冰淇淋是一種凍結的乳制品，其物理結構是一個復雜的物理化學系統，空氣泡分散于連續的帶有冰晶的液態中，這個液態包含有脂肪微粒、乳蛋白質、不溶性鹽、乳糖晶體、膠體態穩定劑和蔗糖、乳糖、可溶性的鹽、如此有氣相、液相和固相組成的三相系統，可視為含有40%-50%體積空氣的部分凝凍的泡沫。冰淇淋的質量標準可參見國家行業標準SB/T10013-99。要達到規定的冰淇淋質量標準及物理結構，應該從冰淇淋混合料的組成（配方與原輔料質量）、生產工藝條件和生產設備三方面去分析研究。

1、冰淇淋混合料組成的影響

制作冰淇淋的主要原輔料有脂肪、非脂肪固體、甜味料、乳化劑、穩定劑、香料及色素等。

1.1脂肪 

通常用于冰淇淋的脂肪為乳脂肪，乳脂肪能賦予冰淇淋特有的芳香風味、組織潤滑、良好的質構及保型性，故一般而言，乳脂肪愈多品質亦愈佳。乳脂肪的來源有純奶油、奶油、鮮奶、煉乳、奶粉等，必須選擇新鮮而潔凈、品質優良者。但在冰淇淋原料中乳脂肪為最昂貴的成分，其使用量受限制、在我國和世界上許多國家使用了相當量的植物脂肪來取代乳脂肪，主要有人造奶油、氫化油、棕櫚油、椰子油等，其熔點性質應類似于乳脂肪，在28-32℃之間。

1.2非脂乳固體  

非脂乳固體是牛乳總固形物除去脂肪而所剩余的蛋白質、乳糖及礦物質的總稱，其中蛋白質具有水合作用性質，在均質過程中它與乳化劑一同在生成的小脂肪球表面形成穩定的薄膜，確保油脂在水中的乳化穩定性，同時在凝凍過程中促使空氣很好的混入。并能防止制品中冰結晶的擴大，使質地潤滑、乳糖的柔和甜味及礦物質的隱約鹽味，將賦予制品顯著風味特征，但若非脂固形物過多時，則脂肪特有的奶油味將被消除、而煉乳臭或脫脂奶粉臭將因此而出現，限制非脂乳固體的使用量，最大原因在防止其中乳糖呈過飽和而漸次結晶析出的沙狀沉淀、一般推薦其最大用量不超過占冰淇淋中水分的17%，非脂乳固體可以由液奶、煉乳、奶粉、乳清粉提供。

1.3甜味料 

現在最常用的為蔗糖，一般用量為15%~16%，蔗糖不僅給予制品以甜味，而且能使制品組織細膩，是優質價廉的甜味料。蔗糖的用量可以使冰淇淋混合料的凍結點下降，鑒于淀粉糖漿的抗結晶作用、甜味柔和，國外常以淀粉糖漿部分代替蔗糖，目前國內冰淇淋生產廠家也廣為使用，由于多用淀粉糖漿，其凍結點將比蔗糖低，故不宜用量太多，一般以代替蔗糖的1/4為好，此時淀粉糖漿1.5kg約可置換蔗糖1kg。蔗糖與淀粉糖漿兩者并用時，冰淇淋的組織將更佳，且有防止貯運過程中品質降低的優點。

大多數含果汁的Sorbet、Sherbet或果實冰淇淋因含有酸味而減弱甜味，故有酌加甜味料的必要，對于添有可可或甜汁等含苦味強的制品則宜比一般冰淇淋增加2%-3%的蔗糖。

