冰淇淋料液脂肪含量對產品冰點及水存在形式的影響

楊洋，李一松

（1.農業部規劃設計研究院，北京100125；2.中商企業集團公司，北京100045）

冰淇淋是一種常見的冷凍乳制品，可以按照脂肪含量分為高級奶油冰淇淋（脂肪含量14%～16%）、奶油冰淇淋（脂肪含量10%～12%）、牛奶冰淇淋（脂肪含量6%～8%）和果味冰淇淋（脂肪含量3%～5%）[1]。冰淇淋中脂肪的作用主要有提供豐富營養和熱能、賦予潤滑的組織結構、展現冰淇淋的乳脂風味、第一口溫和的冷感和增加冰淇淋的抗融性[2-3]，因此脂肪是冰淇淋中重要的組成成分。低場核磁共振技術（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）是研究水分存在形式的一種有效的手段，廣泛地應用在乳制品[4-6]、肉及肉制品[7-9]、蛋制品[10]、水產品[11]和植物制品[12-13]等中水分存在形式研究。

本研究利用低場核磁共振技術，探究不同脂肪含量對冰淇淋料液水存在形式的影響，結合冰淇淋料液中的脂肪含量對冰淇淋料液的冰點、過冷溫度及水分活度的影響，探討冰淇淋料液中的脂肪含量對冰淇淋料液的凝凍特性和水分存在形式規律。

1 材料與方法

1.1 材料

脫脂牛奶（蛋白質含量3.6%，脂肪含量0%，碳水化合物含量5.1%）：愛氏晨曦；分子蒸餾單甘脂：廣州市凱聞食品發展有限公司；羧甲基纖維素鈉：佛山市富實新高分子纖維有限公司；無鹽黃油（脂肪含量≥80%）：新西蘭威士寶有限公司；白砂糖：青島惠方糖業有限公司。

1.2 儀器與設備

AT51X8多路溫度測試儀：常州安柏精密儀器有限公司；Aqua Lab Series 3TE水分活度儀：Decagon Devices，Inc.；HX-105恒溫循環水槽：北京長流科學儀器有限公司；PL3002電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；Mq20核磁共振分析儀（磁場強度為0.47 T，質子共振頻率20 MHz）：美國布魯克道爾頓公司；D-3L高壓均質機：美國PhD Technology LLC.。

1.3 冰淇淋料液制作工藝[1]

配料→均質→殺菌→冷卻→老化

1）配料：配料溫度55℃～60℃。

2）均質：均質壓力 15 MPa ～17 MPa。

3）殺菌：采用間歇式殺菌，殺菌條件為76℃，20 min。

4）冷卻和老化：將混合料在0℃～4℃條件下冷藏24 h。

1.4 冰淇淋料液成分

取脫脂牛奶500 mL，固定白砂糖添加量為50 g，分子蒸餾單甘脂添加量1 g，羧甲基纖維素鈉添加量1 g，脂肪添加量（質量分數）分別為 3%（21.5 g）、5%（36.8 g）、7%（52.9 g）、9%（70.0 g）、11%（88.0 g）、13%（107.1 g）、15%（127.4 g）。

1.5 冰點溫度和過冷溫度的測定

取2 mL冰淇淋料液至冰點測試管中，將多路溫度測試儀的探頭插入試管中指定深度，然后將冰點測試管放入-10℃恒溫循環水槽中冷凍，多路溫度測試儀記錄數據，溫度曲線降低后陡然升高的點為過冷溫度，隨后達到短暫平衡溫度的點為冰點[14]。

1.6 低場核磁共振測定[15-16]

取2mL冰淇淋料液（25℃）至核磁管（直徑18mm）中，使用 CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脈沖序列測定冰淇淋料液的橫向弛豫時間T2，每個樣品自動掃描16次，間隔時間2 s。通過CONTIN軟件對T2進行反演，得出每個樣品的弛豫時間T21、T22、T23及相應的弛豫振幅 A21、A22、A23。

1.7 水分活度的測定

取樣品3 mL于水分活度儀測量器皿中，測定水分活度。

1.8 數據分析

每個試驗至少3次平行，結果表示為平均數±標準差。數據統計分析采用Statistix 8.1分析軟件（美國Analytical Software公司）軟件中Tukey HSD程序進行差異顯著性分析（P＜0.05）。采用Sigmaplot 12.5軟件（美國Systat Software International公司）作圖。

