刺槐豆胶、黄原胶和瓜尔豆胶对冷冻蔗糖溶液冰晶体的影响

高压力下，刺槐豆胶、黄原胶和瓜尔豆胶对冷冻蔗糖溶液冰晶体的影响
摘要：
在贮存期间，为提高滑腻质构和保护产品，通常在冰淇淋和冷冻甜品中加入水溶性胶体，同样，高压凝冻机也为了提高产品质量。

这篇文章中，水溶性胶体与高压过成具协同作用。

为了分析水流动性是否影响冰晶体组成，将一分0.3%（w/w）的瓜尔豆胶（流动的溶液）或刺槐豆胶加上黄原胶（凝胶）混合加入蔗糖溶液（16%，w/w）。

为了比较水溶胶对并晶体特性的影响，将加水溶胶与不加水溶胶的蔗糖溶液分别在固定的凝冻高压力100MP（HPAF）和变化的凝冻高压，210MP至0.1MP和100MP(HPSF)下冷冻。

冰晶体尺寸通过低温扫描镜检（LT-SEM）获得。

HPAF条件下的冰晶体小于HPSF条件下的，这由于膨化后更强的速冻和更短的状态转换时间。

考虑到水溶胶，冰晶体更小与刺槐豆胶与黄原胶混合加入有关，而与凝冻方法无关。

在冷冻状态下，冷凝胶化附近温度，强类凝胶质构的形成可能影响水分子蔓延和冰晶成长。

关键词：蔗糖；水溶胶；高压转换宁动；高压固定凝冻；低温扫描镜检
1、引言
冷冻食品的质量主要受凝冻中产生的冰晶的大小和数量。

众所周知，凝冻中大冰晶的形成对冷食感官感受和质地都有负面作用。

为限制冰晶体大小和组织产品受热和干燥冲击，水溶胶被广泛应用于冰淇淋和冷冻甜点工业。

然而，仍然存在相当多的关于他们对冰晶体形状、质量（可冻结水）和大多数冰晶尺寸影响的争论。

根据水溶胶结合水和提高混合物黏性的能力来判断冰晶体是否变得更小（Harper & Shoemaker，1983；Levine & Slade，1989；Regand & Goff，2002）。

Buyong 和Fenema(1988)的报道说，总量少于2%（w/w）的水溶胶，如CMC、海藻酸钠、瓜尔豆角、刺槐豆胶和卡拉胶使冰晶体数量减少了3%，而对凝胶化无任何作用。

其中，瓜尔豆角和刺槐豆胶作用最低，减少可结晶水0.8-1%。

提高水溶胶的浓度使可结晶水总量降低。

根据Levine & Slade，（1989），Goff，Cadwell，Stanley，and Maurice(1993)的报道，成核过程后稳定剂组织了冰晶体的生长，冷冻甜点在不规范的波动温度条件下储存，非凝胶结构的水溶胶，低温下抑制细长冰晶的形成，防止冰晶尺寸的增长。

高压凝冻处理强烈的影响了冰晶尺寸和形状（Chevalier,Le Bail,&Ghoul,2000a,2000b;Fuchigami&Teramoto,2003;Kalichevsky-Dong,Ablett,Lillford,&Knorr ,2000;Otero&sanz,2000;Zhu,Ramaswamy,&Le Bail,2005），与传统的凝冻过程如空气鼓风凝冻相比，该过程普遍为更小的冰晶。

现将最常用的两种高压凝冻过程对比研究：固定高压凝冻过程（图1（a））（以下称HPAF）和变化高压凝冻过程（图1（b和c））（以下称HPSF）。

前者（HPAF）除采用高压凝冻外，与传统大气压下凝冻过程相似（2-4步）。

温度降到该压力下冻结点以下（3步）。

样品由外而内冷冻，晶核只是在产品的部分产生，而这与冷冻的介质有关。

一旦凝冻停滞期结束并且达到最终温度，压力则被释放（4步）。

最终冰晶是细长的而且为树突状，他们的尺寸由产品表面到中心逐渐增大（Fernandez, Otero, Guignon, & Sanz, 2006）。

后者（HPSF）包括在压力下冷冻样品至0℃以下，并一直保持在未冻结状态（2-3步）。

当产品达到需要的温度（3步）时，压力被释放，包括所有样品的一致速冻，因为压力是均衡的（4步）。

这种速冻是相当重要的，它导致形成的晶核在样品中分布一致（与样品尺寸和形状无关）（5步）。

（Fernandez et al., 2006; Martino, Otero, Sanz, & Zaritzky, 1998;Thiebaud, Dumay,&Cheftel,2002;Zhuetal., 2005)。

随后的凝冻，在固定的压力下完成（5-6步）。

膨化过程中采用的压力越高，温度越低，形成的瞬时冰晶越多，同时，对某一给定的冷冻温度，状态改变时间越短。

(Barry, Dumay, & Cheftel, 1998; Levy, Dumay, Kolodziejczyk, & Cheftel, 1999; Otero & Sanz, 2000, 2006)。

最终的冰晶在形状上为小颗粒状，而且在样品中是分散的(Fuchigami, Ogawa, &Teramoto, 2002; Koch, Seyderhelm, Wille, Kalichevsky, &
Knorr, 1996; Otero & Sanz, 2000; Schluter, Heinz, & Knorr, 1998)。

