豬油和單甘酯含量對(duì)菜籽油凝膠油性質(zhì)的影響研究

丁澤敏，劉渝港,夏會(huì)平，肖 茜，曾朝喜,2

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙410128； 2.湖南省菜籽油營(yíng)養(yǎng)健康與深度開發(fā)工程技術(shù)研究中心，長(zhǎng)沙 410128)

凝膠油(oleogels或者edible oil organogels)指以油脂為連續(xù)相，通過添加特定凝膠因子而形成的具有如固態(tài)脂肪般的機(jī)械強(qiáng)度與可塑性能的低反式脂肪酸和飽和脂肪酸的油脂產(chǎn)品[1-2]。

單甘酯(MG)是理想的凝膠劑之一，可在油脂中形成結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而形成彈性凝膠，也是目前食品生產(chǎn)中最常用的食品乳化劑[3]。目前以單甘酯為凝膠劑形成凝膠油的研究較多。劉日斌等[4]進(jìn)行了利用蒸餾單硬脂酸甘油酯制備玉米胚芽油基凝膠油的研究；Bin等[5]研究了單甘酯和植物甾醇復(fù)配制備凝膠油的黏彈性質(zhì)等。然而，現(xiàn)有的凝膠油由于部分特性還不能滿足食品專用油脂的需求，離工業(yè)化應(yīng)用還有一定距離。因此，在進(jìn)一步尋找更有效的凝膠劑的同時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)固體脂肪進(jìn)行部分取代引起了研究者的關(guān)注,然而這方面的研究還非常少，特別是將我國(guó)傳統(tǒng)固體脂肪豬油進(jìn)行部分替代的研究目前還很少[6]。

豬油是我國(guó)的傳統(tǒng)食用油脂之一，具有獨(dú)特的香味和口感，有補(bǔ)虛、潤(rùn)燥等醫(yī)學(xué)功能，也是很多傳統(tǒng)中式糕點(diǎn)食品中的重要專用油脂[7]。研究證明，豬油中硬脂酸等飽和脂肪酸含量過高，大量食用會(huì)引發(fā)高血壓、高血脂、心臟病等疾病，導(dǎo)致現(xiàn)代人們飲食生活中，談“豬油”色變[8-10]。因此，將豬油進(jìn)行部分替代以解決健康與美味并存的矛盾，能夠合理利用此類油脂資源。

本研究擬以菜籽油與豬油按特定比例混合再加入單甘酯作為凝膠劑形成混合凝膠油，來(lái)達(dá)到部分替代豬油作為食品專用油脂的目的。本研究首先分析了不同油脂比例、單甘酯含量對(duì)凝膠油流變性質(zhì)的影響,比較了凝膠油與豬油的硬度和固體脂肪含量，探究了摻入豬油的菜籽油凝膠油、豬油以及菜籽油凝膠油的熱力學(xué)性質(zhì)，以為健康、安全和高品質(zhì)的傳統(tǒng)食品糕點(diǎn)及焙烤用油提供理論指導(dǎo)和應(yīng)用開發(fā)思路。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

豬油、菜籽油，購(gòu)買于當(dāng)?shù)爻?。單甘酯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；其他試劑均為分析純?/p>

HJ-6A磁力攪拌器；PQ001核磁共振固體脂肪含量分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；Kinexus旋轉(zhuǎn)流變儀，英國(guó)Malvern；TA-XT.plus質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)Stable Micro Systems；DSC 204 F1差示掃描量熱儀，德國(guó)耐馳。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品的制備

取質(zhì)量比分別為7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7的豬油和菜籽油共50 g混合，加熱到85℃，加入一定量的單甘酯后恒溫?cái)嚢?.5 h，之后于5℃冰箱冷卻保存48 h，待結(jié)晶完成形成凝膠油。測(cè)試前于室溫下放置2 h。

