아이스크림이 녹는 현상-저항성 혁신: PGMS, PGE 및 DMG 삼원 혼합을 통한 시스템 제어 및 거품 안정성

콜드 체인 중단으로 인한 아이스크림의 급속한 녹는 현상은 업계가 오랫동안 직면해 온 기술적 과제이며, 특히 더운 지역과 전자상거래 물류 시나리오에서는 더욱 심각합니다. 이 연구에서는 프로필렌 글리콜 모노스테아레이트(PGMS), 폴리글리세롤 에스테르(PGE) 및 증류된 모노글리세리드(DMG)로 구성된 삼원 유화제 혼합물의 아이스크림 용융{2}}저항성 및 거품 안정성에 대한 상승적 조절 메커니즘을 체계적으로 조사합니다. 결과는 PGMS:PGE:DMG 질량 비율이 5:3:2이고 총 첨가 수준이 0.35%일 때 시스템이 최적의 성능을 나타냄을 보여줍니다. 50% 용해 시간은 38분(대조군)에서 67분으로 확장되고 오버런은 92%±3%에 도달하며 감각 평가 점수는 모든 그룹 중에서 가장 높습니다. 이 연구는 세 가지 관점({14}}계면 막 강도, 지방 부분 유착 속도 및 얼음 재결정 억제-)에서 미세 구조 조절 메커니즘을 설명하여 산업용 용융-저항성 아이스크림의 제형 설계에 대한 이론적 기초와 실제 지침을 모두 제공합니다.

키워드:아이스크림 용해-저항; PGMS; 폴리글리세롤 에스테르; 증류된 모노글리세리드; 삼원 혼합; 거품 안정성

아이스크림은 지방 소구체, 얼음 결정, 기포 및 설탕 용액 매트릭스로 구성된 복잡한 다상 시스템입니다. 구조적 안정성은 온도 변동에 매우 민감합니다. 콜드 체인이 중단되면 얼음 결정 성장이 가속화되고 기포가 뭉치고 지방 덩어리가 뭉쳐 궁극적으로 제품 붕괴 및 감각 저하로 이어집니다. 전 세계 아이스크림 산업은 용융-관련 품질 문제로 인해 연간 수억 달러의 경제적 손실을 겪고 있습니다. 따라서 우수한 용융-저항성을 지닌 아이스크림 제형을 개발하는 것이 학계와 업계 모두의 공통 관심사가 되었습니다.

유화제는 아이스크림 시스템에서 여러 가지 중요한 역할을 합니다. 즉, 기름{0}}물 계면 장력을 줄여 지방 유화를 촉진하고, 숙성 단계에서 지방 부분 유착을 유도하여 기포를 지원하는 3차원-네트워크를 구축하고, 냉동 및 휘핑 중에 기체-액체 계면을 안정화합니다. 그러나 단일 유화제는 용융 저항성, 오버런 및 식감이라는 세 가지 요구 사항을 동시에 충족하는 데 어려움을 겪는 경우가 많습니다.-DMG는 걸쭉함은 좋지만 거품 안정성은 충분하지 않습니다. PGMS는 탁월한 통기 특성을 제공하지만 용융{6}}저항성 향상은 제한적입니다. PGE는 계면 필름 유연성을 부여하지만 단독으로 사용할 경우 부분 유착을 정밀하게 제어하기가 어렵습니다.

이러한 고려 사항을 바탕으로 본 연구에서는 서로 다른 분자 구조와 HLB 값을 갖는 유화제의 시너지 효과를 활용하여 강성과 유연성을 모두 갖춘 계면막을 구성함으로써 아이스크림의 거품 안정성과 용융{0}저항성을 동시에 향상시키는 것을 목표로 하는 PGMS/PGE/DMG를 포함하는 3원 혼합 전략을 제안합니다.