為了改進風味，增加品種或降低成本，很多甜味料如蜂蜜、糖精、甜密素、蛋白糖、甜菊糖、阿期巴甜等被配合使用。

1.4穩定劑  

穩定劑具有親水性，即能與水結合，因此能提高冰淇淋的粘度和膨脹率，防止冰結晶的產生，減少粗糙的感覺，而使產品組織輕滑。且其吸水力強，因此對產品融化的抵抗力亦強，使冰淇淋不易融化，在冰淇淋生產中能起到改善組織狀態的作用。穩定劑的種類很多，較為常用的有明膠、CMC、瓜爾豆膠、黃原膠、卡拉膠、海藻膠、魔芋膠、變性淀粉等，淀粉一般用于等級較低的冰淇淋中。穩定劑的添加量是依冰淇淋的成分組成而變化，尤其是依總固形物含量而異，一般在0.1%~0.5%左右。無論那一種穩定劑都有長處和短處，所以單獨使用不如將兩種以上混合使用為宜，選用穩定劑時應考慮下列幾點：①易溶于水或混合料。②能賦于混合料良好的粘性及起泡性。③能賦予冰淇淋良好的組織及質地。④能改善冰淇淋的保型性。⑤具有防止結晶擴大的效力。⑥價廉

1.5乳化劑 

             乳化劑是一種分子中具有親水基和親油基的物質，它可介于油和水的中間，使一方很好地分散于另一方的中間而形成穩定的乳化液，冰淇淋的成分復雜，其混合料中加入乳化劑除了有乳化作用外，還有其它作用，可歸納為：①使脂肪球呈微細乳濁狀態，并使之穩定化。②分散脂肪球以外的粒子并使之穩定化。③增加室溫下冰淇淋的耐熱性。④減少貯藏中制品的變化。⑤防止或控制粗大冰晶形成，使冰淇淋組織細膩。冰淇淋中常用的乳化劑有甘油酸酯（單甘酯）、蔗糖脂肪酯（蔗糖脂）、聚三梨酸酯（吐溫）、山梨糖醇酐脂肪酸酯（斯潘）、丙二醇脂肪酸脂（PG酯）、卵磷酯、大豆磷酯等，最近太原日化所開發了三聚甘油硬脂酸單甘酯是一種新型的食品乳化劑，乳化效果可與分子蒸餾單甘酯媲美，乳化劑的添加量與冰淇淋混合料中脂肪含量有關，一般隨脂肪含量增加而增加，其范圍在0.1%~0.5%之間，同樣復合乳化劑的性能優于單一乳化劑。

1.6總固形物 

總固形物即為上述原料的合計，系影響冰淇淋品質、膨脹率等的主要因素。固形物高者，一般能增大膨脹率，增加收量，組織將變潤滑，品質亦將提高，且有減少凝凍及硬化所需熱量的優點。但固形物過高，混合料粘性增大而使質地劣化，同時亦增加成本，一般固形物以25%-40%為宜。

1.7香料 

香精香料可使制品帶有醇和的香味和具有該品種應有的天然風味。其質量的好壞直接影響冰淇淋的品質，故在選擇使用時，除考慮價格因素，首先應注意的是質量。

2、冰淇淋生產工藝條件的影響

冰淇淋的生產工藝過程必須遵照一定的技術條件來完成，否則就不能制作出質量優良的產品。

2.1原料的檢查

原輔料質量好壞直接影響冰淇淋質量。所以各種原輔料必須嚴格按照質量標準進行檢驗，不合格者不許使用。通常首先進行感官檢查。同時檢測原料之比重、粘度以及固形物、脂肪、糖分等含量是否符合規格，其細菌數、砷、鉛重金屬等的含量是否在法定標準以下，以及所使用的食品添加劑是否符合規定等。

5.2.2配料混合

5.2.2.1原料的配合計算

制造冰淇淋最基本的是配料，即配方計算，冰淇淋的配方組成按消費者嗜好、原料價格及供應情況、產品的銷售狀況來確定。先定質量標準，再根據標準要求用數學方法來計算其中各種原料的需用量，從而保證所制成的產品質量符合技術標準。計算前首先必須知道各種原料和冰淇淋的組成，作為配方計算的依據。配方計算采用物料平衡法，配方計算及其各原料用量的一般規律見生產工藝（三）。