对于食品工业来讲，这是最理想的凝冻方法，因其小冰晶在内部的一致分布，从而对食品微结构伤害更小。

水溶性胶体的加入和高压凝冻的协同作用将更多的减少食品中冰晶体的尺寸，这是被期待的。

这篇文章为了研究在高压方法下蔗糖溶液中，凝胶形式与非凝胶形式水溶胶对冰晶体的尺寸影响（HPAF和HPSF，在同种冷冻剂中，也在同种温度下）。

2．材料与方法
2．1样品的制备
使用三个标准体系：(a) 16% (w/w) 蔗糖溶液(Panreac, Barcelona, Spain); (b) 16% (w/w)蔗糖溶液，其中加入0.3% (w/w)刺槐豆胶：黄原胶（1：1）的混合物；(Carob,S.A., Mallorca, Spain);
(c)16% (w/w)蔗糖溶液中加入0.3% (w/w)的瓜尔豆胶(Sigma-Aldrich Co., St. Louis Mo., USA) 。

冰淇淋混合料中，为反映蔗糖与稳定及独特的比例，所以会对溶质浓度进行选择(Regand & Goff, 2003)。

常温下，准备加有瓜尔豆胶的蔗糖溶液和制备黏的但不成凝胶的溶液。

在70–80℃配制加有刺槐豆胶和黄原胶混合物的溶液，在常温下保持12小时以形成凝胶。

塑料圆筒导管（直径3.5mm，长度50mm）里装满混合物料（在混合物料形成凝胶之前b）。

对每一步处理，六个导管被排列在一树乳箱内，该箱在高压器皿的热电偶周围。

这些导管非常适合实施样品镜检实验，为更好地描述热传导史实，样品是在特别的导管中准备的（直径10mm，长度39mm），而且导管从盖子的洞中插入一热电偶。

样品均独立处理。

2．2实验设备与凝冻方法
实验中使用U-111一部(High Pressure Research Center, Polish Academy of Sciences, UnipressEquipment Division, Poland)；它包括一个绿色铜容器（CuBe）和一个外露高压泵（图2）。

压力由高压增强器通过水压力单元产生(01/5200145, Rexroth Bosch Group Ltd., Poland)水压力单元由电力增强器和控制单元组成(X US/2003-Unipress, Poland)。

容器直径：内径3cm，深度6.4cm，工作负荷45ml。

矽油作为压缩液体使用，容器内部温度由温度自动调节刚保持恒定在设置温度到-25℃，Pressure was monitored with a transducer(0–700MPa, EBM6045, Erich Brosa Mesgerate GmbH/KGT Kramer, Germany).整个系统中心由一T型热电偶提供高压容器塞子记录容器内部温度，所有数据大小由数据获得系统每0.5s记录(Yokogawa Data Collector DC 100,Tokyo, Japan).
以下是两种高压凝冻方法：如上（图1（a-c））所描述的HPAF和HPSF。

HPAF实验在100MP 和周围制冷剂-22℃时操作。

HPSF实验也在-22℃时操作，执行两个不同的测试，一部分样品建议从210MP（未冷冻样品）膨化到大气压，另一部分样品建议从210MP膨化到100MP，第二步在样品冷冻后从100MP膨化到大气压。

后面的实验是与HPAF相比较而是是的，因为这两种状态的转换在100MP。

样品被完全冻至-22℃，所有实验平行做三组。

2.3显微镜显实验
装有冷冻混合物的圆筒导管从接收液氮的中心部分被切断而获得样品。

这些冷冻的部件通过低温扫描镜显装置（LT-SEM）被放在特殊的样品容器中为实验所用(Cadwell, Goff, & Stanley, 1992;Flores& Goff, 1999;Fernandez etal., 2006).这个铝的筒容器（外直径10mm，长度7mm）中部有一洞（内径4mm）可加入样品。

样品被侧部的螺丝钉固定在洞内，一旦冷冻样品正好被装入洞，从而被带入LT-SEM中。

在整个过程中，样品在液氮环境处理下避免融化或者再结晶。

LE-SEM的优点是使观测样品不需先前化学准备。

实验步骤由物理准备、阻断和蚀刻样品组成。

带有Cryotrans CT-1500冷盘(Oxford, UK)的Zeiss DSN-960扫描镜显仪用来测试样品。

装样品的容器正好适合显微镜上的一特殊口袋，被一起关进pre-chamber of the Cryotrans cold plate (-180℃)室内，在室内样品被破坏而获得一合适的显著的表面，然后，样品被插入显微
镜，在-90℃时蚀刻两分钟。

蚀刻后，样品被渡上金，在感应电流和backscattering电子模型存在时，-150—160℃是可见的。

LE-SEM图像装有图像分析程序(analySIS FIVE, Soft Imaging SystemGmbh, Munster, Germany)，可测晶体面积和等面积下的直径，该等值直径定义为面积与值得考虑的冰晶面积一样的圆的致敬。

ANOV A was performed usingSPSS 12.0 (SPSS Inc., Chicago, Illinois, USA).不同方法的不同之处通过Duncan平行试验解决（P<0.05）。

3.结果
3.1不同高压凝冻程序的特性
图3显示了在HPAF过程中压力温度随时间得变化（图3（a））以及HPSF的实验（图3b 和c）。

正如先前所描述的，对HPAF而言，晶核如预测般出现在固定压力下，然而，对HPSF 而言，压力的释放是一重要的影响因素，对不同样品，表1种HPAF实验和表2中HPSF实验对速冻的程度、状态转换时间和各状态温度转换作了比较。

计算得到的速冻的程度作为在样品晶核形成前达到最低温度时和在给定的压力下样品平衡的凝冻温度间的不同。

状态转换时间被定义为达到晶核形成的温度和样品在低于状态改变温度5℃时所用的时间。

状态改变温度被计作晶核形成后记录的停滞期的内部温度。

正如所期待的，再HPAF过程中，转改转换时间长，而速冻程度低于HPSF过程，尽管这样，在HPSF直到100MP状态下，压力和温度状况一致。

何HPAF过程相比，这是因为在HPSF过程中，产生了更多的内部晶核，这部分冷冻由绝热膨胀产生。