冰淇淋是一种冻结的乳制品，其物理结构是一个复杂的物理化学系统，空气泡分散于连续的带有冰晶的液态中，这个液态包含有脂肪微粒、乳蛋白质、不溶性盐、乳糖晶体、胶体态稳定剂和蔗糖、乳糖、可溶性的盐、如此有气相、液相和固相组成的三相系统，可视为含有40%-50%体积空气的部分凝冻的泡沫。冰淇淋的质量标准可参见国家行业标准SB/T10013-99。要达到规定的冰淇淋质量标准及物理结构，应该从冰淇淋混合料的组成（配方与原辅料质量）、生产工艺条件和生产设备三方面去分析研究。
1、冰淇淋混合料组成的影响
制作冰淇淋的主要原辅料有脂肪、非脂肪固体、甜味料、乳化剂、稳定剂、香料及色素等。
1.1脂肪
通常用于冰淇淋的脂肪为乳脂肪，乳脂肪能赋予冰淇淋特有的芳香风味、组织润滑、良好的质构及保型性，故一般而言，乳脂肪愈多品质亦愈佳。乳脂肪的来源有纯奶油、奶油、鲜奶、炼乳、奶粉等，必须选择新鲜而洁净、品质优良者。但在冰淇淋原料中乳脂肪为最昂贵的成分，其使用量受限制、在我国和世界上许多国家使用了相当量的植物脂肪来取代乳脂肪，主要有人造奶油、氢化油、棕榈油、椰子油等，其熔点性质应类似于乳脂肪，在28-32℃之间。
1.2非脂乳固体
非脂乳固体是牛乳总固形物除去脂肪而所剩余的蛋白质、乳糖及矿物质的总称，其中蛋白质具有水合作用性质，在均质过程中它与乳化剂一同在生成的小脂肪球表面形成稳定的薄膜，确保油脂在水中的乳化稳定性，同时在凝冻过程中促使空气很好的混入。并能防止制品中冰结晶的扩大，使质地润滑、乳糖的柔和甜味及矿物质的隐约盐味，将赋予制品显著风味特征，但若非脂固形物过多时，则脂肪特有的奶油味将被消除、而炼乳臭或脱脂奶粉臭将因此而出现，限制非脂乳固体的使用量，最大原因在防止其中乳糖呈过饱和而渐次结晶析出的沙状沉淀、一般推荐其最大用量不超过占冰淇淋中水分的17%，非脂乳固体可以由液奶、炼乳、奶粉、乳清粉提供。
1.3甜味料
现在最常用的为蔗糖，一般用量为15%~16%，蔗糖不仅给予制品以甜味，而且能使制品组织细腻，是优质价廉的甜味料。蔗糖的用量可以使冰淇淋混合料的冻结点下降，鉴于淀粉糖浆的抗结晶作用、甜味柔和，国外常以淀粉糖浆部分代替蔗糖，目前国内冰淇淋生产厂家也广为使用，由于多用淀粉糖浆，其冻结点将比蔗糖低，故不宜用量太多，一般以代替蔗糖的1/4为好，此时淀粉糖浆1.5kg约可置换蔗糖1kg。蔗糖与淀粉糖浆两者并用时，冰淇淋的组织将更佳，且有防止贮运过程中品质降低的优点。
大多数含果汁的Sorbet、Sherbet或果实冰淇淋因含有酸味而减弱甜味，故有酌加甜味料的必要，对于添有可可或甜汁等含苦味强的制品则宜比一般冰淇淋增加2%-3%的蔗糖。
为了改进风味，增加品种或降低成本，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稳定剂
