乳化剂与稳定剂在冰淇淋生产工艺中的应用
【摘要】本文结合乳化剂和稳定剂本身的基本性质、冰淇淋的生产工艺两方面阐述乳化剂和稳定剂在冰淇淋生产工艺中的应用。
【关键词】乳化剂；稳定剂；冰淇淋；生产工艺；应用
【正文】
随着人民生活水平的提高，冰淇淋越来越受到消费者的欢迎，继而带动了冰淇淋工业化生产规模的不断扩大，对各种添加剂的要求也越来越高。乳化剂、稳定剂对冰淇淋生产工艺的确定、原料的选择、产品质量的保证，都起着十分重要的作用。
1冰淇淋的基本生产工艺
冰淇淋采用奶与奶制品为主要原料，加入蛋与蛋制品、甜味剂、香料、稳定剂、乳化剂以及食用色素等混合后，经巴氏杀菌、均质、老化、凝冻而制成的，含有一定量的脂肪奶固体。除了具有鲜艳的色泽、浓郁的香味、细腻的组织、可口的滋味外，并且有很高的营养价值，是广大消费者所喜爱的清凉解暑佳品。
生产工艺流程：原料处理—→混合原料配制—→巴氏杀菌—→均质—→冷却—→老化—→凝冻—→灌装成型—→包装—→硬化—→检验—→成品。
从物理化学的观点看，冰淇淋是一种复杂的真溶液及胶体与乳浊液的混合体系。在这一体系中，糖类及可溶性的盐是以真溶液状态存在，具有分子运动特性，产生较高的渗透压；蛋白质（包括乳清蛋白和酪蛋白）、胶体磷酸盐及稳定剂则处于胶体状态，具有布朗运动，产生较低的渗透压；冰淇淋中的脂肪及乳化剂则处于乳浊状态，大多以脂肪球或脂肪族状态存在，具有缓慢的布朗运动及重力运动，不会产生渗透压。在凝冻过程中产生的冰晶及气泡属于粗分散体系。
总体来看，冰淇淋中是由各个连续的和不连续的分散相组成，以水和乳无脂干物质、糖及稳定剂构成其基质，基质中分散着脂肪球、气泡及冰晶。冰淇淋这一复杂的分散体系中任何一种变化都会引起整个体系的变化，从而引起冰淇淋形体、融化性及口感等各项指标的变化。
2乳化剂与稳定剂的基本性质
2.1 乳化剂的基本性质
乳化剂是乳浊液的稳定剂，是一类表面活性剂。
憎水基（亲油基）亲油、亲气而不亲水，而亲水基则憎油、憎气而不憎水。食品乳化剂的分子由亲水基和憎水基两部分组成，为双亲化合物，亲水基和亲油基同时存在于同一食品乳化剂的分子中，使食品乳化剂的分子具备一定的表面活性，因此，乳化剂属于表面活性剂，其典型功能是具有乳化作用，能使两种或两种以上互不相溶的液体或液晶均匀分散。乳状液为两种不相混溶的液相，一相以微粒状（液滴或液晶）分散于另一相中而形成的两相体系。
将微小的液滴连成一片的油相具有的能量称为表面能，而反抗表面张力则必须做功。
W = ΔF·δ
W——反抗表面张力所做的功
ΔF——油滴表面积的增大值
δ——表面张力
从上式可知，降低表面张力可使机械功明显减少，而乳化剂能大大降低表面张力，从而减少乳化所需要的能量，制得的乳化液更加稳定。
HLB是乳化剂的亲水亲油平衡值，乳化剂的分子两端具有亲水基和亲油基两个基团，因而乳化剂具有两亲性。HLB值在1～20之间，近于1者亲油性越强，属油溶性乳化剂；近于20者亲水性强，属于水溶性乳化剂。
2.2稳定剂的基本性质
稳定剂（增稠剂）是一种高分子物质，是动植物中存在的多糖或蛋白质及其衍生物，是无定型的胶体物质，在水中可形成胶体溶液。
稳定剂的种类很多，分天然和合成两大类，从其性能可分为增稠和胶凝两大类，有的有增稠能力，有的有形成凝胶能力，有的兼而有之。冰淇淋生产中常用的稳定剂有明胶、CMC-NA、海藻酸钠、卡拉胶、刺槐豆胶、瓜尔豆胶、果胶、微晶纤维、魔芋胶、黄原胶、淀粉、变性淀粉、结冷胶、罗望子胶、富兰克胶等。
在食品中使用稳定剂的效果有：
（1）乳化稳定性
在O/W型乳化系统中，用以提高水层的粘度，稳定乳化系统。另外，还具有防止脂肪球合并的作用。
（2）脂胶化
通过加热或冷却，或在盐类、蛋白质、糖等的作用下形成凝胶。凝胶的粘弹性、溶化温度、析出程度与所用的稳定剂有关。可根据使用目的选用合适的稳定剂。
（3）增粘性
在沙司、汤或调味料中用于提高浓体感。稳定剂产生的粘度随其浓度而成指数上升。
（4）粘接性
稳定剂用于肉类加工、水产制品组织的形成以及提高保水性和原料利用率。
（5）起泡性
蛋白稳定剂用于含泡食品的起泡和提高气泡稳定性。稳定剂具有增加气泡表面膜界粘度的效果。
（6）悬浊分散性
稳定剂可将固体分散于液体中，并防止其沉降。
3乳化剂与稳定剂在冰淇淋生产工艺中的应用
冰淇淋是一个极为复杂的三维体系，即可看成是水包油乳状液，又可认为是液气两相混合的泡沫体系。乳化剂、稳定剂在冰淇淋生产过程中体现出的主要作用有：在原料混合和均质工序中，提高原料中脂肪、蛋白质的分散性，使脂肪球、蛋白质粒子进一步细化，促进水、脂肪、蛋白质间的相互作用，保持乳状液的稳定，使冰淇淋的组织更细腻。
