小燭樹蠟油脂凝膠的性質及作用機理研究

汪 鴻 孫立斌 張 亮 王俊國 黃昭先

(吉林工商學院糧食學院1，長春 130507)(東北農業大學食品學院2，哈爾濱 150030)

起酥油是一種食用脂肪，傳統上用于制作糕點，蛋糕和餅干等烘焙產品。由于起酥油可防止混合過程中面筋的凝聚，因此它在最終產品的質地和口感中起著至關重要的作用[1]。此外，起酥油還賦予了其他功能特性，例如通氣和穩定性，對產品的結構和幾何形狀有很大的貢獻。通常，傳統的起酥油含有大量的飽和脂肪酸和反式脂肪酸[2，3]。然而，考慮到這些成分對人體健康的負面影響，包括高水平的低密度脂蛋白會導致膽固醇升高或動脈粥樣硬化，這些成分已成為不受歡迎的食品成分[4]。因此，學者們正在努力研發能夠滿足生產需要的起酥油替代品。在各種探索的替代反式酸及飽和脂肪酸的方法中，油脂凝膠已被提出為一種可行的方法[5]。

油脂凝膠旨在通過膠凝劑來結構化食用油進行使用，通過這種有機凝膠化作用，有機液體可被截留在熱可逆的凝膠網絡中，從而產生具有固體性質的油脂凝膠。由于這些油分子在不改變其化學組成的情況下具有特定的稠度和硬度，因此它們在食品，化妝品和制藥行業中具有巨大的潛在應用前景[6]。具體來說是凝膠劑分子的使用賦予了這種多樣性食品的功能，如限制油的遷移，飽和脂肪酸和反式脂肪酸的替代，以及乳液的穩定性食品功能[7，8]。然而，在與食品相關的應用方面，油凝膠仍未得到充分利用。之前只有少數研究將乙基纖維素和米糠蠟油脂凝膠分別用于肉制品[9，10]和冰淇淋[11]。因此，需要將油脂凝膠的用途擴展到更廣泛的食品中。

本研究中使用的小燭樹蠟是經美國食品及藥物管理局(FDA)批準的一種食品添加劑，主要用作口香糖上光劑和粘合劑。它還被用于生產唇膏和護膚品以及在不同的食品體系中作為棕櫚蠟和蜂蠟的替代品[12]。小燭樹蠟的主要成分為50%～51%烴類、28%～29%的蠟酯、12%～14%的醇類和甾醇類、7%～9%的游離酸以及約為0.7%無機殘留物[13]。Toro-Vazquez[14]等曾經用小燭樹蠟(0.5%～6%)和紅花油(0.5%～4%)制備油脂凝膠，在他們的研究中，將研究重點放在了油脂凝膠的流變學和熱學性質上，而不是它們在食品系統中的加工性能上。在本研究中，試驗選用小燭樹蠟作為凝膠分子，低芥酸菜籽油為基料油，研究通過添加小燭樹蠟使其形成凝膠的特性。研究小燭樹蠟對低芥酸菜籽油所形成油脂凝膠的相變、持油性、SFC、凝膠晶型及硬度的影響，為研究開發起酥油的替代品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

低芥酸菜籽油，食品級小燭樹蠟(純度99.5%)，其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

JY10002型號電子分析天平，5430臺式多功能高速離心機，DF-集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，TE.XT-Plus型質構分析儀，MQC-23脈沖核磁共振儀，X-射線衍射儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 油脂凝膠樣品制備

稱取一定質量的低芥酸菜籽油，按照一定的質量分數添加小燭樹蠟，將樣品置于160 ℃恒溫磁力攪拌油浴鍋中600 r/min加熱攪拌10 min，使小燭樹蠟在油樣中完全溶解，從水浴鍋中取出油樣，密封后放入5 ℃冰箱中進行冷卻24 h形成凝膠。

1.3.2 油脂凝膠相變測定

向低芥酸菜籽油中添加質量分數為1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%的小燭樹蠟，參照1.3.1的方法制備油脂凝膠，按照翻轉法[15]進行臨界成膠濃度測定。

1.3.3 油脂凝膠OBC測定

稱量空的離心管，將10 mL小燭樹蠟質量分數分別為4%、6%、8%、10%、12%融化的油脂凝膠分別置于空的離心管中并在5 ℃下保持24 h，然后再次稱重，在室溫下進行10 000 r/min離心15 min，離心結束后將離心管倒置10 min，將液態油排出后再次稱重，計算油脂凝膠的持油性，每個樣品重復3次測定后取平均值。持油性的計算公式見式(1)[16]。

