冰淇淋在消费时遇到的融化现象不仅给消费者带来不便，而且严重影响冰淇淋的品质^[1]。冰淇淋的融化和浆料的黏度有很大的关系^[2]，浆料的黏度太大或太小都可能造成冰淇淋抗融性差，影响冰淇淋的风味，甚至出现结晶^[3]。在冰淇淋中添加稳定剂，可以防止或抑制冰晶的生长及延缓冰碴出现的时间，提高冰淇淋浆料的黏度、改善油脂及含油脂固体微粒的分散度、提高冰淇淋体系的分散稳定性、抗融性和固态稳定性，改善口感、内部结构和外观状态^[4]。黄原胶是一种微生物多糖，具有剪切稀释、悬浮乳化、增稠、耐盐、耐酸碱、耐高温等独特性能，非常适合应用于冰淇淋的生产^[5]。黄原胶能提供足够的黏度阻力，限制分子扩散，抑制水分子迁移，防止冰晶长大，可以提高冰淇淋的膨胀率、黏稠度、抗融性、持形性和降低硬度，符小平等利用黄原胶等复配胶开发的枸杞冰淇淋膨化率、融化率好，口感细腻、风味独特^[6]。

我们前期筛选到1株高产高效黄原胶生产菌FJAT-10151，其所产的黄原胶FJAT-10151-DTJZ的丙酮酸含量为16.3%^[7]，是程蓉等^[8]获得丙酮酸含量4.82%的黄原胶的3.4倍；是莫晓燕等^[9]获得丙酮酸含量3.32%的黄原胶的4.9倍。本研究以酸奶冰淇淋为研究对象，考查添加FJAT-10151-DTJZ和市售的黄原胶对酸奶冰淇淋浆料的黏度及酸奶冰淇淋膨胀率、抗融性、硬度、动态黏弹性、微观结构及感官方面的影响。

1.   材料与方法

1.1   试剂与仪器

菌株：FJAT-7928干酪乳杆菌Lactobacillus casei和FJAT-7927嗜热链球菌Streptococcus thermophilus。试剂：FJAT-10151-DTJZ，按文献[7]的方法提取；黄原胶购自Sigma公司；MRS购自北京陆桥技术股份有限公司；长富鲜奶；慧冠硬冰淇淋粉。仪器：东贝冰淇淋机；黏度计(上海方瑞仪器有限公司NDJ-8S)；Stable microsystems型质构仪TA-XT plus(英国)；安东帕流变仪。

1.2   酸奶冰淇淋生产工艺

菌种活化：按无菌操作，将一接种环的干酪乳杆菌FJAT-7928和嗜热链球菌FJAT-7927分别接入MRS培养基中(每150 mL装液量30 mL)，37℃恒温培养48 h。菌种扩大培养：将干酪乳杆菌FJAT-7928和嗜热链球菌FJAT-7927的发酵液(V:V=1:1)按体积分数3%的接种量接入鲜奶中，37℃恒温培养24 h，作为乳酸菌发酵剂。红枣发酵：取适量的红枣捣碎，接体积分数5%的乳酸菌发酵剂，37℃恒温发酵24 h。酸奶冰淇淋制作：在红枣发酵液中添加质量分数5%的冰淇淋粉，搅拌均匀，再分别添加质量分数0.1%的FJAT-10151-DTJZ和市售黄原胶，老化一定时间后，进冰淇淋机凝冻装杯，置于-18℃冰柜中贮藏。

1.3   酸奶冰淇淋黏度的测定

采用NDJ-8S型黏度计测量酸奶冰淇淋浆料添加FJAT-10151-DTJZ和市售黄原胶前后及常温老化一定时间后的表观黏度的变化。

1.4   假塑性流体参数计算

酸奶冰淇淋浆料中添加质量分数0.1%的FJAT-10151-DTJZ和市售黄原胶后，选用S2转子分别在转速为3，6，12，30，60 r·min^-1下测定不同剪切速率下酸奶冰淇淋浆料的表观黏度变化，根据公式(2)得到稠度系数K和流体指数n^[10]。