2 結果與分析

2.1 脂肪含量對冰淇淋料液冰點和過冷溫度的影響

不同脂肪含量的冰淇淋料液的凝凍曲線如圖1所示。

圖1 脂肪含量對冰淇淋料液凝凍曲線的影響Fig.1 The effect of fat content on congelation curve

隨著脂肪含量的增加（3%～9%）冰點溫度緩慢升高，過冷溫度顯著升高（P＜0.05）。脂肪含量較高的料液（11%～15%）沒有測出明顯的過冷和冰點，但是凝凍曲線下降速率隨著脂肪含量的增多呈現緩慢降低的趨勢。通常認為脂肪含量不會影響冰淇淋料液的冰點[17]。

脂肪含量對冰淇淋料液冰點和過冷溫度的影響見表1。

表1 脂肪含量對冰淇淋料液冰點和過冷溫度的影響Table 1 The effect of fat content on freezing temperature and super cooling temperature

由表1可知，本試驗得出在3%～9%脂肪含量條件下脂肪含量對冰點有一定影響，脂肪含量相差4%時就會有顯著的影響（P＜0.05），且呈現線性關系：冰點=0.05×脂肪含量-2（R2=0.969）。冰淇淋料液中脂肪含量在3%～7%條件下，過冷溫度=0.342 5×脂肪含量-10.679（R2=0.997 9），在脂肪含量9%的時候過冷溫度突然躍升至（-3.07±0.15）℃，具體原因不明，需要進一步的研究。由于本試驗使用的溫度傳感器測定精度為0.1℃，記錄速度為1次/s，可能導致微小的變化沒有被記錄導致11%～15%脂肪含量條件下沒有測出過冷點和冰點。

2.2 脂肪含量對冰淇淋料液水分存在形式的影響

不同脂肪含量的冰淇淋料液的T2弛豫時間見圖2。脂肪含量對水存在形式的影響見圖3。

圖2 脂肪含量對豫馳時間的影響Fig.2 The effect of fat content on relaxation time

圖3 脂肪含量對水存在形式的影響Fig.3 The effect of fat content on water form

由圖2所示，主要出現3個峰，通常認為第一個峰為結合水，第二個峰為不易流動水，第三個峰為自由水。

如圖3所示，隨著脂肪含量的增加，結合水的含量增加較為顯著（P＜0.05）。隨著脂肪的增加，均質處理形成更多的外包蛋白質、乳化劑和膠體的脂肪球，蛋白質、乳化劑和膠體等大分子表面極性基團的可以與水結合，因此隨著脂肪含量的增大，形成更多的包有大分子外膜的脂肪球，導致體系中能與水緊密結合的大分子表面基團暴露的更多，最終體現為隨著脂肪含量的增加，部分不易流動水轉變成結合水，結合水的含量顯著提高（P＜0.05），且在3%～15%脂肪含量范圍內結合水與脂肪含量呈現一定的線性關系，結合水含量=-0.057 7+0.128 5×脂肪含量（R2=0.953 9）。

隨著脂肪含量增加，不易流動水含量呈現先顯著升高（P＜0.05）后波動下降的趨勢，自由水含量呈現先顯著降低（P＜0.05）后波動上升的趨勢。表明在較低脂肪含量（3%～7%）的冰淇淋料液中，隨著脂肪含量的增加，形成的更多的脂肪球，球與球之間保留的不易流動水逐步增加，自由水逐步轉化成不易流動水。在較高脂肪含量（9%～15%）的冰淇淋料液中隨著脂肪含量的增加，形成的更多的脂肪球，脂肪球之間空間減少，導致球與球之間保留的不易流動水含量出現波動性下降，不易流動水逐步轉化成自由水，體現出自由水含量的波動式升高。

隨著脂肪含量增加，不易流動水的弛豫時間逐步前移，振幅逐步降低，表明該部分水的流動性逐步減弱，即不易流動水含量呈現波動式下降的趨勢。隨著脂肪含量增加，自由水的弛豫時間逐步波動式前移，振幅逐步波動式變化，表明該部分水的流動性呈現波動式升高變化趨勢。

