具有較強的穩(wěn)定性[10-11]。明膠，是由動物的韌帶、皮、骨等部位所含有的膠原蛋白經過部分水解得到的蛋白質類穩(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、細膩、潤滑，能夠提高冰淇淋的保形性[14-15]。根據親水親油平衡值（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食品中油與水兩相界面的張力影響不同，對乳液混合料的穩(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），對不同類型的穩(wěn)定劑和乳化劑進行組合來分析不同類型復配乳化劑和穩(wěn)定劑對冰淇淋品質的影響，以獲得具有良好膨脹率、抗融化性能、組織結構及口感的冰淇淋，為冰淇淋的生產提供更好的理論指導，以期達到對冰淇淋產品的配方改進以及品質優(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 阿澤雷斯國際貿易（上海）有限公司；明膠 嘉利達（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 型鼓風干燥箱 天津市通利信達儀器廠；HAOLE 型冰淇淋機 湖北黃石東貝機電集團有限責任公司；EUROSTAR 40 digital 型電動攪拌器 艾卡（廣州）儀器設備有限公司；DLSB Series 型低溫冷卻液循環(huán)泵 鄭州長城科工貿有限公司；OTS750 型無油空氣壓縮機 臺州市奧突斯工貿有限公司；D-15M 型高壓均質機 美國PhD-Tech 公司；DV2T 型粘度計 美國博勒飛Brookfield 公司。

1.2 實驗方法

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

按質量比將白砂糖（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[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%）充分攪拌至均勻，得到混合漿料，將漿料于70 ℃水浴中巴氏殺菌20 min，于17.2 MPa 下均質，在4 ℃下老化24 h 后，再將漿料倒入冰淇淋機，-7 ℃左右凝凍6 min 后即可得到冰淇淋[5,13]，同時設計空白組。

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定 室溫下使用DV2T粘度計（120 r/min，60 s）分別對老化前后的冰淇淋漿料的粘度進行測定。

1.2.2.2 冰淇淋融化率的測定 將于-39 ℃下硬化了24 h 的冰淇淋從模具中取出，將一定質量的冰淇淋產品置于1 mm×1 mm 的篩網上，在25 ℃的烘箱內進行融化，記錄第一滴冰淇淋滴落的時間，記為M0，150 min 后記錄冰淇淋滴落的質量，即冰淇淋融化的質量，并通過公式（1）計算冰淇淋的融化率[16]：

1.2.2.3 冰淇淋膨脹率的測定 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，分別稱取其質量，并通過公式（2）計算冰淇淋的膨脹率[16]：

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

1.2.4 感官評價 將冰淇淋置于-18 ℃冷柜中，放置24 h 后取出，邀請10 名熟悉冰淇淋產品并經過感官培訓的評價員，根據表1 對冰淇淋進行打分，去掉最高分和最低分后計算平均分，最后計算總的感官得分[16,22]。并對樣品按喜好度進行排序。

表1 冰淇淋的感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria for ice cream

1.3 數據處理

試驗數據為3 次平行實驗的平均值，用Excel 2019 軟件處理平均值和標準偏差，SPSS 26.0 軟件進行顯著性分析，采用Origin 2019b 軟件制作柱狀圖，對數據進行分，得出結論。

2 結果與分析

2.1 不同類型乳化劑和穩(wěn)定劑對冰淇淋漿料的影響

2.1.1 冰淇淋漿料老化前后的粘度 體系粘度低會導致冰淇淋中游離水較多，凝凍時會出現明顯冰晶，最終影響冰淇淋口感[23-24]。結果由表2 可知，乳化劑為單硬脂肪酸甘油酯或吐溫80 時，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）。原因是卡拉膠是無分支的直鏈型大分子結構，結合聚電解質的性質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)定的網狀結構，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冰淇淋品質有顯著差異（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

當穩(wěn)定劑為瓜爾豆膠或明膠時，乳化劑MG 和吐溫80 對冰淇淋漿料粘度影響無明顯差異，而穩(wěn)定劑為瓜爾豆膠或卡拉膠時，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品的細膩口感，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存穩(wěn)定性。相較而言，穩(wěn)定劑對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。

2.1.2 冰淇淋融化特性 針對特定的乳化劑，分別添加不同的穩(wěn)定劑，結果從表3 可以看出，當乳化劑為吐溫80，添加瓜爾豆膠的冰淇淋第一滴滴落時間與空白組無明顯差異，而卡拉膠和明膠顯著延長了冰淇淋的第一滴滴落時間（P＜0.05）；然而三種穩(wěn)定劑均增大了冰淇淋的融化率。當乳化劑為MG 時，卡拉膠大幅延長了冰淇淋的第一滴滴落時間，同時顯著降低了冰淇淋的融化率（P＜0.05），僅為4.74%，這可能是因為卡拉膠能夠使冰淇淋形成更加穩(wěn)定的網狀結構，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]指出在一定范圍內隨卡拉膠的添加冰淇淋的穩(wěn)定性也呈上升趨勢，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

