橄欖油與椰子油混油基對(duì)類(lèi)蛋黃醬乳液流變及凍融穩(wěn)定性的影響

宋子燁，蔣 將，劉元法

(江南大學(xué) 食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122)

蛋黃醬及沙拉醬是一類(lèi)典型的酸性半固態(tài)O/W乳液,以食用植物油、蛋黃或全蛋、醋為主要原料,并添加食鹽、糖及香辛料等調(diào)味料,經(jīng)攪拌乳化制成的一種半固態(tài)食品[1]，因含油量(60%～80%)[2-3]高，過(guò)量食用會(huì)導(dǎo)致肥胖、心血管及其他慢性疾病(如高血壓，心臟和腎臟問(wèn)題)[4]。半固態(tài)乳液的物理屬性(順滑性)與脂肪含量之間存在密切的關(guān)系，其中油脂帶來(lái)的順滑口感是無(wú)法比擬的。已有研究通過(guò)降低半固態(tài)乳液的脂肪含量，并使用脂肪替代物來(lái)生產(chǎn)健康的蛋黃醬類(lèi)食品，雖然這類(lèi)新型產(chǎn)品能達(dá)到與市售產(chǎn)品相似的流變學(xué)性質(zhì)，但是脂肪代替和脂肪含量的減少會(huì)使半固體食品的感官特性和理化特性發(fā)生不希望的變化。

同時(shí)，油相組成是影響乳液的流變學(xué)行為和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。Kupongsak等[5]將長(zhǎng)鏈脂肪酸豐富的米糠油和中鏈脂肪酸豐富的椰子油混合作為油基，制備蛋黃醬，研究了其物化穩(wěn)定性及感官性質(zhì)。Hayati等[6]研究了飽和程度不同的大豆油和棕櫚仁油混合作為油基，制成的蛋黃醬O/W乳液的穩(wěn)定性和流變學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)棕櫚仁油與大豆油以 3∶7比例混合制得的乳液具有最好的貯存穩(wěn)定性，并把結(jié)果歸因于棕櫚仁油中中短鏈脂肪酸所促進(jìn)的。

此外，冷凍是抑制化學(xué)腐敗、微生物腐敗以及保持食品營(yíng)養(yǎng)、延長(zhǎng)食品貨架期的有效方式[7]。許多食品O/W乳液(例如蛋黃醬，醬油和飲料)也通過(guò)冷凍以延長(zhǎng)其保質(zhì)期，然而由于乳液中脂肪和水的結(jié)晶，大多數(shù)O/W乳液在凍融后破乳從而很容易失穩(wěn)，限制了其在食品工業(yè)的發(fā)展[8]。油相結(jié)晶，水相結(jié)晶，晶核的形成、晶體大小及生長(zhǎng)速率都是影響乳狀液凍融穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素[9]。而不同油相制備的乳液，由于油中脂肪酸的鏈長(zhǎng)，飽和脂肪酸含量以及冷凍過(guò)程中脂肪晶體的大小、形狀和結(jié)構(gòu)不一樣，對(duì)乳液凍融穩(wěn)定性有不同的影響[10]。小分子乳化劑可以作為油相中的成核位點(diǎn)來(lái)控制結(jié)晶行為，從而提高乳液凍融穩(wěn)定性[11]。

因此，本文以類(lèi)蛋黃醬O/W乳液為研究對(duì)象，將橄欖油與椰子油采取10∶0、9∶1、8∶2、7∶3不同質(zhì)量比復(fù)配，在pH 3的條件下制備混合油基(60%)的酸性高脂乳液，研究不同比例復(fù)配混油基對(duì)乳液流變性質(zhì)的影響，同時(shí)添加0.5%蛋黃卵磷脂，研究小分子乳化劑對(duì)于不同混油基乳液凍融穩(wěn)定性的影響，為食品工業(yè)開(kāi)發(fā)健康、天然、高凍融穩(wěn)定性的酸性高脂乳液提供新思路。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

橄欖油(OLO)，上海益海嘉里有限公司；椰子油(CNO)，中國(guó)海南椰富工業(yè)貿(mào)易有限公司；乳清分離蛋白(WPI，純度>95%)，美國(guó)Davisco公司；蛋黃卵磷脂(EL)，國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司；其他試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

