山核桃油脂凝膠制備工藝優(yōu)化

周 強(qiáng)，韓延超，吳偉杰，丁玉庭，邵 平，童 川，郜海燕，*

(1.浙江工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 杭州 310014；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 食品科學(xué)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部果品產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江省果蔬保鮮與加工技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)輕工業(yè)果蔬保鮮與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310021)

山核桃(CaryacathayensisSarg.)是胡桃科山核桃屬的植物，主要分布于中國(guó)浙江和安徽[1]。山核桃仁富含脂肪、蛋白質(zhì)、可溶性糖和礦元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[2]，還含有大量生物活性物質(zhì)，如多酚、單寧、有機(jī)酸[3]等。山核桃仁中最主要的營(yíng)養(yǎng)元素是脂肪[4]，其中90%為不飽和脂肪酸[5]，單不飽和脂肪酸含量達(dá)到70%[6]。山核桃仁中含有豐富的油酸和亞油酸，其中亞油酸是人體必需脂肪酸之一[7]。山核桃因其感官特性和營(yíng)養(yǎng)功能而被用作具有獨(dú)特風(fēng)味的食用油[8]。山核桃油有降低血脂含量、預(yù)防心血管疾病、抗氧化等作用[9-10]。然而山核桃油在貯藏過(guò)程受到溫度、氧氣、光照和濕度的影響極易使不飽和脂肪酸發(fā)生氧化[11]。

油脂凝膠是通過(guò)在植物油中添加一定比例的可食用凝膠劑達(dá)到“固化”油脂的效果[12]。單硬脂酸甘油酯(單甘脂)具有良好的乳化性質(zhì)，作為食品級(jí)的凝膠劑，其成本也相對(duì)較低[13-14]，同時(shí)可以起到改變植物油的結(jié)構(gòu)而不改變其化學(xué)特性的作用[15]。常規(guī)塑性脂肪產(chǎn)品中含有大量的飽和或反式脂肪酸，非常容易引起動(dòng)脈粥樣硬化和肥胖等疾病[16-17]，而油脂凝膠大大降低了飽和以及反式脂肪酸的含量，可以作為傳統(tǒng)固態(tài)油脂的替代品[18]，并且可以提高油脂穩(wěn)定性，也便于工業(yè)化生產(chǎn)、貯藏及運(yùn)輸。因此，研究山核桃油脂凝膠化具有廣闊的工業(yè)前景及深遠(yuǎn)的意義。

本研究以單甘脂為凝膠劑，以山核桃油為載體油，制備山核桃油脂凝膠。探究不同工藝條件對(duì)山核桃油脂凝膠的影響，以尋求油脂凝膠制備的最優(yōu)工藝。以期為山核桃油脂凝膠的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山核桃油，采購(gòu)于黃山余香園食品有限公司舌尖徽州木榨油坊。

單甘脂、碘化鉀、三氯甲烷、冰乙酸、硫代硫酸鈉采購(gòu)于麥克林公司，均為分析純級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀，SMS.UK超技儀器有限公司，日本；Avanti J-E高速冷凍離心機(jī)，貝克曼庫(kù)爾特有限公司，美國(guó)；恒溫箱，SANYO公司，日本；DK-S28型水浴鍋，精宏儀器有限公司，中國(guó)；ME103E電子天平，METTLER TOLEDO公司，美國(guó)；DF-101S集熱式磁力攪拌器，予華儀器有限公司，中國(guó)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 單因素試驗(yàn)

參考徐杰[19]的方法，并稍加修改。取10 g山核桃油于50 mL燒杯中，分別加入8%、10%、12%、14%、16%的單甘脂，在80 ℃溫度下，進(jìn)行磁力攪拌30 min，結(jié)束后將山核桃油放入50 mL離心管中貯藏于(4±0.5)℃恒溫箱中，保存5 d。

取10 g山核桃油于50 mL燒杯中，加入12%的單甘脂，在80 ℃下，分別進(jìn)行磁力攪拌10、20、30、40、50 min，結(jié)束后將山核桃油放入50 mL離心管中貯藏于(4±0.5)℃恒溫箱中，保存5 d。

取10 g山核桃油于50 mL燒杯中，加入12%的單甘脂，分別在60、70、80、90、100 ℃溫度下，分別進(jìn)行磁力攪拌30 min，結(jié)束后將山核桃油放入50 mL離心管中貯藏于(4±0.5)℃恒溫箱中，保存5 d。

1.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取凝膠劑添加量、加熱時(shí)間、加熱溫度3個(gè)因素，各取3個(gè)水平，選用L9(33)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，以含油率為指標(biāo)，對(duì)山核桃油凝膠制備的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。具體因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與因素水平表

1.3.3 含油率測(cè)定

參考Yilmaz等[20]的方法，稍加修改。取一個(gè)2 mL離心管并稱重為m1，取一定量的山核桃油脂凝膠放入離心管內(nèi)并稱重為m2，在4 ℃，8 000 r·min-1條件下離心30 min，用濾紙擦干析出的油并稱重為m3，按式(1)計(jì)算含油率(ω，%)