根据公式：

两边取对数，得：

其中：

式中：η为黏度；τ为剪切力/mPa；γ为剪切速率/min；K为稠度系数；n为流体指数。

1.5   酸奶冰淇淋膨胀率的测定

酸奶冰淇淋凝冻前后分别量取酸奶冰淇淋浆料和酸奶冰淇淋成品，装满100 mL的盒子后进行称重计算膨胀率^[4]：

膨胀率/%=[(一定体积酸奶冰淇淋浆料的质量-相同体积酸奶冰淇淋的质量)/该体积下酸奶冰淇淋的质量]×100%

1.6   酸奶冰淇淋抗融性的测定

取-18℃硬化24 h的酸奶冰淇淋成品称重后置于35℃培养箱中的金属网上，金属网下放个烧杯，在70 min内，每隔15 min测融化冰淇淋的重量，测定融化率。

融化率/%=(融化的冰淇淋浆料的质量/冰淇淋总质量)×100%

1.7   酸奶冰淇淋的TPA质构测试

采用质构仪测定-18℃硬化48 h的酸奶冰淇淋的质构参数，如表 1所示，样品从冰箱中取出后室温下迅速测定，平行测试6次。测试参数为：探头类型P5，探头下降速度1 mm·s^-1，测试速度1 mm·s^-1，测试后探头回程速度1 mm·s^-1，测试距离5 mm，触发力3 g。

表  1  TPA测试主要参数

Table  1.  Main criteria of TPA test

参数	定义
硬度/g	TPA曲线第一压缩周期中的最大力值F
脆性/g	第一次压缩过程中产生破裂现象
黏附性/g	探头上行时的阻力
弹性	两次压缩周期中时间比
内聚性	两次压缩周期的曲线面积比
胶着性	硬度与内聚性的乘积
咀嚼性	硬度、内聚性与弹性三者的乘积
回复性	第一次压缩过程中回弹的能力

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1.8   动态黏弹性的测定

采用流变仪测定-18℃硬化48 h的酸奶冰淇淋的储能模量G′、损耗模量G″、正切损耗角tanδ= G″/G′和复合黏度η，平行测试3次。测试参数为：平板直径50 mm，狭缝距离1 mm，测量温度25℃，频率0.5~10.0 Hz。

1.9   微观结构观察

利用Nikon ECLIPSE E100显微镜，在10倍的镜头下观察酸奶冰淇淋的微观结构。

2.   结果与分析

2.1   酸奶冰淇淋成品的感官评价

添加FJAT-10151-DTJZ和市售黄原胶的酸奶冰淇淋性状如图 1所示，在形态方面，酸奶冰淇淋的造型完整、棱角分明、无变形、无软塌、无收缩，添加FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋成品比添加市售黄原胶的酸奶冰淇淋软些；在色泽方面，鲜明协调且均匀；在组织结构方面，细腻润滑，无凝粒，没有明显冰晶；在滋味气味方面，香气适中，无异味。

图  1  添加FJAT-10151-DTJZ和市售黄原胶的酸奶冰淇淋

注：A为添加FJAT-10151-DTJZ，B为添加市售黄原胶。

Figure  1.  Yogurt ice cream containing FJAT-10151-DTJZ and commercial xanthan gum

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2.2   黄原胶对酸奶冰淇淋浆料的影响

添加FJAT-10151-DTJZ和市售黄原胶的酸奶冰淇淋浆料的表观黏度从(91.00±1.52)Pa·s分别增大到(139.00±1.00)Pa·s和(312.67±2.52)Pa·s，如图 2所示，黏度是酸奶冰淇淋浆料的内在特性，是非常重要的加工特性，增加酸奶冰淇淋配料的黏度对形成小冰晶是非常有利的^[11]，影响浆料黏度变化的最敏感的因素是增稠剂的用量和种类，其对酸奶冰淇淋配料黏度的影响规律不同^[12]。

图  2  添加FJAT-10151-DTJZ和市售黄原胶对冰淇淋浆料表观黏度的影响

Figure  2.  Viscosity of ice cream containing FJAT-10151-DTJZ or commercial xanthan gum

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2.3   老化时间对酸奶冰淇淋浆料黏度的影响

老化时间对酸奶冰淇淋浆料表观黏度的影响如图 3所示，老化一般可使酸奶冰淇淋的黏度有所增高，在老化初期，添加的FJAT-10151-DTJZ和市售黄原胶的黏弹性体系逐渐形成，浆料中各种成分逐步充分溶胀，使得体系的表观黏度增加，当老化时间达到17 h以后，体系的表观黏度基本达到稳定，此时继续增加老化时间，体系的表观黏度基本没有变化。试验结果表明在老化时间为6 h时，酸奶冰淇淋浆料的表观黏度最高，所以，选择6 h的老化时间，以充分发挥FJAT-10151-DTJZ和市售黄原胶的作用。