稳定剂具有亲水性，即能与水结合，因此能提高冰淇淋的粘度和膨胀率，防止冰结晶的产生，减少粗糙的感觉，而使产品组织轻滑。且其吸水力强，因此对产品融化的抵抗力亦强，使冰淇淋不易融化，在冰淇淋生产中能起到改善组织状态的作用。稳定剂的种类很多，较为常用的有明胶、CMC、瓜尔豆胶、黄原胶、卡拉胶、海藻胶、魔芋胶、变性淀粉等，淀粉一般用于等级较低的冰淇淋中。稳定剂的添加量是依冰淇淋的成分组成而变化，尤其是依总固形物含量而异，一般在0.1%~0.5%左右。无论那一种稳定剂都有长处和短处，所以单独使用不如将两种以上混合使用为宜，选用稳定剂时应考虑下列几点：①易溶于水或混合料。②能赋于混合料良好的粘性及起泡性。③能赋予冰淇淋良好的组织及质地。④能改善冰淇淋的保型性。⑤具有防止结晶扩大的效力。⑥价廉
1.5乳化剂
乳化剂是一种分子中具有亲水基和亲油基的物质，它可介于油和水的中间，使一方很好地分散于另一方的中间而形成稳定的乳化液，冰淇淋的成分复杂，其混合料中加入乳化剂除了有乳化作用外，还有其它作用，可归纳为：①使脂肪球呈微细乳浊状态，并使之稳定化。②分散脂肪球以外的粒子并使之稳定化。③增加室温下冰淇淋的耐热性。④减少贮藏中制品的变化。⑤防止或控制粗大冰晶形成，使冰淇淋组织细腻。冰淇淋中常用的乳化剂有甘油酸酯（单甘酯）、蔗糖脂肪酯（蔗糖脂）、聚三梨酸酯（吐温）、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，最近太原日化所开发了三聚甘油硬脂酸单甘酯是一种新型的食品乳化剂，乳化效果可与分子蒸馏单甘酯媲美，乳化剂的添加量与冰淇淋混合料中脂肪含量有关，一般随脂肪含量增加而增加，其范围在0.1%~0.5%之间，同样复合乳化剂的性能优于单一乳化剂。
1.6总固形物
总固形物即为上述原料的合计，系影响冰淇淋品质、膨胀率等的主要因素。固形物高者，一般能增大膨胀率，增加收量，组织将变润滑，品质亦将提高，且有减少凝冻及硬化所需热量的优点。但固形物过高，混合料粘性增大而使质地劣化，同时亦增加成本，一般固形物以25%-40%为宜。
1.7香料
香精香料可使制品带有醇和的香味和具有该品种应有的天然风味。其质量的好坏直接影响冰淇淋的品质，故在选择使用时，除考虑价格因素，首先应注意的是质量。
2、冰淇淋生产工艺条件的影响
冰淇淋的生产工艺过程必须遵照一定的技术条件来完成，否则就不能制作出质量优良的产品。
2.1原料的检查
原辅料质量好坏直接影响冰淇淋质量。所以各种原辅料必须严格按照质量标准进行检验，不合格者不许使用。通常首先进行感官检查。同时检测原料之比重、粘度以及固形物、脂肪、糖分等含量是否符合规格，其细菌数、砷、铅重金属等的含量是否在法定标准以下，以及所使用的食品添加剂是否符合规定等。
5.2.2配料混合
5.2.2.1原料的配合计算
制造冰淇淋最基本的是配料，即配方计算，冰淇淋的配方组成按消费者嗜好、原料价格及供应情况、产品的销售状况来确定。先定质量标准，再根据标准要求用数学方法来计算其中各种原料的需用量，从而保证所制成的产品质量符合技术标准。计算前首先必须知道各种原料和冰淇淋的组成，作为配方计算的依据。配方计算采用物料平衡法，配方计算及其各原料用量的一般规律见生产工艺（三）。
2.2.2混合料的配制
