アイスクリームの溶けやすさ-のブレークスルー: PGMS、PGE、DMG の三元混合によるシステム制御と泡の安定性

コールド チェーンの混乱に伴うアイスクリームの急速な溶解は、業界が長年直面している技術的課題であり、特に暑い地域や e コマースの物流シナリオでは深刻です。{0}}この研究では、モノステアリン酸プロピレングリコール (PGMS)、ポリグリセロール エステル (PGE)、蒸留モノグリセリド (DMG) からなる三成分乳化剤ブレンドの、アイスクリームの溶融抵抗と泡の安定性に対する相乗的な制御機構を体系的に研究しています。-結果は、PGMS:PGE:DMG 質量比 5:3:2 および総添加レベル 0.35% で、システムが最適な性能を示すことを示しています。50% メルトダウン時間は 38 分 (対照) から 67 分に延長され、オーバーランは 92%±3% に達し、官能評価スコアはすべてのグループの中で最高でした。この研究は、-界面膜強度、脂肪部分合一速度、氷の再結晶化阻害の 3 つの観点から微細構造制御メカニズムを解明し、工業用耐溶融性アイスクリームの配合設計に理論的基礎と実用的なガイドラインを提供します-。

キーワード:アイスクリームの溶けにくさ-。 PGMS;ポリグリセリンエステル;蒸留モノグリセリド;三元混合。泡の安定性

アイスクリームは、脂肪球、氷の結晶、気泡、砂糖溶液マトリックスで構成される複雑な多相系です。-その構造安定性は温度変動の影響を非常に受けやすいです。コールドチェーンが中断されると、氷の結晶の成長が加速し、気泡が合体し、脂肪球が凝集し、最終的には製品の崩壊や感覚の低下につながります。世界のアイスクリーム業界は、溶けに関連した品質問題により、年間数億ドルの経済的損失を被っています。-したがって、優れた耐溶融性を備えたアイスクリーム配合物の開発は、学界と産業界の両方にとって共通の関心事となっています。{6}}

乳化剤はアイスクリーム系において複数の重要な役割を果たします。油-水の界面張力を低下させて脂肪の乳化を促進し、熟成段階で脂肪の部分的合体を誘導して気泡をサポートする三次元ネットワークを構築し、冷凍中やホイップ中に気液界面を安定させます。{{1}{2}}しかし、単一の乳化剤では、溶融耐性、オーバーラン、口当たりの 3 つの要件を同時に満たすのに苦労することがよくあります。-DMG は増粘性は良好ですが、泡の安定性が不十分です。- PGMS は優れた通気特性を提供しますが、耐溶融性の向上は限られています。- PGE は界面膜に柔軟性を与えますが、単独で使用すると部分的な合体を正確に制御することが困難です。

これらの考慮事項に基づいて、この研究では、PGMS/PGE/DMG を含む 3 成分ブレンド戦略を提案します。これは、分子構造と HLB 値が異なる乳化剤の相乗効果を活用して、剛性と柔軟性の両方を備えた界面膜を構築し、それによってアイスクリームの泡の安定性と溶融抵抗を同時に強化することを目的としています。{0}}

1 材料

PGMS（モノステアリン酸プロピレングリコール、HLB≈3.5、純度95％以上）、PGE（ポリグリセリン脂肪酸エステル、HLB≈6.0、重合度3-5）、およびDMG（蒸留モノグリセリド、HLB≈3.8、モノエステル含量90％以上）はすべて食品グレード、商業的に調達されたもの。-脱脂粉乳 (タンパク質含有量 34%)、無水乳脂肪 (乳脂肪含有量 99.9%)、スクロース、固形コーンシロップ (DE 42)、グアーガム、カラギーナン、および微結晶セルロースはすべて食品グレードの成分でした。

2 配合と加工

ベースのアイスクリーム配合は、乳脂肪 8.0%、無脂肪乳固形分 10.5%、スクロース 12.0%、コーンシロップ固形分 4.0%、および全固形分 36.5% で構成されていました。乳化剤の総添加レベルは 0.35% (混合物全体の w/w) に固定され、三元ブレンド比は表 1 に示すように設計されました。安定剤ブレンド (グアーガム 0.12%、カラギーナン 0.02%、微結晶セルロース 0.15%) はすべてのグループにわたって一定に保たれました。

処理工程：原料混合→60度で30分間撹拌→均質化（65度、第一段階15MPa/第二段階3MPa）→低温殺菌（80度、30秒）→4度まで急冷→熟成（4度、4時間、低速撹拌）→連続冷凍庫で凍結・泡立て（出口温度-5.5度） )→充填→爆風トンネルで硬化(-40度、30分)→-18度で保管。

表 1 三成分乳化剤ブレンドの実験計画

3 分析方法

耐溶融性テスト:{0}硬化したアイスクリームサンプル (-18 度、100 mL 円筒形) を、25 度 ±0.5 度の恒温槽内の金属グリッド (2 mm メッシュ) 上に置きました。-。最初の滴下時間と 50% の質量メルトダウン時間を記録しました。溶融抵抗率は、50% のメルトダウン時間を対照のメルトダウン時間で割ったものとして定義されました。

