β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物對油脂特性的影響

肖紫芬 傅 紅 王毅毅 張 虹 胡 鵬 葉秀云，3

（福州大學生物科學與工程學院1，福州 350108）（豐益（上海）生物技術研發中心有限公司2，上海 200137）（福州大學酶工程研究所3，福州 350108）

β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物對油脂特性的影響

肖紫芬1傅 紅1王毅毅1張 虹2胡 鵬2葉秀云1，3

（福州大學生物科學與工程學院1，福州 350108）（豐益（上海）生物技術研發中心有限公司2，上海 200137）（福州大學酶工程研究所3，福州 350108）

采用質構儀、X－射線衍射儀（XRD）、差示掃描量熱儀（DSC）及原子力顯微鏡（AFM）分別研究了β－谷甾醇和γ－谷維素鍵合物對液態油脂的硬度、油脂晶型、融化性質和表面形貌的影響。結果表明，當油脂中飽和脂肪質量分數為30%～50%時，β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物提供的硬度相當于2.2～2.8倍三硬脂酸甘油酯所提供的硬度；棕櫚油含有8%的鍵合物時，出現了少量β晶型；25 d儲存期內，β′晶型向β晶型的日平均轉變速率增加了0.11%；DSC結果表明，添加鍵合物后，油相Tpeak升高7.37℃，Tend不變，ΔH降低了4.12 J/g；原子力顯微鏡圖片顯示棕櫚油的晶體形態變得更加均勻細小，網絡結構得以增強。

β－谷甾醇 γ－谷維素 硬度 晶型 融化性質

傳統的油脂液晶網絡結構由具有高熔點、高固體脂肪指數的飽和脂肪和反式脂肪構成，它們可將液體油束縛在晶格中［1］。近30年研究表明：膳食中大量攝入飽和脂肪和反式脂肪有增加冠心病、炎癥和癌癥患病率的風險［2－5］。目前，油脂中添加某些有機凝膠劑以代替固體脂肪成為食用油脂界的研究熱點［6］。

β－谷甾醇和γ－谷維素不僅具有降低膽血清中低密度固醇含量的特性［7－9］，還能夠在油相中自組裝成纖維狀網絡結構［10］。對于有機凝膠劑β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物構建油脂網絡結構的研究，目前主要集中于顯微結構［11］、力學性能和凝膠機理［12－13］上。但文獻中尚未有具體數據表明β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物對于不飽和液態油脂，在提供同等硬度的條件下可相應替代飽和脂肪的數量，以及在油脂特性如晶型轉變、融化性質和表面形貌等方面的影響。本試驗就以上內容做了具體的研究，以了解β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物在食用油脂實際應用中的相關特性。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

β－谷甾醇：西安開來生物工程有限公司，純度95%；γ－谷維素：隨州佳科醫藥化工有限公司，純度99%；大豆油、棕櫚油：嘉里特種油脂（上海）有限公司；三硬脂酸甘油酯：天津市光復精細化工研究所，分析純；三油酸甘油酯：阿拉丁試劑有限公司，化學純；甾醇鍵合物為實驗室制備，其配比為β－谷甾醇∶γ－谷維素 ＝2∶3［10］。

1.2 儀器與設備

TA－XT2質構儀：英國 Stable Micro System公司；HJ－4A多頭加熱磁力攪拌器：國華儀器有限公司；UltimaⅢx－射線衍射：日本理學；TA Q2000差示掃描量熱儀：美國TA儀器公司；5500原子力顯微鏡：美國Agilent公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 硬度測定

以三油酸甘油酯為油脂基料，分別添加不同質量分數的β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物、三硬脂酸甘油酯于此基料中，采用質構儀TPA2模式，以直徑為5 mm的探頭（P/5）測樣品凝固后的硬度值［10］。

1.3.2 晶型分析

以棕櫚油為油脂基料，將樣品適量平鋪于樣品板中，用X－射線衍射測定樣品的晶型［14］。條件設定如下：Cu靶管射線源，管壓40 kV，管流40 mA，掃描角度 2θ為14°～30°，掃描步長 0.02°，步時 1.6 s，掃描速度1.2（°）/min。

1.3.3 融化性質分析

以棕櫚油和大豆油為油脂基料，采用DSC測定樣品融化性質［15］。稱取9～10 mg樣品，放入專用鋁盒內，壓緊密封，進行檢測。以30℃/min的速率將樣品從室溫快速加熱至60℃，保持10 min以消除歷史結晶，隨后以10℃/min的速率降溫至－30℃，并在該溫度下保持30 min使其充分結晶，最后以5℃/min的速率升溫至60℃，繪制融化過程中的DSC熱變化曲線。

