油脂組成和結(jié)晶特性對(duì)奶油品質(zhì)和攪打性能的影響

蘇 奕，柴秀航，韓宛君，劉元法

（江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122）

稀奶油是烘焙行業(yè)和飲品行業(yè)重要的原料[1]，其攪打充氣后轉(zhuǎn)變?yōu)槌錃馊橐篬2]，所形成的水-油-氣三相體系不僅保證產(chǎn)品理想的結(jié)構(gòu)和流變特性，還賦予產(chǎn)品一定的細(xì)膩度，同時(shí)能夠促進(jìn)風(fēng)味的釋放[3]，給予產(chǎn)品良好的滋味。攪打后的奶油結(jié)構(gòu)由氣泡、部分聚集脂肪球和水相組成，三者共同決定著奶油產(chǎn)品的品質(zhì)。其中脂肪球的部分聚集是奶油充氣形成理想結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，它是指一個(gè)結(jié)晶脂肪球連接另一個(gè)結(jié)晶脂肪球形成脂肪球團(tuán)簇，保留著原有的脂肪球結(jié)構(gòu)，不完全合并，這個(gè)過(guò)程繼續(xù)下去形成的脂肪球液滴網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使體系具有類(lèi)固體性質(zhì)，并且影響著其余兩相的性質(zhì)[4]，進(jìn)而改變產(chǎn)品品質(zhì)。而在奶油體系中，油脂特性如油脂組成和結(jié)晶行為會(huì)顯著影響脂肪球部分聚集和產(chǎn)品品質(zhì)，例如Liu Ning等[5]發(fā)現(xiàn)增加甘油二酯的含量會(huì)導(dǎo)致奶油部分聚集率和打發(fā)率升高；Monié等[6]發(fā)現(xiàn)增加低分子極性脂質(zhì)會(huì)導(dǎo)致部分聚集率和打發(fā)后奶油硬度增加；Lee[7]和Kim[8-9]等發(fā)現(xiàn)油脂形成的晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)影響部分聚集和打發(fā)后奶油硬度。因此，有必要進(jìn)一步明確市售奶油中原料油脂組成和結(jié)晶特性與奶油品質(zhì)之間的關(guān)系，為稀奶油品質(zhì)的提升提供理論依據(jù)。

目前市面上有植物、動(dòng)植物和動(dòng)物奶油三大類(lèi)，其原料用油差異很大，但是鮮有對(duì)它們?cè)谟椭匦?、奶油質(zhì)量和攪打性能方面的對(duì)比分析。因此，本實(shí)驗(yàn)研究三大類(lèi)奶油的油脂組成以及結(jié)晶特性，表征各個(gè)奶油的乳液和打發(fā)奶油的產(chǎn)品品質(zhì)以及攪打性能，將宏觀(guān)表現(xiàn)與油脂特性相聯(lián)系，以期為稀奶油的生產(chǎn)及應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

10 款市售代表性稀奶油：動(dòng)植物奶油5 款，分別標(biāo)記為產(chǎn)品1～5；植物奶油4 款，分別標(biāo)記為產(chǎn)品6～9；動(dòng)物奶油1 款，標(biāo)記為產(chǎn)品10，實(shí)驗(yàn)前產(chǎn)品在4 ℃儲(chǔ)存24 h。

無(wú)水乙醚、石油醚（均為分析純）國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DSC3差示掃描量熱儀 瑞士Mettler Toledo公司；D2 Phaser X射線(xiàn)衍射（X-ray diffraction，XRD）儀德國(guó)布魯克AXS公司；MesoMR23-060V-I脈沖核磁共振（pulse-nuclear magnetic resonance，pNMR）成像分析儀上海紐邁電子科技有限公司；DM2700P偏光顯微鏡德國(guó)Leica公司；Zetasizer nano ZS納米粒度及Zeta電位儀英國(guó)馬爾文帕納科公司；DHR3流變儀 美國(guó)TA儀器公司；TA.XT Plus物性分析儀 英國(guó)SMS公司；打發(fā)器北京中興柏翠有限公司。