在原料老化工序中，进一步促进原料中脂肪、蛋白质间的水合作用，保持它们间稳定的界面膜，提高原料的粘稠度，缩短老化时间。
在凝冻搅打工序中，保持乳状液三维网络结构的稳定，防止搅打的机械作用使脂肪球凝聚，提高原料与空气的充分混和，生成细小、均匀、稳定的泡沫体系，提高冰淇淋的膨胀率。
在冷藏、贮运过程中，降低水分子的活度，阻止冰晶的生长，保持冰淇淋稳定的泡沫状态，从而使其长期保存而表面光滑不收缩，组织细腻，口感幼滑，并有良好的抗融性。
3.1乳化剂在冰淇淋生产工艺中的应用
乳化剂在制造冰淇淋中的主要作用有：（1）改进脂肪在混和料中的分散性，促进脂肪与蛋白质的相互作用，可以在脂肪、蛋白质、水之间的界面膜上形成组织和稠度均匀的稳定乳液；（2）控制脂肪的附聚和凝聚作用，提高冰淇淋的保形性；（3）促进空气的混和，产生适合的膨胀率和稠度。乳化剂一般对气液界面有较强的吸附力和起泡力。冰淇淋原料中的乳蛋白本身就具有起泡性，但泡的稳定性差，添加乳化剂后可在冻结中迅速产生脂肪球凝聚，形成三元网络构造，可以稳定保持乳蛋白产生的气泡，且生成的气泡比较细小，有利于膨胀率的控制；（4）贮藏性的改善，减少贮藏中制品的变化；（5）防止或控制粗大冰晶形成，使冰淇淋的组织细腻。
3.2稳定剂在冰淇淋生产工艺中的应用
稳定剂有防止冰晶体生成，促进冰淇淋组织圆润，增大冰淇淋硬度及保持其形状之效果。
稳定剂具有亲水性，其作用是与冰淇淋中的自由水结合成为结合水，从而减少物料中自由水的数量。在冰淇淋生产中加入稳定剂的目的可概括为：（1）提高混合料的黏度和冰淇淋膨胀率，使冰淇淋浆料保持稳定；（2）防止或抑制冰晶的生长，提高抗融化性和保藏稳定性；（3）改善冰淇淋的形体和组织结构，保持冰淇淋的特有风味；（4）修饰香精的释放，这取决于体系的流变学特性；（5）降低脂肪酶的活性，如海藻酸钠、角叉菜胶；（6）降低冰淇淋浆料中“空气/ 水”、“油/ 水”界面的界面张力，使冰淇淋浆料中的油脂以及含油脂的固体分散相细粒（如可可粉、咖啡粉）在均质机或超微胶体磨切变力的作用下，粉碎为微小液
滴，从而使油脂易于分散，经乳化剂湿润膨胀的含油脂固体分散相细粒亦可能以更大的分散度分散。“空气/ 水”界面的界面张力降低，使冰淇淋浆料易于形成气泡。
3.3复合乳化稳定剂在冰淇淋生产工艺中的应用
在冰淇淋的生产过程中，发现许多乳化剂会吸收一定数量的水形成胶状团块，不易溶解于水或其它水介质，导致乳化剂即使通过激烈的机械搅拌也不能均匀地分散在产品中而影响产品品质；同样，大多数的稳定剂与水接触时，其水合作用也会倾向结成团块，影响产品的粘度，使产品不能平滑细腻，还容易导致生产过程中设备阻塞。如果将乳化剂和稳定剂按适当的比例以简单的方式混合，对解决上述问题将有一定帮助，但不能完全解决。
为适应现代化的冰淇淋生产工艺，国外已广泛使用经过特殊工艺精制而成的复合型乳化稳定剂。使用这种复合型乳化稳定剂，能大大减少结团，且膨胀率适中，老化时间缩短，操作简便，易于大规模机械化生产。
这种复合制品之所以能有效消除结团倾向，是因为稳定剂分子除含有大量羟基(亲水基团) 外，也含有少量亲油基团。在一般情况下，稳定剂分子趋向扭曲或卷曲形成螺旋形，因此当稳定剂与水接触时，亲水基团将处于稳定剂分子外面，与水发生水合作用形成胶膜层，阻碍水进入螺旋形的稳定剂分子内部，因而稳定剂分子内部是干的。当乳化剂和稳定剂以特殊工艺按比例复合在一起时，稳定剂分子依乳化剂分子伸展开，稳定剂的亲水基与乳化剂的亲水基亲合，稳定剂的亲油基与乳化剂的亲油基亲合，这种伸展作用可使稳定剂充分发生水合作用，从而解决结团问题。此外，经复合而成的乳化稳定剂，因为发挥了协同效应，其粘度比乳化剂、稳定剂分别加入时强。所以，以较小的用量即可达到冰淇淋生产工艺所需要的粘度。
冰淇淋复合乳化稳定剂的优点主要有：（1）使用方便，易用于大规模机械化生产；（2）抗融性和保形性好；（3）对热振荡的稳定性好；（4）膨胀率合适，老化时间缩短。
复合乳化稳定剂可根据其用途分成三类：一类适用于中、高脂冰淇淋，一
类适用于低脂冰淇淋雪糕，一类适用于无脂冰淇淋棒冰，另外还有一些特殊用途的复合稳定剂。复合乳化稳定剂的用量，取决于脂肪含量和总固形物含量百分比，同时要考虑冰淇淋形体特性和所期望稳定度的要求，也要兼顾浆料粘稠度符合加工工艺的许可等方面因素，一般在0.3—0.6﹪间选择。
【参考文献】
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