1.3.4 表面形貌分析

采用原子力顯微鏡（AFM）對油脂樣品的表面形貌進行掃描［16］。采用輕敲模式，掃描范圍30μm×30 μm，觀察室環境溫度≤20℃。選擇具有代表性的區域拍照3次，取其中較清晰的圖片進行比較。

2 結果與討論

2.1 β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物替代三硬脂酸甘油酯提供硬度的研究

傳統固態脂肪多以動物脂肪為主，飽和度在70%左右。本研究為降低食用油脂的飽和度，以飽和度為30%～50%的油脂基料觀察β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物替代三硬脂酸甘油酯所提供的硬度。結果如圖1所示。

圖1 油脂硬度與甾醇鍵合物和三硬脂酸甘油酯添加量的關系

由圖1可知，在同等硬度區間，飽和脂肪三硬脂酸甘油酯添加量與油脂硬度Y的關系為234.77X1＋3 296.4（R2＝0.993），而油脂硬度隨甾醇鍵合物添加量的增加呈線性增加趨勢，其關系為：Y＝280.03X2－2 209（R2＝0.995 9）。由以上結果可以推出，甾醇鍵合物的添加量X2與三硬脂酸甘油酯的添加量X1關系如下：

此公式準確性的驗證分析如表1所示。結果顯示其相對誤差范圍在1.8%～5.7%，處于可接受水平。以上結果表明，當油脂的飽和脂肪含量為30%～50%時，甾醇鍵合物提供的硬度相當于三硬脂酸甘油酯的2.2～2.8倍。

表1 甾醇鍵合物替代三硬脂酸甘油酯對油脂硬度的驗證分析

2.2 β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物對棕櫚油晶型的影響

以未添加鍵合物的棕櫚油作為空白對照，研究β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物對棕櫚油晶型的影響。甾醇鍵合物的添加量為8%時，棕櫚油晶型變化特征如圖2所示。由X衍射圖譜可知，當棕櫚油中添加甾醇鍵合物后，與棕櫚油空白樣及分別添加β－谷甾醇、γ－谷維素的樣品相比，在0.461 nm處出現新的衍射峰。文獻表明，0.460 nm附近的衍射峰代表β晶型，0.380 nm和0.420 nm附近的強衍射峰代表 β′晶型［14］；0.435 nm附近衍射峰為類β′晶型的特征峰［17］。因此，可以認為在甾醇鍵合物的影響下，棕櫚油中穩定的β′晶型開始向β晶型轉變。

圖2 β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物對棕櫚油晶型的影響

表2為10℃儲存條件下，β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物對棕櫚油晶型轉變的影響。由結果可見，甾醇鍵合物在儲存期內對油脂樣品晶型有顯著影響。添加甾醇鍵合物后，隨儲存時間的延長，油脂中β′晶型所占比例逐漸降低。在儲存的第3天，棕櫚油中有14.8%的β′晶型轉變為β晶型；第25天時，有39.9%的β′晶型轉變為β晶型；相比空白棕櫚油分別提高14.8%和17.2%。添加鍵合物的棕櫚油中β′晶型向β晶型轉變的日平均速率為1.14%/d，相對于空白樣（日平均轉化速率為1.03%/d），增加了0.11%/d。表明甾醇鍵合物可導致少量β晶型的形成，亦導致油脂晶型的轉變速率略有增加。

表2 10℃儲存條件下β－谷甾醇和γ－谷維素鍵合物對棕櫚油晶型的影響

2.3 β－谷甾醇和γ－谷維素鍵合物對油脂融化性質的影響

當β－谷甾醇和γ－谷維素鍵合物在植物油脂中的添加量為8%時，甾醇鍵合物對油脂融化性質的影響如表3所示。結果顯示植物油脂在融化過程都出現了2個吸熱峰T1和T2。T1峰是由于油脂中低熔點的甘三酯融化所致，處在吸熱峰T1時，2種樣品融化性質非常接近；處在吸熱峰T2時，含鍵合物的植物油脂融化性質相對空白樣有明顯變化。

