功能糖在冰淇淋中的应用

  • 作者: 王成福 庞颂 张慧芳 杜瑞锋 方春雷
  • 时间: 2021-11-22 14:28:39
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摘要  随着消费者生活水平的提高、健康意识的提升,低糖低脂冰淇淋正在成为市场所需。功能糖作为传统糖的替代品添加至冰淇淋中,可以体现低糖特性,提升冰淇淋的健康性。本课题选取较有代表性的麦芽糖醇、木糖醇、山梨糖醇做功能糖冰淇淋,同时制作蔗糖、蔗糖+饴糖复配冰淇淋作为对照,测定冰淇淋质地,结果发现,麦芽糖醇冰淇淋质地最佳,木糖醇和山梨糖醇冰淇淋质地相对欠佳。其膨胀率,蔗糖添加的冰淇淋的膨胀率最高,其次分别是蔗糖+饴糖复配、山梨糖醇、麦芽糖醇、木糖醇。木糖醇冰淇淋的抗融性较差,麦芽糖醇和山梨糖醇冰淇淋抗融性较好。采用电子鼻设备进行风味测定,结果发现麦芽糖醇的风味释放度最好,木糖醇、L-阿拉伯糖、山梨糖醇等风味相近,与常用糖风味无较大差异。在感官评价时,同样膨胀率下,木糖醇综合口感最佳,而蔗糖、蔗糖+饴糖复配冰淇淋甜味较大,口感略差。根据本课题的研究成果,可以将木糖醇、麦芽糖醇作为首选功能糖或者采取不同功能糖之间的复配形式,应用于冰淇淋生产中,为健康冰淇淋的发展提供新思路,也为营养冷食食品的开发奠定基础。

关键词  功能糖;冰淇淋;质构;膨胀率;抗融性;风味

ABSTRACT  With the improvement of consumers' living standards and health awareness, low sugar and low-fat ice cream is becoming the market demand. As a substitute of traditional sugar, functional sugar added to ice cream can reflect the characteristics of low sugar and improve the health of ice cream. In this study, maltitol, xylitol and sorbitol were selected as functional sugar ice cream, and sucrose, sucrose + maltose ice cream was made as control to determine the texture of ice cream. The results showed that maltitol ice cream had the best texture, while xylitol and sorbitol ice cream had relatively poor texture. The expansion rate of ice cream added with sucrose was the highest, followed by sucrose + maltose, sorbitol, maltitol and xylitol. Xylitol ice cream has poor melting resistance, while maltitol and sorbitol ice cream have good melting resistance. The results showed that maltitol had the best flavor release, xylitol, L-arabinose and sorbitol were similar, and there was no significant difference between maltitol and common sugar. In sensory evaluation, under the same expansion rate, xylitol had the best comprehensive taste, while sucrose, sucrose + maltose ice cream had greater sweetness and slightly worse taste. According to the research results of this subject, xylitol and maltitol can be used in the production of ice cream as the first functional sugar or in the form of compound between different functional sugars, which not only provides new ideas for the development of healthy ice cream, but also lays a foundation for the development of nutritious cold food.

KEY WORDS  functional sugar; ice cream; texture; expansion rate; melt resistance; flavor

 

功能糖是指可代替蔗糖和脂肪的功能性糖类,主要包括三大类:功能性低聚糖(如低聚异麦芽糖、大豆低聚糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖等)、功能性膳食纤维(抗性糊精、壳聚糖、聚葡萄糖、抗性淀粉、菊粉等)以及功能性糖醇(如木糖、木糖醇、赤藓糖醇、乳糖醇、山梨糖醇、甘露醇、麦芽糖醇、异麦芽糖醇、异麦芽酮糖醇L-阿拉伯糖、海藻糖、麦芽糖等)[1]。由于功能糖具有低热量、调节改善肠道菌群、防龋齿、防止血糖升高、预防肥胖等功能特性和对人体营养、保健及疾病预防等重要作用,使得其广泛应用于食品科学、生物化工、医药卫生、农业等领域,市场前景广阔[2]