(1)

式(1)中：m1為空離心管質(zhì)量(g)，m2為樣品加離心管質(zhì)量(g)，m3為析出油后的離心管質(zhì)量(g)，X為凝膠劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.4 凝膠強(qiáng)度測(cè)定

參照Hwang等[21]、王家鑌等[22]測(cè)定方法并稍作修改。取山核桃油脂凝膠樣品進(jìn)行測(cè)定，質(zhì)構(gòu)儀的測(cè)定條件為P/0.5探頭，測(cè)前速度為1.5 mm·s-1，測(cè)試速度為1 mm·s-1，測(cè)后速度為1 mm·s-1，測(cè)試距離為10 mm，觸發(fā)力為2 g。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)，取平均值。

1.3.5 過(guò)氧化值測(cè)定

參照GB/T 5009.227—2016[23]的方法進(jìn)行測(cè)定：稱取適量油樣溶解于三氯甲烷-冰乙酸溶液，先加入飽和KI溶液與過(guò)氧化物反應(yīng)生成I2，然后以淀粉溶液為指示劑，用Na2S2O3溶液進(jìn)行滴定，至藍(lán)色消失為終點(diǎn)。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。以過(guò)氧化物相當(dāng)于碘單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)表示過(guò)氧化值的量。計(jì)算公式如下：

XPOV=(V-V0)×c×0.1269×100/m。

(2)

式(2)中：XPOV是過(guò)氧化值，V和V0分別是Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定樣品和空白的體積，c是Na2S2O3溶液濃度，0.126 9是以Na2S2O3計(jì)的碘當(dāng)量，m和100分別為試樣質(zhì)量和換算系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS Statistics 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行前處理，使用單向方差分析(ANOVA)進(jìn)行顯著性差異分析，采用Excel 2013進(jìn)行繪圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果P<0.05時(shí)具有顯著性。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同凝膠劑添加量對(duì)山核桃油脂凝膠的影響

含油率是評(píng)價(jià)凝膠劑對(duì)油脂的束縛能力的重要指標(biāo)之一[24]。如圖1-A所示，山核桃油脂凝膠的含油率隨著凝膠劑添加量的增加而增加。當(dāng)凝膠劑添加量低于10%時(shí)，含油率低于80%。凝膠劑的添加量超過(guò)12%，含油率超過(guò)了80%，顯著升高(P<0.05)。但添加量再升高，含油率未顯著升高(P>0.05)。凝膠強(qiáng)度是衡量油脂凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)[22]。山核桃油脂凝膠的凝膠強(qiáng)度隨凝膠劑添加量變化如圖1-B所示。油脂凝膠的凝膠強(qiáng)度隨著凝膠劑添加量的增加而增大。當(dāng)凝膠劑添加量低于10%時(shí)，凝膠強(qiáng)度相對(duì)比較低。當(dāng)凝膠劑的添加量大于等于12%時(shí)，凝膠強(qiáng)度相對(duì)比較高(P<0.05)。Meng等[25]研究認(rèn)為，油脂凝膠的含油率和凝膠硬度都隨著凝膠劑濃度的增加而增加，在高濃度的凝膠劑添加時(shí)，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶體更緊密的積累，這與本文的結(jié)果相似，隨著凝膠劑添加量的增加，含油率與凝膠強(qiáng)度均有所增加。劉日斌等[26]使用8%添加量的單甘脂制備了良好的玉米油脂凝膠。本文的結(jié)果顯示，單甘脂添加量為12%能夠形成比較好的山核桃油脂凝膠，可能是因?yàn)樯胶颂矣椭胁伙柡椭舅岷勘容^高。說(shuō)明從成本考慮，凝膠劑的添加量可以選擇12%。

柱狀圖上無(wú)相同小寫(xiě)字母的表示各處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.2 不同加熱時(shí)間對(duì)山核桃油脂凝膠的影響

如圖2-A所示，山核桃油脂凝膠的含油率隨著加熱時(shí)間的增加先增加后降低。加熱時(shí)間為10、20和50 min時(shí)，含油率相對(duì)比較低，加熱時(shí)間為30和40 min時(shí)，含油率相對(duì)比較高，且含油率接近90%。加熱時(shí)間為30和40 min的含油率顯著高于加熱時(shí)間為10和20 min的處理組(P<0.05)。山核桃油脂凝膠的凝膠強(qiáng)度隨加熱時(shí)間變化如圖2-B所示。油脂凝膠的凝膠強(qiáng)度隨著加熱時(shí)間的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)。加熱時(shí)間為10和20 min，凝膠強(qiáng)度顯著低于其他處理組(P<0.05)。加熱時(shí)間為30 min，凝膠強(qiáng)度相對(duì)比較高，顯著高于加熱時(shí)間為10、20和50 min處理組，與加熱時(shí)間為40 min處理組無(wú)顯著差異(P>0.05)。戴柯銳等[27]在研究紫蟲(chóng)膠制備亞麻籽油凝膠時(shí)發(fā)現(xiàn)，油凝膠的持有率和凝膠強(qiáng)度隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)呈先增加后降低的趨勢(shì)，加熱時(shí)間為30 min時(shí)持油性最大，這與我們的結(jié)果相似。說(shuō)明加熱時(shí)間在30 min，對(duì)油脂凝膠的成型比較好。