1.3 方法

1.3.1 油脂組分測(cè)定

按照GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測(cè)定》中的堿水解法測(cè)定稀奶油油脂含量。先將試樣用氨水水解：5 g奶油中加入40 mL水及10 mL氨水，混勻后用65 ℃水浴加熱15 min，不時(shí)取出振蕩。待冷卻后進(jìn)行油脂抽提：加入50 mL乙醇溶液，再加入125 mL無(wú)水乙醚，振蕩1 min，再加入125 mL石油醚，振蕩30 s，6000 r/min離心10 min，取上層進(jìn)行旋蒸。再重復(fù)2 次上述抽提步驟。稱(chēng)旋蒸后的油脂質(zhì)量，提出的油脂用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)分析。

1.3.1.1 脂肪酸組成

參照張妍[10]的方法，先對(duì)脂肪酸進(jìn)行甲酯化處理，然后加入2 mL色譜級(jí)正己烷并劇烈振蕩3～4 min，待其靜置分層后取上清液，加入無(wú)水Na2SO4吸取少量水分，過(guò)0.22 μm濾膜，參考GB 5009.168—2016《食品中脂肪酸的測(cè)定》中的色譜條件，采用氣相色譜儀分析脂肪酸組成。

1.3.1.2 甘油三酯組成

參照Shi Jiachen等[11]的方法，將油脂以質(zhì)量濃度0.1 mg/mL溶于異丙醇溶液中，使用高效液相色譜串聯(lián)飛行時(shí)間質(zhì)譜分析油脂的甘油三酯組成。液相條件：色譜柱采用Kinetex C18柱（100 mm×2.1 mm，2.6 μm）；流動(dòng)相A為乙腈-水（體積比6∶4，含10 mmol/L甲酸銨）；流動(dòng)相B為乙腈-異丙醇（體積比1∶9，含10 mmol/L甲酸銨）；洗脫條件：0 min，100% A、0% B；0.5 min，80% A、20% B；4 min，40% A、60% B；25 min，2% A、98% B；26 min，2% A、98% B；26.1 min，80% A、20% B；30 min，100% A、0% B；進(jìn)樣量1 μL；流速0.3 mL/min；進(jìn)樣溫度4 ℃；柱溫55 ℃。質(zhì)譜條件：采用信息依賴(lài)型獲取和所有理論碎片離子的連續(xù)窗口采集模式采集質(zhì)譜數(shù)據(jù)；質(zhì)荷比m/z100～1300；離子源氣體壓力60 psi；氣簾氣壓力35 psi；噴霧電壓5500 V；去簇電壓80 V；碰撞能量（45±20）V；脫溶劑溫度550 ℃。使用MS-DIAL軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

1.3.2 油脂結(jié)晶行為測(cè)定

1.3.2.1 熱力學(xué)性質(zhì)

用差示掃描量熱儀評(píng)估奶油中油脂的結(jié)晶和熔化程度。使用40 μL鋁坩堝，裝樣量5 mg左右，用空鋁坩堝作為對(duì)照，氮?dú)饬魉?0 mL/min。實(shí)驗(yàn)程序：坩堝80 ℃保持5 min，以5 ℃/min降溫至－10 ℃，得到油脂結(jié)晶曲線(xiàn)；在－10 ℃保持5 min，以5 ℃/min升溫至80 ℃，得到油脂熔化曲線(xiàn)。

1.3.2.2 油脂晶型

將樣品放置在常溫條件下結(jié)晶24 h，使樣品穩(wěn)定，用XRD測(cè)定油脂的晶型。取一定量的樣品填充在檢測(cè)片的圓孔內(nèi)，用載玻片壓平，除去多余樣品。陶瓷型X光管，Cu靶，以5°/min的掃描速率由12°掃描至30°，步長(zhǎng)設(shè)置為0.05°，進(jìn)行廣角XRD分析。

1.3.2.3 固體脂肪含量

使用pNMR測(cè)定油脂的固體脂肪含量。將2 mL油脂樣品倒入核磁管中，并在80 ℃水浴中放置30 min消除晶體記憶，然后放置在指定溫度水浴中（0、4、10、15、20、25、30、35、40 ℃）平衡后進(jìn)行測(cè)定：在0 ℃平衡90 min，其余溫度平衡30 min。

1.3.2.4 晶體形態(tài)和分形維數(shù)

