利用化學(xué)酯交換法制備蛋撻專用油

朱晨曦，李偉偉，程 興，黃訓(xùn)端，江明星，范 偉，鄭 洋，張部昌1，2，，4，*

(1.安徽大學(xué)健康科學(xué)研究院，安徽合肥230601;2.安徽康爾美油脂有限公司，安徽霍山237200;3.安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽合肥230601;4.安徽大學(xué)康爾美生物技術(shù)研發(fā)中心，安徽合肥230601)

油脂理化性質(zhì)與脂肪酸種類和脂肪酸在甘三酯上的分布直接相關(guān)［1］。進(jìn)行油脂改性，可以得到理化性質(zhì)好的可塑性油脂產(chǎn)品［2］?；瘜W(xué)酯交換是通過交換甘三酯分子內(nèi)和分子間的脂肪酸位置，從而得到含有特定脂肪酸的具有藥用和營養(yǎng)價(jià)值的油脂產(chǎn)品［3］。此外，隨著人們對反式脂肪酸安全問題的關(guān)注不斷加深，酯交換等技術(shù)被用于新產(chǎn)品開發(fā)［4］。同時(shí)，化學(xué)酯交換技術(shù)被用于替代部分氫化技術(shù)，已用于起酥油和人造奶油的生產(chǎn)［5］。Farmani等［6］通過利用棕櫚油、低芥酸菜子油和葵花油酯交換反應(yīng)制備零反式脂肪酸的人造黃油。而含豐富的γ－亞麻酸和亞油酸的特種油脂已通過酯交換反應(yīng)得到［7］。最新營養(yǎng)學(xué)證據(jù)表明富含營養(yǎng)均衡的脂肪酸油脂能促進(jìn)人體健康［3］。理想油脂的脂肪酸組成應(yīng)含有適量的飽和脂肪酸(saturated fatty acids，SFA)、單不飽和脂肪酸(monounsatu－rated fatty acids，MUFA)和多不飽和脂肪酸(unsaturated fatty acids，PUFA)［8］。然而，天然油脂中沒有這樣的理想油脂，因此對油基進(jìn)行改性是必須的。蛋撻是一種高熱量甜點(diǎn)，蛋撻皮的制作對油脂延展性和可塑性要求高。本研究為解決該問題利用椰子油(cocoanut oil，CNO)、大豆油(soybean oil，SBO)、棕櫚硬脂(palm stearic，ST)和棕櫚油(palm oil，OL)化學(xué)酯交換法制備蛋撻專用油油基。棕櫚硬脂和棕櫚油由于其不飽和度低而提高了混合油基的熱穩(wěn)定性［9］。大豆油的多不飽和脂肪酸可以提高酯交換產(chǎn)品的可塑性［10］，而添加椰子油是為了改善由于其它油基中中碳鏈脂肪酸含量缺乏造成的營養(yǎng)方面的不足［8］。本文以上述四種油基進(jìn)行化學(xué)酯交換，制備蛋撻專用油。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

棕櫚油和棕櫚硬脂 康爾美油脂公司提供;椰子油、大豆油 上海益海嘉里產(chǎn)品。

日立L－2000型高效液相色譜儀(HPLC)日本日立株式會(huì)所;Alltech3300型蒸發(fā)光檢測器(ELSD)美國Alltech公司;氣相色譜儀(GC)、DSC－60A型差示掃描熱量儀 日本島津株式會(huì)所;核磁共振儀德國Bruker公司;MB3600FT－NIR紅外分析儀德國ABB公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 油基混合 四種油基按不同比例混合，如表1所示。根據(jù)理化指標(biāo)，綜合產(chǎn)品口感和成本，第七組較為適合做蛋撻專用的備選油基。

表1 混合油基的成分設(shè)計(jì)(w/w)Table 1 Composition design of the blends(w/w)

1.2.2 化學(xué)酯交換 稱取100g混合油基于反應(yīng)三角燒瓶中，110℃下真空脫水脫氣30min，迅速加入甲醇鈉反應(yīng)。反應(yīng)終止立即加入開水和1g檸檬酸水洗，水洗3～4次過濾除水，得酯交換油脂。

1.2.3 碘值測定 使用MB3600FT－NIR紅外分析進(jìn)行碘值測定。

1.2.4 動(dòng)脈硬化指數(shù) 動(dòng)脈硬化指數(shù)參考 Kim［11］提出的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。公式為:

