精煉對牛油主要理化指標及揮發(fā)性成分的影響

劉佳敏 - 何新益 - 劉曉東 - 閆西純 - 廖振宇 -

(1. 天津農(nóng)學院食品科學與生物工程學院，天津 300384；2. 天津市農(nóng)副產(chǎn)品深加工技術(shù)工程中心，天津 300384；3. 天津市農(nóng)副產(chǎn)品加工科教興農(nóng)集成創(chuàng)新示范基地，天津 300384；4. 天津市伊興清真食品有限公司，天津 300399；5. 譜尼測試科技〔天津〕有限公司，天津 300000)

牛油是指在牛的表皮下、肌肉間、腹腔內(nèi)等部位聚集的脂肪塊經(jīng)適當精煉后得到的可供食用的油脂[1]，具有增香、增色的作用，以其制備的火鍋香氣四溢[2]2。近年來，對牛油的研究集中在其脂肪酸組成分、揮發(fā)性物質(zhì)分析及精煉工藝的優(yōu)化等方面。呂曉玲等[3]采用頂空—固相微萃取法提取精制各階段牛油揮發(fā)性成分，用氣相色譜質(zhì)譜進行分離鑒定，發(fā)現(xiàn)牛油揮發(fā)性成分主要由烴、醇、醛、酮、酸、醚、雜環(huán)類化合物組成。馮偉玲等[2]8采用頂空—固相微萃取和氣相色譜—質(zhì)譜檢測方法，研究了活性炭吸附對牛油揮發(fā)性成分的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)活性炭對牛油揮發(fā)性成分具有良好的吸附效果，牛油揮發(fā)性成分含量隨吸附時間的增加而逐漸減少。姚迪等[4]為豐富牛油產(chǎn)品種類降低其熔點及硬度，研究了牛油與菜籽油、大豆油、橄欖油、調(diào)和油等植物油的相容性，發(fā)現(xiàn)牛油與菜籽油的相容性最好，大豆油相比于其他幾種植物油相容性較差。

牛油作為一種食用油脂，精煉過程理化指標變化將影響油脂最終用途。牛油精制一般包括熔解、脫酸、脫色等步驟，不僅除去了本身所含有的雜質(zhì)，而且在精煉過程中可以使油脂的品質(zhì)有所提高，使其具有較好的貯藏特性。目前，對于牛油精煉企業(yè)來說，品質(zhì)監(jiān)管僅限于成品油的酸價和過氧化值的測定，而對精煉過程中理化指標、揮發(fā)性成分的變化缺乏系統(tǒng)研究[5]。近年來有研究者[6-7]倡導全面開展油脂適度精煉工藝與技術(shù)，以達到充分利用資源的目的。試驗擬結(jié)合企業(yè)的實際生產(chǎn)情況，系統(tǒng)分析比較牛油精煉過程的主要理化指標的變化，以期為動物油脂行業(yè)有效控制牛油的品質(zhì)安全提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛油精煉階段(熔油、脫酸、脫色)樣品：天津市伊興清真食品有限公司；

冰乙酸、環(huán)己烷：分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司；

三氯甲烷：分析純，天津市化學試劑供銷公司；

無水乙醇、95%乙醇、氫氧化鉀、碘化鉀：分析純，天津市北方天醫(yī)化學試劑廠；

可溶性淀粉、0.010 09 mol/L硫代硫酸鈉標準滴定液、0.101 0 mol/L硫代硫酸鈉標準滴定液、0.102 0 mol/L氫氧化鉀標準滴定液：天津市光復精細化工研究所；

韋氏試劑：天津市科密歐化學試劑有限公司；

異辛烷、甲醇溶液：色譜純，天津譜祥偉業(yè)科技有限公司。

1.2 儀器與設備

氣相色譜儀：Agilent 6890N型，安捷倫新加坡有限公司；

電子分析天平：FA2204B型，上海佑科儀器儀表有限公司；

電子天平：JT202N型，上海精天電子儀器有限公司；

智能電磁爐：RH915型，上海紅心牌器具有限公司；

電熱恒溫鼓風干燥箱：DH-101型，天津市中環(huán)實驗電爐有限公司；

電熱恒溫培養(yǎng)箱：BPX-82型，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；

冰箱：BCD-254(KK25V1110W)型，博西華家用電器有限公司；

氣相色譜離子遷移譜儀：FlavourSpec1H1-00053型，德國GAS公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 牛油精煉 將毛牛油加熱至80 ℃，加入草酸并攪拌，再加入水并攪拌0.5 h，得到水化油。將水化油升溫至90 ℃，加入堿液并攪拌15 min，加入90 ℃的水靜置2 h，分離得到堿煉油。加水并靜置沉淀3 h，得到水洗油，將水洗油加熱至95 ℃，加入白土并攪拌30 min后將溫度降至55 ℃，通過泵送入到壓濾機中進行過濾，得到脫色油。

