單甘酯及冷卻溫度對牛油樣品特性的影響

葉 丹 王傳明 李 鎵 劉 鵬 何高潔

(四川天味食品集團(tuán)股份有限公司，四川 成都 610200)

火鍋?zhàn)鳛橹袊奶厣嬍常兄豢商娲牡匚?。牛油火鍋底料因牛油特殊的動物油脂濃香，并能很好吸收辣椒、花椒等香辛料中的香、麻、辣味，在川渝地區(qū)被廣泛使用[1-2]。由于牛油火鍋底料在加工中冷卻工藝差異較大，導(dǎo)致市售火鍋底料產(chǎn)品普遍存在硬度低、色澤暗淡、油料分離不明顯等問題，而牛油火鍋底料中的牛油硬度是評價(jià)產(chǎn)品品質(zhì)的重要指標(biāo)。目前，對于提高牛油火鍋底料硬度的研究較少，主要是通過加入一定量的高熔點(diǎn)的起酥油，提高牛油火鍋底料的硬度[3]，但過量的起酥油添加會影響牛油火鍋底料的風(fēng)味。此外，關(guān)于改善牛油火鍋底料硬度及色澤尚未見報(bào)道。

在脂肪產(chǎn)品中，影響其硬度的因素主要有冷卻溫度、固體脂肪含量(Solid Fat Content，SFC)、結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)形態(tài)等，脂肪在過冷狀態(tài)中，脂肪晶體的成核及生長方式影響結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到脂肪的硬度[4-6]。乳化劑是一類兩親性物質(zhì)，在分子的兩端分別具有極性的親水基團(tuán)和非極性的疏水基團(tuán)，其可通過改變脂肪的結(jié)晶特性，改善脂肪物理機(jī)械性能。脂肪結(jié)晶過程中，當(dāng)出現(xiàn)過冷溫度時(shí)，乳化劑可通過增加晶體數(shù)量和成核速率來促進(jìn)結(jié)晶過程[7]。目前，關(guān)于冷卻溫度及乳化劑在牛油火鍋底料中的研究尚處于初級階段。研究擬以牛油火鍋底料中的牛油樣品作為主要研究對象，研究添加常見乳化劑單甘酯(Glyceryl monostearate，GMS)及冷卻溫度對牛油火鍋底料特性的影響，以期為企業(yè)改善牛油火鍋底料的硬度及色澤提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

牛油：廣漢市邁德樂食品有限公司；

豆瓣醬、糍粑辣椒、食用鹽、花椒、小蔥、姜、蒜、白酒、味精、冰糖：市售；

單甘脂(單硬脂酸甘油酯)：食品級，河南億力生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

物性分析儀：TA.XT plus型，英國SMS公司；

脈沖核磁共振儀：Minispec mq20型，德國Brucker公司；

便攜式色差儀：CM-700D型，日本柯尼卡—美能達(dá)公司；

電子天平：FA2004A型，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 牛油樣品制備工藝及操作要

(1) 工藝流程：

(2) 操作要求：60%牛油融化后升溫至150 ℃，加入13.0%糍粑辣椒、15%豆瓣醬、2.0%姜、2.0%蒜，放入鍋中炒制5 min；降溫至110 ℃熬制30 min；關(guān)火加入1.2%冰糖、2.0%鹽、2.0%味精、1.2%香辛料、1.0%白酒、單甘脂攪拌均勻；熬煮完成后進(jìn)行油料分離，將分離出的牛油冷卻，保持至75～80 ℃，制得牛油樣品[1]。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

(1) 單甘脂對牛油樣品的影響：固定炒制工藝，冷卻溫度-20 ℃，冷卻時(shí)間90 min，研究單甘脂添加量(0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%)對牛油樣品特性的影響。

(2) 冷卻溫度對牛油樣品的影響：為保證生產(chǎn)效率，試驗(yàn)將冷卻溫度控制在0 ℃以下。固定炒制工藝，單甘脂添加量0%，冷卻時(shí)間90 min，研究冷卻溫度(0，-10，-15，-20，-25 ℃)對牛油樣品特性的影響。

1.3.3 硬度測定 將牛油樣品分裝至方形模具中(樣品規(guī)格50 g，厚度3 cm)，冷卻80 min成型后，于25 ℃環(huán)境中放置48 h，根據(jù)劉佳敏等[8]的方法采用質(zhì)構(gòu)儀測定油層硬度。每組樣品平行測定3次。

1.3.4 色澤測定 牛油樣品預(yù)處理同1.3.3。用便攜式色差儀測定牛油樣品的L*值(亮度)、a*值(紅綠值)和b*值(黃藍(lán)值)

1.3.5 固體脂肪 參考夏瑩[9]和謝賀[10]的方法，用脈沖核磁共振儀(NMR)測定火鍋底料生產(chǎn)中牛油冷卻結(jié)晶過程中SFC的變化，將牛油樣品放入NMR專用玻璃管中，然后，快速轉(zhuǎn)移至0，-10，-15，-20，-25 ℃低溫恒溫槽中，記錄SFC的變化。每隔5 min測一次SFC，直至測得的SFC趨于平衡，認(rèn)為完全結(jié)晶。

