आइसक्रीम पिघलाव-प्रतिरोध निर्णायक: पीजीएमएस, पीजीई, और डीएमजी टर्नरी ब्लेंडिंग के माध्यम से सिस्टम नियंत्रण और फोम स्थिरता

कोल्ड चेन व्यवधान के बाद आइसक्रीम का तेजी से पिघलना उद्योग के सामने एक लंबे समय से चली आ रही तकनीकी चुनौती है, विशेष रूप से गर्म क्षेत्रों और ई-कॉमर्स लॉजिस्टिक्स परिदृश्यों में गंभीर है। यह अध्ययन प्रोपलीन ग्लाइकोल मोनोस्टियरेट (पीजीएमएस), पॉलीग्लिसरॉल एस्टर (पीजीई), और आइसक्रीम पिघल पर डिस्टिल्ड मोनोग्लिसराइड्स (डीएमजी) वाले टर्नरी इमल्सीफायर मिश्रण के सहक्रियात्मक नियामक तंत्र की व्यवस्थित रूप से जांच करता है {{2}प्रतिरोध और फोम स्थिरता। परिणाम दर्शाते हैं कि 5:3:2 के पीजीएमएस:पीजीई:डीएमजी द्रव्यमान अनुपात और 0.35% के कुल जोड़ स्तर पर, सिस्टम इष्टतम प्रदर्शन प्रदर्शित करता है: 50% मेल्टडाउन का समय 38 मिनट (नियंत्रण) से 67 मिनट तक बढ़ता है, ओवररन 92%±3% तक पहुंचता है, और संवेदी मूल्यांकन स्कोर सभी समूहों में सबसे अधिक है। यह कार्य तीन दृष्टिकोणों से माइक्रोस्ट्रक्चरल विनियमन तंत्र को स्पष्ट करता है {{14}इंटरफेशियल फिल्म ताकत, वसा आंशिक सहसंयोजन दर, और बर्फ पुनर्संरचना निषेध {{15}औद्योगिक पिघला हुआ आइसक्रीम के निर्माण डिजाइन के लिए सैद्धांतिक आधार और व्यावहारिक दिशानिर्देश दोनों प्रदान करता है {{16}प्रतिरोधी आइसक्रीम।

कीवर्ड:आइसक्रीम पिघला हुआ {{0}प्रतिरोध; पीजीएमएस; पॉलीग्लिसरॉल एस्टर; आसुत मोनोग्लिसराइड्स; टर्नरी सम्मिश्रण; फोम स्थिरता

आइसक्रीम एक जटिल बहु-चरण प्रणाली है जो वसा ग्लोब्यूल्स, बर्फ के क्रिस्टल, हवा के बुलबुले और एक चीनी समाधान मैट्रिक्स से बनी होती है। इसकी संरचनात्मक स्थिरता तापमान में उतार-चढ़ाव के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है। एक बार जब कोल्ड चेन बाधित हो जाती है, तो बर्फ के क्रिस्टल की वृद्धि तेज हो जाती है, हवा के बुलबुले आपस में जुड़ जाते हैं, और वसा ग्लोब्यूल्स एकत्र हो जाते हैं, जिससे अंततः उत्पाद ढह जाता है और संवेदी गिरावट होती है। पिघलने से संबंधित गुणवत्ता के मुद्दों के कारण वैश्विक आइसक्रीम उद्योग को वार्षिक आर्थिक नुकसान में करोड़ों डॉलर का नुकसान होता है। बेहतर पिघलने के प्रतिरोध के साथ आइसक्रीम फॉर्मूलेशन विकसित करना इस प्रकार शिक्षा और उद्योग दोनों के लिए एक साझा चिंता का विषय बन गया है।

इमल्सीफायर आइसक्रीम प्रणालियों में कई महत्वपूर्ण भूमिकाएँ निभाते हैं: वसा के पायसीकरण को सुविधाजनक बनाने के लिए तेल {0} पानी के इंटरफेसियल तनाव को कम करना, उम्र बढ़ने के चरण के दौरान वसा के आंशिक सहसंयोजन को प्रेरित करके एक तीन आयामी नेटवर्क का निर्माण करना जो हवा के बुलबुले का समर्थन करता है, और ठंड और व्हिपिंग के दौरान गैस {{2} तरल इंटरफ़ेस को स्थिर करना। हालाँकि, एकल इमल्सीफायर अक्सर पिघलने की त्रिगुण आवश्यकताओं को एक साथ पूरा करने के लिए संघर्ष करते हैं {{4}प्रतिरोध, ओवररन और माउथफिल {{5}डीएमजी अच्छा गाढ़ापन प्रदान करता है लेकिन अपर्याप्त फोम स्थिरता प्रदान करता है; पीजीएमएस उत्कृष्ट वातन गुण प्रदान करता है फिर भी सीमित पिघले हुए प्रतिरोध में वृद्धि करता है; पीजीई इंटरफेशियल फिल्म लचीलापन प्रदान करता है लेकिन अकेले उपयोग किए जाने पर आंशिक सहसंयोजन को सटीक रूप से नियंत्रित करना मुश्किल होता है।

