冰淇淋料液脂肪含量对产品冰点及水存在形式的影响

杨洋，李一松

（1.农业部规划设计研究院，北京100125；2.中商企业集团公司，北京100045）

冰淇淋是一种常见的冷冻乳制品，可以按照脂肪含量分为高级奶油冰淇淋（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丰富营养和热能、赋予润滑的组织结构、展现冰淇淋的乳脂风味、第一口温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组成成分。低场核磁共振技术（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）是研究水分存在形式的一种有效的手段，广泛地应用在乳制品[4-6]、肉及肉制品[7-9]、蛋制品[10]、水产品[11]和植物制品[12-13]等中水分存在形式研究。

本研究利用低场核磁共振技术，探究不同脂肪含量对冰淇淋料液水存在形式的影响，结合冰淇淋料液中的脂肪含量对冰淇淋料液的冰点、过冷温度及水分活度的影响，探讨冰淇淋料液中的脂肪含量对冰淇淋料液的凝冻特性和水分存在形式规律。

1 材料与方法

1.1 材料

脱脂牛奶（蛋白质含量3.6%，脂肪含量0%，碳水化合物含量5.1%）：爱氏晨曦；分子蒸馏单甘脂：广州市凯闻食品发展有限公司；羧甲基纤维素钠：佛山市富实新高分子纤维有限公司；无盐黄油（脂肪含量≥80%）：新西兰威士宝有限公司；白砂糖：青岛惠方糖业有限公司。

1.2 仪器与设备

AT51X8多路温度测试仪：常州安柏精密仪器有限公司；Aqua Lab Series 3TE水分活度仪：Decagon Devices，Inc.；HX-105恒温循环水槽：北京长流科学仪器有限公司；PL3002电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；Mq20核磁共振分析仪（磁场强度为0.47 T，质子共振频率20 MHz）：美国布鲁克道尔顿公司；D-3L高压均质机：美国PhD Technology LLC.。

1.3 冰淇淋料液制作工艺[1]

配料→均质→杀菌→冷却→老化

1）配料：配料温度55℃～60℃。

2）均质：均质压力 15 MPa ～17 MPa。

3）杀菌：采用间歇式杀菌，杀菌条件为76℃，20 min。

4）冷却和老化：将混合料在0℃～4℃条件下冷藏24 h。

1.4 冰淇淋料液成分

取脱脂牛奶500 mL，固定白砂糖添加量为50 g，分子蒸馏单甘脂添加量1 g，羧甲基纤维素钠添加量1 g，脂肪添加量（质量分数）分别为 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 冰点温度和过冷温度的测定

取2 mL冰淇淋料液至冰点测试管中，将多路温度测试仪的探头插入试管中指定深度，然后将冰点测试管放入-10℃恒温循环水槽中冷冻，多路温度测试仪记录数据，温度曲线降低后陡然升高的点为过冷温度，随后达到短暂平衡温度的点为冰点[14]。

1.6 低场核磁共振测定[15-16]

取2mL冰淇淋料液（25℃）至核磁管（直径18mm）中，使用 CPMG（Carr-Purcell-Meiboom-Gill）脉冲序列测定冰淇淋料液的横向弛豫时间T2，每个样品自动扫描16次，间隔时间2 s。通过CONTIN软件对T2进行反演，得出每个样品的弛豫时间T21、T22、T23及相应的弛豫振幅 A21、A22、A23。

1.7 水分活度的测定

取样品3 mL于水分活度仪测量器皿中，测定水分活度。

1.8 数据分析

每个试验至少3次平行，结果表示为平均数±标准差。数据统计分析采用Statistix 8.1分析软件（美国Analytical Software公司）软件中Tukey HSD程序进行差异显著性分析（P＜0.05）。采用Sigmaplot 12.5软件（美国Systat Software International公司）作图。

2 结果与分析

2.1 脂肪含量对冰淇淋料液冰点和过冷温度的影响

不同脂肪含量的冰淇淋料液的凝冻曲线如图1所示。

图1 脂肪含量对冰淇淋料液凝冻曲线的影响Fig.1 The effect of fat content on congelation curve

随着脂肪含量的增加（3%～9%）冰点温度缓慢升高，过冷温度显著升高（P＜0.05）。脂肪含量较高的料液（11%～15%）没有测出明显的过冷和冰点，但是凝冻曲线下降速率随着脂肪含量的增多呈现缓慢降低的趋势。通常认为脂肪含量不会影响冰淇淋料液的冰点[17]。