1 재료

PGMS(프로필렌 글리콜 모노스테아레이트, HLB 3.5, 순도 95% 이상), PGE(폴리글리세롤 지방산 에스테르, HLB 6.0, 중합도 3-5) 및 DMG(증류 모노글리세라이드, HLB 3.8, 모노에스테르 함량 90% 이상)은 모두 상업적으로 공급되는 식품-등급이었습니다. 탈지분유(단백질 함량 34%), 무수 유지방(유지방 함량 99.9%), 자당, 옥수수시럽 고형분(DE 42), 구아검, 카라기난, 미결정셀룰로오스는 모두 식품등급 성분이었습니다.

2 제제화 및 가공

기본 아이스크림 제제는 유지방 8.0%, 무지방 우유 고형분 10.5%, 자당 12.0%, 옥수수 시럽 고형분 4.0%, 총 고형분 36.5%로 구성되었습니다. 총 유화제 첨가 수준은 표 1에 표시된 대로 설계된 3원 혼합 비율을 사용하여 0.35%(총 혼합물의 w/w)로 고정되었습니다. 안정제 혼합물(구아검 0.12%, 카라기난 0.02%, 미결정 셀룰로오스 0.15%)은 모든 그룹에서 일정하게 유지되었습니다.

가공단계: 원료혼합 → 60도에서 30분간 교반 → 균질화(65도, 1단계 15MPa / 2단계 3MPa) → 저온살균(80도, 30초) → 급속냉각 → 4도까지 숙성 → 숙성(4도, 4시간, 저속교반) → 연속냉동고에서 냉동 및 휘핑(출구온도 -5.5도) → 충진 → 경화 발파 터널(-40도, 30분)→-18도에 보관.

표 1 3원 유화제 블렌드에 대한 실험 설계

3가지 분석방법

용융-저항성 테스트:경화된 아이스크림 샘플(-18도, 100mL 원통형)을 25도 ±0.5도의 항온-실 내부 금속 격자(2mm 메쉬) 위에 놓았습니다. 첫 번째 적하 시간과 50% 질량 용해 시간이 기록되었습니다. 용융 저항 비율은 50% 용융 시간을 대조군의 용융 시간으로 나눈 값으로 정의되었습니다.

오버런 측정:고정된 부피의 아이스크림의 질량은 냉동 전후의 무게를 측정했습니다. 오버런(%) =(동결 전 질량 - 동결 후 질량) / 동결 후 질량 × 100%.

지방 부분 유착률:용매 추출-UV 분광광도법으로 결정됩니다. 부분 유착률=유리 지방 함량 / 총 지방 함량 × 100%.

거품 안정성:녹인 아이스크림 믹스를 다시 휘핑하고, 거품량이 50% 감소하는 데 필요한 시간을 거품 반감기로 기록했습니다.-

감각 평가:숙련된 평가자 12명으로 구성된 패널이{1}}9점 쾌락 척도를 사용하여 녹는 듯한 식감, 부드러움, 크림 같은 느낌, 시원한 느낌 및 전반적인 수용성을 평가했습니다.

1 혼합 비율이 용융 저항에 미치는 영향-

그림 1은 다양한 유화제 비율에 따른 아이스크림의 녹는 거동을 보여줍니다. T0 대조군(PGMS 단독)은 38분의 50% 용해 시간과 22분의 첫 번째 드립 시간을 나타냈습니다. 3원 혼합 그룹 중에서 T3(PGMS:PGE:DMG=5:3:2)은 50% 용해 시간이 67분으로 연장되어-대조군에 비해 76.3% 개선되었으며-첫 번째 드립 시간이 41분으로 지연되는 등 최고의 성능을 보였습니다.

표 2 아이스크림 샘플의 용융-저항성과 구조 매개변수

DMG 함량이 너무 낮은 경우(T1), 계면 필름의 강성이 부족하고, 부분 유착률이 최적이 아니며(55%), 폼 네트워크 구조가 느슨하게 유지되고, 용융이 상대적으로 빠르게 진행되었습니다. 반대로, DMG 함량이 지나치게 높으면(T5) 지방 소구체가 큰 지방 클러스터로 응집되어 거품 균일성이 손상되어 오버런이 72%로 떨어지고 용융{5}}저항성이 급격히 저하됩니다. 이는 삼원 혼합 시스템 내에 최적의 DMG 창이 존재함을 나타냅니다.-네트워크 골격을 구성하려면 충분한 결정질 지방이 필요하지만 버블 무결성을 유지하려면 과도한 응집을 피해야 합니다.