針對特定的穩(wěn)定劑，比較兩種乳化劑對冰淇淋品質的影響，可以發(fā)現，MG 對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，相比于吐溫80，添加MG 的冰淇淋第一滴滴落時間更長、150 min 滴落的質量更小，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，能提高冰淇淋的抗融性，改善組織結構[27]。

2.1.3 冰淇淋膨脹特性 對冰淇淋膨脹率的測定結果如圖1 所示，比較兩種乳化劑的作用可以發(fā)現，與瓜爾豆膠和卡拉膠復配，MG 冰淇淋的膨脹率均顯著高于吐溫80 組（P＜0.05）；與明膠復配時，二者沒有明顯差異。原因可能是經過脂肪與乳化劑的水合作用，保證了原料對水分的有效吸收，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時也指出單硬脂肪酸甘油酯可有效調節(jié)冰淇淋膨松的質構。

圖1 穩(wěn)定劑和乳化劑對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，以MG 為乳化劑時，瓜爾豆膠對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），膨脹率可以達到66.95%；以吐溫80 為乳化劑時，瓜爾豆膠和明膠對冰淇淋膨脹率的作用均優(yōu)于卡拉膠，但與空白組相比沒有顯著影響，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高，冰淇淋物料過稠，在凝凍過程中空氣很難大量均勻地分布在冰淇淋中，從而導致產品膨脹率低[22]。

2.2 復配穩(wěn)定劑對冰淇淋漿料的影響

2.2.1 復配穩(wěn)定劑對冰淇淋漿料老化前后的粘度影響 由上述結果可知，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量比對瓜爾豆膠和卡拉膠進行復配，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量比對漿料老化前和老化后的粘度影響強度都按照1:1.5＞1:4＞1:9 的順序排列，且均高于IS-Y-1 對照組。這是因為不同的多糖溶液具有不同的粘度，且卡拉膠與蛋白質的相互作用使得冰淇淋漿料在冷卻時形成弱凝膠，因此卡拉膠質量占比越高，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 復配穩(wěn)定劑對冰淇淋膨脹率和融化特性的影響 通過對不同樣品組冰淇淋的膨脹率和融化特性進行測定，結果如表5 所示，質量比為1:1.5 的樣品組冰淇淋的第一滴滴落時間晚于IS-Y-1 對照組，這可能是由于該復配比例更好的避免了冰淇淋在凍結時出現粗大的冰結晶，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

根據以上實驗結果，同時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大幅提高，同時延緩了冰淇淋的形變速率，使得第一滴滴落時間增加，膨脹率相較于只加入卡拉膠時大幅提升，但是冰淇淋的融化率并沒有得到預期中的優(yōu)化，這可能是由于瓜爾豆膠與卡拉膠發(fā)生某種相互作用導致的。

2.3 感官評價結果

通過對比計算，由2.1 實驗結果可知乳化劑為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最優(yōu)異；而根據2.2 的實驗結果可知，當卡拉膠和瓜爾豆膠質量比為1:9 時，相較單一穩(wěn)定劑，冰淇淋的第一滴滴落時間明顯減小，即大大加快了形變速率，因此舍棄該比值下的試驗組。最終選擇卡拉膠和瓜爾豆膠質量比為1:4、1:1.5 的復配穩(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/瓜爾豆膠質量比為1:0）以及IS-Y-1 的對照組進行感官評價。

口感在很大程度上決定了冰淇淋的可接受性，使其成為一個關鍵的質量因素[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，遠高于對照組，而口融性最差，這一結果與其對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的凝膠性，在一定范圍內添加量越大，粘度與凝膠性也會越強。與加入IS-Y-1 的對照組相比，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、顆粒感的感官評價結果Fig.2 Sensory evaluation results of viscosity,smoothness,mouth melt and particle sensation of ice cream

對感官評價的每項指標得分進行加和后發(fā)現，以卡拉膠/瓜爾豆膠質量比為1:1.5 作為穩(wěn)定劑的冰淇淋組評分最高，達22.4 分，且優(yōu)于市售復合型添加劑。

3 結論

本研究通過對乳化劑和穩(wěn)定劑在冰淇淋中的作用的研究，發(fā)現不同類型的乳化劑和穩(wěn)定劑對冰淇淋的漿料粘度、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；同時離子型多糖卡拉膠對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)定劑的復配使用，可以很大程度的提升冰淇淋的物理品質和感官特性。本試驗數據對冰淇淋產品的配方改進以及品質優(yōu)化具有重要意義。然而卡拉膠和瓜爾豆膠與MG 在冰淇淋的加工過程中是如何協同作用影響冰淇淋的物理特性與口感，具體作用機制還需要進一步研究探討。