Fonte de la crème glacée-Percée en matière de résistance : contrôle du système et stabilité de la mousse via le mélange ternaire PGMS, PGE et DMG

La fonte rapide de la crème glacée suite à une perturbation de la chaîne du froid constitue un défi technique de longue date auquel le secteur est confronté, particulièrement aigu dans les régions chaudes et dans les scénarios logistiques du commerce électronique. Cette étude examine systématiquement les mécanismes de régulation synergiques d'un mélange d'émulsifiants ternaires comprenant du monostéarate de propylène glycol (PGMS), des esters de polyglycérol (PGE) et des monoglycérides distillés (DMG) sur la résistance à la fonte de la crème glacée-et la stabilité de la mousse. Les résultats démontrent qu'avec un rapport massique PGMS:PGE:DMG de 5:3:2 et un niveau d'addition total de 0,35 %, le système présente des performances optimales : le temps de fusion à 50 % s'étend de 38 min (contrôle) à 67 min, le dépassement atteint 92 % ± 3 % et les scores d'évaluation sensorielle sont les plus élevés de tous les groupes. Ce travail élucide les mécanismes de régulation microstructurale sous trois angles : -la résistance du film interfacial, le taux de coalescence partielle des graisses et l'inhibition de la recristallisation de la glace-, fournissant à la fois des fondements théoriques et des lignes directrices pratiques pour la conception de la formulation de glaces industrielles résistantes à la fonte-.

Mots-clés :Résistance à la fonte des glaces- ; PGMS ; Esters de polyglycérol ; Monoglycérides distillés ; Mélange ternaire ; Stabilité de la mousse

La crème glacée est un système complexe à plusieurs phases- composé de globules gras, de cristaux de glace, de bulles d'air et d'une matrice de solution sucrée. Sa stabilité structurelle est très sensible aux variations de température. Une fois la chaîne du froid interrompue, la croissance des cristaux de glace s’accélère, les bulles d’air fusionnent et les globules gras s’agrègent, conduisant finalement à l’effondrement du produit et à une détérioration sensorielle. L'industrie mondiale de la crème glacée subit des centaines de millions de dollars de pertes économiques annuelles en raison de problèmes de qualité liés à la fonte. Développer des formulations de crème glacée offrant une résistance supérieure à la fusion-est ainsi devenu une préoccupation commune du monde universitaire et de l'industrie.

Les émulsifiants jouent plusieurs rôles essentiels dans les systèmes de crème glacée : réduire la tension interfaciale huile-eau pour faciliter l'émulsification des graisses, induire une coalescence partielle des graisses pendant la phase de vieillissement pour construire un réseau tridimensionnel-supportant les bulles d'air et stabiliser l'interface gaz-liquide pendant la congélation et le fouettage. Cependant, les émulsifiants simples ont souvent du mal à satisfaire simultanément les triples exigences de résistance à la fusion, de débordement et de sensation en bouche. Le DMG offre un bon épaississement mais une stabilité de mousse insuffisante ; PGMS offre d'excellentes propriétés d'aération mais une amélioration limitée de la résistance à la fusion ; La PGE confère une flexibilité au film interfacial mais est difficile à contrôler avec précision la coalescence partielle lorsqu'elle est utilisée seule.

Sur la base de ces considérations, cette étude propose une stratégie de mélange ternaire impliquant PGMS/PGE/DMG, visant à exploiter les effets synergiques d'émulsifiants avec différentes structures moléculaires et valeurs HLB pour construire un film interfacial possédant à la fois rigidité et flexibilité, améliorant ainsi simultanément la stabilité de la mousse et la résistance à la fusion de la crème glacée.

1 Matériaux

Les PGMS (monostéarate de propylène glycol, HLB≈3,5, pureté supérieure ou égale à 95 %), les PGE (esters d'acides gras de polyglycérol, HLB≈6,0, degré de polymérisation 3-5) et les DMG (monoglycérides distillés, HLB≈3,8, teneur en monoester supérieure ou égale à 90 %) étaient tous de qualité alimentaire, d'origine commerciale. Le lait écrémé en poudre (teneur en protéines 34 %), la matière grasse laitière anhydre (teneur en matière grasse du lait 99,9 %), le saccharose, les solides de sirop de maïs (DE 42), la gomme guar, la carraghénane et la cellulose microcristalline étaient tous des ingrédients de qualité alimentaire.