1.2.2 流變性質(zhì)分析

取適量樣品放在樣品臺(tái)上，用直徑為40 mm的平板，間隙設(shè)置為0.51 mm，在恒定的低應(yīng)變水平下(0.01%)，對(duì)凝膠進(jìn)行小變形頻率掃描，測(cè)定彈性模量(G′)和黏性模量(G″)隨頻率變化的曲線，頻率范圍為0.1～10 Hz。凝膠油樣品的黏度測(cè)量在0～100 s-1的范圍下進(jìn)行。所有的流變測(cè)量都在20℃條件下進(jìn)行。

1.2.3 質(zhì)構(gòu)性質(zhì)分析

將盛有50 g凝膠油的燒杯置于20℃恒溫水浴中保持24 h，用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行硬度測(cè)定。質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)：探頭P5，測(cè)前速度2 mm/s，測(cè)試中速度1 mm/s，測(cè)后速度2 mm/s，探頭感受到5.0 g力后下壓12.00 mm，取下壓過程峰值為硬度值。

1.2.4 固體脂肪含量的測(cè)定

取適量凝膠油放置于NMR管(180 mm×10 mm)，利用脈沖NMR檢測(cè)凝膠油中的固體脂肪含量(SFC)，共振操作的頻率為20 MHz，樣品保持在5～55℃水浴24 h，測(cè)定并記錄對(duì)應(yīng)溫度下的SFC。

1.2.5 結(jié)晶性質(zhì)分析

精確稱取凝膠油樣品5～8 mg，程序控溫，以30℃/min的速率快速將其從室溫加熱至120℃，并保持10 min以消除結(jié)晶記憶，再以10℃/min的速率降至5℃，并保持20 min使其充分結(jié)晶，過程中氮?dú)饬髁繛?00 mL/min，記錄結(jié)晶曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 豬油和菜籽油質(zhì)量比對(duì)混合凝膠油性質(zhì)的影響

圖1是由不同豬油和菜籽油質(zhì)量比制備的凝膠油樣品(單甘酯含量為8%)在低應(yīng)力下進(jìn)行頻率掃描所獲得的頻率掃描曲線。G′表示動(dòng)態(tài)彈性模量，表征物質(zhì)的彈性特征;G″表示黏性損耗模量，表征物質(zhì)的黏性特征。

圖1 不同豬油和菜籽油質(zhì)量比下凝膠油的頻率掃描曲線

從圖1可知，所有凝膠油的G′隨著掃描頻率的增加變化趨勢(shì)不明顯，說明考察范圍內(nèi)的凝膠油都屬于穩(wěn)定的凝膠系統(tǒng)。所有凝膠油的G′都較大，并在所有頻率下G′遠(yuǎn)大于G″，說明此黏彈性體系的固體彈性行為突出。隨著豬油比例的增加，凝膠油的凝膠性能也有明顯變化。在豬油和菜籽油質(zhì)量比為3∶7、4∶6、5∶5時(shí)，G′和G″都隨著豬油比例升高而增大，凝膠油的固體彈性行為增強(qiáng)，這主要原因是豬油的固體脂肪屬性使固體彈性行為隨著豬油比例的升高更加突出。然而，當(dāng)繼續(xù)提高豬油比例，在豬油和菜籽油比例為6∶4、7∶3時(shí)，G′和G″下降。因此，當(dāng)豬油和菜籽油質(zhì)量比為5∶5時(shí)，混合凝膠油具有相對(duì)更好的流變性能。

圖2是在頻率掃描的基礎(chǔ)上，探究凝膠油黏度隨剪切速率的變化情況。從圖2可知，豬油和菜籽油質(zhì)量比在5∶5以上凝膠油表觀黏度都比較大。整體上油脂凝膠樣品的表觀黏度都隨著剪切速率的增加逐漸減小，即”剪切變稀”現(xiàn)象，表現(xiàn)出假塑性流體特性，說明該混合凝膠油屬于非牛頓流體。