2.2.2混合料的配制

混合料的配制首先應根據配方比例將各種原料稱量好，然后在配料缸內進行配制，原料混合之順序宜從濃度低的水、牛乳等液體原料始，其次為煉乳、稀奶油等液體原料，再次為砂糖、乳粉、乳化劑、穩定劑等固體原料。最后以水、牛乳等作容量調整。混合溶解時的溫度通常為40-50℃。乳粉在配制前應先加水溶解，均質一次，再與其它原料混合，砂糖應先加入適量的水，加熱溶解過濾。冰淇淋復合乳化穩定劑可與其5倍以上的砂糖拌勻后，在不斷攪拌的情況下加入到混合缸中，使其充分溶解和分散。

2.3殺菌

混合料的酸度及所采用的殺菌方法，對產品的風味有直接影響。混合料的酸度以0.18%~0.20%乳酸度為宜，酸度高時殺菌前需用氫氧化鈣或小蘇打進行中和。否則，殺菌時不僅會造成蛋白質凝固，而且影響產品的風味，但中和時需注意防止中和過度而產生澀味等。冰淇淋混合料在殺菌缸內用夾套蒸汽加熱至溫度達78℃時，保溫30分鐘進行殺菌，若用連續式巴氏殺菌器進行高溫瞬時殺菌（HTST）、以83~85℃、15s應用最多，否則高溫長時間殺菌易使產品產生蒸煮味和焦味。

2.4均質

混合料均質對冰淇淋的形體、結構有重要影響。均質一般采用二級高壓均質機進行均質，其作用使脂肪球直徑變小，一般可達1~2μm，同是使混合料粘度增加，防止在凝凍時脂肪被攪成奶油粒，以保證冰淇淋產品組織細膩，均質處理時最適宜的溫度65~70℃，均質壓力第一級15-20MP，第二級2-5MP，均質壓力隨混合料中的固形物和脂肪含量的增加而降低。

2.5冷卻、老化

老化是將混合料在2~4℃的低溫下冷藏一定時間，稱為“成熟”或“熟化”。其實質是在于脂肪、蛋白質和穩定劑的水合作用，穩定劑充分吸收水分使料液粘度增加，有利凝凍攪拌時膨脹率的提高。

老化時間與料液的溫度、原料的組成成分和穩定劑的品種有關，一般在2~4℃下需要4~24h。老化時要注意避免雜菌污染，老化缸必須事先經過嚴格的消毒殺菌，以確保產品的衛生質量。

2.6凝凍

    凝凍過程是將混合料在強制攪拌下進行冰凍，使空氣以極微小的氣泡狀態均勻分布于全部混合料中，一部分水成為冰的微細結晶的過程。其作用有：（1）冰淇淋混合料受制冷劑的作用而溫度降低，粘度增加，逐漸變厚成為半固體狀態，即凝凍狀態。（2）由于攪拌器的攪動，刮刀不斷將筒壁的物料刮下，防止混合原料在壁上結成大的冰屑。（3）由于攪拌器的不斷攪拌和冷卻，在凝凍時空氣逐漸混入從而使其體積膨脹，使冰淇淋達到優美的組織與完美的形態。

凝凍溫度是-2~-4℃，間歇式凝凍機凝凍時間為15~20分鐘，冰淇淋的出料溫度一般在-3~ -5℃，連續凝凍機進出料是連續的，冰淇淋出料溫度為-5~ -6℃左右，連續凝凍必須經常檢查膨脹率，從而控制恰當的進出量以及混入之空氣。

2.7成型灌裝

凝凍后的冰淇淋必須立即成型和硬化，以滿足貯藏和銷售的需要，冰淇淋的成型有冰砧、紙杯、蛋筒、澆模成型、巧克力涂層冰淇淋、異形冰淇淋切割線等多種成型灌裝機，其重量有320克、160克、80克、50克等，還有供家庭用的1公斤、2公斤不等。