इन विचारों के आधार पर, यह अध्ययन पीजीएमएस/पीजीई/डीएमजी को शामिल करते हुए एक टर्नरी सम्मिश्रण रणनीति का प्रस्ताव करता है, जिसका उद्देश्य कठोरता और लचीलेपन दोनों वाली एक इंटरफेशियल फिल्म का निर्माण करने के लिए विभिन्न आणविक संरचनाओं और एचएलबी मूल्यों के साथ इमल्सीफायर के सहक्रियात्मक प्रभावों का लाभ उठाना है, जिससे एक साथ आइसक्रीम की फोम स्थिरता और पिघले हुए प्रतिरोध को बढ़ाया जा सके।

1 सामग्री

पीजीएमएस (प्रोपलीन ग्लाइकोल मोनोस्टियरेट, एचएलबी≈3.5, शुद्धता 95% से अधिक या उसके बराबर), पीजीई (पॉलीग्लिसरॉल फैटी एसिड एस्टर, एचएलबी≈6.0, पोलीमराइजेशन की डिग्री 3-5), और डीएमजी (डिस्टिल्ड मोनोग्लिसराइड्स, एचएलबी≈3.8, मोनोएस्टर सामग्री 90% से अधिक या उसके बराबर) सभी खाद्य ग्रेड, व्यावसायिक रूप से थे स्रोत. स्किम मिल्क पाउडर (प्रोटीन सामग्री 34%), निर्जल दूध वसा (दूध वसा सामग्री 99.9%), सुक्रोज, कॉर्न सिरप ठोस (डीई 42), ग्वार गम, कैरेजेनन, और माइक्रोक्रिस्टलाइन सेलुलोज सभी खाद्य-ग्रेड सामग्री थे।

2 सूत्रीकरण और प्रसंस्करण

बेस आइसक्रीम फॉर्मूलेशन में शामिल हैं: दूध वसा 8.0%, गैर-वसा वाले दूध ठोस 10.5%, सुक्रोज 12.0%, कॉर्न सिरप ठोस 4.0%, और कुल ठोस 36.5%। कुल इमल्सीफायर जोड़ का स्तर 0.35% (कुल मिश्रण का w/w) पर तय किया गया था, जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, टर्नरी ब्लेंडिंग अनुपात के साथ। एक स्टेबलाइजर मिश्रण (ग्वार गम 0.12%, कैरेजेनन 0.02%, माइक्रोक्रिस्टलाइन सेलुलोज 0.15%) को सभी समूहों में स्थिर रखा गया था।

प्रसंस्करण चरण: घटक मिश्रण → 30 मिनट के लिए 60 डिग्री पर हिलाना → समरूपीकरण (65 डिग्री, पहला चरण 15 एमपीए / दूसरा चरण 3 एमपीए) → पास्चुरीकरण (80 डिग्री, 30 सेकंड) → 4 डिग्री तक तेजी से ठंडा करना → उम्र बढ़ना (4 डिग्री, 4 घंटे, कम {{10 }} गति सरगर्मी) → निरंतर फ्रीजर में फ्रीजिंग और व्हिपिंग (आउटलेट तापमान) -5.5 डिग्री )→भरण→विस्फोट सुरंग में सख्त होना (-40 डिग्री, 30 मिनट)→-18 डिग्री पर भंडारण।

तालिका 1 टर्नरी इमल्सीफायर मिश्रणों के लिए प्रायोगिक डिजाइन

3 विश्लेषणात्मक तरीके

पिघला हुआ -प्रतिरोध परीक्षण:कठोर आइसक्रीम के नमूने (-18 डिग्री, 100 एमएल बेलनाकार आकार) को 25 डिग्री ±0.5 डिग्री पर एक स्थिर तापमान कक्ष के अंदर एक धातु ग्रिड (2 मिमी जाल) पर रखा गया था। पहला ड्रिप समय और 50% बड़े पैमाने पर पिघलने का समय दर्ज किया गया। पिघल-प्रतिरोध अनुपात को नियंत्रण से विभाजित 50% पिघलने के समय के रूप में परिभाषित किया गया था।