冰淇淋是以水、牛奶、奶粉、奶油、食糖等为主要原料,加入适量的食品添加剂并进行混料、杀菌、均质、老化、凝冻、硬化等工艺而制成的冷食制品,其富含有优质的糖类、蛋白质、脂肪,同时还富含有多种人体所需的元素与营养物质,如氨基酸及钠、氯、硫、铁、磷、钙等[3]。除此之外,冰淇淋还具有一定的生理特性,如保持体内渗透压、酸碱度、调节机体生理机能等[4]。糖和脂肪是冰淇淋主要营养成分的提供物,关于冰淇淋中的糖类,主要分为两部分,一部分来自于乳粉或是牛奶中的乳糖,还有一部分则是来自于配料中需添加的蔗糖[5]。如今,消费者对于冰淇淋的热度只增不减,由过去的将冰淇淋定位于消暑解渴的食品,转变为品尝美味的休闲食品,所以健康与养生成为消费者选择冰淇淋的一大重要指标[6]。然而传统冰淇淋虽风味佳,口感好,奶香充裕,但同时具有高糖高脂性,有悖于人体健康的需求,因此,生产低糖低脂、健康营养的冰淇淋是我们的研发方向。

功能糖不是传统的糖,但可以作为糖的替代品,正在被生产商和消费者所青睐,发展迅速[7]。本课题将功能糖应用于冰淇淋生产中,针对较为常见的麦芽糖醇、木糖醇、山梨糖醇等功能糖与常用糖(蔗糖、蔗糖+饴糖)制作的冰淇淋,对其质构、膨胀率、抗融性、风味和感官评价进行研究,筛选出较为适合于冰淇淋生产的功能糖产品,为冰淇淋企业的产品制备提供一种理论依据和新思路。

1  材料与方法

1.1 实验材料

全脂乳粉、黄油,恒天然乳业有限公司;

麦芽糊精,石家庄众诚糖业有限公司;

单甘酯,广州轻工业研究所;

魔芋胶,天津裕昌科技发展有限公司;

卡拉胶,海星食品工业有限公司;

麦芽糖醇、L-阿拉伯糖、木糖醇、山梨糖醇,山东福田药业有限公司;

低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚半乳糖、聚葡萄糖、果葡糖浆,保龄宝生物股份有限公司;

饴糖、葡萄糖,山东鲁州生物科技有限公司;

蔗糖,湛江市金丰糖业有限公司。

1.2 实验仪器

FA1004型电子天平,上海精密科学仪器有限公司;

GJZJ-50高压均质机,天津市特斯达食品机械科技有限公司;

DBXS-A6组合式多功能冰淇淋实验台,天津市特斯达食品机械科技有限公司;

CS501型超级恒温水浴,重庆银河实验仪器有限公司;

DW-40L262医用低温保存箱,青岛海尔特种电器有限公司;

Tetra Hoyer Ferigus SF 50凝冻机,利乐食品机械(上海)有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 冰淇淋产品的制备

1.3.1.1 基础配方

全脂乳粉12%、黄油4%、稀奶油4.5%、功能糖13%、麦芽糊精3%、单甘酯0.1%、瓜尔豆胶0.15%、魔芋胶0.15%、卡拉胶0.005%

1.3.1.2 制备过程

原辅料准备称料混料灭菌(80℃10min)→放料定容高压均质(温度60~70℃,压力18~22MPa)→老化(0~4℃3h)→凝冻灌装硬化(-40℃30min)→冷藏(-18℃)成品。

称料与混料:按配方要求计算各物质所需要的量,然后进行称量、混合,加40℃左右的热水溶解,搅拌,初步混匀。

灭菌:将料液倒入灭菌罐中,控制搅拌转速为300rpm左右,然后升温至80℃后,保持10min

放料、定容:将料液放出后,称量,然后补加适量的纯净水,以弥补在灭菌过程中损失的水份。

高压均质:控制均质机内压力为18~22MPa,一般为20MPa左右,温度60~70℃,对料液进行均质处理。

老化:控制老化机搅拌转速为70~110rpm,当料液温度降低至0~4℃时,保持3h,直至老化结束。

凝冻:混合料液在凝冻机内,其中的水变为细小的冰晶,再通过控制适当的充气量等指标,使料液膨胀,具有较为优良的形体和组织状态。

灌装:罐装的方式有很多种,如纸盒、纸杯、巧克力涂层等。

硬化与冷藏:灌装好的冰淇淋需要在-40℃下硬化30min,一方面固定冰淇淋的组织状态,另一方面使冰淇淋形成极细小的冰结晶,保证冰淇淋的质量,最后在-18℃冷冻室中储存,以备食用或销售。

