田纳西大学的科学家们发现，具有纳米结构的植物纤维素比制造商目前用来减缓冰晶生长的添加剂效果更好，这项新的研究也可以帮助保存其他冷冻食品、捐赠器官和组织。
难道你不讨厌冰晶形成并让你的冰淇淋嘎吱作响口感全失吗?
我们都犯过把一盒冰淇淋放在厨房柜台上太久的错误，当然你可以重新冷冻这些半融化的冰淇淋甜点，但你可能会发现冷冻之后冰淇淋的口感比之前差了很多。这其中的罪魁祸首是重新冷冻过程中形成的过大冰晶，田纳西大学的科学家们认为，他们发现了一种基于植物的添加剂，可以阻止这些晶体的形成，而且它比目前冰淇淋制造商使用的添加剂更有效、更便宜。研究人员在上周圣地亚哥举行的美国化学学会会议上展示了他们的研究成果。
“食品科学不是烹饪”，专门研究碳水化合物化学的食品科学家吴涛在一次新闻发布会上说，“这是一个多学科领域，科学家利用化学、生物学和工程学来解决食品生产中的现实问题，例如这个研究中我们必须利用良好的化学知识来生产高质量的冰淇淋”。
制作冰淇淋所涉及的基础科学是众所周知的，例如物理学专业的学生甚至在实验室里用液氮自制冰淇淋。只要加热牛奶、奶油和糖的混合物直到它们溶化；冷却混合物并加入你喜欢的任何调味料；然后在结冰时慢慢搅拌，这将使空气添加到混合物中并它们使体积膨胀。好的冰淇淋，例如意式冰淇淋，膨胀率低于25%，而便宜的普通冰淇淋的膨胀率可能高达%，这就是便宜的冰淇淋融化得更快也不易于储存的原因，但相对的它们的成本也更低。最后，这些将软冰淇淋混合物装入容器并进行最后一步的硬化处理。
所有的冰淇淋都含有冰晶，但理想情况下你需要尽可能小的冰晶，以确保口感柔滑而不脆硬。快速冷却和搅拌的过程通常会产生微小的种子晶体，但是当冰淇淋融化后再冻结时新的问题就出现了，这个过程被称为“重结晶”。如果重结晶过程中的冰晶超过50微米，甜点就会出现令人讨厌的脆硬口感。
为了确保冰淇淋保持奶油状柔滑的口感，制造商通常会添加卵磷脂等乳化剂以及瓜尔胶、刺槐豆胶、卡拉胶和果胶等稳定剂。这些乳化剂和稳定剂有助于冰淇淋在储存过程中保持水分，减缓冰晶的生长。“然而，这些稳定剂并不是很有效，”吴涛教授说，“它们的性能受到许多因素的影响，包括储存温度和时间，以及其他成分的组成和浓度。这意味着它们有时适用于一种产品，但不适用于另一种产品。”
此外吴教授说，目前还不清楚这些添加的成分是如何相互作用并抑制冰的重结晶的。这项最新研究的重点是确定和测试更好的替代方案。
添加纤维素纳米晶体可以防止小的冰晶(左下)生长到大的冰晶(左上)中，而大的冰晶会使冰淇淋(右上)嘎吱作响，令人不快
吴涛教授的研究生李敏说，研究小组的灵感来自于在某些在零下温度下茁壮成长的鱼类、昆虫和植物中发现的“防冻蛋白”，这些蛋白质被证明可以阻止大冰晶的形成。这种防冻蛋白质可以附着在冰晶的表面，使它们无法聚集成更大的晶体。但是目前这种蛋白质的供应是有限的而且非常昂贵，使得它们无法被用于商业用途。
先前的研究表明，这种蛋白质的抗冻能力来自于它们具有“两亲性”结构，即它们既具有亲水表面又具有疏水表面，亲水表面可以吸附水而疏水表面排斥水。由于纤维素纳米晶体也有这种所谓的“两亲性”结构，吴教授和他的团队认为纤维素也可能抑制更大冰晶的生长。与抗冻蛋白和商用稳定剂不同，“纳米纤维素储量丰富，可再生，价格低廉，”李教授说。
该团队用一个冰淇淋模型进行了实验。最初，添加纤维素纳米晶体冰淇淋和没有添加纳米晶体的对照模型对冰淇淋中的冰晶没有影响。在冰淇淋储存了几个小时后，情况发生了变化，添加纤维素纳米晶体的冰淇淋中完全停止了冰晶的生长，而对照模型中未添加纤维素纳米晶体更大的冰晶仍在形成。此外，当冰淇淋暴露在波动的温度下时，纤维素纳米晶体比商用稳定剂效果更好。
至于潜在的机制，研究人员发现表面吸附似乎是纳米晶体阻止冰重结晶的秘密，就像防冻蛋白一样。“这完全违背了之前的观点，即稳定剂通过增加粘度来抑制冰的再结晶，而后者被认为会减缓水分子的扩散，”吴涛教授说。
吴涛教授估计，基于纳米纤维素的防冻剂产品将在未来三到五年内上市，目前正等待美国食品和药物管理局的批准。他不认为会有任何毒性问题，“我相信把它们添加到食品中是安全的。”
这些产品还可以被证明在低温保存容易形成冰晶的生物细胞、组织和器官方面很有用。“例如，在生物技术和生物医学中，细胞通常储存在液氮中，”吴涛教授说。“在储存过程中，冰的再结晶会导致细胞损坏或死亡。在冷冻保存过程中加入冰的再结晶抑制剂可以增加细胞活力。”
本文参考arstechnica文章，“Secrettokeepingicecreamcreamy(notcrunchy)mightbeplant-basednanocrystals”，如有兴趣还可查阅原文。如有侵犯版权还请告知，我们将在24小时内删除
联系电话：