處在吸熱峰T2時，含鍵合物的植物油脂Tonset為14.48℃，Tpeak為29.72℃；相比不含鍵合物的植物油脂（Tonset＝12.64℃，Tpeak＝22.35℃）分別升高了1.84℃和7.37℃。Chong等［18］在研究棕櫚油時，認為峰溫在20～28℃之間的吸熱峰對應的晶體為β′晶體，峰溫大于等于28℃的吸熱峰值對應的是β′晶型；Miguel等［19］在研究葵花籽硬脂基糖果油脂時，也認為吸熱峰溫為27.5℃時對應的晶體為β′晶體，當油脂基料為棕櫚油和大豆油時，β晶體對應的吸熱峰值應更低。本研究中含有鍵合物的油脂Tonset、Tpeak溫度升高，既可能是由于鍵合物使棕櫚油中β晶型比例增加，也可能是由于β－谷甾醇和γ－谷維素熔點均較高所致（分別為134℃和163℃）。另外，含有鍵合物的油脂Tend與植物油脂相似，均在34℃左右，表明添加鍵合物對油脂的Tend影響較小，暗示其作為專用油脂基料時，在口腔溫度下可迅速融化，不會出現粘口感和砂粒感。而且對其融化晗ΔH的比較顯示，含有鍵合物的油脂ΔH為5.990 J/g，和對照樣相比降低了4.12 J/g，表明其晶體融化所需的熱量更少，更易融化。

表3 β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物對油脂融化性質的影響

2.4 β－谷甾醇和γ－谷維素的鍵合物對油脂樣品表面形貌的影響

采用AFM對棕櫚油和添加8%的β－谷甾醇與γ－谷維素鍵合物的棕櫚油表面形貌進行了掃描，結果如圖3所示。

圖3 添加鍵合物油脂樣品的AFM圖像

原子力顯微鏡圖片如圖3所示，圖中白色部分為結晶，黑色部分為液體油成分。如圖3a所示，棕櫚油結晶形態呈均勻分散、大小一致的針狀，這些針狀晶體堆積構成網絡結構，將液體油包裹在此結晶網絡中；添加鍵合物后，如圖3b所示，相比對照樣其晶體尺寸更為細小，相對數目增加，而且油相中明顯有β－谷甾醇與γ－谷維素鍵合物所形成的簇狀結晶。以上結果表明甾醇鍵合物可以將液體油更加牢固的束縛在網絡結構中，這也可能是導致油脂硬度增加的原因［20］。

3 結論

β－谷甾醇與γ－谷維素的鍵合物作為質構劑添加至飽和脂肪質量分數為30%～50%液態油脂中時，甾醇鍵合物所提供的硬度相當于2.2～2.8倍三硬脂酸甘油酯所提供的硬度；添加質量分數為8%的甾醇鍵合物于棕櫚油中，有少量β晶型出現，并在儲存期間，β′晶型向β晶型的日平均轉變速率增加了0.11%；由于β－谷甾醇和γ－谷維素的高熔點，及其在油脂中形成少量β晶型和網絡結構的特性，使得油脂融化吸熱峰溫比未添加此鍵合物高7.37℃，但融化結束溫度不變，融化所需的熱量更少；AFM圖像顯示添加鍵合物后，油相中棕櫚油的晶體尺寸更為細小，相對數目增加，且由β－谷甾醇與γ－谷維素鍵合物所形成的簇狀結晶出現，增強了油相網絡結構。

志謝：本研究得到了豐益（上海）生物技術研發中心有限公司的資助，特此感謝！

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Effect of Bonding Mixture ofβ－sitosterol and γ－oryzanol on the Properties of Oil

Xiao Zifen1Fu Hong1Wang Yiyi1Zhang Hong2Hu Peng2Ye Xiuyun1，3
（College of Biological Science and Engineering，Fuzhou University1，Fuzhou 350108）（Wilmar（Shanghai）Biotechnology Research and Development Center Co.，Ltd.2，Shanghai 200137）（Enzyme Engineering Research Institute，Fuzhou University3，Fuzhou 350108）

The effect of bonding mixture ofβ－sitosterol andγ－oryzanol on the hardness，polymorphism，melting properties and surface topography of lipid oilwere determined by texture analyzer，X－ray diffraction，differential scanning calorimetry（DSC）and atomic forcemicroscopy（AFM），respectively.The data showed that the hardness provided by bondingmixture ofβ－sitosterol andγ－oryzanolwas equal to 2.2 to 2.8 times than thatof tristearin when the saturate fat contentwas 30%to 50%.The addition of8%bondingmixture in palm oil resulted in a few ofβform crystal appearing，and the daily average transition rate fromβ'toβform increased 0.11%during 25 days storage.The oil phraseTpeakincreased 7.37℃，ΔHdecerased 4.12 J/g while no obvious changes ofTendwere observed in DSC results.AFM images revealed that the crystal behavior of palm oil becamemore fine and well－distributed，and the network structure has been enhanced.

β－sitosterol，γ－oryzanol，hardness，polymorphism，melting properties

TS221

A

1003－0174（2015）08－0064－05

國家自然科學基金（31271882/C200201），福建省自然科學基金（2013J01131）

2014－03－10

肖紫芬，女，1989年出生，碩士，食品脂質開發與應用

傅紅，女，1970年出生，教授，食品脂質開發與應用