取樣方法：熔融后從罐中取水化油，堿煉后從罐中取脫酸油，脫色后從罐中取脫色油。

1.3.2 酸價測定 按GB 5009.229—2016《食品安全國家標準食品中酸價的測定》中的熱乙醇指示劑滴定法執(zhí)行。

1.3.3 過氧化值測定 按GB 5009.227—2016《食品安全國家標準食品中過氧化值的測定》中的滴定法執(zhí)行。

1.3.4 碘值測定 按GB/T5532—2008《動植物油脂碘值的測定》執(zhí)行。

1.3.5 脂肪酸測定 參照GB 5009.168—2016《食品安全國家標準食品中脂肪酸的測定》中歸一化法測定各種脂肪酸的含量。色譜條件：色譜柱DB-5；進樣量0.5 μL，恒定流量1.0 mL/min，分流比60∶1，載氣為氦氣，進樣口溫度270 ℃，出樣口溫度25 ℃，初始溫度150 ℃，保持2 min，以15 ℃/min和2 ℃/min分別升溫至200，224 ℃，最后以10 ℃/min升溫至270 ℃，保持10 min。

1.3.6 揮發(fā)性物質(zhì)測定

(1) 樣品前處理：樣品于室溫下密封儲存，檢測前，將3種樣品分別取取牛油樣品2 g置于20 mL頂空瓶中待分析。

(2) GC-IMS條件：IMS探測器溫度45 ℃；色譜柱類型為FS-SE-54-CB-1 15 m ID∶0.53 mm；分析時間30 min；柱溫60 ℃；漂移氣/載氣為氮氣。

(3) 頂空條件：頂空孵化溫度100 ℃；孵化時間15 min；頂空進樣針溫度85 ℃；攝氏度進樣量500 μL；漂移氣/載氣為氮氣；孵化轉(zhuǎn)速500 r/min。

(4) 儀器配套的分析軟件：

① LAV：用于查看分析譜圖，圖中每一個點代表一種揮發(fā)性有機物；對其建立標準曲線后可進行定量分析；

② Reporter插件：直接對比樣品之間的譜圖差異(二維俯視圖和三維譜圖)；

③ Gallery Plot插件：指紋圖譜對比，直觀且定量地比較不同樣品之間的揮發(fā)性有機物差異；

④ Dynamic PCA插件：動態(tài)主成分分析，用于將樣品聚類分析，以及快速確定未知樣品的種類；

⑤ GC×IMS Library Search：應用軟件內(nèi)置的NIST數(shù)據(jù)庫和IMS數(shù)據(jù)庫可對物質(zhì)進行定性分析。

1.3.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 所有試驗數(shù)據(jù)采用Excel進行處理及統(tǒng)計分析。每個試驗最少3次平行，結(jié)果均表示為平均值±標準差。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸價的變化

由圖1可知，初熔油階段牛油的酸價最高，可能是此精煉階段加入草酸導致的；堿煉后酸價達到最低值，為0.26 mg/g；脫色精煉階段酸價又略有上升，可能是由于脫色過程中溫度較高，甘油三酸酯分解產(chǎn)生了小部分的游離脂肪酸，導致酸價上升。說明脫酸階段對酸價的影響最大。

圖1 牛油精煉過程中酸價的變化

Figure 1 Change of acid value in the process of beef tallow refining

2.2 過氧化值的變化

由圖2可知，精煉過程中，牛油的過氧化值逐漸變大，脫色后的成品達到最大值0.057 5 g/100 g?？赡苁侨塾碗A段牛油最新鮮，隨著脫酸、脫色的進行過氧化物逐漸積累，導致過氧化值升高。說明精煉過程越復雜對牛油產(chǎn)生的影響越大，適度精煉有利于牛油品質(zhì)的保持。

圖2 牛油精煉過程中過氧化值的變化

Figure 2 Change of peroxide value in the process of beef tallow refining

2.3 碘值的變化

如圖3所示，熔油階段的碘值最高為30.35 g/100 g，脫色后碘值最小為12.47 g/100 g。精煉過程中牛油碘值逐漸降低，但脫酸、脫色階段的碘值很接近，說明脫酸階段對牛油的碘值影響比較大，導致牛油中的不飽和脂肪酸變少或被破壞，此外因為在精煉過程中有可能混有少量的其他物質(zhì)，并不是只有牛油，所以碘值會變低。

圖3 牛油精煉過程中碘值的變化

Figure 3 Change of iodine value in the process of beef tallow refining

2.4 肪酸組成的變化

如表1所示，經(jīng)過熔油、脫酸、脫色后牛油中含的16種脂肪酸種類并未發(fā)生變化，但曾慧英等[8]利用液—質(zhì)聯(lián)機分析牛脂甘油酯組成牛脂中共鑒定出19種甘三酯，可能是牛油產(chǎn)地和種類及牛油精煉工藝的不同所致。飽和脂肪酸含量脫酸后最低為55.6%，各精煉階段中飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的比例接近1∶1，說明牛油中脂肪酸的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)是比較完善的。整個精煉過程中油酸C18∶1、棕櫚酸C16∶0、硬脂酸C18∶0含量較高，與Dugo等[9]

表1 牛油精煉過程中肪酸組成?