式中，AI表示動(dòng)脈硬化指數(shù)，C12∶0表示月桂酸在油基總體脂肪酸中的相對百分含量(%)，C14∶0表示豆蔻酸在油基總體脂肪酸中的相對百分含量(%)，C16∶0表示棕櫚酸在油基總體脂肪酸中的相對百分含量(%)，USFA表示總不飽和脂肪酸在油基總體脂肪酸中的相對百分含量(%)。

1.2.5 熔點(diǎn)測定 參照國標(biāo) GB/T24892－2010［12］。本實(shí)驗(yàn)采用開口毛細(xì)管法，－20℃下冷凍15min后測定。

1.2.6 酸值測定 參照國標(biāo) GB/T5530－2005［13］。

1.2.7 過氧化值測定 參照國標(biāo) GB/T5538－2005［14］。1.2.8 差示掃描量熱法測定油基焓變 測量條件為從室溫起以5℃/min升溫至60℃，低熔點(diǎn)油基從－60℃起升溫，記錄油基焓變曲線。

1.2.9 固脂含量測定 采用脈沖核磁共振法測定油基的固脂含量。稱取4g左右的樣品，每樣做兩個(gè)平行。樣品需進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理溫度程序如下:60℃恒溫水浴0.5h使樣品完全融化，0℃恒溫水浴1h，再將樣品分別放置在20、25、30、35、45℃水浴鍋中恒溫0.5h，測定 SFC值。以溫度為橫坐標(biāo)，繪制 SFC－T曲線［15］。

1.2.10 脂肪酸組成測定 制備脂肪酸甲酯:取約0.06g油樣，溶于8mL正己烷中，充分溶解，再加入2mL 0.2mol/L KOH－CH3OH飽和溶液反復(fù)震蕩混勻，靜置30min，分層后吸取上層溶液進(jìn)行脂肪酸組成分析。

氣相色譜條件:RT－2560強(qiáng)極性毛細(xì)管氣相色譜柱(100m × 0.25mm，i.d.0.2μm，Varian)，檢測器為FID，載氣為N2，燃燒氣為 H2和空氣。進(jìn)樣口溫度260℃，柱前壓 278.6kPa，柱溫 160℃ 保留 5min，以4℃/min升溫至220℃保留10min，再以4℃/min升溫至240℃保留20min。檢測器溫度260℃，H2壓力60kPa，空氣壓力 50kPa，進(jìn)樣量 1μL，進(jìn)樣模式:不分流［15］。

1.2.11 甘三酯組成測定 液相色譜條件:Alltima C18(5μm，250mm ×4.6mm)，流動(dòng)相為乙腈∶二氯甲烷 =65∶35，流速為 1.2mL/min，柱溫為 30℃，ELSD 漂移管檢測溫度為70℃，載氣為N2，壓力300kPa，流量為1.5L/min［15］。

1.2.12 X射線衍射分析(XRD)樣品于18℃放置2h，取1g左右均勻涂于載樣板中的測量槽中，然后進(jìn)行測量。測定條件為:起始角為2°，終止角為30°，以1°/min進(jìn)行掃描。結(jié)果使用 Parallel Distributed Processing(PDP)軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 油基基本參數(shù)

酯交換前后油基過氧化值、酸值、碘值和熔點(diǎn)，結(jié)果如表2所示。

表2 油基基本參數(shù)Table 2 Basic parameter of oils

由上表可知，各種基料油及反應(yīng)前后混合油基的指標(biāo)均符合國標(biāo) GB 15196－2003［16］，可以進(jìn)行酯交換實(shí)驗(yàn)，并可應(yīng)用于蛋撻生產(chǎn)。

2.2 酯交換反應(yīng)對油基熱學(xué)性質(zhì)的影響

熔點(diǎn)是評價(jià)酯交換反應(yīng)是否達(dá)到平衡的一個(gè)重要參數(shù)?；旌嫌突ソ粨Q前后熔點(diǎn)從41.5℃降到39.1℃。這個(gè)結(jié)果和 Soares等［17］的研究結(jié)果化學(xué)酯交換前后熔點(diǎn)沒有顯著變化相一致。即當(dāng)與含高比例的硬脂肪混合物進(jìn)行化學(xué)酯交換，其對熔點(diǎn)的影響較小。