利用偏振光顯微鏡可視化油脂晶體，將樣品加熱至80 ℃放置30 min，使晶體完全熔化擦除晶體記憶。將一滴液體脂肪放在預(yù)熱的載玻片上，并用預(yù)熱的蓋玻片覆蓋，在4 ℃儲(chǔ)存24 h，然后用配備的數(shù)碼相機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行成像。使用Image J軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理和分析。首先對(duì)圖像進(jìn)行閾值處理和反轉(zhuǎn)，然后使用盒計(jì)數(shù)方法獲得圖像的分形維數(shù)（Db）。

1.3.3 稀奶油乳液性質(zhì)測(cè)定

1.3.3.1 粒徑分布

利用粒徑測(cè)定分析儀確定乳液中脂肪球的粒徑分布，將樣品在4 ℃存放24 h后進(jìn)行測(cè)定，樣品用超純水按1∶1000質(zhì)量比稀釋。測(cè)定條件：分散劑折射率1.33，顆粒折射率1.46，顆粒吸收率0.001，每個(gè)測(cè)試樣品重復(fù)3 次，結(jié)果取平均值。

1.3.3.2 表觀(guān)黏度

選用40 mm平板在10 ℃測(cè)定乳液的表觀(guān)黏度，板測(cè)試間距為1 mm，剪切速率設(shè)置為0.01～100 s－1，測(cè)試前每個(gè)樣品平衡120 s。將得到的剪切應(yīng)力和剪切速率之間的流變曲線(xiàn)與Herschel-Bulkley模型進(jìn)行擬合[12]，如式（1）所示：

式中：τ為剪切應(yīng)力/Pa；τ0為屈服應(yīng)力/Pa；K為稠度系數(shù)/（Pa·sn）；為剪切速率/s－1；n為流動(dòng)指數(shù)。

1.3.3.3 部分聚集率

參考Petrut等[4]的方法，精確稱(chēng)取油紅O色素0.01 g于1000 g玉米油中，避光慢速攪拌12 h使色素完全溶解。準(zhǔn)確稱(chēng)取乳液12 g、油紅O溶液6 g，混合均勻，在8000×g條件下離心30 min并靜置約10 min，用吸管移取上層紅色油液在520 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，使用玉米油作為空白。脂肪部分聚集率按式（2）計(jì)算：

式中：φd為脂肪部分聚集率/%；m0為加入油紅O溶液的質(zhì)量/g；me為加入乳液的質(zhì)量/g；ω為乳液中脂肪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%；A1為離心前油紅O溶液的吸光度；A2為離心后油紅O溶液的吸光度。

1.3.4 稀奶油攪打性能測(cè)定

1.3.4.1 打發(fā)時(shí)間

將250 mL稀奶油置于1 L的攪拌缸內(nèi)，在打發(fā)速率180 r/min的條件下進(jìn)行攪打，記錄產(chǎn)品打發(fā)至光澤消失、軟尖峰出現(xiàn)和紋路清晰所用的時(shí)間，記為產(chǎn)品的打發(fā)時(shí)間。

1.3.4.2 打發(fā)率

分別取稀奶油和打發(fā)奶油，置于相同型號(hào)的塑料培養(yǎng)皿中，保證樣品體積一定，稱(chēng)質(zhì)量，按式（3）計(jì)算打發(fā)率：

式中：m0為稀奶油質(zhì)量/g；m1為打發(fā)奶油質(zhì)量/g。

1.3.5 打發(fā)后產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.3.5.1 硬度

參考邱美彬[13]的方法，采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定打發(fā)奶油硬度。將打發(fā)奶油置于模具中，選用P/36R探頭進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定參數(shù)設(shè)定：測(cè)前速率1.0 mm/s，測(cè)定速率1.0 mm/s，測(cè)后速率10 mm/s，下降距離15 mm，觸發(fā)力10 g。達(dá)到該距離的峰值力定義為樣品硬度，每個(gè)樣品至少平行測(cè)定3 次，取平均值作為樣品的最終硬度。

1.3.5.2 裱花性能

將打發(fā)奶油裝進(jìn)裱花袋，在常溫條件下每隔10 min進(jìn)行一次裱花，共計(jì)30 min，觀(guān)察奶油表面的光澤、紋路清晰程度和形態(tài)變化。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，SPSS 27軟件用于差異顯著性分析（P＜0.05）和相關(guān)性分析，采用Origin 2021軟件進(jìn)行圖像繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 油脂組分