Table 1 Composition of fat in different stages of beef tallow refining

脂肪酸種類相對含量/%熔油階段脫酸后脫色后C14∶03.423.462.96C14∶10.870.500.06C15∶00.390.390.39C16∶028.5728.6028.13C16∶12.842.862.46C17∶10.450.540.43C17∶01.081.071.15C18∶022.3321.7323.40C18∶135.3836.2436.27C18∶1t1.491.721.50C18∶21.881.932.30C18∶2t0.150.160.15C20∶00.210.220.22C18∶30.190.190.21C20∶10.280.280.24C22∶00.460.130.13SFAC56.4655.656.38USFAC43.5344.4243.62

? SFAC、USFAC分別表示飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸含量。

發(fā)現(xiàn)牛油中含量較高的甘油三酯為棕櫚酸二油酸甘三酯、棕櫚酸油酸硬脂酸甘三酯、硬脂酸二油酸甘三酯，以及李桂華等[10]發(fā)現(xiàn)河南和內(nèi)蒙兩地牛脂脂肪酸組成主要為分布在Sn-2位的棕櫚酸、硬脂酸和油酸的結(jié)果相一致，油酸含量在整個精煉階段逐漸升高，由35.38%上升到36.27%，棕櫚酸從熔油階段的28.57%到脫酸階段的28.60%，再到脫色階段的28.13%，硬脂酸在脫酸后最低為21.73%，脫色后最高為23.40%。此外，C14∶0、C14∶1、C15∶0、C16∶1、C17∶1、C18∶1含量變少，C17∶0、C18∶2含量變多，但除硬脂酸外所有脂肪酸含量的變化不超過1%，說明牛油精煉過程可以一定程度地控制牛油的品質(zhì)，精煉過程熔油溫度的降低、堿洗時間的縮短、攪拌時間的增加等工藝操作條件可一定程度提高牛油品質(zhì)。

2.5 揮發(fā)性物質(zhì)的測定

牛油熔油、脫酸、脫色3個精煉階段樣品的氣相色譜離子遷移譜圖如圖4所示。

圖5是不同精煉階段樣品揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜，表2是指紋圖譜揮發(fā)性物質(zhì)的定性定量分析結(jié)果。由圖5、表2可知：整個精煉階段發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性物質(zhì)65種，2-己醇、1-辛醇、2-辛酮、蛋氨酸等揮發(fā)性物質(zhì)隨精煉的進行逐漸減少，直至脫色中含量最低。丁酸乙酯、丁醛、E-2-庚烯醛、E-2-辛烯醛、苯甲醛、苯乙醛、2-丁酮、2-庚酮、羥基丙酮、2-4-5-三甲基噻唑等物質(zhì)在脫酸后含量達到最高值，脫色后有所下降。苯甲酸甲酯、辛酸乙酯、乙酸乙酯、戊醛、戊二醛、己醛、庚醛、正壬醛、戊烯醛、癸醛、2-壬烯醛、2-丙酮、2-己酮、1-丙醇、1-戊醇、2-己醇、2-呋喃甲醇等物質(zhì)隨精煉的進行逐漸增多，脫色后達到最高值。綜上所述，每個不同精煉階段揮發(fā)性物質(zhì)差異較為明顯，牛油精煉成品中揮發(fā)性物質(zhì)主要是苯甲酸甲酯、辛酸乙酯、乙酸乙酯等酯類物質(zhì)。

由圖6可知，第一主成分與第二主成分貢獻率之和達90%；氣味越相近的，則樣品間的距離越近，差異越小。圖6主成分分析表明，3種牛油樣品能很好地基于氣味上的差異進行區(qū)分。

圖4 牛油熔油、脫酸、脫色3個精煉階段樣品氣相色譜離子遷移譜圖

Figure 4 Ion migration spectra of melted beef tallow, deacidification and finished product samples at three stages of refining

表2 指紋圖譜中相對應的揮發(fā)性成分的定性定量?Table 2 Qualitative and quantitative determination of corresponding volatile components in fingerprint