通過DSC測定發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)前后油基焓變曲線都是非常平滑的，如圖1。但反應(yīng)前后對比發(fā)現(xiàn)在31℃左右的特征焓變峰反應(yīng)后要比反應(yīng)前峰型更尖銳。同時(shí)平行實(shí)驗(yàn)組2、3兩組焓變峰出峰要比反應(yīng)前晚1℃出峰。這個(gè)變化趨勢和熔點(diǎn)變化減低趨勢相一致。這表明酯交換中甘三酯相對含量變化與其焓變曲線變化有直接關(guān)系。因此通過 DSC曲線變化趨勢，可以間接判斷脂肪酸在甘三酯位置上隨機(jī)交換后的變化情況。化學(xué)酯交換造成了重排的脂肪酸在甘油骨架由較高的熔點(diǎn)骨架(如SSU)向新的較低的熔點(diǎn)骨架(如UUU和UUS)轉(zhuǎn)變，如表3。

圖1 酯交換前后油基焓變曲線對比圖Fig.1 The transesterification of oil before and after radical enthalpy curve contrast diagram

表3 反應(yīng)前后不同甘油三酯相對含量(%)變化對比Table 3 Distribution of triacylglycerols in native blended and interesterified oils(%)

2.3 酯交換反應(yīng)對油基晶型的影響

通過X射線衍射測定反應(yīng)前后晶型變化情況。依據(jù) Ap PH 等［18］的晶型理論:同時(shí)在 3.8? 和 4.2?出現(xiàn)兩個(gè)峰才能說明測定樣品存在β'晶型;在4.6?出現(xiàn)峰說明測定樣品存在β晶型。根據(jù)峰型所占的相對比例可以大致確定各晶型所占比例。對反應(yīng)前后油基中β'和β的峰型所占的相對比例可以大致確定各晶型所占比例。對反應(yīng)前后油基中β'和晶型相對比例分析發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)前后油基中均含有這兩種晶型。反應(yīng)前β'晶型占42.8%，β晶型占57.2%。而反應(yīng)后 β'晶型占73.9%，β 晶型占26.1%。一般來說，β'晶型是涂抹黃油的小晶體的理想晶型，因?yàn)檩^大的β晶型會(huì)使硬度增大而降低了黃油的延展性［19］。

圖2 酯交換前混合油基X射線衍射晶型圖Fig.2 X－ray diffraction spectrum for non－interesterified blends

圖3 酯交換后混合油基X射線衍射晶型圖Fig.3 X－ray diffraction spectrum for interesterified blends

2.4 酯交換反應(yīng)對脂肪酸組成的影響

各油基和混合油基及酯交換反應(yīng)后油基脂肪酸組成和AI指數(shù)見表4。

由表4知，反應(yīng)前反式脂肪酸含量為0.5%，反應(yīng)后反式脂肪酸含量為0.4%，均低于大多數(shù)國家反式脂肪酸含量的標(biāo)準(zhǔn)。在上表中反應(yīng)前后，油酸和硬脂酸的脂肪酸含量分別增加了8.4倍和7倍，而月桂酸和花生酸分別降低了97.6%和97.0%。這說明酯交換反應(yīng)中還可能伴有其他副反應(yīng)發(fā)生?？傊?，脂肪酸的變化間接顯示出化學(xué)酯交換具有一個(gè)明顯的脂肪酸偏好，這個(gè)原因可能是副反應(yīng)皂化反應(yīng)引起的。

β'晶型在棕櫚酸含量較高的起酥油中更具穩(wěn)定性。同時(shí)，高棕櫚含量不僅可以使油基更耐氧化，也提高了油基的延展性使其更適于應(yīng)用在蛋撻中。較低的熔點(diǎn)和較低的不飽和脂肪酸比例可以使椰子油特別適用于低水分食品的油脂產(chǎn)品中。適當(dāng)添加大豆油于混合油基中可降低飽和脂肪酸含量，增加PUFA、MUFA含量。反應(yīng)前后對比發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)前混合油基中32.3%的亞油酸作為主要的不飽和脂肪酸，而油酸含量小于5%。多不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸(P/S)反應(yīng)前后比分別約為0.52和0.32。這符合食品和農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織(FAO/WHO)和歐盟委員會(huì)提出的最小的P/S比值［20］。

表4 各油基及混合油基反應(yīng)前后脂肪酸組成(%)及AI指數(shù)Table 4 The base oil and mixed oil base reaction of fatty acid composition(%)and AI index

表5 酯交換反應(yīng)前后甘三酯相對含量比較Table 5 TAG composition(%peak area)of NIE and CIE.