2.1.1 油脂含量

脂肪對(duì)食品特性如質(zhì)地、口感、營(yíng)養(yǎng)和物理性質(zhì)影響較大，這些特性對(duì)消費(fèi)者的接受度起著關(guān)鍵作用。如圖1所示，市售不同種類(lèi)的奶油產(chǎn)品脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大，動(dòng)物奶油的脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，達(dá)到32.2%；其次是動(dòng)植物奶油，其平均值為18.8%；植物奶油脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，占整個(gè)奶油體系的13.6%。脂肪含量直接影響奶油乳液中脂肪液滴密度，進(jìn)而通過(guò)改變液滴之間碰撞頻率改善體系部分聚集程度[14]，最終會(huì)影響奶油品質(zhì)。

圖1 稀奶油的脂肪含量Fig.1 Fat mass fraction of whipped cream

2.1.2 脂肪酸和甘油三酯組成

脂肪酸和甘油三酯組成是決定油脂理化性質(zhì)的關(guān)鍵因素。表1顯示各個(gè)油脂樣品的脂肪酸組成，所有油脂的飽和脂肪酸含量高于不飽和脂肪酸。動(dòng)植物和植物油脂幾乎不含奇數(shù)碳脂肪酸，富含飽和脂肪酸，含量高達(dá)90%以上，其中月桂酸占主導(dǎo)，還含有較多的肉豆蔻酸、硬脂酸和棕櫚酸，其中產(chǎn)品3～5（動(dòng)植物油脂）的硬脂酸含量偏低?？傮w上動(dòng)植物油脂與植物油脂的脂肪酸組成比較相似，推測(cè)動(dòng)植物油脂中植物油脂所占比例較大；而產(chǎn)品10（動(dòng)物奶油）的脂肪酸組成較為復(fù)雜，脂肪酸碳鏈數(shù)為4～20，富含長(zhǎng)鏈飽和脂肪酸（long chain saturated fatty acids，LCSFA），以棕櫚酸為主；還含有較多的單不飽和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA），以油酸為代表。硬脂酸和棕櫚酸屬于高熔點(diǎn)脂肪酸，常溫條件下呈固態(tài)，而油酸、月桂酸和肉豆蔻酸的熔點(diǎn)較低，常溫條件下以液態(tài)形式存在，因此不同種類(lèi)油脂的脂肪酸組成差異會(huì)導(dǎo)致其具有不同的熱性質(zhì)。并且在結(jié)晶過(guò)程中，飽和脂肪酸含量越高的油脂結(jié)晶速率越快，獲得的晶型越穩(wěn)定，會(huì)形成更小的晶粒，使得空間分布更均勻有序，所以脂肪酸組成差異還會(huì)導(dǎo)致油脂晶體尺寸和晶型不同。一般認(rèn)為，具有較高含量油酸的油脂傾向于形成β型晶體[15]。

表1 稀奶油的油脂脂肪酸組成Table 1 Fatty acid compositions of whipped cream fat

如表2所示，動(dòng)植物和植物油脂的甘油三酯種類(lèi)較動(dòng)物油脂少，與脂肪酸種類(lèi)數(shù)量相對(duì)應(yīng)。甘油三酯組成的不同會(huì)使其以二倍鏈長(zhǎng)或三倍鏈長(zhǎng)進(jìn)行排列，導(dǎo)致晶體性質(zhì)不同。甘油三酯種類(lèi)多樣性影響脂肪的融化和結(jié)晶行為，有研究者根據(jù)飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的數(shù)量將甘油三酯劃分為4 個(gè)類(lèi)別，其中，SSS型甘油三酯的熔點(diǎn)最高，并且其所占的比例還會(huì)影響晶體尺寸[16]。從表2可以看出，植物油脂的SSS型甘油三酯含量最高，略微高于動(dòng)植物油脂，顯著高于動(dòng)物油脂，這種差異導(dǎo)致它們呈現(xiàn)不同的熱行為和晶體尺寸。

表2 稀奶油的油脂甘油三酯組成Table 2 Triglyceride compositions of whipped cream fat

2.2 油脂結(jié)晶性質(zhì)