图  3  不同老化时间对酸奶冰淇淋浆料黏度的影响

Figure  3.  Viscosity of yogurt ice cream products aged for various lengths of time

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2.4   假塑性流体参数计算

酸奶冰淇淋浆料在不同剪切速率时的黏度不一样，以lnγ为横坐标、lnτ为纵坐标作图，如图 4所示，添加FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋浆料的线性方程式：lnτ= -0.543lnγ+4.478，根据公式(2)计算得到稠度系数K=4 478，流体指数n=-0.543；添加市售黄原胶的酸奶冰淇淋浆料的线性方程式：lnτ= -0.517lnγ+5.783，根据公式(2)计算得到稠度系数K=5 783，流体指数n=-0.517。添加FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋浆料的稠度系数低于添加市售黄原胶，这在表观黏度的测定中也得到证实，但是，添加FJAT-10151-DTJZ和市售黄原胶的酸奶冰淇淋浆料的流体指数都小于1，属剪切稀化的假塑性流体，这样酸奶冰淇淋浆料中大量的水分子可以被有效固定在乳化稳定剂所形成的三维网状物中^[4]。

图  4  酸奶冰淇淋浆料的假塑性流体参数

Figure  4.  Pseudoplasticity of yogurt ice cream products

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2.5   稳定剂对酸奶冰淇淋膨胀率的影响

由图 5可知，添加市售黄原胶的酸奶冰淇淋的膨胀率稍高于添加FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋，乳化稳定剂具有亲水性，能与浆料中游离水结合，提高均匀性，在凝冻时促使空气均匀混入，提高膨胀率^[13]。膨胀率是衡量冰淇淋质量的一个重要指标，浆料在凝冻过程中由于搅打而混入空气，空气以气泡的形式分布于浆料中，形成乳状液，从而使冰淇淋体积膨胀，黏度太低，浆料持泡能力不够，黏度太高，冰淇淋充料困难^[4]，膨胀率过高则产品组织松软、稳定性差，过低则产品组织坚硬、口感粗糙^[14]。

图  5  酸奶冰淇淋浆料的膨胀率

Figure  5.  Overrun of yogurt ice cream made with different emulsifiers

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2.6   抗融性分析

添加FJAT-10151-DTJZ和市售黄原胶的酸奶冰淇淋在不同时间的融化情况如图 6所示，10 min时，添加市售黄原胶的酸奶冰淇淋开始融化，而添加FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋还未见融化；在60 min时，添加市售黄原胶的酸奶冰淇淋已基本全部融化，而添加FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋才融化了80%。两种乳化稳定剂的抗融性如图 7所示，对酸奶冰淇淋融化率黄原胶>FJAT-10151-DTJZ。融化率越低，抗融性越好^[15]，所以FJAT-10151-DTJZ的抗融性比黄原胶好。

图  6  酸奶冰淇淋在不同时间的融化情况

注：图中所有篮内左边一列均为添加市售黄原胶的冰淇淋，右边一列均为添加FJAT-10151-DTJZ的冰淇淋。

Figure  6.  Time-lapsed melting of yogurt ice cream at ambient temperature

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图  7  添加不同乳化稳定剂酸奶冰淇淋的融化速率

Figure  7.  Melting rate of yogurt ice cream made with different emulsifiers

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2.7   酸奶冰淇淋的TPA质构分析

硬化48 h的酸奶冰淇淋产品的TPA质构分析结果如表 2所示，添加FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋与添加市售黄原胶的冰淇淋相比，差别比较大的是硬度，添加FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋的硬度较小，这跟我们感官评价觉得添加FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋口感稍软、细腻一致。因为在测试过程中，添加市售黄原胶的酸奶冰淇淋发生破裂现象，所以出现了脆性值^[16]。

表  2  添加不同乳化稳定剂的质构参数

Table  2.  Texture measurements on ice cream made with different emulsifiers

参数	添加市售黄原胶	添加FJAT-10151-DTJZ
硬度/g	1255.290±568.978	976.653±139.322
脆性/g	977.331±918.016	0.000±0.000
黏附性/g	-11.310±5.207	-33.240±20.551
弹性	0.440±0.170	0.558±0.170
内聚性	0.066±0.027	0.081±0.045
胶着性	86.174±48.669	78.648±38.610
咀嚼性	32.799±18.592	47.693±25.206
回复性	0.014±0.008	0.020±0.013