混合料的配制首先应根据配方比例将各种原料称量好，然后在配料缸内进行配制，原料混合之顺序宜从浓度低的水、牛乳等液体原料始，其次为炼乳、稀奶油等液体原料，再次为砂糖、乳粉、乳化剂、稳定剂等固体原料。最后以水、牛乳等作容量调整。混合溶解时的温度通常为40-50℃。乳粉在配制前应先加水溶解，均质一次，再与其它原料混合，砂糖应先加入适量的水，加热溶解过滤。冰淇淋复合乳化稳定剂可与其5倍以上的砂糖拌匀后，在不断搅拌的情况下加入到混合缸中，使其充分溶解和分散。
2.3杀菌
混合料的酸度及所采用的杀菌方法，对产品的风味有直接影响。混合料的酸度以0.18%~0.20%乳酸度为宜，酸度高时杀菌前需用氢氧化钙或小苏打进行中和。否则，杀菌时不仅会造成蛋白质凝固，而且影响产品的风味，但中和时需注意防止中和过度而产生涩味等。冰淇淋混合料在杀菌缸内用夹套蒸汽加热至温度达78℃时，保温30分钟进行杀菌，若用连续式巴氏杀菌器进行高温瞬时杀菌（HTST）、以83~85℃、15s应用最多，否则高温长时间杀菌易使产品产生蒸煮味和焦味。
2.4均质
混合料均质对冰淇淋的形体、结构有重要影响。均质一般采用二级高压均质机进行均质，其作用使脂肪球直径变小，一般可达1~2μm，同是使混合料粘度增加，防止在凝冻时脂肪被搅成奶油粒，以保证冰淇淋产品组织细腻，均质处理时最适宜的温度65~70℃，均质压力第一级15-20MP，第二级2-5MP，均质压力随混合料中的固形物和脂肪含量的增加而降低。
2.5冷却、老化
老化是将混合料在2~4℃的低温下冷藏一定时间，称为“成熟”或“熟化”。其实质是在于脂肪、蛋白质和稳定剂的水合作用，稳定剂充分吸收水分使料液粘度增加，有利凝冻搅拌时膨胀率的提高。
老化时间与料液的温度、原料的组成成分和稳定剂的品种有关，一般在2~4℃下需要4~24h。老化时要注意避免杂菌污染，老化缸必须事先经过严格的消毒杀菌，以确保产品的卫生质量。
2.6凝冻
凝冻过程是将混合料在强制搅拌下进行冰冻，使空气以极微小的气泡状态均匀分布于全部混合料中，一部分水成为冰的微细结晶的过程。其作用有：（1）冰淇淋混合料受制冷剂的作用而温度降低，粘度增加，逐渐变厚成为半固体状态，即凝冻状态。（2）由于搅拌器的搅动，刮刀不断将筒壁的物料刮下，防止混合原料在壁上结成大的冰屑。（3）由于搅拌器的不断搅拌和冷却，在凝冻时空气逐渐混入从而使其体积膨胀，使冰淇淋达到优美的组织与完美的形态。
凝冻温度是-2~-4℃，间歇式凝冻机凝冻时间为15~20分钟，冰淇淋的出料温度一般在-3~ -5℃，连续凝冻机进出料是连续的，冰淇淋出料温度为-5~ -6℃左右，连续凝冻必须经常检查膨胀率，从而控制恰当的进出量以及混入之空气。
2.7成型灌装
凝冻后的冰淇淋必须立即成型和硬化，以满足贮藏和销售的需要，冰淇淋的成型有冰砧、纸杯、蛋筒、浇模成型、巧克力涂层冰淇淋、异形冰淇淋切割线等多种成型灌装机，其重量有320克、160克、80克、50克等，还有供家庭用的1公斤、2公斤不等。
2.8速冻、硬化与贮藏
凝冻后的冰淇淋不经硬化者为软质冰淇淋，若灌入容器后再经硬化，则成为硬质冰淇淋。前者多有商店现制现售，后者产量较大。