2 Formulation et traitement

La formulation de base de la crème glacée comprenait : 8,0 % de matières grasses laitières, 10,5 % de solides de lait écrémés, 12,0 % de saccharose, 4,0 % de solides de sirop de maïs et 36,5 % de solides totaux. Le niveau total d'ajout d'émulsifiant a été fixé à 0,35 % (p/p du mélange total), avec des rapports de mélange ternaires conçus comme indiqué dans le tableau 1. Un mélange de stabilisants (gomme guar 0,12 %, carraghénane 0,02 %, cellulose microcristalline 0,15 %) a été maintenu constant dans tous les groupes.

Étapes de traitement : mélange des ingrédients → agitation à 60 degrés pendant 30 min → homogénéisation (65 degrés, première étape 15 MPa / deuxième étape 3 MPa) → pasteurisation (80 degrés, 30 s) → refroidissement rapide à 4 degrés → vieillissement (4 degrés, 4 h, agitation à faible vitesse) → congélation et fouettage dans un congélateur continu (température de sortie -5,5 degrés) → remplissage → durcissement tunnel de souffle (-40 degrés, 30 min) → stockage à -18 degrés.

Tableau 1 Conception expérimentale pour les mélanges d'émulsifiants ternaires

3 méthodes analytiques

Test de résistance à la fusion :Des échantillons de crème glacée durcie (-18 degrés, forme cylindrique de 100 ml) ont été placés sur une grille métallique (maille de 2 mm) à l'intérieur d'une chambre à température constante-à 25 degrés ± 0,5 degrés. Le premier temps d'égouttement et le temps de fusion en masse de 50 % ont été enregistrés. Le rapport de résistance à la fusion a été défini comme le temps de fusion de 50 % divisé par celui du témoin.

Mesure de dépassement :La masse d’un volume fixe de glace a été pesée avant et après congélation. Dépassement (%)=(masse avant congélation - masse après congélation) / masse après congélation × 100 %.

Taux de coalescence partielle des graisses :Déterminé par extraction par solvant-spectrophotométrie UV. Taux de coalescence partielle=teneur en matières grasses libres / teneur totale en matières grasses × 100 %.

Stabilité de la mousse :Le mélange de crème glacée fondu a été à nouveau-fouetté et le temps nécessaire pour réduire de 50 % le volume de mousse a été enregistré comme demi-vie de mousse-.

Évaluation sensorielle :Un panel de 12 évaluateurs qualifiés ont évalué la sensation fondante en bouche, la douceur, l'onctuosité, la sensation de fraîcheur et l'acceptabilité globale à l'aide d'une échelle hédonique en 9 points.

1 Effet du rapport de mélange sur la résistance à la fusion-

La figure 1 représente le comportement de fusion de la crème glacée sous différents ratios d'émulsifiant. Le contrôle T0 (PGMS seul) présentait un temps de fusion à 50 % de 38 min et un premier temps d'égouttement de 22 min. Parmi les groupes de mélanges ternaires, T3 (PGMS:PGE:DMG=5:3:2) a démontré les meilleures performances, avec un temps de fusion de 50 % prolongé à 67 min-une amélioration de 76,3 % par rapport au contrôle-et le premier temps d'égouttement retardé à 41 min.

Tableau 2 Résistance à la fusion- et paramètres structurels des échantillons de crème glacée

Lorsque la teneur en DMG était trop faible (T1), le film interfacial manquait de rigidité suffisante, le taux de coalescence partielle était sous-optimal (55 %), la structure du réseau de mousse restait lâche et la fusion se déroulait relativement rapidement. À l'inverse, lorsque la teneur en DMG était excessivement élevée (T5), les globules gras se sont regroupés en gros amas de graisse qui ont perturbé l'uniformité de la mousse, provoquant une chute du dépassement à 72 % et une forte détérioration de la résistance à la fonte. Cela indique l'existence d'une fenêtre DMG optimale au sein du système de mélange ternaire - suffisamment de graisse cristalline est nécessaire pour construire le squelette du réseau, mais une agrégation excessive doit être évitée pour préserver l'intégrité des bulles.