2.3 脂肪含量對冰淇淋料液水分活度的影響

脂肪含量對冰淇淋料液水分活度的影響見圖4。

圖4 脂肪含量對水分活度的影響Fig.4 The effect of fat content on water activity

由圖4可知，冰淇淋料液的水分活度隨著脂肪含量的升高波動升高，與冰淇淋料液中自由水的變化趨勢一致，也映證了料液中的自由水的含量決定了料液的水分活度。

3 結論

試驗結果表明，隨著冰淇淋料液中脂肪含量提高，料液的冰點和過冷溫度有所提高，結合水的含量增加較為顯著（P＜0.05），不易流動水含量呈現先顯著升高（P＜0.05）后波動下降的趨勢，自由水含量呈現先顯著降低（P＜0.05）后波動上升的趨勢，水分活度變化趨勢幾乎和自由水變化趨勢一致。脂肪含量對冰淇淋料液的凝凍特性和水分存在形式有影響。

參考文獻：

[1]李曉東.乳品工藝學[M].北京：科學出版社,2011

[2]蔡云升,何唯平,劉梅森.冰淇淋生產中的油脂[J].冷飲與速凍食品工業,2005,11(2)：1-6

[3]楊湘慶,沈悅玉,徐仲莉,等.冰淇淋中脂肪的理化性質及其主要功能[J].冷飲與速凍食品工業,2004,10(4)：3-6

[4]Lucas T,Wagener M,Barey P,et al.NMR assessment of mix and ice cream.Effect of formulation on liquid water and ice[J].International Dairy Journal,2005,15(10)：1064-1073

[5]劉梅紅,陳亞斌,王松磊,等.基于低場核磁共振技術的鮮牛奶冷藏天數的鑒別[J].食品工業科技,2016,37(14)：303-307

[6]劉梅紅.基于低場核磁共振技術的鮮牛奶摻假及新鮮度快速檢測方法研究[D].銀川：寧夏大學,2016

[7]Jiang X W,Han J Z.Study on water-holding capacity in fresh meat by LF-NMR[J].Science&Technology of Food Industry,2009,30(7)：128-130

[8]Sánchez-Alonso I,Moreno P,Careche M.Low field nuclear magnetic resonance(LF-NMR)relaxometry in hake(Merluccius merluccius,L.)muscle after different freezing and storage conditions[J].Food Chemistry,2014,153(12)：250

[9]黃子信,吳美丹,周光宏,等.低場核磁共振測定鮮豬肉中水分分布的制樣方法[J].食品安全質量檢測學報,2017,8(6)：2006-2011

[10]徐雷,賈飛,羅長瑤,等.利用低場核磁共振技術研究二氧化碳氣調貯藏下蛋清水分變化[J].食品工業科技,2017,38(2)：313-318

[11]楊文鴿,張問,王小飛,等.用低場核磁共振研究鹽溶液漂洗對帶魚魚糜凝膠品質的影響[J].農業工程學報,2016,34(7)：263-269

[12]孫炳新,趙宏俠,馮敘橋,等.基于低場核磁和成像技術的鮮棗貯藏過程水分狀態的變化研究[J].中國食品學報,2016,16(5)：252-257

[13]Idakrestine S,Annettekistrup T,Hannechristine B.NaCl-induced changes in structure and water mobility in potato tissue as determined by CLSM and LF-NMR[J].LWT-Food Science and Technology,2008,41(8)：1493-1500

[14]闞建全,段玉峰,姜發堂.食品化學[M].北京：中國計量出版社,2009

[15]夏秀芳,王博,伊東,等.轉谷氨酰胺酶和淀粉復配對肌原纖維蛋白凝膠特性的影響[J].中國食品學報,2016,16(6)：51-56

[16]牛海力,孔保華,劉騫,等.豬血漿蛋白水解物對玉米淀粉老化和糊化特性的影響[J].中國食品學報,2016,16(12)：50-58

[17]Parfitt E H,Taylor C L.Effect of Ingredients in the Ice Cream Mix on its Freezing Point[J].Journal of Dairy Science,1925,8(3)：230-237