速冻、硬化的目的是将凝冻机出来的冰淇淋（-3~-5℃）迅速进行低温（〈-23℃〉冷冻。以固定冰淇淋的组织状态，并完成在冰淇淋中形成极细小的冰结晶过程，使其组织保持适当的硬度，保证冰淇淋的质量，便于销售与贮藏运输。速冻、硬化可采用速冻库（-23~-25℃）或速冻隧道（-35~-40℃）。一般硬化时间在速冻训内为10~12h，若是采用速冻隧道时间将短得多，只需30~50分。影响硬化的条件有包装容器的形状与大小、速冻室的温度与空气的循环状态、室内制品的位置以及冰淇淋的组成成分和膨胀率等因素。
贮藏硬化后的冰淇淋产品，在销售前应保存在低温冷藏库中，库温为-20℃。
3、冰淇淋生产设备的影响
生产冰淇淋的设备按工艺流程顺序有配料缸、杀菌缸、均质机、板式冷却器、老化缸、凝冻机、灌装机、速冻库、冷藏库等，其中对冰淇淋质量影响最大的要数杀菌器、均质机、凝冻机、速冻库（或速冻隧道）。实践表明没有好的设备要生产出好的冰淇淋是不可能的。
3.1杀菌器
冰淇淋混合料的杀菌设备有各种不同的型式和结构，一般分为间歇式和连续式两大类，间歇式杀菌器又称“冷热缸”，结构简单、易于制造，操作方便、价格低廉，为一般冷饮品厂所广泛采用。较为先进的冷饮品厂多采用高温短时巴氏杀菌装置，对混合料进行自动化的连续杀菌，该装置主要由设计成四段的板式热交换器、均质机、控制柜及阀门、管道组成。其特点是杀菌效果好，混合料受热时间短，尤其是乳品成分因热变性的影响较少，从而保证产品的质量。
3.2均质机
目前较多使用的是双级高压均质机即由两级均质阀和三柱塞往复泵组成。冰淇淋混合料通过第一级均质阀（高压阀）使脂肪球粉碎达到1~2μm，再通过第二级均质阀（低压阀）以达到分散的作用，从而保证冰淇淋物理结构中脂肪球达到规定的尺寸。使组织细腻润滑，所以均质机的质量好坏对冰淇淋质量有直接的影响。
3.3凝冻机
凝冻机是混合料制成冰淇淋成品的关键性机械设备。凝冻机按使用制冷剂种类不同可分为氨液凝冻机、氟里昂凝冻机等。按生产方式又分为间歇式和连续式两种，连续式凝冻机在现代冰淇淋生产中较常用，混合料在0.15~0.2Mpa压力下泵入和放出,这样就可以使用低的冷冻温度,而冻结更多的水分,使其制品的冰结晶直径控制在10~5μm,气泡的直径在30~150μm左右,从而组成均匀的混合体,它所制成的冰淇淋组织均匀和细腻润滑,同时达到生产连续性和高效性生产能力.
3.4速冻库(或速冻隧道)
当冰淇淋制品离开灌装机时,其温度为-3~-5℃,在此温度下约有30%~40%的混合料中的水分被冻结,为了确保冰淇淋产品的稳定和凝冻后留下的大部分水分冻结成极微小的冰结晶以及便于贮藏、运输和销售，必须迅速地将分装后的冰淇淋进行速冻硬化，然后转入冷库贮藏。
冰淇淋硬化的优劣对产品最后品质有着至关重要的影响，硬化迅速则融化少，组织中的冰晶细，成品细腻润滑，若硬化缓慢，则部分融化，冰的结晶大，成品粗糙，品质低劣，为此目前较先进的生产厂多采用速冻隧道。速冻隧道长度一般为12~15m，隧道内温度通常为-35~-40℃，速冻时间为1h，如冰淇淋是分装过的小块，则冰淇淋在隧道上经过30~50分钟后，其温度能从-5℃左右下降到-18~-20℃。由于硬化迅速、温度低，冰淇淋形体稳定、结晶小、质地细腻圆滑。