1.3.6 等溫結(jié)晶動力學(xué)參數(shù)的計(jì)算 通過Avrami方程來揭示不同添加量單甘脂及不同冷卻溫度對牛油樣品等溫結(jié)晶成核及生長過程的影響。根據(jù)Liu等[11]的方法，通過擬合直線的斜率和截距求出n、K，回歸處理得到牛油樣品的等溫結(jié)晶動力學(xué)方程。Avrami方程如下：

1-X=exp(-Ktn)，

(1)

(2)

ln[-ln(1-X)]=nlnt+lnK，

(3)

式中：

K——結(jié)晶速率常數(shù)；

n——Avrami指數(shù)；

X——t時(shí)刻的相對結(jié)晶度；

SFC,t——t時(shí)刻的絕對結(jié)晶度；

SFC,∞——結(jié)晶過程的總結(jié)晶度。

1.3.7 統(tǒng)計(jì)分析 采用SPSS軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，Origin 8.0軟件進(jìn)行繪圖。各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)3次，所測數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單甘脂對牛油特性的影響

2.1.1 牛油硬度 由圖1可知，隨單甘脂添加量的增加，牛油樣品的硬度呈增大趨勢，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%，2.0%時(shí)，牛油樣品的硬度顯著增加(P<0.05)。研究[12]表明，油脂的硬度不僅與SFC有一定的關(guān)系，還與油脂晶型及微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。添加甘油酯之后牛油硬度變大，可能是甘油酯引起了牛油結(jié)晶形態(tài)的改變，誘導(dǎo)了更多較為穩(wěn)定的β型結(jié)晶的形成[13-14]。添加量為0.5%和1.0%時(shí)牛油硬度變化不顯著(P>0.05)，可能是單甘脂添加量較低，其在油脂中的分散程度小，對油脂成核或晶體生長造成的影響較小。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.1.2 等溫結(jié)晶曲線 由圖2可知，隨著單甘脂添加量的增加，牛油樣品在-20 ℃冷卻條件下的等溫結(jié)晶終點(diǎn)的時(shí)間逐漸降低，其中添加量為1.5%時(shí)的與2.0%時(shí)的差異不顯著(P>0.05)，其他添加量的差異顯著；添加單甘脂的牛油與未添加的牛油結(jié)晶平衡時(shí)的SFC差異不顯著(P>0.05)，說明添加一定量單甘脂能對牛油樣品的結(jié)晶速率及結(jié)晶時(shí)間有一定影響，而對油脂SFC影響不顯著(P>0.05)，可能是因?yàn)閱胃术タ勺鳛榻Y(jié)晶誘導(dǎo)劑，促進(jìn)了三酰甘油分子的聚集，能增加晶體數(shù)量和成核速率進(jìn)而促進(jìn)結(jié)晶過程，減少誘導(dǎo)過程的時(shí)間。此結(jié)果與Basso等[15]研究結(jié)果是相似，該研究發(fā)現(xiàn)單甘脂可以使棕櫚油的結(jié)晶誘導(dǎo)時(shí)間縮短至19 min。

圖2 單甘脂添加量牛油中SFC等溫結(jié)晶曲線的影響

2.1.3 牛油色澤 如圖3所示，單甘脂的添加對牛油樣品的色澤有一定的影響，當(dāng)添加量為1.5%和2.0%時(shí)，牛油樣品的亮度L值、a*值(紅綠值)顯著增加(P<0.05)，b*值(黃藍(lán)值)變化不顯著(P>0.05)。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.2 冷卻溫度對牛油特性的影響