脂肪含量对冰淇淋料液冰点和过冷温度的影响见表1。

表1 脂肪含量对冰淇淋料液冰点和过冷温度的影响Table 1 The effect of fat content on freezing temperature and super cooling temperature

由表1可知，本试验得出在3%～9%脂肪含量条件下脂肪含量对冰点有一定影响，脂肪含量相差4%时就会有显著的影响（P＜0.05），且呈现线性关系：冰点=0.05×脂肪含量-2（R2=0.969）。冰淇淋料液中脂肪含量在3%～7%条件下，过冷温度=0.342 5×脂肪含量-10.679（R2=0.997 9），在脂肪含量9%的时候过冷温度突然跃升至（-3.07±0.15）℃，具体原因不明，需要进一步的研究。由于本试验使用的温度传感器测定精度为0.1℃，记录速度为1次/s，可能导致微小的变化没有被记录导致11%～15%脂肪含量条件下没有测出过冷点和冰点。

2.2 脂肪含量对冰淇淋料液水分存在形式的影响

不同脂肪含量的冰淇淋料液的T2弛豫时间见图2。脂肪含量对水存在形式的影响见图3。

图2 脂肪含量对豫驰时间的影响Fig.2 The effect of fat content on relaxation time

图3 脂肪含量对水存在形式的影响Fig.3 The effect of fat content on water form

由图2所示，主要出现3个峰，通常认为第一个峰为结合水，第二个峰为不易流动水，第三个峰为自由水。

如图3所示，随着脂肪含量的增加，结合水的含量增加较为显著（P＜0.05）。随着脂肪的增加，均质处理形成更多的外包蛋白质、乳化剂和胶体的脂肪球，蛋白质、乳化剂和胶体等大分子表面极性基团的可以与水结合，因此随着脂肪含量的增大，形成更多的包有大分子外膜的脂肪球，导致体系中能与水紧密结合的大分子表面基团暴露的更多，最终体现为随着脂肪含量的增加，部分不易流动水转变成结合水，结合水的含量显著提高（P＜0.05），且在3%～15%脂肪含量范围内结合水与脂肪含量呈现一定的线性关系，结合水含量=-0.057 7+0.128 5×脂肪含量（R2=0.953 9）。

随着脂肪含量增加，不易流动水含量呈现先显著升高（P＜0.05）后波动下降的趋势，自由水含量呈现先显著降低（P＜0.05）后波动上升的趋势。表明在较低脂肪含量（3%～7%）的冰淇淋料液中，随着脂肪含量的增加，形成的更多的脂肪球，球与球之间保留的不易流动水逐步增加，自由水逐步转化成不易流动水。在较高脂肪含量（9%～15%）的冰淇淋料液中随着脂肪含量的增加，形成的更多的脂肪球，脂肪球之间空间减少，导致球与球之间保留的不易流动水含量出现波动性下降，不易流动水逐步转化成自由水，体现出自由水含量的波动式升高。

随着脂肪含量增加，不易流动水的弛豫时间逐步前移，振幅逐步降低，表明该部分水的流动性逐步减弱，即不易流动水含量呈现波动式下降的趋势。随着脂肪含量增加，自由水的弛豫时间逐步波动式前移，振幅逐步波动式变化，表明该部分水的流动性呈现波动式升高变化趋势。

2.3 脂肪含量对冰淇淋料液水分活度的影响

脂肪含量对冰淇淋料液水分活度的影响见图4。

图4 脂肪含量对水分活度的影响Fig.4 The effect of fat content on water activity

由图4可知，冰淇淋料液的水分活度随着脂肪含量的升高波动升高，与冰淇淋料液中自由水的变化趋势一致，也映证了料液中的自由水的含量决定了料液的水分活度。

3 结论

试验结果表明，随着冰淇淋料液中脂肪含量提高，料液的冰点和过冷温度有所提高，结合水的含量增加较为显著（P＜0.05），不易流动水含量呈现先显著升高（P＜0.05）后波动下降的趋势，自由水含量呈现先显著降低（P＜0.05）后波动上升的趋势，水分活度变化趋势几乎和自由水变化趋势一致。脂肪含量对冰淇淋料液的凝冻特性和水分存在形式有影响。

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