I. Cấu trúc kem
Cấu trúc kem là một hệ gồm cả nhũ tương và bọt. Chất béo sữa tồn tại ở dạng những hạt cầu nhỏ nhờ quá trình đồng hóa. Khi hỗn hợp được khuấy trong tủ đông thì hệ nhũ tương chất béo bắt đầu bị phá vỡ, và các hạt cầu béo bắt đầu kết dính lại hoặc bất ổn. Các bong bóng khí bị phá vỡ đang được ổn định trở lại do sự liên kết lại của chất béo. Khi các chất nhũ hóa không được thêm vào thì các hạt cầu béo sẽ có khả năng chống lại sự kết hợp lại do các protein được hấp thu đến từng các hạt cầu béo nhỏ, các bong bong khí sẽ không được ổn định và kem sẽ không có cấu trúc min.
Effect of emulsifier on fat destabilization in ice cream 17 KB
Cấu trúc chất béo này tồn tại trong kem giống như cấu trúc tồn tại trong váng sữa. Khi khuấy một bát kem đầy nó sẽ nhanh chóng trở nên khô cứng và đạt được cấu trúc mịn. Kết quả này là do sự hình thành cấu trúc của các hạt cầu béo kết hợp lại ổn định các bong bong khí. Nếu nó được khuấy quá nhiều thì các hạt béo sẽ kết chum lại và các hạt bơ sẽ hình thành. Kết quả tương tự sẽ xảy ra trong kem khi được khuấy quá nhiều.
Structure from the Ice crystals _ Cấu trúc các tinh thể đá
Trong cấu trúc của kem còn có sự hình thành của các tinh thể đá. Nước đóng băng là một dạng hòa tan như nước đá. Đối với một dạng đường hòa tan như là kem, thì nhiệt độ đóng băng ban đầu của dịch hòa tan là thấp hơn 0oC (do các loại đường hòa tan làm suy giảm điểm đóng băng), đó là một chức năng chủ yếu của dịch đường chứa trong hỗn hợp.Khi bắt đầu hình thành tinh thể băng và nước đóng băng ở dạng tinh khiết, nồng độ dịch đường còn lại sẽ tăng lên do loại bỏ nước, và vì thế điểm đóng băng tiếp ttục hạ xuống. Qúa trình này được hiển thị như sau:
Qúa trình này tập trung vào lạnh đông để tiếp tục hạ nhiệt độ xuống thấp, ngay cả kem khi ăn cũng ở khỏang -16oC, chỉ có khỏang 72% nước ở trạng thái đóng băng. Phần còn lại là dịch đường có nồng độ cao, vì vậy khi nhiệt độ hạ xuống nhanh dễ làm giảm
% nước đóng băng. Điều này thể hiện trong sơ đồ các phase bên dưới. Điều này giúp cho kem có thể múc và ăn được ở nhiệt độ lạnh đông. Các thành phần không khí cũng góp phần làm tăng khả năng này.
Ảnh hưởng của chất tạo ngọt lên điểm lạnh đông của kem được thể hiện trên đường cong lạnh đông xủa kem.
Yếu tố cũng rất quan trọng đối vớ cấu trúc kem là kích thước tinh thể đá và ảnh hưởng của sự kết tinh lại (sốc nhiệt, nhiệt độ dao động) trên kích thước và cấu trúc tinh thể đá.
Do đó cấu trúc của kem có thể được mô tả như là một phần bọt lạnh đông với các tinh thể đá và các bong bong khí chiếm một phần lớn không gian. Một số hạt trong số các hạt cầu nhỏ kết chùm lại và các bong bong khí xung quanh cũng tạo thành các phase phân tán. Protein và các chất nhũ hóa lần lượt bao quanh các hạt cầu béo. Các phase liên tục chứa dịch đường với nồng độ cao và không đóng băng. Trong một gam kem có chứa thành phần tiêu biểu : 1.5x1012 hạt cầu béo với dường kính trung bỡnh 1à m trờn trờn diện tớch bề mặt lớn hơn 1m2 (trong 1 gam), 8x106 bong bong khớ với đường kớnh trung bỡnh 70 à m trờn diện tớch bề mặt 0.1m2, và 8x106 tinh thể đỏ đường kớnh trung bỡnh 50 à m trờn 0.1m2.
b. Ice Cream Meltdown – Hiện tượng tan chảy của kem
Một trong những đặc tính quan trọng của cấu trúc kem đó là sự tan chảy của nó. Khi ta đặt kem trong môi trường xung quanh để nó tan chảy (như trong một cái muỗng trên đĩa), hai hiện tượng xảy ra, đó là sự tan chảy của kem và sự sụp đổ của các chất béo – chất ổn định cấu trúc bọt. Sự tan chảy của kem phụ thuộc nhiệt độ bên ngoài (nhanh vào những ngày nóng) và tỷ lệ truyền nhiệt (nhanh hơn vào một ngày nhiều gió).
Tuy nhiên ngay cả khi các tinh thể đá tan chảy, cấu trúc kem cũng không bị sụp đổ cho đến khi các chất béo ổn định cấu trúc bọt sụp đổ.
Điều này thể hiện trong bố trí thí nghiệm dưới đây, kem được đặt trên một tấm màn lưới ở nhiệt độ môi trường xung quanh.
Ta có thể thấy ở trên nhờ các chất nhũ hóa được thêm vào mà làm tăng khả năng duy trì cấu trúc và tính tan chậm, đặc biệt là polysorbate 80.