1.3.2 冰淇淋产品质构的测定

采用质构仪对冰淇淋产品进行质构测定,控制测试前探头下降速度1.0mm/s、测试速度0.5mm/s、测试后回程速度10.0mm/s、穿刺深度50mm、触发力为5.0g等参数,每种样品取三个平行,以平均值为最终结果。通过模拟人体的咀嚼活动和触觉感知样品的变形程度、分解程度等,分析出相应的质构参数,如硬度、脆性、密集度、粘附性等。

1.3.3 冰淇淋产品膨胀率的测定

按质量法,以相同体积原料为前提,通过凝冻前和凝冻后的质量差进行计算。其计算公式如下:

其中:B—膨胀率,%

m1一定体积的混合原料的质量,g

m2等体积的冰淇淋的质量,g

1.3.4 冰淇淋产品抗融性的测定

抗融性可以通过融化率体现,若融化率高,则抗融性差;若融化率低,则抗融性好。融化率指等体积下,融化后的浆料重量占冰淇淋重量的比例。

融化率=融化液重量/冰淇淋始重×100%

选取不同浆料相同膨胀率冷藏于-18℃的杯装冰淇淋,将冰淇淋倒置在放有3mm的筛网的烧杯上,置于室温环境下,观测半小时后的融化情况。

1.3.5 冰淇淋产品风味的测定

采用PEN3电子鼻对冰淇淋浆料(奶粉10%、功能糖15%、水75%)进行风味测定,采用多次测试的测量方法,根据表1的电子鼻参数进行设置,保证测定前电子鼻机器的洁净度,避免干扰实验结果。取10ml待测样品,置于专用电子鼻测定玻璃瓶中,瓶口用封口膜密封,将与机器连接好的探头插入玻璃瓶中,每组样品平行3次,实验在室温下进行。

1.3.6 冰淇淋产品感官评价的测定

本课题采用模块打分模式对冰淇淋的感官评价,选取有食品感官经验的25名评价人员参与评定。随机发放样品,从视觉、嗅觉、味觉等多方面对样品的感官进行评估,纸质打分,由专业评分人员整合分数,以平均分作为最终的实验结果(见表2)

2  结果与分析

本课题通过对功能糖在冰淇淋中的应用研究,致力于研发出组织细腻、膨胀率适宜、风味保持度佳、口感优良的冰淇淋产品。因此,根据相关文献报道的各功能糖产品冰晶、冰点的大小[8],选取了几个有代表性的功能糖产品,如麦芽糖醇、山梨糖醇、木糖醇等,同时以蔗糖、蔗糖+饴糖复配作为对照制备冰淇淋产品,比较其特性差异,为后期冰淇淋产品的研发提供理论依据。

2.1 冰淇淋质构结果分析

质构即质地结构,其测定能够清晰得出冰淇淋产品内在质地的具体状态,决定着冰淇淋产品的优劣,好的质构较为细腻、有弹性,不好的质构较为粗糙,有塑性[9]。按照本课题确定的冰淇淋产品的配方和功能糖产品及对照糖品制备冰淇淋产品,测定冰淇淋产品的质构指标,其具体结果见图1、图2和图3

1呈现了五种冰淇淋产品的质构测试特征曲线,可清楚地看出麦芽糖醇和木糖醇冰淇淋的质构变化较为明显,而山梨糖醇、蔗糖、蔗糖+饴糖复配冰淇淋的相关参数较为接近。硬度是冰淇淋质构的重要指标之一,其可以清楚地比较出冰淇淋口感的差异。据图2可看出麦芽糖醇的硬度最大,而木糖醇硬度最小。这是由于不同的功能糖所形成冰晶的大小差异,麦芽糖醇的冰晶最小,小冰晶较为密集,内部分子结构较为稳定,当探头触及冰淇淋时,所需要的力也需较大,进而呈现图2的结果;而木糖醇的冰晶最大,冰晶缝隙较大,内部结构不够稳定,当探头触及冰淇淋并试图进入时,无需太大力即可进行测量,进而呈现硬度最小的结果。咀嚼性,即感官评价里的咬劲,这是一种对冰淇淋较为直观的感受。咀嚼性高是由于冰淇淋浆料呈现出较为稳定、紧密的结构,硬度大,粘性大,其不易松软,体现出咬劲强烈。据图3可看出麦芽糖醇冰淇淋咀嚼性最好,木糖醇和山梨糖醇咀嚼性相对较低。综上所述,功能糖类产品有着其自有的质构优势,可以打造低糖或无糖冰淇淋,但由于功能糖类产品可能带有的自身不稳定性及冰淇淋后期处理因素,可以将不同的功能糖产品进行复配,一方面提升口感,另一方面提高质地细腻感。