2.8速凍、硬化與貯藏

凝凍后的冰淇淋不經硬化者為軟質冰淇淋，若灌入容器后再經硬化，則成為硬質冰淇淋。前者多有商店現制現售，后者產量較大。

速凍、硬化的目的是將凝凍機出來的冰淇淋（-3~-5℃）迅速進行低溫（〈-23℃〉冷凍。以固定冰淇淋的組織狀態，并完成在冰淇淋中形成極細小的冰結晶過程，使其組織保持適當的硬度，保證冰淇淋的質量，便于銷售與貯藏運輸。速凍、硬化可采用速凍庫（-23~-25℃）或速凍隧道（-35~-40℃）。一般硬化時間在速凍訓內為10~12h，若是采用速凍隧道時間將短得多，只需30~50分。影響硬化的條件有包裝容器的形狀與大小、速凍室的溫度與空氣的循環狀態、室內制品的位置以及冰淇淋的組成成分和膨脹率等因素。

貯藏硬化后的冰淇淋產品，在銷售前應保存在低溫冷藏庫中，庫溫為-20℃。

3、冰淇淋生產設備的影響

          生產冰淇淋的設備按工藝流程順序有配料缸、殺菌缸、均質機、板式冷卻器、老化缸、凝凍機、灌裝機、速凍庫、冷藏庫等，其中對冰淇淋質量影響最大的要數殺菌器、均質機、凝凍機、速凍庫（或速凍隧道）。實踐表明沒有好的設備要生產出好的冰淇淋是不可能的。

3.1殺菌器

冰淇淋混合料的殺菌設備有各種不同的型式和結構，一般分為間歇式和連續式兩大類，間歇式殺菌器又稱“冷熱缸”，結構簡單、易于制造，操作方便、價格低廉，為一般冷飲品廠所廣泛采用。較為先進的冷飲品廠多采用高溫短時巴氏殺菌裝置，對混合料進行自動化的連續殺菌，該裝置主要由設計成四段的板式熱交換器、均質機、控制柜及閥門、管道組成。其特點是殺菌效果好，混合料受熱時間短，尤其是乳品成分因熱變性的影響較少，從而保證產品的質量。

3.2均質機

目前較多使用的是雙級高壓均質機即由兩級均質閥和三柱塞往復泵組成。冰淇淋混合料通過第一級均質閥（高壓閥）使脂肪球粉碎達到1~2μm，再通過第二級均質閥（低壓閥）以達到分散的作用，從而保證冰淇淋物理結構中脂肪球達到規定的尺寸。使組織細膩潤滑，所以均質機的質量好壞對冰淇淋質量有直接的影響。

3.3凝凍機

凝凍機是混合料制成冰淇淋成品的關鍵性機械設備。凝凍機按使用制冷劑種類不同可分為氨液凝凍機、氟里昂凝凍機等。按生產方式又分為間歇式和連續式兩種，連續式凝凍機在現代冰淇淋生產中較常用，混合料在0.15~0.2Mpa壓力下泵入和放出,這樣就可以使用低的冷凍溫度,而凍結更多的水分,使其制品的冰結晶直徑控制在10~5μm,氣泡的直徑在30~150μm左右,從而組成均勻的混合體,它所制成的冰淇淋組織均勻和細膩潤滑,同時達到生產連續性和高效性生產能力.

3.4速凍庫(或速凍隧道)

當冰淇淋制品離開灌裝機時,其溫度為-3~-5℃,在此溫度下約有30%~40%的混合料中的水分被凍結,為了確保冰淇淋產品的穩定和凝凍后留下的大部分水分凍結成極微小的冰結晶以及便于貯藏、運輸和銷售，必須迅速地將分裝后的冰淇淋進行速凍硬化，然后轉入冷庫貯藏。

冰淇淋硬化的優劣對產品最后品質有著至關重要的影響，硬化迅速則融化少，組織中的冰晶細，成品細膩潤滑，若硬化緩慢，則部分融化，冰的結晶大，成品粗糙，品質低劣，為此目前較先進的生產廠多采用速凍隧道。速凍隧道長度一般為12~15m，隧道內溫度通常為-35~-40℃，速凍時間為1h，如冰淇淋是分裝過的小塊，則冰淇淋在隧道上經過30~50分鐘后，其溫度能從-5℃左右下降到-18~-20℃。由于硬化迅速、溫度低，冰淇淋形體穩定、結晶小、質地細膩圓滑。