圖2 不同豬油和菜籽油質(zhì)量比下凝膠油表觀黏度-剪切速率曲線

為了更加準(zhǔn)確描述凝膠油假塑性程度，本研究進(jìn)一步對(duì)不同豬油和菜籽油質(zhì)量比下凝膠油表觀黏度-剪切速率曲線0～100 s-1范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖3所示。根據(jù)一般假塑性體表觀黏度對(duì)數(shù)(log2η)與剪切速率對(duì)數(shù)(log2γ)的關(guān)系符合冪律方程[11]，通過計(jì)算直線斜率(n-1)、截距(log2K)，可得出稠度系數(shù)(K)和冪律指數(shù)(n)。擬合得到凝膠油表觀黏度的稠度系數(shù)和冪律指數(shù)見表1。

圖3 不同豬油和菜籽油質(zhì)量比下凝膠油log2η與log2γ關(guān)系圖

表1 不同豬油和菜籽油質(zhì)量比下凝膠油表觀黏度的稠度系數(shù)和冪律指數(shù)

從表1可知，擬合函數(shù)的R2在0．978～0．992之間，說明表觀黏度和剪切速率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)系符合冪律方程關(guān)系式[12]。當(dāng)豬油和菜籽油質(zhì)量比在5∶5時(shí)，K值最大，冪律指數(shù)偏離1越大，制備的凝膠油越黏稠，假塑性程度越大[12]。

為了探究豬油的摻入對(duì)菜籽油基單甘酯凝膠油適口性的影響，對(duì)不同豬油混合比例的混合凝膠油進(jìn)行了質(zhì)構(gòu)分析，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同豬油和菜籽油質(zhì)量比下凝膠油硬度變化

硬度表示樣品的膠凝強(qiáng)度，膠黏性表示樣品內(nèi)膠合強(qiáng)度，去抵抗外部的損害和維持自身的完整[13]。從圖4可知，隨著豬油比例的提高，混合凝膠油硬度性質(zhì)相應(yīng)發(fā)生一定程度的變化，但是變化并不大，尤其當(dāng)豬油和菜籽油質(zhì)量比達(dá)到5∶5以上時(shí)，形成的混合凝膠油的硬度與純豬油體系相比并無(wú)明顯的差異。

2.2 單甘酯含量對(duì)混合凝膠油性質(zhì)的影響

分別將單甘酯含量為6%、8%、10%、12%的凝膠油樣品進(jìn)行頻率掃描和固體脂肪含量測(cè)定?？疾靻胃术ズ繉?duì)混合凝膠油(豬油和菜籽油質(zhì)量比為5∶5)流變性質(zhì)和固體脂肪含量的影響，結(jié)果分別如圖5、圖6所示。

圖5 不同單甘酯含量下凝膠油頻率掃描曲線

圖6 不同單甘酯含量下SFC曲線

從圖5可知，不同單甘酯含量的凝膠油G′和G″的數(shù)值都較大，且G′遠(yuǎn)大于G″，所有樣品都主要發(fā)生彈性形變。且混合凝膠油的G′、G″均隨單甘酯含量的增大先增大后整體降低，在單甘酯含量為8%時(shí)，凝膠性質(zhì)最佳。這說明在混合凝膠油中，過量的單甘酯反而不利于形成良好凝膠性質(zhì)的凝膠油。原因可能是加入適量單甘酯的混合凝膠油中晶體間形成了更加緊湊的結(jié)構(gòu)，能夠更好地截留菜籽油。