ओवररन माप:आइसक्रीम की एक निश्चित मात्रा के द्रव्यमान को जमने से पहले और बाद में तोला गया। ओवररन (%)=(ठंड से पहले द्रव्यमान {{2 }} जमने के बाद द्रव्यमान) / जमने के बाद द्रव्यमान × 100%।

वसा आंशिक सहसंयोजन दर:विलायक निष्कर्षण द्वारा निर्धारित -यूवी स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री। आंशिक सहसंयोजन दर=मुक्त वसा सामग्री / कुल वसा सामग्री × 100%।

फोम स्थिरता:पिघले हुए आइसक्रीम मिश्रण को फिर से फेंटा गया, और फोम की मात्रा में 50% की कमी के लिए आवश्यक समय को फोम के आधे जीवन के रूप में दर्ज किया गया।

संवेदी मूल्यांकन:12 प्रशिक्षित मूल्यांकनकर्ताओं के एक पैनल ने 9-बिंदु हेडोनिक पैमाने का उपयोग करके पिघले हुए मुंह के स्वाद, चिकनापन, मलाईदारपन, ठंडक की अनुभूति और समग्र स्वीकार्यता का मूल्यांकन किया।

1 पिघले हुए प्रतिरोध पर सम्मिश्रण अनुपात का प्रभाव-

चित्र 1 विभिन्न इमल्सीफायर अनुपातों के तहत आइसक्रीम के पिघलने के व्यवहार को दर्शाता है। T0 नियंत्रण (अकेले पीजीएमएस) ने 38 मिनट का 50% मेल्टडाउन समय और 22 मिनट का पहला ड्रिप समय प्रदर्शित किया। टर्नरी मिश्रण समूहों में, टी3 (पीजीएमएस:पीजीई:डीएमजी=5:3:2) ने सबसे अच्छा प्रदर्शन किया, 50% मेल्टडाउन समय को 67 मिनट तक बढ़ा दिया गया था, नियंत्रण पर 76.3% सुधार हुआ था और पहले ड्रिप समय में 41 मिनट की देरी हुई थी।

तालिका 2 पिघले हुए -आइसक्रीम नमूनों का प्रतिरोध और संरचनात्मक पैरामीटर

जब डीएमजी सामग्री बहुत कम (टी1) थी, तो इंटरफेशियल फिल्म में पर्याप्त कठोरता का अभाव था, आंशिक सहसंयोजन दर उप-इष्टतम (55%) थी, फोम नेटवर्क संरचना ढीली रही, और पिघलने की प्रक्रिया अपेक्षाकृत तेज़ी से आगे बढ़ी। इसके विपरीत, जब डीएमजी सामग्री अत्यधिक उच्च (टी5) थी, तो वसा ग्लोब्यूल्स बड़े वसा समूहों में एकत्र हो गए, जिससे फोम की एकरूपता बाधित हो गई, जिससे ओवररन 72% तक गिर गया और पिघलने का प्रतिरोध तेजी से कम हो गया। यह टर्नरी ब्लेंड सिस्टम के भीतर एक इष्टतम डीएमजी विंडो के अस्तित्व को इंगित करता है। नेटवर्क कंकाल के निर्माण के लिए पर्याप्त क्रिस्टलीय वसा की आवश्यकता होती है, लेकिन बुलबुला अखंडता को संरक्षित करने के लिए अत्यधिक एकत्रीकरण से बचा जाना चाहिए।

टर्नरी ब्लेंड के 2 इंटरफेशियल विनियमन तंत्र

पीजीएमएस/पीजीई/डीएमजी टर्नरी मिश्रण द्वारा प्रदान किया गया बढ़ा हुआ पिघला हुआ प्रतिरोध तीन स्तरों पर संचालित सहक्रियात्मक तंत्र से उत्पन्न होता है:

इंटरफ़ेशियल फ़िल्म स्तर:डीएमजी एक कठोर क्रिस्टलीय वसा इंटरफेशियल परत प्रदान करता है जो फोम नेटवर्क के नोड्स और ढांचे के रूप में कार्य करता है; पीजीई, अपने अपेक्षाकृत उच्च एचएलबी मूल्य और उत्कृष्ट इंटरफेसियल लचीलेपन के साथ, गैस तरल इंटरफेस पर एक लोचदार फिल्म बनाता है, जो बुलबुले के विरूपण के प्रतिरोध को बढ़ाता है; पीजीएमएस एक मध्यवर्ती भूमिका निभाता है, जो नेटवर्क की ताकत को मजबूत करने के लिए डीएमजी के साथ मिलकर क्रिस्टलीकरण करने में सक्षम है, जबकि महीन हवा के बुलबुले के निर्माण की सुविधा के लिए पीजीई के साथ संयुक्त रूप से इंटरफेसियल तनाव को कम करता है।