DHR3流變儀，美國(guó)TA儀器公司；AH2010高壓均質(zhì)機(jī)，ATS工業(yè)系統(tǒng)有限公司；Ultra-Turrax T18高速剪切機(jī)，德國(guó)IKA公司；Zetasizer Nano ZS納米粒度與Zeta電位儀，英國(guó)馬爾文公司；5804R 冷凍離心機(jī)，美國(guó) Eppendorf 公司；偏光顯微鏡、光學(xué)顯微鏡，德國(guó)Leica公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 乳液的制備

混合油相制備：將橄欖油和椰子油按質(zhì)量比10∶0、9∶1、8∶2、7∶3混合，并將0.83%的蛋黃卵磷脂添加至混合油相中，然后加熱到60℃保持1 h，直到蛋黃卵磷脂完全溶解。

乳液制備：將5%的乳清分離蛋白溶解在去離子水中，攪拌1 h以確保完全水合，然后使用1 mol/L HCl將pH調(diào)節(jié)至3。將WPI溶液與混合油相以質(zhì)量比40∶60混合，使用高速剪機(jī)以13 600 r/min的速度混合3 min。然后，使用高壓均質(zhì)機(jī)在30 MPa下進(jìn)行3個(gè)循環(huán)均質(zhì)乳液。最終乳液含0.5%EL、2%WPI。

1.2.2 乳液流變性質(zhì)測(cè)定

使用DHR3流變儀測(cè)定不同混油基乳液的流變性質(zhì)。移取適量乳液樣品置于流變儀平板中央，當(dāng)平板下降到1.05 mm時(shí)，用小鑰匙移除平板周?chē)嘤嗟臉悠繁苊膺吘壭?yīng)。測(cè)定模式如下：

靜態(tài)流變：選取直徑為40 mm的4°錐板，在0.1～100 s-1的剪切速率下，測(cè)定靜態(tài)剪切應(yīng)力和表觀黏度。

動(dòng)態(tài)應(yīng)變掃描：選取直徑為40 mm的平板，確定乳液的線(xiàn)性黏彈區(qū)，頻率固定1 Hz，應(yīng)變范圍為0.01%～100%。

動(dòng)態(tài)頻率掃描：選取直徑為40 mm的平板，在線(xiàn)性黏彈區(qū)選取合適的應(yīng)變條件(0.2%)，頻率范圍為0.1～10.0 Hz，記錄乳液的彈性模量(G′)、黏性模量(G″)。

動(dòng)態(tài)變溫掃描：固定頻率1 Hz，掃描時(shí)間10 min，掃描溫度范圍4～60℃，記錄整個(gè)過(guò)程中不同樣品彈性模量(G′)、黏性模量(G″)的變化情況。

1.2.3 乳液凍融穩(wěn)定性測(cè)定

凍融處理：將制備的乳液置于-18℃的冰箱中冷凍12 h，然后取出置于25℃恒溫箱融化2 h，使乳液的油相和水相完全融化。分別測(cè)定新鮮制備和凍融處理乳液的乳滴平均粒徑、背散射光變化以及光學(xué)顯微結(jié)構(gòu)。

使用Turbiscan Lab多重光散射儀測(cè)定乳液凍融前后的穩(wěn)定性。將樣品裝于玻璃圓柱形瓶中，直至40 mm的高度(取樣過(guò)程中避免將多余樣品粘附在樣品瓶壁上),放入多重光散射儀中,使用波長(zhǎng)為880 nm的脈沖近紅外光從樣品瓶底部開(kāi)始掃描,經(jīng)中部到頂部掃描1次(0～40 mm),實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)為25℃。通過(guò)TurbiSoft-lab 2.0軟件得到乳液背散射強(qiáng)度的變化曲線(xiàn)，該曲線(xiàn)可反映凍融前后乳液的穩(wěn)定性。

1.2.4 乳液凍融前后平均粒徑測(cè)定

使用納米粒度與Zeta電位儀測(cè)量乳液中油滴的尺寸。用去離子水將乳液樣品稀釋1 000倍，取3 mL稀釋液置于塑料比色皿中測(cè)試，測(cè)定條件：顆粒折射率1.46，分散劑折射率1.33，顆粒吸收率0.001，測(cè)試溫度 25℃，平衡時(shí)間120 s。取 Z-Ave 為平均粒徑，表示體積加權(quán)的平均直徑。