2.2.1 結(jié)晶及熔化曲線(xiàn)

有研究報(bào)道油脂的結(jié)晶曲線(xiàn)僅受油的化學(xué)成分影響，SSS型甘油三酯的結(jié)晶溫度大約在5.12～27.64 ℃范圍[17]，而這3 類(lèi)奶油的SSS型甘油三酯占總甘油三酯的絕大部分，因此它們的主要結(jié)晶峰的峰值溫度都處于這個(gè)范圍內(nèi)（圖2）。結(jié)晶峰峰形尖銳，表明它們具有更快的成核周期和更短達(dá)到平衡晶體的時(shí)間，而產(chǎn)品10具有2 個(gè)結(jié)晶主峰，并且峰的分離度較低，表明形成高度混合晶體。植物油脂都為氫化棕櫚仁油，具有2 個(gè)結(jié)晶峰，對(duì)應(yīng)高熔點(diǎn)組分如硬脂酸和低熔點(diǎn)組分，這與文獻(xiàn)[18]結(jié)果一致，不同的結(jié)晶起始溫度可能受油脂中存在的高熔點(diǎn)微量成分如甘油單酯影響[19]，結(jié)晶主峰偏移溫度不同可能與氫化程度有關(guān)。產(chǎn)品2和3的結(jié)晶峰與植物油脂相似，表明動(dòng)植物混合油脂中的植物油脂類(lèi)型與植物油脂相似，而產(chǎn)品1、4和5的結(jié)晶峰與之不同可能是因?yàn)槭褂貌煌闹参镉椭斐伞?/p>

圖2 稀奶油油脂的結(jié)晶曲線(xiàn)Fig.2 Crystallization curves of whipped cream fat

從圖3可看出，產(chǎn)品1、2、4和5有一個(gè)吸熱主峰和一個(gè)小肩峰，而其他油脂有3 個(gè)吸熱峰。這是由于前4 種油脂主要由月桂酸和肉豆蔻酸組成，2 種脂肪酸碳鏈長(zhǎng)度相近，其組成分子熔融溫度接近；而其他油脂中主要含有月桂酸和一些高熔點(diǎn)微量成分，它們熱性質(zhì)差異較大，所以出現(xiàn)分離的吸熱峰并且熔化范圍較寬。熔化行為的差異可能與冷卻過(guò)程中結(jié)晶行為的差異有關(guān)，不同的熔化峰是脂質(zhì)分餾的標(biāo)志，即具有相似化學(xué)成分的脂質(zhì)一起結(jié)晶，在熔化過(guò)程中產(chǎn)生均勻的峰，低熔點(diǎn)和中熔點(diǎn)的晶體在加熱時(shí)首先熔化，高熔點(diǎn)的晶體在更高的溫度條件下熔化[20]。

圖3 稀奶油油脂的熔化曲線(xiàn)Fig.3 Melting curves of whipped cream fat

2.2.2 晶型

脂質(zhì)主要以α、β’和β這3 種晶型存在，它們具有不同的分子堆積密度，導(dǎo)致穩(wěn)定性不同：α＜β’＜β。晶型是時(shí)間和溫度的函數(shù)，可以從不太穩(wěn)定的形式轉(zhuǎn)變?yōu)楦€(wěn)定的形式。脂質(zhì)的晶型可以從XRD圖譜中的短間距確定：α晶型的特征短間距為4.15 ?；β’晶型的特征短間距為4.2 ?和3.8 ?，并且3.82、4.05、4.20 ?和4.41 ?也屬于β’晶型[20]；而β晶型表現(xiàn)出4.6 ?的特征短間距[21]。由圖4可知，所有的油脂都不具有α晶型，可能是因?yàn)闇y(cè)量常溫下的油脂晶型時(shí)，α晶型已經(jīng)轉(zhuǎn)化為其他兩種形式。大部分油脂都只具有β’晶型，產(chǎn)品10可能由于油酸含量較高而具有β晶型。