2.3 不同加熱溫度對(duì)山核桃油脂凝膠的影響

如圖3-A所示，山核桃油脂凝膠的含油率隨著加熱溫度的升高先增加后降低。加熱溫度為60和100 ℃時(shí)，含油率顯著低于其他處理組(P<0.05)。當(dāng)加熱溫度為70、80、90 ℃時(shí)，含油率相對(duì)比較高，且含油率接近90%。加熱溫度為80 ℃含油率顯著高于其他處理組(P<0.05)。山核桃油脂凝膠的凝膠強(qiáng)度隨加熱溫度變化如圖3-B所示。油脂凝膠的凝膠強(qiáng)度隨著加熱溫度的升高呈先增加后降低的趨勢(shì)。加熱溫度為60和100 ℃時(shí)，凝膠強(qiáng)度顯著低于其他處理組(P<0.05)。加熱溫度為80和90 ℃，凝膠強(qiáng)度顯著高于其他處理組(P<0.05)。李雪等[28]在研究復(fù)合凝膠劑型芝麻油油脂凝膠的制備時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著加熱溫度的增加，凝膠油脂的持油性呈增加趨勢(shì)，選擇加熱溫度為80 ℃，這與我們的結(jié)果接近。左鋒等[29]研究肉桂酸基油脂凝膠的制備認(rèn)為加熱溫度如果太高，會(huì)影響油脂凝膠體系的自助裝的過(guò)程，這與我們加熱溫度過(guò)高，含油率和凝膠強(qiáng)度下降的結(jié)果相似。說(shuō)明加熱溫度為80 ℃時(shí)，油脂凝膠的制備工藝比較好。

圖3 不同加熱溫度對(duì)山核桃油脂凝膠含油率(A)和凝膠強(qiáng)度(B)的影響

2.4 山核桃油脂凝膠的工藝優(yōu)化

在根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，依照表1進(jìn)行正交試驗(yàn)對(duì)山核桃油脂凝膠工藝進(jìn)行優(yōu)化，選擇以凝膠劑添加量(A)、加熱時(shí)間(B)、加熱溫度(C)3個(gè)因素3個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)。Meng等[30]在研究增稠劑對(duì)羥丙基甲基纖維素基食用油凝膠形成及性能的影響時(shí)認(rèn)為，油脂凝膠的含油率與凝膠強(qiáng)度是有一定的相關(guān)性的。因此，我們選擇以油脂凝膠含油率為指標(biāo)，確定制備油脂凝膠的最佳工藝。

正交試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。各因素對(duì)山核桃油脂凝膠的影響大小為A>C>B，即凝膠劑添加量>加熱溫度>加熱時(shí)間。制備山核桃油脂凝膠的最佳工藝組合為A2B2C2，即凝膠劑添加量為12%，加熱時(shí)間為30 min，加熱溫度為80 ℃，在此工藝條件下，含油率為91.31%。按照最佳的制備工藝，進(jìn)行三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到含油率為90.85%±2.41%，與正交試驗(yàn)表中的結(jié)果相近。

表2 L9(33)正交試驗(yàn)結(jié)果表

說(shuō)明凝膠劑添加量為12%，加熱時(shí)間為30 min，加熱溫度為80 ℃的工藝條件比較合適。

2.5 山核桃油脂凝膠的過(guò)氧化值

過(guò)氧化值是油的主要氧化產(chǎn)物(過(guò)氧化物和氫過(guò)氧化物)的量度[31]。過(guò)氧化值是表征山核桃氧化程度的重要指標(biāo)之一[32]。山核桃油脂凝膠正交試驗(yàn)的過(guò)氧化值如圖4所示。第8組的過(guò)氧化值略高于其他處理組。第2組的過(guò)氧化值顯著低于其他處理組(P<0.05)。所有處理組其過(guò)氧化值均低于GB 15196—2015[33]中的規(guī)定(0.13%)。

圖中序號(hào)與正交試驗(yàn)表中的序號(hào)相對(duì)應(yīng)。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)探究了山核桃油脂凝膠制備方式對(duì)山核桃油脂凝膠特性的影響。單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，凝膠劑添加量的增加，油脂凝膠的含油率以及凝膠強(qiáng)度均逐漸增加。從成本考慮，凝膠劑的添加量為12%比較合適。加熱時(shí)間在30 min，對(duì)油脂凝膠的成型比較好。加熱溫度為80 ℃時(shí)，油脂凝膠的制備工藝比較好。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，各因素對(duì)山核桃油脂凝膠的影響大小為凝膠劑添加量>加熱溫度>加熱時(shí)間。凝膠劑添加量為12%，加熱時(shí)間為30 min，加熱溫度為80 ℃的工藝條件比較合適。所有工藝制備的油脂凝膠其過(guò)氧化值均符合GB 15196—2015中的規(guī)定。