2.2.1 牛油硬度 由圖4可知，牛油樣品在不同冷卻溫度下，硬度不同。隨冷卻溫度從0 ℃降低到-20 ℃，硬度增加，且差異性顯著(P<0.05)。0 ℃冷卻后的牛油樣品硬度最低(835.75 g)，-20 ℃冷卻后的牛油樣品硬度最高(13.34 N)，但-15 ℃與-20 ℃條件下，牛油樣品硬度差異不顯著(P>0.05)。當(dāng)冷卻溫度下降至-25 ℃時(shí)，硬度開始下降。這是因?yàn)橹窘Y(jié)晶一般經(jīng)歷了成核、晶核生成期，較低溫度下(≤0 ℃)，過冷度很低，脂肪迅速形成晶核，油脂迅速達(dá)到結(jié)晶終點(diǎn)[10]。此外，對于脂肪晶體網(wǎng)絡(luò)形成最為關(guān)鍵的是成核階段，即脂肪從液態(tài)油到形成晶核，直至形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在低速降溫條件下，晶體結(jié)構(gòu)偏向β'晶型的堆積；在較高速降溫條件下，油脂形成了β'和β共存的系統(tǒng)，β晶型比β'晶型穩(wěn)定[16-17]。但當(dāng)過冷度過大時(shí)，甘油三酯分子并入晶體表面速度較快，導(dǎo)致其簡單附著在晶體表面，最終形成的晶型不穩(wěn)定[18]。所以隨著冷卻溫度的降低，過冷度的增大，牛油樣品硬度增大，當(dāng)冷卻溫度為-25 ℃時(shí)，過冷度較大，油脂晶型不穩(wěn)定，牛油樣品的硬度降低。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.2.2 等溫結(jié)晶曲線 在過冷或過飽和狀態(tài)下，液態(tài)油脂才會形成晶核，晶核形成后，在范德華力的作用下甘油三酯逐漸形成晶體[19]。由圖5可知，隨著冷卻溫度的降低，牛油樣品等溫結(jié)晶的終點(diǎn)時(shí)間逐漸降低，SFC值增加；0 ℃冷卻溫度下，牛油樣品的結(jié)晶終點(diǎn)時(shí)間最長(80 min左右結(jié)晶才達(dá)到穩(wěn)定)，結(jié)晶終點(diǎn)的SFC值最低(為80.3%)；-25 ℃冷卻溫度下，牛油樣品的結(jié)晶終點(diǎn)時(shí)間最短(約為45 min)，結(jié)晶終點(diǎn)的SFC值最高(87%)。樣品冷卻溫度越低，過冷度越大，成核速率越快，結(jié)晶速率亦越快，因此，在相同結(jié)晶時(shí)間內(nèi)SFC值也就越大，越快達(dá)到結(jié)晶穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5 不同冷卻溫度下牛油火鍋底料中牛油SFC隨時(shí)間變化的等溫結(jié)晶曲線

2.2.3 牛油色澤 由圖6可知，不同冷卻溫度對牛油樣品的色澤也有一定的影響，隨溫度從0 ℃下降到-25 ℃，牛油樣品的亮度L值有增大的趨勢，-15～-25 ℃時(shí)差異不顯著(P>0.05)。這可能與牛油樣品晶體結(jié)構(gòu)有一定的關(guān)系，晶體緊密度不同，光線折射度則不同，導(dǎo)致牛油樣品的色澤有一定差異，這與上述研究單甘酯和冷卻溫度對牛油樣品硬度及結(jié)晶行所得的結(jié)論一致。

圖6 冷卻溫度對牛油色澤的影響

2.3 等溫結(jié)晶動力學(xué)參數(shù)

結(jié)晶速率常數(shù)K可以反映脂肪結(jié)晶的快慢，Avrami指數(shù)n值可代表成核和生長方式。Avrami指數(shù)n值越小，誘導(dǎo)結(jié)晶時(shí)間短，成核越快，晶體生長越快[11]。根據(jù)式(3)得到的擬合直線的斜率和截距可求出n、K，結(jié)果見表2。

從表1可以看出，當(dāng)牛油樣品在-20 ℃條件下冷卻，隨著單甘脂添加量的增加，Avrami指數(shù)n值逐漸減小，K值逐漸增大。添加量為2.0%時(shí)，K值最大，Avrami指數(shù)n值最小。說明單甘脂一定程度可促進(jìn)牛油樣品在低溫下的結(jié)晶，此結(jié)果與Basso等[15]研究結(jié)果一致。另外，對牛油樣品來說，隨著冷卻溫度的降低，Avrami指數(shù)n值逐漸減小，K值增大，-15 ℃與-20 ℃條件的K值差異不大。這是由于晶體的成核、結(jié)晶過程的驅(qū)動力取決于過冷度或過飽和狀態(tài)，過冷度越高，結(jié)晶越迅速。隨著溫度的降低，過冷度升高，結(jié)晶速率增加。可見，添加適量單甘脂或降低冷卻溫度，可能會影響牛油樣品結(jié)晶行為，加速結(jié)晶，縮短結(jié)晶時(shí)間。

表1 牛油樣品的等溫結(jié)晶動力學(xué)參數(shù)表

3 結(jié)論

添加乳化劑及降低冷卻溫度對牛油火鍋底料硬度及色澤有一定積極的影響。牛油火鍋底料中的牛油樣品在冷卻過程中，單甘酯可能會誘導(dǎo)更多穩(wěn)定性較好的β型結(jié)晶形成，從而提高牛油樣品的硬度，并改善其色澤。相比于未添加單甘酯的樣品，添加2.0%的樣品硬度提高了23.8%，且其亮度顯著改善(P<0.05)。同時(shí)，冷卻溫度降低，牛油樣品體系從液體能較快速形成晶核，甘油三酯分子迅速并入晶核表面，形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高牛油樣品硬度，縮短結(jié)晶時(shí)間。綜上，添加單甘脂及降低冷卻溫度在牛油火鍋底料中具有良好的應(yīng)用效果，并能改善牛油火鍋底料牛油樣品的硬度及色澤，縮短牛油火鍋底料冷卻時(shí)間。研究只針對單甘酯及冷卻溫度做單因素試驗(yàn)，并未涉及單甘酯及冷卻溫度協(xié)同作用對牛油火鍋底料特性的影響，且乳化劑具有不同類型，因此關(guān)于不同類型乳化劑及其與冷卻溫度協(xié)同對火鍋底料特性的影響還需進(jìn)一步研究。