圖4 稀奶油油脂的XRD圖譜Fig.4 XRD spectra of whipped cream fat

2.2.3 固體脂肪含量

油脂的應(yīng)用受其固體脂肪含量的溫度依賴(lài)性影響。在打發(fā)溫度下的固體脂肪含量會(huì)影響部分聚集程度，其含量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致完全聚集，而含量過(guò)高則不會(huì)發(fā)生聚集，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在69%～95%范圍內(nèi)時(shí)，固體脂肪含量則不是影響部分聚集的主要因素[22]；并且固體脂肪含量還會(huì)影響脂肪球在氣-水界面的吸附[8]。從圖5可知，所有油脂的固體脂肪含量隨溫度升高而降低，大部分動(dòng)植物和植物油脂在10 ℃及以下的固體脂肪含量相近，對(duì)溫度變化不敏感；在10～35 ℃之間，固體脂肪含量急劇下降，表明脂肪快速熔化。產(chǎn)品3的固體脂肪含量偏低可能是因?yàn)槠渲械膭?dòng)物油脂含量較多或者混合油脂的相容性不佳[23]。動(dòng)物油脂的固體脂肪含量一直處于比較低的狀態(tài)，這是由于其飽和脂肪酸含量較低，導(dǎo)致結(jié)晶能力較弱；同時(shí)動(dòng)物油脂固體脂肪含量曲線(xiàn)變化趨勢(shì)較溫和，這可能與其中甘油三酯的多樣性以及具有較多熔點(diǎn)較高的棕櫚酸有關(guān)。

圖5 稀奶油油脂固體脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度變化曲線(xiàn)Fig.5 Changes in solid fat mass fraction of whipped cream fat with temperatures

2.2.4 晶體形態(tài)和分形維數(shù)

晶體形態(tài)對(duì)脂肪基產(chǎn)品的功能特性很重要，一般來(lái)說(shuō)，大而粗的脂肪晶體在口腔中表現(xiàn)出沙質(zhì)質(zhì)地，較小而均勻的顆粒呈光滑和奶油狀。從圖6可看出，動(dòng)植物油脂的晶體尺寸普遍大于植物油脂和動(dòng)物油脂，原因是動(dòng)植物油脂當(dāng)中混有動(dòng)物油脂，即使動(dòng)物油脂含量低，也會(huì)導(dǎo)致油脂的脂肪酸組成較為復(fù)雜，因此動(dòng)植物油脂組分間熔點(diǎn)差異較大，其中高熔點(diǎn)組分率先結(jié)晶，同時(shí)晶體周?chē)嬖诤枯^高的液態(tài)油，使得晶體發(fā)生遷移，聚集形成更大的晶體。研究表明，油脂的晶體尺寸對(duì)部分聚集的影響有限，在研究液滴部分聚集方面，應(yīng)特別關(guān)注整個(gè)脂肪晶體網(wǎng)絡(luò)[9]。

圖6 稀奶油油脂的偏振光顯微圖Fig.6 Polarized light microscopic images of whipped cream fat

晶體的空間分布通過(guò)Db進(jìn)行量化，高Db對(duì)應(yīng)更均勻的晶體生長(zhǎng)，表明具有更有序的晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[24]。圖6顯示產(chǎn)品1、2、4和5的Db大于其他油脂，表明它們的晶體網(wǎng)絡(luò)堆積密集，會(huì)導(dǎo)致高的脂肪部分聚集敏感度；而其余油脂的晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空隙大，晶體連接較少，堆積疏松，使得脂肪發(fā)生部分聚集的敏感度較低。原因可能是產(chǎn)品1、2、4和5的結(jié)晶峰范圍較窄，加速了晶核的形成，于是形成的晶體密集；而其余油脂的結(jié)晶范圍寬，高熔點(diǎn)分子先結(jié)晶，隨后低熔點(diǎn)分子與之共結(jié)晶，導(dǎo)致晶體分散。產(chǎn)品10的Db最低，形成的晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最弱，是因?yàn)槠涔腆w脂肪含量最低。

2.3 稀奶油乳液性質(zhì)

2.3.1 粒徑分布

液滴粒徑分布與乳液的黏度明顯相關(guān)，粒徑小并且分布狹窄的乳液黏度較低；而粒徑大并且分布范圍較寬的乳液往往因?yàn)槿橐褐写嬖诖罅烤奂w而導(dǎo)致黏度較高[25]。從圖7A、B可以看出，動(dòng)植物奶油的粒徑分布范圍普遍比植物奶油寬，并且大粒徑脂肪球的比例較高，表明動(dòng)植物奶油乳液的穩(wěn)定性較植物奶油差，動(dòng)植物奶油的平均粒徑大于植物奶油，與它們黏度的大小相對(duì)應(yīng)。而動(dòng)物奶油的初始粒徑偏大，使得動(dòng)物奶油的脂肪球數(shù)量偏少，導(dǎo)致黏度最低。