2.2 冰淇淋膨胀率结果分析

冰淇淋的膨胀率是指冰淇淋在凝冻搅拌的过程中,将空气混入冰淇淋浆料中,使之体积增大,在浆料中呈现出细小的气泡,进而出现的增容现象。本课题根据测定的稳定膨胀率做膨胀率趋势及方差分析,见图4和表3

冰淇淋体积的膨胀,可使冰淇淋有着较好的质感和形体,与膨胀效果不好的冰淇淋相比,前者更松软、更爽口。据图4可看出在数值上蔗糖、蔗糖+饴糖复配、山梨糖醇、麦芽糖醇的膨胀率较为接近。结合表3发现功能糖种类和膨胀率之间存在显著差异(P=0.003<0.05)。总体来说,添加蔗糖的冰淇淋的膨胀率最高,其次分别是蔗糖+饴糖复配、山梨糖醇、麦芽糖醇、木糖醇。在制作低糖或无糖冰淇淋时,通过衡量膨胀率选定麦芽糖醇和山梨糖醇的意义不大,可从其它方面入手选择。原因可与冰晶尺寸结合进行解释,蔗糖、蔗糖+饴糖复配、麦芽糖醇的冰晶尺寸较小,在凝冻过程中,料液随着进料冲入空气,空气与料液在凝冻机转轴转动的过程中搅拌在一起,在温度达到合适的情况下,冰晶瞬间形成,冰晶形成后空气难以再和成型的冰淇淋混合在一起。这说明膨胀率的高低与形成冰晶的时间有关,冰晶越早形成,冰淇淋膨胀率越低[10]。而蔗糖(1.325℃)、山梨糖醇(2.25℃)、麦芽糖醇(1.2℃)的冰点均低于木糖醇冰点(2.825℃),这就意味着前三者充入空气的时间比木糖醇的时间长,冰淇淋膨胀率也相对较高;木糖醇冰点高,形成冰晶时间早,与空气搅拌的时间间隔短,形成冰淇淋的膨胀率较低。因此,冰点高的功能糖产品所制成的冰淇淋膨胀率低,反之,膨胀率高。建议在研发无糖或低糖冰淇淋产品时,可以选用冰点低的功能糖产品(如麦芽糖醇)与冰点高的功能糖产品(如木糖醇)复配使用,以得到膨胀率适宜的冰淇淋产品。

2.3 冰淇淋抗融性结果分析

本课题选取相同或相似膨胀率的冰淇淋,探究功能糖种类的不同对冰淇淋抗融性的影响,具体结果见图5

冰淇淋的抗融性主要通过融化率得以体现,实验的结果如图5所示,可清晰比较出不同的功能糖影响冰淇淋的融化率,可见功能糖的添加与冰淇淋的融化率呈相关关系。据图所知,麦芽糖醇、山梨糖醇的融化率相对较低,抗融性较好,蔗糖融化率较高,抗融性较差。原因可能与功能糖的冰晶尺寸相关,麦芽糖醇、山梨糖醇的冰晶尺寸较小,乳清相的融化路径较为曲折,融化速率减慢,抗融性好;而对于冰晶较大的木糖醇而言,冰晶大,乳清相的融化路径通畅,融化速率大,抗融性较低[11]。与此同时,冰淇淋的抗融性还与功能糖的冰点有关,对于单一功能糖冰点高低顺序为麦芽糖醇(1.2)<山梨糖醇(2.25)<木糖醇(2.825),冰点越低,冰淇淋融化率越低,抗融性越好。