1.2.5 乳液凍融前后微觀結(jié)構(gòu)觀察

用10倍質(zhì)量的去離子水稀釋乳液(僅高速剪切)。取1 mL乳液與20 μL 1 mg/mL尼羅紅乙醇溶液充分混勻，常溫下避光靜置15 min使油滴充分染色。移取2 μL染色后的樣品滴在載玻片中央，覆上蓋玻片，使用配備有Leica EL6000熒光發(fā)生器的Leica DM2700M 直立熒光顯微鏡觀察油滴形態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳液靜態(tài)流變性質(zhì)

圖1為不同剪切速率下乳液的靜態(tài)流變測(cè)定結(jié)果。

圖1 不同混油基乳液的靜態(tài)流變性質(zhì)

從圖1可以看出，隨著剪切速率的增加，所有乳液的表觀黏度都線(xiàn)性降低，顯示出剪切稀化行為，是典型的假塑性流體。隨著椰子油混合比例上升，乳液的表觀黏度依次增大，由橄欖油與椰子油7∶3復(fù)配混油基制備的乳液表現(xiàn)出最大的表觀黏度，這是由于隨著椰子油比例增大，乳液油基飽和脂肪酸含量增加，所以乳液油滴部分結(jié)晶，使得乳液黏度增大[12]。同時(shí)有研究說(shuō)明，在低相對(duì)分子質(zhì)量乳化劑的存在下，由蛋白質(zhì)解吸引起的水相中蛋白質(zhì)含量的增加可能導(dǎo)致乳液液滴的絮凝物減少，從而導(dǎo)致黏度增加[13]。隨著椰子油比例增加，蛋黃卵磷脂可能取代了界面上更多的乳清蛋白，導(dǎo)致體系中水相蛋白質(zhì)含量增加，從而乳液黏度增加。隨著剪切速率增大，剪切應(yīng)力逐漸增大，這是乳液黏度增大的結(jié)果。

表1為冪律模型擬合的混油體系乳液的剪切流變參數(shù)。

表1 不同混油體系乳液的剪切流變參數(shù)

流體特性指數(shù)(n)是用于測(cè)定樣品流體特性的指標(biāo)，其中n=1表示牛頓流體，n<1表示剪切稀化流體，n>1表示剪切稠化或膨脹流體。由表1可知，所有的乳液樣品使用冪定律模型擬合均顯示出非牛頓流體的剪切稀化行為，且隨著椰子油比例增大，n逐漸減小，乳液假塑性增強(qiáng)，說(shuō)明乳液內(nèi)部液滴之間交聯(lián)多。隨著椰子油比例增大，K增大，說(shuō)明乳液黏度增大，流動(dòng)阻力增大，這與表觀黏度數(shù)據(jù)一致。

2.2 乳液動(dòng)態(tài)流變性質(zhì)

圖2為乳液樣品應(yīng)變掃描下彈性模量(G′)和黏性模量(G″)的變化。

圖2 0.01%～100%應(yīng)變條件下乳液的彈性模量和黏性模量

由圖2可知，在線(xiàn)性黏彈區(qū)內(nèi)，所有樣品的G′>G″,說(shuō)明乳液內(nèi)部的彈性成分大于黏性成分，表現(xiàn)出類(lèi)似凝膠的性質(zhì)。隨著椰子油比例增加，乳液的線(xiàn)性黏彈區(qū)范圍變窄，橄欖油與椰子油質(zhì)量比為7∶3和8∶2時(shí)，乳液的線(xiàn)性黏彈區(qū)明顯小于9∶1和10∶0，在1%應(yīng)變條件下G′、G″開(kāi)始下降，說(shuō)明當(dāng)有較大應(yīng)力存在時(shí)，8∶2與7∶3混油基所制得的乳液內(nèi)部結(jié)構(gòu)更易遭到破壞。

通過(guò)應(yīng)變掃描確定所有乳液樣品的線(xiàn)性黏彈區(qū)范圍，選取0.2%的應(yīng)變條件，進(jìn)一步測(cè)定乳液頻率掃描的動(dòng)態(tài)流變性質(zhì)。圖3為乳液樣品頻率掃描(0.1～10 Hz)下彈性模量和黏性模量的變化。