SFC-T曲線能夠反映油脂隨溫度的升高，其內(nèi)部固體成分由固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變的過程[14]。從圖6可知，所有樣品的固體脂肪含量都隨溫度的升高而減少，35℃(接近體溫)時(shí)，樣品中仍有一定量結(jié)晶存在，使用時(shí)可以加強(qiáng)液態(tài)油脂的堅(jiān)固性以阻止?jié)B出[15]。同一溫度下，隨著單甘酯含量的增加，固體脂肪含量升高，但加入8%、10%、12%的單甘酯制備的凝膠油中所含的固體脂肪含量差別不大。王曉晨等[16]得出加入甘油二酯的大豆油基凝膠油固體脂肪含量會(huì)隨著甘油二酯濃度的增大而增大，與本文結(jié)論相似；殷俊俊等[17]用8%γ-谷維素與β-谷甾醇制備的凝膠油在4℃時(shí)固體脂肪含量小于5%；李丹等[18]用8%的肉桂酸制備的凝膠油固體脂肪含量在10℃時(shí)不超過3%；高寧寧等[19]測(cè)得10%的玉米蠟?zāi)z油在5℃時(shí)固體脂肪含量在10%左右，而該混合凝膠油在5℃時(shí)固體脂肪含量在20%以上，相比較而言，性質(zhì)更加接近固體脂肪，且應(yīng)用范圍更加廣泛。根據(jù)流變數(shù)據(jù)所得的結(jié)果以及生產(chǎn)成本考慮，可以選用8%的單甘酯添加量。

2.3 混合凝膠油熱力學(xué)性質(zhì)比較

分別對(duì)豬油、單甘酯含量為8%的菜籽油豬油混合凝膠油(豬油和菜籽油質(zhì)量比5∶5)以及單一凝膠油菜籽油凝膠油中含有的固體脂肪含量進(jìn)行比較，結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同樣品SFC曲線

從圖7可知，豬油在5℃時(shí)的固體脂肪含量達(dá)到36%，單一凝膠油的為7.5%，混合凝膠油的為21.89%。相較于菜籽油凝膠油，混合凝膠油固體脂肪含量明顯提高，且固體脂肪含量更加接近于豬油。隨著溫度的逐漸升高，豬油中固體脂肪含量變化顯著，在5～35℃范圍內(nèi)急劇減少，繼續(xù)升高溫度，豬油中的固體脂肪含量幾乎為零。菜籽油凝膠油的固體脂肪含量隨溫度的升高幾乎沒有變化，而且其塑性范圍比豬油寬，而添加豬油的混合凝膠油的固體脂肪含量在二者之間，因此兼具塑性范圍寬、可塑性高和固體脂肪含量高的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍更加廣泛。

為了探究用豬油和菜籽油調(diào)配制成的凝膠油的品質(zhì)及其潛在應(yīng)用，本研究通過DSC探究了菜籽油豬油混合凝膠油、豬油以及菜籽油凝膠油的結(jié)晶性質(zhì)，結(jié)果如圖8所示。

圖8 不同樣品DSC曲線

從圖8可知，菜籽油凝膠油、混合凝膠油初始結(jié)晶溫度在55℃左右，豬油初始結(jié)晶溫度在45℃左右，混合凝膠油的初始結(jié)晶溫度受豬油的影響不顯著。豬油的最大吸收峰對(duì)應(yīng)的熱效率為5.0 W/g左右，混合凝膠油的最大吸收峰熱效率為3.75 W/g左右，菜籽油凝膠油的最大吸收峰熱效率為3.0 W/g左右。熱效率是指凝膠油結(jié)晶需要放出的熱量，混合凝膠油的熱效率更加接近豬油，結(jié)晶時(shí)需要放出的熱量更多，因此其具有一定的塑性。

3 結(jié) 論

考察豬油和菜籽油質(zhì)量比和單甘酯含量對(duì)凝膠油流變性質(zhì)和質(zhì)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，當(dāng)豬油和菜籽油質(zhì)量比為5∶5，單甘酯含量在8%時(shí)，凝膠油具有比較合適的凝膠強(qiáng)度，固體脂肪含量也接近豬油。在此基礎(chǔ)上將其與豬油以及菜籽油凝膠油的熱力學(xué)性質(zhì)和固體脂肪含量進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)摻入豬油能夠改善菜籽油凝膠油的物理性質(zhì)，比單一的菜籽油凝膠油能更好地替代固體脂肪，加入的豬油成分能夠滿足居民對(duì)油脂口感和風(fēng)味的要求。