オーバーラン測定:一定体積のアイスクリームの質量を冷凍前後で計量しました。オーバーラン(%)=(凍結前の質量 - 凍結後の質量) / 凍結後の質量 × 100%。

脂肪部分合体率：溶媒抽出-UV分光光度法によって測定。部分合体率=遊離脂肪含量 / 総脂肪含量 × 100%。

泡の安定性:溶けたアイスクリーム ミックスを再度泡立て、泡の体積が 50% 減少するのに必要な時間を泡の半減期として記録しました。-

官能評価：12 人の訓練を受けた評価者からなるパネルが、9 段階の快楽スケールを使用して、とろけるような口当たり、滑らかさ、クリーミーさ、清涼感、全体的な受け入れやすさを評価しました。{1}

1 溶融抵抗に対する混合比の影響-

図 1 は、さまざまな乳化剤比率におけるアイスクリームの溶融挙動を示しています。 Ｔ０対照（ＰＧＭＳ単独）は、５０％メルトダウン時間３８分、最初の点滴時間２２分を示した。 3 成分ブレンド グループの中で、T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2) が最高のパフォーマンスを示し、50% メルトダウン時間が 67 分に延長され-対照より 76.3% 改善されました-、最初のドリップ時間は 41 分に遅延しました。

表 2 アイスクリームサンプルの溶融抵抗と構造パラメータ

DMG含有量が低すぎる場合(T1)、界面フィルムは十分な剛性を欠き、部分合体率は最適以下(55%)となり、発泡網目構造は緩いままであり、溶融は比較的早く進行した。逆に、DMG 含有量が高すぎる場合 (T5)、脂肪球が凝集して大きな脂肪クラスターとなり、泡の均一性が崩れ、オーバーランが 72% に低下し、- 耐溶融性が急激に低下しました。これは、三元ブレンド システム内に最適な DMG ウィンドウが存在することを示しています。-ネットワーク スケルトンを構築するには十分な結晶脂肪が必要ですが、バブルの完全性を維持するには過度の凝集を避ける必要があります。

2 三元ブレンドの界面制御機構

PGMS/PGE/DMG の 3 成分ブレンドによって強化された耐溶融性は、次の 3 つのレベルで作用する相乗メカニズムによって生じます。{0}

界面膜レベル：DMG は、フォームネットワークのノードおよびフレームワークとして機能する硬い結晶性脂肪界面層を提供します。 PGE は比較的高い HLB 値と優れた界面柔軟性を備えており、気液界面に弾性膜を形成し、気泡の変形に対する抵抗力を高めます。{0} PGMS は中間的な役割を果たし、DMG と共結晶化してネットワーク強度を強化すると同時に、PGE と共同して界面張力を低下させて微細な気泡の生成を促進することができます。-

部分合体規制：脂肪の部分的合体は、アイスクリームの泡構造の形成にとって重要です。部分合体率が低すぎる場合（<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80%)、脂肪塊は気泡合体と構造崩壊を引き起こします。 T3 グループの 68% という部分融合率は、文献で報告されている最適範囲 (60 ～ 75%) 内に正確に収まっており、過度の凝集に伴う崩壊のリスクを回避しながらネットワークの継続性を確保します。

氷晶抑制:三成分乳化剤ブレンドによって形成される界面膜と脂肪ネットワークは物理的障壁として機能し、氷結晶のオストワルド熟成を遅らせます。 -18 度で 30 日間保管した後、T3 グループの平均氷結晶直径は 32 μm で、対照で観察された 48 μm よりも大幅に小さくなりました。-これは、その優れた溶融耐性の微細構造基盤をさらに説明しています。

泡の安定性を高める 3 つの経路

泡の安定性は、溶ける過程におけるアイスクリームの形状保持能力を決定します。 T3 グループは、コントロールの約 1.9 倍である 34 分の泡半減期を示しました。-。気液界面における PGE の弾性吸着は、泡の安定性の向上に主に寄与します。{{7}その複数のヒドロキシル親水性頭部基が水分子との水素結合ネットワークを形成し、界面フィルムの水和層の厚さを増加させます。同時に、DMG と PGMS によって構築された脂肪ネットワークが気泡を物理的にサポートし、気泡間の液膜の排出を妨げ、気泡の合体を阻害します。

4 官能評価の検証

表 3 アイスクリームサンプルの官能スコア (9 段階評価)

T3 グループは、とろけるような口当たりと滑らかさにおいて、対照グループと T5 グループの両方よりも大幅に高いスコアを獲得し、適切な部分合体速度がテクスチャーのフィネスに決定的な影響を与えることを実証しました。-

この研究の結果に基づいて、PGMS/PGE/DMG 3 成分ブレンドシステムを採用するアイスクリームメーカーは、次の配合範囲内で作業することが推奨されます: 乳化剤の合計添加レベルは 0.30-0.40%、PGMS:PGE:DMG 質量比範囲は 4.5-5.5:2.5-3.5:1.8-2.2。脂肪分、無脂乳固形分、製品の種類に応じてこの範囲内で微調整が可能です。

将来の研究の方向性としては、植物ベースのアイスクリーム用途におけるこの三成分ブレンド系の性能の調査や、ブレンドされた界面フィルムの特性に対するさまざまな脂肪酸組成（飽和/不飽和比）の影響の調査などが含まれる可能性があります。{0}}