圖3 0.1～10 Hz下乳液的彈性模量和黏性模量

由圖3可知，橄欖油與椰子油質(zhì)量比10∶0與9∶1復(fù)配混油基制得的乳液在0.1～1.0 Hz的低頻范圍下G′>G″，說(shuō)明乳液更具彈性，而在1～10 Hz的高頻范圍下，G′與G″出現(xiàn)交點(diǎn)，說(shuō)明乳液內(nèi)部結(jié)構(gòu)黏彈成分互換，乳液更具黏性。而橄欖油與椰子油質(zhì)量比8∶2和7∶3復(fù)配混油基制得的乳液，隨著頻率升高，G′始終大于G″，且黏彈性差距加大，乳液更具彈性。O/W乳液液滴中固體脂肪的結(jié)晶會(huì)影響乳液的穩(wěn)定性、流變性和外觀，并且脂肪結(jié)晶起著非常重要的作用[14]。椰子油飽和脂肪酸含量高，在常溫下混合油相熔點(diǎn)高、易結(jié)晶，隨著椰子油比例增大，乳液中存在一定機(jī)械強(qiáng)度的晶體網(wǎng)絡(luò)，所以G′增大。Ng等[15]研究了棕櫚液油-二?；视突橐旱膹椥阅Ａ?，發(fā)現(xiàn)棕櫚液油在彈性性能中起著重要作用，增加了乳液凝膠中形成的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度。

2.3 不同比例混油體系乳液的熱流變行為

圖4為升溫程序下乳液的彈性模量。

圖4 變溫條件(4～60℃)對(duì)混油體系乳液彈性模量的影響

由圖4可知，在4～40℃的范圍內(nèi)，所有樣品的彈性模量緩慢下降，說(shuō)明從冷藏至室溫溫度范圍內(nèi)，乳液內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。而當(dāng)溫度從40℃升高至50℃時(shí)，乳液的彈性模量(G′)急劇上升，這可能是熱處理導(dǎo)致乳清蛋白部分變性，疏水性增加，油滴之間相互作用增強(qiáng)，所以乳液內(nèi)部彈性成分增加，形成了強(qiáng)交聯(lián)的凝膠結(jié)構(gòu)[16]。在50～60℃范圍內(nèi)，乳液彈性模量(G′)趨于穩(wěn)定，說(shuō)明乳液內(nèi)部形成的凝膠結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，但過(guò)度的聚集和交聯(lián)可能誘導(dǎo)形成固態(tài)凝膠化，從而影響乳液的乳脂性質(zhì)和口感。

2.4 不同比例混油體系乳液的凍融穩(wěn)定性

圖5為乳液樣品經(jīng)過(guò)-18℃冷凍12 h,25℃下解凍2 h的凍融處理后的宏觀變化圖。

圖5 不同質(zhì)量比橄欖油與椰子油混油基乳液凍融前后的宏觀變化

從圖5可以看出，橄欖油與椰子油質(zhì)量比10∶0復(fù)配混油基乳液樣品經(jīng)過(guò)凍融處理后分成了水相層、乳析層和油層，這是由于凍融處理后，水相和油相結(jié)晶，導(dǎo)致乳液內(nèi)部液滴界面膜被刺破，乳液液滴部分聚集、絮凝，由于重力作用分散相所受的浮力增加,油相析出上浮[17]。橄欖油與椰子油質(zhì)量比9∶1復(fù)配混油基乳液油滴聚集現(xiàn)象減輕，但還有部分析出的油相，8∶2與7∶3混油基制得的乳液凍融穩(wěn)定性最好，水相層高度減小，且沒(méi)有明顯析出的油相。