2 Mécanismes de régulation interfaciale du mélange ternaire

La résistance améliorée à la fusion-conférée par le mélange ternaire PGMS/PGE/DMG résulte de mécanismes synergiques opérant à trois niveaux :

Niveau du film interfacial :DMG fournit une couche interfaciale de graisse cristalline rigide qui sert de nœuds et de structure au réseau de mousse ; Le PGE, avec sa valeur HLB relativement élevée et son excellente flexibilité interfaciale, forme un film élastique à l'interface gaz-liquide, améliorant la résistance de la bulle à la déformation ; Le PGMS occupe un rôle intermédiaire, capable de co-cristalliser avec le DMG pour renforcer la résistance du réseau tout en réduisant conjointement la tension interfaciale avec le PGE pour faciliter la génération de fines bulles d'air.

Régulation de coalescence partielle :La coalescence partielle des graisses est cruciale pour la formation de la structure de la mousse de crème glacée. Lorsque le taux de coalescence partielle est trop faible (<50%), the fat network cannot effectively support the air bubbles; when it is excessively high (>80 %), les amas de graisse induisent une coalescence de bulles et un effondrement structurel. Le taux de coalescence partielle de 68 % du groupe T3 s'inscrit précisément dans la fenêtre optimale rapportée dans la littérature (60-75 %), assurant la continuité du réseau tout en évitant le risque d'effondrement lié à une agrégation excessive.

Inhibition des cristaux de glace :Le film interfacial et le réseau de graisse formés par le mélange émulsifiant ternaire agissent comme des barrières physiques, retardant la maturation des cristaux de glace à Ostwald. Après 30 jours de stockage à -18 degrés, le diamètre moyen des cristaux de glace dans le groupe T3 était de 32 μm, nettement inférieur aux 48 μm observés dans le contrôle-expliquant davantage la base microstructurale de son excellente résistance à la fusion.

3 voies pour améliorer la stabilité de la mousse

La stabilité de la mousse détermine la capacité de rétention de forme de la crème glacée pendant le processus de fusion. Le groupe T3 a présenté une demi-vie de mousse-de 34 minutes, soit environ 1,9 fois celle du groupe témoin. L'adsorption élastique du PGE à l'interface gaz-liquide constitue le principal contributeur à l'amélioration de la stabilité de la mousse- ses multiples groupes de tête hydrophiles hydroxyle forment des réseaux de liaisons hydrogène avec les molécules d'eau, augmentant l'épaisseur de la couche d'hydratation du film interfacial. Simultanément, le réseau de graisse construit par DMG et PGMS fournit un support physique aux bulles d'air, empêchant le drainage du film liquide entre les bulles et inhibant la coalescence des bulles.

4 Validation de l'évaluation sensorielle

Tableau 3 Scores sensoriels des échantillons de crème glacée (échelle de 9 points)

Le groupe T3 a obtenu des résultats significativement plus élevés que les groupes témoin et T5 en termes de fondant en bouche et de douceur, validant l'influence décisive d'un taux de coalescence partielle approprié sur la finesse de la texture.

Sur la base des résultats de cette étude, il est conseillé aux fabricants de crème glacée qui adoptent le système de mélange ternaire PGMS/PGE/DMG d'opérer dans la fenêtre de formulation suivante : niveau total d'ajout d'émulsifiant de 0,30-0,40 %, avec une plage de rapport massique PGMS:PGE:DMG de 4,5-5,5:2,5-3,5:1,8-2,2. Un réglage précis dans cette plage peut être effectué en fonction de la teneur en matières grasses, de la teneur en matières sèches non grasses du lait et du type de produit.

Les futures orientations de recherche pourraient inclure l'étude des performances de ce système de mélange ternaire dans les applications de crème glacée à base de plantes, ainsi que l'influence de différentes compositions d'acides gras (rapports saturés/insaturés) sur les propriétés du film interfacial mélangé.