續(xù)表2

成分中文名稱保留時間/s漂移時間/ms對應峰平均相對強度/AU熔油脫酸脫色37苯甲酸甲酯217.621.24528.529113.83223.21834苯乙醛M237.511.30820.21678.03021.320Hydroxyacetone羥基丙酮169.851.231355.8501 392.608306.785Butanal丁醛136.501.286168.602982.180639.866E-2-octenal DE-2-辛烯醛711.751.82343.65879.06560.321331-辛醇248.241.33444.79178.06950.5172-Heptanone D2-庚酮D394.881.633158.491314.480170.661E-2-Heptenal DE-2-庚烷D512.851.673211.572594.995414.0492-Butanone2-丁酮148.391.2491 052.1071 831.8111 094.1312-Heptanone M2-庚酮M397.801.260286.085452.384319.5922-4-5-Trimethylthiazole2-4-5三甲噻唑513.241.570101.989409.509306.262Benzaldehyde 苯甲醛513.241.152231.948875.015786.889E-2-octenal ME-2-辛烯醛712.141.334289.289474.257426.531E-2-Heptenal ME-2-庚醛M519.871.257495.321892.663924.389Ethyl isovalerate戊酸乙酯409.891.661173.315371.786402.8332-Methylbutanal2-甲基丁醛179.791.405325.3211 813.9781 526.1113-Methylbutanal3-甲基丁醛172.971.414596.5351 608.1321 580.493Pentanal M戊醛M198.121.178632.199744.683973.4632-Propanone2-丙酮121.291.1212 105.8633 074.9753 587.187Pentanal D戊醛D195.971.4251 572.7681 650.8902 062.770Methyl benzoate苯甲酸甲酯768.501.205152.526230.240263.2042-Hexenol D2-己烯醇 D347.101.520213.517508.723523.870Heptanal M庚醛M415.351.329929.8351 475.8132 171.230n-Nonanal M正壬醛M798.331.473567.261777.0171 018.304Hexanal D正己醛D282.361.5671 410.4412 210.2303 991.476Ethyl Acetate乙酸乙酯155.221.34038.56191.56693.4442-Hexenol M2-己烯醇M346.321.182416.849600.813612.760Hexanal M正己醛M284.901.2541 086.9261379.7361 729.7141-Pentanol M1-戊醛M253.891.251264.455403.706594.060222-呋喃甲醇M620.881.400672.0501 252.6052 018.163E-2-Pentenal E-2-戊烯醛239.851.363106.017180.171334.4912-Hexanone M2-己酮M270.851.18862.80680.49185.240E-2-nonenalE-2-壬烯醛901.101.411106.729151.626190.111Ethyl octanoate乙丙醇1177.411.488142.786216.432263.0689戊醛M171.211.202160.863174.342281.130Heptanal D庚醛D412.231.700310.154883.3352 167.748212-己烯醇D617.371.826192.106440.9471 229.04938正壬醛M233.421.41154.99974.090135.02231-丙醇628.101.67665.533153.030323.6161-Pentanol D1-戊醇D250.971.50835.26566.508161.71639正壬醛D661.051.26142.26369.400153.2132正丁醛588.321.256234.957351.672721.4661-Propanol1-丙醇136.311.250110.955150.614487.1652-Hexanone D2-己酮D269.881.50611.47019.19947.7892-Furanmethanol M2-呋喃甲醇M365.041.12557.56452.436141.166n-Nonanal D正壬醛D795.991.94761.60672.520128.690Decanal癸醛1010.681.53889.84394.908115.817

? M代表單體，D代表二聚體。

XJQMNY、XJSXH、CP分別表示熔油、脫酸、脫色階段。圖5 牛油熔油、脫酸、脫色3個精煉階段樣品揮發(fā)性物質(zhì)指紋圖譜

Figure 5 Fingerprint of volatile substances in melted beef tallow, deacidification and finished products at three stages of refining

圖6 牛油3個精煉階段樣品的揮發(fā)性物質(zhì)PCA分析圖

Figure 6 PCA analysis of volatile substances in three refining stages of beef tallow

3 結(jié)論

精煉過程中，牛油的主要理化指標酸價受脫酸的影響最大，碘值受脫酸的影響較大，過氧化值在整個精煉過程中都有一定程度的影響，脂肪酸的種類并沒有受精煉過程的影響，脂肪酸含量只受到很小程度的影響，精煉過程對牛油中揮發(fā)性物質(zhì)的影響比很大，導致每個階段的揮發(fā)性物質(zhì)都存在一定的差異。這些典型指標的變化都與精煉過程熔油溫度、堿洗時間、攪拌時間等工藝操作條件相關，良好的加工工藝可以產(chǎn)出品質(zhì)較優(yōu)的產(chǎn)品。目前牛油工業(yè)向著適度精煉的方向發(fā)展，不同的用途將決定其精煉方式，如分提牛油質(zhì)量較好的可直接利用，質(zhì)量不高的可以進行適度精煉。后續(xù)將對不同質(zhì)量的分提牛油的精煉工藝進行深入研究。