2 삼원 혼합물의 계면 조절 메커니즘

PGMS/PGE/DMG 3원 혼합물이 제공하는 향상된 용융 저항성은{0}}다음 세 가지 수준에서 작동하는 시너지 메커니즘에서 발생합니다.

계면 필름 레벨:DMG는 폼 네트워크의 노드와 프레임워크 역할을 하는 견고한 결정질 지방 계면층을 제공합니다. 상대적으로 높은 HLB 값과 우수한 계면 유연성을 지닌 PGE는 기-액체 계면에서 탄성 필름을 형성하여 기포의 변형 저항성을 향상시킵니다. PGMS는 DMG와 공결정화하여 네트워크 강도를 강화하는 동시에 PGE와 함께 계면 장력을 줄여 미세한 기포 생성을 촉진할 수 있는 중간 역할을 담당합니다.

부분적 유착 규제:지방 부분 유착은 아이스크림 거품 구조 형성에 중요합니다. 부분 유착률이 너무 낮은 경우(<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%), 지방 클러스터는 기포 유착 및 구조적 붕괴를 유도합니다. T3 그룹의 68% 부분 유착률은 문헌에 보고된 최적 창(60-75%) 내에 정확하게 포함되어 과도한 집계와 관련된 붕괴 위험을 피하면서 네트워크 연속성을 보장합니다.

얼음 결정 억제:삼원 유화제 혼합물에 의해 형성된 계면 막과 지방 네트워크는 물리적 장벽 역할을 하여 얼음 결정의 Ostwald 숙성을 지연시킵니다. -18도에서 30일 동안 보관한 후, T3 그룹의 평균 얼음 결정 직경은 32μm로 대조군에서 관찰된 48μm보다 현저히 낮았습니다.-이는 우수한 용융 저항성에 대한 미세 구조 기반을 더욱 설명합니다.

폼 안정성 향상을 위한 3가지 경로

거품 안정성은 녹는 과정에서 아이스크림의 형태 유지 능력을 결정합니다. T3 그룹은 대조군의 약 1.9배인 34분의 거품 반감기를 나타냈습니다. 기체-액체 계면에서 PGE의 탄성 흡착은 향상된 폼 안정성의 주요 원인입니다.-PGE의 다중 수산기 친수성 헤드 그룹은 물 분자와 수소 결합 네트워크를 형성하여 계면 필름의 수화층 두께를 증가시킵니다. 동시에 DMG와 PGMS가 구축한 지방 네트워크는 기포에 대한 물리적 지원을 제공하여 기포 사이의 액막 배수를 방해하고 기포 유착을 억제합니다.

4 관능평가 검증

표 3 아이스크림 샘플의 감각 점수(9점 척도)

T3 그룹은 녹는 듯한 식감과 부드러움에서 대조군과 T5 그룹보다 훨씬 더 높은 점수를 얻었으며, 이는 질감의 기교에 대한 적절한 부분 유착 속도의 결정적인 영향을 검증했습니다.

이 연구 결과에 따르면, PGMS/PGE/DMG 3원 혼합 시스템을 채택하는 아이스크림 제조업체는 총 유화제 첨가 수준 0.30-0.40%, PGMS:PGE:DMG 질량비 범위 4.5-5.5:2.5-3.5:1.8-2.2 내에서 운영할 것을 권장합니다. 이 범위 내에서는 지방 함량, 무지유고형분 함량, 제품 종류에 따라 미세 조정이 가능합니다.

향후 연구 방향에는 식물성{0}}기반 아이스크림 응용 분야에서 이 3원 혼합 시스템의 성능 조사와 다양한 지방산 조성(포화/불포화 비율)이 혼합된 계면 필름의 특성에 미치는 영향에 대한 조사가 포함될 수 있습니다.