動(dòng)脈硬化指數(shù)是評價(jià)一個(gè)油脂產(chǎn)品是否符合營養(yǎng)學(xué)健康標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要參數(shù)［21］。較低的值表示該油脂是一個(gè)“健康”的脂肪組合物。反應(yīng)后的混合產(chǎn)物的該指數(shù)明顯低于反應(yīng)前，表明反應(yīng)后的混合油基比反應(yīng)前的更加健康。這個(gè)結(jié)果可能與SFA含量顯著降低而USFA含量增加有關(guān)。因此反應(yīng)后得到的混合油基更適宜作蛋撻專用油。

2.5 酯交換反應(yīng)對甘三酯組成的影響

甘三酯種類和結(jié)構(gòu)決定了油脂的生化特性和理化性質(zhì)［21］。酯交換反應(yīng)前后各種甘三酯相對含量如圖4、圖5所示。酯交換反應(yīng)前后對比發(fā)現(xiàn)，LLL、POP和 OOP 相對含量減低，而 PPL、PPP、POL、OOL和OOO相對含量增加。其中POL和OOL含量分別增加了126.9%和354.5%。混合油基甘三酯理化性質(zhì)主要是由近50%的二飽和甘三酯提供?；瘜W(xué)酯交換后，SSU含量降低了29.7%。相反，UUU、SSS和UUS增加了 32.9% ，32.1% 和47.5%，見表3。由此可推斷出反應(yīng)前后混合油基的理化性質(zhì)變化是由于脂肪酸隨機(jī)酯交換造成的。熔點(diǎn)范圍廣的甘三酯的混合油基，通常可塑性更好，在油脂產(chǎn)品中的應(yīng)用也更為廣泛。

2.6 酯交換反應(yīng)對固脂含量的影響

圖4 酯交換反應(yīng)前混合油基甘三酯組成HPLC圖譜Fig.4 Triacylglycerol molecular species of non－interesterified blends(NIE)showed through HPLC Chromatograms

圖5 酯交換反應(yīng)后混合油基甘三酯組成HPLC圖譜Fig.5 Triacylglycerol molecular species ofinteresterified blends(CIE)showed through HPLC Chromatograms

固脂含量對油脂產(chǎn)品晶型結(jié)構(gòu)影響很大。反應(yīng)前后的SFC值如圖6所示。反應(yīng)前混合油基表現(xiàn)為在各溫度下的固脂含量都高于反應(yīng)后的混合油基的SFC值。酯交換后混合油基SFC值的下降是由于高熔點(diǎn)甘三酯的比例下降造成的。經(jīng)過化學(xué)酯交換反應(yīng)，伴隨著混合油基SFC值的變化，混合油基中甘三酯組成也發(fā)生變化。這表明通過酯交換反應(yīng)SFC值的變化會(huì)顯著影響甘三酯組成。由于其甘三酯組成發(fā)生變化，導(dǎo)致反應(yīng)后混合油基的結(jié)晶時(shí)間延長?？傊?，酯交換工藝可以改善混合油基SFC的溫度分布。

圖6 酯交換前后反應(yīng)SFC含量變化Fig.6 SFC profiles of blends before and after chemical interesterification

根據(jù) Kim 等［11］研究表明，在10℃ 時(shí) SFC值 ＜32%可以使油脂產(chǎn)品在冰箱溫度下儲(chǔ)存仍具有良好的延展性。由圖6可知，酯交換前后混合油基在25℃和40℃時(shí)SFC值均降低。這使得酯交換后的混合油基具有更好的可塑性，同時(shí)風(fēng)味也更好。

3 結(jié)論

本研究得到的蛋撻專用油基是通過添加CNO、OL、ST和 SBO進(jìn)行復(fù)配得到的，具有適合 SFA/USFA比例?；旌嫌突M(jìn)一步通過酯交換反應(yīng)隨機(jī)化重組甘三酯，得到熔點(diǎn)、脂肪酸組成、動(dòng)脈硬化指數(shù)、甘三酯、晶型結(jié)構(gòu)和SFC值均優(yōu)于酯交換反應(yīng)前。反應(yīng)后的混合油基SFC值小于反應(yīng)前使其具有更好的可塑性。以上這些都為我們提供了其作為合適的蛋撻專用油的理由。其次，酯交換后的混合油基擁有更低的動(dòng)脈硬化指數(shù)使其更具營養(yǎng)價(jià)值。

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