आंशिक सहसंयोजन विनियमन:आइसक्रीम फोम संरचना के निर्माण के लिए वसा का आंशिक सहसंयोजन महत्वपूर्ण है। जब आंशिक सहसंयोजन दर बहुत कम हो (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%), वसा समूह बुलबुला सहसंयोजन और संरचनात्मक पतन को प्रेरित करते हैं। टी3 समूह की 68% आंशिक सहसंयोजन दर साहित्य में बताई गई इष्टतम विंडो (60-75%) के भीतर आती है, जो अत्यधिक एकत्रीकरण से जुड़े पतन जोखिम से बचते हुए नेटवर्क निरंतरता सुनिश्चित करती है।

बर्फ क्रिस्टल निषेध:टर्नरी इमल्सीफायर मिश्रण द्वारा निर्मित इंटरफेशियल फिल्म और वसा नेटवर्क भौतिक बाधाओं के रूप में कार्य करते हैं, जो बर्फ के क्रिस्टल के ओस्टवाल्ड पकने को रोकते हैं। 18 डिग्री पर 30 दिनों के भंडारण के बाद, टी3 समूह में औसत बर्फ क्रिस्टल व्यास 32 μm था, जो नियंत्रण में देखे गए 48 μm से काफी कम था। इसके उत्कृष्ट पिघल-प्रतिरोध के लिए सूक्ष्म संरचनात्मक आधार को आगे समझाते हुए।

फोम स्थिरता बढ़ाने के लिए 3 रास्ते

फोम स्थिरता पिघलने की प्रक्रिया के दौरान आइसक्रीम की आकार बनाए रखने की क्षमता निर्धारित करती है। टी3 समूह ने 34 मिनट का फोम आधा जीवन प्रदर्शित किया, जो नियंत्रण का लगभग 1.9 गुना था। गैस पर पीजीई का लोचदार सोखना {{6}तरल इंटरफ़ेस फोम स्थिरता को बढ़ाने में प्राथमिक योगदानकर्ता का गठन करता है {{7}इसके कई हाइड्रॉक्सिल हाइड्रोफिलिक हेड समूह पानी के अणुओं के साथ हाइड्रोजन बॉन्ड नेटवर्क बनाते हैं, जिससे इंटरफेशियल फिल्म की हाइड्रेशन परत की मोटाई बढ़ जाती है। इसके साथ ही, डीएमजी और पीजीएमएस द्वारा निर्मित वसा नेटवर्क हवा के बुलबुले के लिए भौतिक सहायता प्रदान करता है, बुलबुले के बीच तरल फिल्म जल निकासी में बाधा डालता है और बुलबुला सहसंयोजन को रोकता है।

4 संवेदी मूल्यांकन सत्यापन

तालिका 3 आइसक्रीम के नमूनों का संवेदी स्कोर (9-बिंदु पैमाना)

T3 समूह ने नियंत्रण और T5 समूह दोनों की तुलना में पिघले हुए माउथफिल और चिकनाई में काफी अधिक स्कोर किया, जो कि बनावट की सुंदरता पर उचित आंशिक सहसंयोजन दर के निर्णायक प्रभाव को मान्य करता है।

इस अध्ययन के निष्कर्षों के आधार पर, पीजीएमएस/पीजीई/डीएमजी टर्नरी मिश्रण प्रणाली को अपनाने वाले आइसक्रीम निर्माताओं को निम्नलिखित फॉर्मूलेशन विंडो के भीतर काम करने की सलाह दी जाती है: पीजीएमएस:पीजीई:डीएमजी द्रव्यमान अनुपात रेंज 4.5{5}}5.5:2.5-3.5:1.8-2.2 के साथ कुल इमल्सीफायर जोड़ स्तर 0.30-0.40%। इस सीमा के भीतर वसा की मात्रा, गैर-वसा वाले दूध के ठोस पदार्थ की मात्रा और उत्पाद के प्रकार के अनुसार फाइन-ट्यूनिंग की जा सकती है।

भविष्य के अनुसंधान निर्देशों में पौधे आधारित आइसक्रीम अनुप्रयोगों में इस टर्नरी मिश्रण प्रणाली के प्रदर्शन की जांच करना, साथ ही मिश्रित इंटरफेसियल फिल्म के गुणों पर विभिन्न फैटी एसिड रचनाओं (संतृप्त/असंतृप्त अनुपात) के प्रभाव की जांच करना शामिल हो सकता है।