2.4 冰淇淋风味结果分析

本课题通过电子鼻设备测定不同功能糖的冰淇淋产品的风味值,其具体结果见图6和图7

据图6中的风味峰值,可看出麦芽糖醇的峰值最高,风味释放度最佳,其次是聚葡萄糖和山梨糖醇,而常用的蔗糖和饴糖风味处于中间地位。结合图7,麦芽糖醇液体风味释放度最好,其它功能糖无法比及;山梨糖醇、麦芽糖醇晶体、木糖醇、L-阿拉伯糖的风味释放度较为一致,无明显差异,通过风味选取这四类功能糖意义不大,可根据其它指标进行选择;低聚果糖风味释放度最低,风味较弱,应用上可采取与其它功能糖复配的形式提高风味;葡萄糖、果葡糖浆、饴糖的风味接近。一般情况下,应用于冰淇淋生产的功能糖应是风味释放度最好的,风味峰值最高的,这是因为风味释放度越好,其对奶的保持度越好,奶香味最足,冰淇淋制品的风味最佳,留香最浓。麦芽糖醇冰晶最小,冰淇淋质地优良,口感细腻;在风味测定中,麦芽糖醇风味释放度最好,对奶香的持久度最佳,可作为首选功能糖,对于L-阿拉伯糖、木糖醇等也可与其复配使用。

2.5 冰淇淋感官评价结果分析

感官评价如今已成为食品行业较为常见的测试方法,利用人体感官器官的灵敏度,通过样品在人体口腔中的整体状态,以打分的形式对比出各样品间的差异[12]。通过品评员所给出的分数,对其进行整理和总结,具体结果见图8和表4

由图8所示,木糖醇的最终感官峰值较常用糖的分值高,麦芽糖醇、山梨糖醇整体风味口感不及其它三种冰淇淋,其分值较低,原因可能是由于功能糖本身的性质与奶的结合保持度不够;另外,麦芽糖醇和山梨糖醇甜度较低,若只采用这两种功能糖,而不与其它功能糖进行复配,甜度较低,消费者恐怕难以接受,所以,为了提高冰淇淋的健康性和养生性,可选用此类功能糖和其它功能糖复配,进而增加口感、风味。冰淇淋各项指标与食品感官鉴定值间的相关性如表4所示,从表中可以看出,质构与口感、风味与综合评价存在显著正相关,相关性系数分别为0.940.979,后者显著性更强,即质构越细腻,口感越好,风味越诱人,综合评价也就相对越高。冰晶尺寸大小决定着冰淇淋的质地结构,冰晶越小,冰淇淋质地越佳,口感越为细腻,没有冰渣感。而对于感官评价的综合评价,一般体现在风味上,食用起来有留香、奶香味充裕等都是风味的具体体现。因此,在特定情形下,可通过质地和风味判定口感和综合评价的大致走势。

3  结论

本课题以木糖醇、麦芽糖醇、山梨糖醇等功能糖和对照糖(蔗糖、蔗糖+饴糖)为糖类制备的冰淇淋产品为研究对象,对其进行硬性指标的检测,包括质构、膨胀率、风味、抗融性、感官评价等方面。通过对质构的测定,发现麦芽糖醇冰淇淋质构结果最好,山梨糖醇和木糖醇结果略差,但其可与常用糖复配添加于冰淇淋中。通过对膨胀率的测定,发现各样品的膨胀率均在70%~90%之间,但各样品间存在显著差异,蔗糖样品的膨胀率最高,木糖醇相对较低,而蔗糖+饴糖复配、山梨糖醇、麦芽糖醇膨胀率相对适中,分析得知膨胀率的大小大致与所含功能糖的冰点大小相关,冰点越小,膨胀率越高,反之,膨胀率越低;可选取冰点低的功能糖作为原料添加到冰淇淋中,如麦芽糖醇。通过对风味的测定,结果显示麦芽糖醇的风味释放度最好,对奶味的保持度最佳,风味峰值最高。通过对冰淇淋抗融性的测定,结果发现在确定膨胀率的情况下,麦芽糖醇的融化率最低,抗融性最佳;通过对感官评价的整理,发现木糖醇冰淇淋风味较好,质地较细腻,综合口味最佳,而特性指标较好的麦芽糖醇,由于麦芽糖醇本身特性,甜度较低、综合口感不及木糖醇冰淇淋,其具体原因还需进一步实验得以验证,山梨糖醇冰淇淋糊口感最强。

总之,较常用蔗糖而言,功能糖在多个方面检测的结果是有优势的。因此,可将功能糖产品应用于冰淇淋生产中,以实现无糖冰淇淋或是低糖冰淇淋。考虑到风味口感因素,可将各功能糖进行复配使用,实现口感、质地、健康、营养等多种需求。

 

参考文献

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作者单位:山东福田药业有限公司,山东 禹城  251200。