圖7 稀奶油乳液粒徑分布（A）、平均粒徑（B）和部分聚集率（C）Fig.7 Particle size distribution (A),average particle size (B) and partial aggregation(C) of whipped cream emulsion

脂肪球的部分聚集是乳液的一種失穩(wěn)現(xiàn)象，部分聚集率大表明乳液不穩(wěn)定，難以抵抗在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中機(jī)械破壞和溫度波動(dòng)，從圖7C可以看出，動(dòng)植物奶油的部分聚集率高于其他兩類(lèi)奶油，表明動(dòng)植物奶油乳液液滴比植物奶油對(duì)剪切誘導(dǎo)的部分聚集更敏感，這與油脂結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)的分析結(jié)果一致，并且結(jié)果與液滴粒徑分布和黏度相對(duì)應(yīng)。部分聚集率的差異主要有兩個(gè)原因：一是由于動(dòng)植物油脂形成的晶體網(wǎng)絡(luò)較密集；二是動(dòng)植物奶油需要冷凍儲(chǔ)藏，在解凍過(guò)程中由于存在更多的脂肪晶體而導(dǎo)致高的脂肪部分聚集率。而動(dòng)物奶油可能由于脂肪球數(shù)量較少，導(dǎo)致脂肪球之間的碰撞頻率較低，表現(xiàn)出較低的脂肪部分聚集率。

2.3.2 表觀(guān)黏度

乳液系統(tǒng)的黏度與液滴尺寸和可溶性固體含量有關(guān)。由圖8可知，動(dòng)植物奶油的表觀(guān)黏度大于植物和動(dòng)物奶油，與乳液的粒徑分布結(jié)果相對(duì)應(yīng)。表觀(guān)黏度均隨剪切速率的增大而降低，奶油乳液都呈現(xiàn)剪切稀化的性質(zhì)。τ0是表征體系穩(wěn)定性的良好指標(biāo)，反映乳液的乳化能力或抵抗相分離的能力，可抵消作用在乳液液滴上的重力，使乳液在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)保持物理穩(wěn)定，非常低的屈服應(yīng)力表明可能有相分離的趨勢(shì)[26]。如表3所示，動(dòng)物奶油的τ0最低，動(dòng)植物和植物奶油τ0較高，因此動(dòng)植物和植物奶油較動(dòng)物奶油穩(wěn)定。τ0與表觀(guān)黏度、K呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)；n為流動(dòng)指數(shù)，所有樣品n＜1，證明都是假塑性流體；產(chǎn)品3和產(chǎn)品4的R2較小，證明其擬合程度略差。

表3 攪打稀奶油乳液Herschel-Bulkley模型參數(shù)Table 3 Parameters of Herschel-Bulkley model for whipped cream emulsion

圖8 攪打稀奶油乳液表觀(guān)黏度Fig.8 Apparent viscosity of whipped cream emulsion

2.4 稀奶油攪打性能

打發(fā)時(shí)間與脂肪球的聚集速度有關(guān)，部分聚集速度較慢的樣品需要更長(zhǎng)的攪打時(shí)間以形成充氣結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的最終產(chǎn)物[27]，表4結(jié)果顯示動(dòng)物奶油所需的打發(fā)時(shí)間最長(zhǎng)，而大部分動(dòng)植物和植物奶油的打發(fā)時(shí)間無(wú)顯著差異，產(chǎn)品4和5的乳液部分聚集率偏高，因此所需的總打發(fā)時(shí)間偏短。打發(fā)率是衡量奶油打發(fā)引入空氣量的指標(biāo)，反映包裹氣泡的能力，不僅取決于水相的蛋白質(zhì)濃度，還取決于脂肪部分聚結(jié)的速度和程度[28]，從表4可知，動(dòng)物奶油的打發(fā)率最低，而植物奶油的打發(fā)率普遍高于動(dòng)植物奶油。綜合來(lái)看，動(dòng)物奶油的攪打性能最差。