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2.8   酸奶冰淇淋的动态黏弹性分析

体系的弹性、黏性可以用剪切储能模量G′和剪切损耗模量G″来表征。酸奶冰淇淋的动态黏弹性如图 8所示，添加市售黄原胶和FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋的G′、G″在频率0.01~10.00 Hz区表现出很强的频率依赖性(图 8-A)。G′随频率增加而明显增加，表明低幅度剪切一方面促进分子网络结构的形成，增大弹性模量，另一方面使体系剪切变稀，增大流动性，剪切变稀对高黏度的酸奶冰淇淋在凝冻过程中的充气性非常有利，保证空气融入，以获得较好的膨胀率，避免出现坚硬质地^[17]。G′和G″无交点，G′明显大于G″说明冰淇淋形成一定程度的弱凝胶结构，冰淇淋弹性大于流动性，综合表现为弹性，在损耗因子均小于1(图 8-B)也证明了这点。G″随频率增加而增加，表明酸奶冰淇淋出现剪切稀化，流动性增强，复合黏度随频率增加而降低(图 8-C)也证明了这点。综上所述，添加FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋的G′比添加黄原胶的大，说明FJAT-10151-DTJZ的性能比市售黄原胶优良。

图  8  酸奶冰淇淋的模量(A)、损耗因子(B)和复合黏度(C)对频率的变化

Figure  8.  Variation of G′, G″(A), tanδ(B) and η(C) at varied frequencies for yogurt ice cream products

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2.9   乳化稳定剂对酸奶冰淇淋微观形态的影响

酸奶冰淇淋的微观形态如图 9所示，添加乳化稳定剂的酸奶冰淇淋的出现气泡，气泡直径有明显差别，相间分布，有规则感，添加FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋的组织结构更细腻、均匀。

图  9  冰淇淋的微观形态(10倍)

注：A为添加市售黄原胶的酸奶冰淇淋，B为添加FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋。

Figure  9.  Microstructure of yogurt ice cream products (10×)

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3.   讨论与结论

添加黄原胶FJAT-10151-DTJZ的冰淇淋浆料为剪切稀化的假塑性流体，只有具备假塑性流体特性的冰淇淋浆料，才能生产出一系列口感良好的冰淇淋^[18]。在冰淇淋中添加稳定剂，具有降低界面强力的效应，可以保证空气的均匀分散，增强空气泡周围膜的形成力，提高膨胀率质控^[19]。黄原胶FJAT-10151-DTJ作为稳定剂添加到冰淇淋中，通过黄原胶分子间的作用与黄原胶、蛋白质作用形成凝胶网络结构，将游离水水会变成结合水(自由流动性减少)，增加冰淇淋浆料的黏度，提高膨胀率^[4]。膨胀率理想的冰淇淋不仅口感好、抗融性强，而且有利于企业控制生产成本^[14]。

添加黄原胶FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋的抗融性比添加黄原胶的酸奶冰淇淋强，获得的酸奶冰淇淋组织结构更均匀细腻。在酸奶冰淇淋中添加黄原胶FJAT-10151-DTJZ和市售黄原胶，有助于使酸奶冰淇淋浆料中混入的空气达到更均匀的分布，防止冻结时出现粗大的冰结晶^[4]，FJAT-10151-DTJZ对气泡的保持能力更强，而气泡是热不良导体，从而取得更好的抗融效果。添加黄原胶FJAT-10151-DTJZ的酸奶冰淇淋的融化速率比添加市售黄原胶的慢，说明添加黄原胶FJAT-10151-DTJZ的冰淇淋中的冰晶比添加黄原胶的小，因为酸奶冰淇淋的融化速率随冰晶的增大而变快^[3]。添加黄原胶FJAT-10151-DTJZ的冰淇淋的硬度比添加黄原胶的冰淇淋小，说明添加FJAT-10151-DTJZ的冰淇淋中的冰晶比添加市售黄原胶的冰淇淋小，因为含大冰晶的冰淇淋的硬度大于含小冰晶的^[20]。

综上所述，黄原胶FJAT-10151-DTJZ比市售黄原胶性能优良，本研究为生产企业获得理想的乳化稳定剂提供理论依据。