背散射光強(qiáng)變化值(ΔBS)反映乳液液滴隨時(shí)間的變化規(guī)律。圖6為乳液樣品凍融前后不同高度下背散射光強(qiáng)變化圖譜。

從圖6可知，凍融處理前，不同混油基的乳液樣品測(cè)定的背散射光強(qiáng)度變化趨近于一條直線(xiàn)，說(shuō)明乳液樣品均一穩(wěn)定，經(jīng)凍融處理后，乳液分為了底部水相層(0～10 mm)，中部乳析層(10～30 mm)和頂部油層(30～40 mm)。底部背散射光信號(hào)減弱，這是由于顆粒濃度降低(澄清)所導(dǎo)致，說(shuō)明破乳后水相析出；中部背散射光信號(hào)整體遷移，是由于粒徑變化(絮凝)所引起；頂部背散射光信號(hào)再次減弱，是由于油滴上浮樣品頂部澄清所致。橄欖油與椰子油質(zhì)量比10∶0混油基乳液水相層析出高度最大，說(shuō)明乳液凍融穩(wěn)定性最差，隨著椰子油比例增加，底部水相背散射光信號(hào)減弱的程度變小，說(shuō)明水相層析出高度減小。同時(shí)，頂部油層背散射光信號(hào)強(qiáng)度降低的程度變小，說(shuō)明乳析層增多，油相析出減少，乳液凍融穩(wěn)定性增加。混油基乳液凍融穩(wěn)定性由高到低依次為橄欖油與椰子油質(zhì)量比7∶3、8∶2、9∶1、10∶0，這是由于蛋黃卵磷脂作為小分子乳化劑影響椰子油的結(jié)晶，在冷凍狀態(tài)下，蛋黃卵磷脂提供乳液結(jié)晶的成核位點(diǎn)，促進(jìn)乳液液滴形成細(xì)小的結(jié)晶，晶體尺寸變小，不足以刺破界面膜，所以乳液凍融穩(wěn)定性提高[18]。

2.5 乳液凍融前后粒徑變化(見(jiàn)表2)

表2 不同混油基乳液凍融前后粒徑變化

由表2可知，乳液凍融前后粒徑變化和ΔBS呈一致性，分散相中油的組成和理化性質(zhì)將影響均質(zhì)化過(guò)程中產(chǎn)生的液滴大小，未凍融處理時(shí)，加入椰子油后，乳液粒徑明顯減小，這可能是由于蛋黃卵磷脂在椰子油中取代乳清蛋白的能力更強(qiáng)，所以粒徑減小，隨著椰子油比例增加，蛋黃卵磷脂取代了界面上更多的乳清蛋白，導(dǎo)致界面膜變薄，乳液液滴部分聚集，從而平均粒徑逐漸增大[19]。

2.6 乳液凍融前后微觀結(jié)構(gòu)變化(見(jiàn)圖7)

圖7 橄欖油與椰子油混油基乳液(僅剪切)凍融前后微觀結(jié)構(gòu)

由于均質(zhì)后乳液粒徑為納米級(jí)，液滴太小而導(dǎo)致顯微鏡無(wú)法捕捉到液滴，所以?xún)H觀察高速剪切后的乳液微觀結(jié)構(gòu)。從圖7可以看出，橄欖油與椰子油質(zhì)量比10∶0混油基乳液在凍融處理后，液滴發(fā)生了明顯的聚集，并且液滴粒徑明顯增大，這和平均粒徑數(shù)據(jù)呈一致性(見(jiàn)表2)，凍融處理后乳液平均粒徑增大12.1倍。隨著椰子油比例增大，乳液液滴聚集程度變小，粒徑雖增大，但增大程度依次減小，8∶2與7∶3混油基乳液凍融處理后平均粒徑僅增大5.8倍與1.3倍，說(shuō)明隨椰子油比例增加，乳液的凍融穩(wěn)定性增強(qiáng)。這主要是蛋黃卵磷脂調(diào)節(jié)了混合油基中椰子油的結(jié)晶行為，減小晶體尺寸提高了乳液凍融穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

橄欖油與椰子油質(zhì)量比10∶0混油基制得的乳液具有最低的黏度、最小的彈性模量以及最差的凍融穩(wěn)定性，隨著混油基中椰子油比例增加，乳液的黏度增加，粒徑先減小后增大，凍融穩(wěn)定性明顯提高，橄欖油與椰子油質(zhì)量比7∶3混油基制得的乳液具有最好的凍融穩(wěn)定性。當(dāng)椰子油固脂存在時(shí)，蛋黃卵磷脂作為小分子乳化劑可以明顯改善乳液的凍融穩(wěn)定性。