表4 稀奶油的攪打性能Table 4 Whipping performance of whipped cream

2.5 打發(fā)奶油質(zhì)量

2.5.1 硬度

有研究發(fā)現(xiàn)，加入氣泡的體系硬度會(huì)增加，可能原因是氣泡在體系中充當(dāng)活性填料顆粒，它們的緊密填充和連接會(huì)導(dǎo)致體系強(qiáng)度增強(qiáng)，但是當(dāng)打發(fā)率很高時(shí)，硬度會(huì)降低，因?yàn)榭蓧嚎s分散相的較大體積導(dǎo)致對(duì)施加力的阻力較小，所以氣泡影響著體系的硬度[29]。此外，Muse等[30]研究證明黏度增強(qiáng)可以增加體系的滲透阻力，從而獲得更高的硬度。圖9顯示動(dòng)植物奶油的硬度普遍高于植物和動(dòng)物奶油，原因可能是動(dòng)植物奶油的打發(fā)率適中并且乳液黏度較大，其中，產(chǎn)品2和產(chǎn)品5黏度大并且打發(fā)率低，因此這兩個(gè)產(chǎn)品具有最大的硬度。而植物奶油的打發(fā)率高，動(dòng)物奶油的黏度低，這些因素都會(huì)導(dǎo)致奶油的硬度偏低。

圖9 打發(fā)奶油的硬度Fig.9 Hardness of whipped cream

2.5.2 裱花性能

裱花是用來(lái)直觀(guān)評(píng)估打發(fā)奶油保形能力的一種方式，保形能力越好的樣品，其會(huì)形成硬挺的尖峰，邊緣鋒利[31]。如圖10所示，植物奶油在30 min依然保持鋒利的邊緣并且組織結(jié)構(gòu)細(xì)膩，而動(dòng)植物和動(dòng)物奶油在30 min時(shí)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)變得粗糙，動(dòng)物奶油尤其明顯，說(shuō)明植物奶油的保形能力最好。在所有樣品中都沒(méi)有觀(guān)察到明顯的乳清泄漏現(xiàn)象，表明它們的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都具有良好的滯留水相的能力。

圖10 打發(fā)奶油實(shí)物照片F(xiàn)ig.10 Photographs of whipped cream

2.6 產(chǎn)品品質(zhì)與脂肪酸組成的相關(guān)性分析

從圖11可知，表征奶油乳液品質(zhì)的指標(biāo)比如平均粒徑和部分聚集率與脂肪含量和脂肪酸組成幾乎都有顯著相關(guān)關(guān)系；打發(fā)時(shí)間與脂肪含量呈顯著正相關(guān)，與LCSFA含量呈極顯著正相關(guān)，與MCSFA含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；而打發(fā)率與脂肪含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與脂肪酸組成沒(méi)有顯著相關(guān)性；硬度與脂肪含量和脂肪酸組成沒(méi)有顯著相關(guān)性，與打發(fā)時(shí)間呈顯著負(fù)相關(guān)。因此，可以通過(guò)調(diào)控體系脂肪含量和脂肪酸組成改善稀奶油乳液品質(zhì)和攪打性能。

圖11 產(chǎn)品品質(zhì)與油基脂肪酸特征之間的相關(guān)性分析Fig.11 Correlation analysis between fatty acid characteristics and product quality

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)探究了三大類(lèi)不同奶油中原料油脂的化學(xué)組成和結(jié)晶特性，并闡釋了結(jié)晶特性對(duì)稀奶油乳液和打發(fā)奶油品質(zhì)的影響。動(dòng)植物混合油脂形成的晶體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較植物油脂密集，使得油滴對(duì)剪切誘導(dǎo)的部分聚集敏感度高，造成動(dòng)植物奶油乳液具有高的部分聚集率和黏度，最終導(dǎo)致低打發(fā)率和高硬度，并且動(dòng)植物奶油的保形能力與植物奶油相比較差；而動(dòng)物油脂的固體脂肪含量較低，使得動(dòng)物奶油乳液部分聚集率和黏度低，從而包裹空氣的能力減弱，導(dǎo)致動(dòng)物奶油的打發(fā)率和硬度最低，并且保形能力最差。