持油性=(1-(c-a)/(b-a))×100%

(1)

式中：a為空離心管質量/g；b為油脂凝膠加入離心管中的總質量/g；c為離心后排出液態油的離心管質量/g

1.3.4 油脂凝膠SFC測定

向核磁管中添加一定量油脂凝膠樣品，使樣品高為(4±1) cm，在160 ℃保持30 min，以消除結晶記憶，隨后將核磁管置于0 ℃下保持90 min后測其SFC，然后再從70 ℃至130 ℃以5 ℃的間隔在水浴中各保留30 min，測得各個溫度下的SFC。

1.3.5 油脂凝膠XRD測定

晶型分析用X-射線衍射法，取適量樣品平鋪于檢測片上的圓孔內，于室溫20 ℃下測定，測定條件為：銅靶，工作電壓為30 kV，電流250 mA，及反發射狹縫為1.0 mm，接受狹縫0.1 mm，掃描范圍2θ從10°～40°，掃描速率4(°)/min，然后用Jade 5.0軟件進行數據分析。

1.3.6 油脂凝膠硬度測定

取適量樣品于50 mL小燒杯中，保持體系的均勻性及測試表面的平整度，然后使用質構儀對油脂凝膠進行硬度測定。質構儀設定參數：探頭為p5，測前速度2 mm/s，測中速度1 mm/s，測后速度2 mm/s，探頭感受到5.0 g力后下壓8.00 mm。每個樣品重復3次測定后取平均值。

1.4 數據統計分析

本試驗所涉及的單因素實驗測量3次，所得數據用SPSS 22.0 軟件進行平均值及標準差分析，比較數據的顯著性，不同的字母表示差異顯著(P<0.05)，并用 Origin8.6進行基礎數據處理并繪制圖形。

2 結果與分析

2.1 小燭樹蠟含量對對油脂凝膠相變分析

低芥酸菜籽油小燭樹蠟油脂凝膠的相變變化示意圖，由表觀形態變化分析得到以下3個相，分別為凝膠態、黏稠液態和液態，如圖1所示。

圖1 小燭樹蠟油脂凝膠的溫度相變圖

由圖1可知，小燭樹蠟質量分數小于3%時，溫度0～35 ℃呈現液體狀態；大于4%時，凝膠發生在25 ℃及以下，表明在25 ℃貯藏溫度條件下，4%的小燭樹蠟是低芥酸菜籽油的臨界成膠濃度[17]，由于低芥酸菜籽油的不飽和脂肪酸質量分數為75%左右，同時由于油脂的黏度較高，因此所形成凝膠的臨界成膠濃度較小。由實驗結果可知，小燭樹蠟濃度對低芥酸菜籽油油脂凝膠的相變有一定影響。為更好地研究小燭樹蠟油脂凝膠，在接下來的實驗中所選用的小燭樹蠟質量分數均大于或等于4%，進一步對其相關食品加工方面的凝膠特性進行研究。

2.2 小燭樹蠟含量對油脂凝膠OBC的影響

油脂凝膠是通過凝膠劑間的相互作用把液態油脂束縛在所形成的結晶網絡結構中，OBC即油脂凝膠截留液態油的能力，是凝膠結構密集程度的指標。圖2為小燭樹蠟質量分數為4%、6%、8%、10%、12%時低芥酸菜籽油油脂凝膠的OBC。

圖2 低芥酸菜籽油在不同小燭樹蠟濃度下形成油脂凝膠的OBC

從圖2可知，在低芥酸菜籽油中，隨著小燭樹蠟質量分數的增大，油脂凝膠的OBC也逐漸增大，這種現象產生的原因是小燭樹蠟含量越高，凝膠體系存在的骨架結構就越堅固緊密，束縛住的液態油含量也就越高，這與Fayaz等[18]研究結果一致。當小燭樹蠟質量分數從8%增加到12%時，油脂凝膠OBC變化差異不顯著，這可能是由于小燭樹蠟的結晶達到了相對飽和狀態，束縛液態油的能力也達到了飽和狀態，因此說明選擇8%的小燭樹蠟進行油脂凝膠的制備時，其持油性達到一個較為理想的狀態。

2.3 小燭樹蠟濃度對油脂凝膠SFC的影響

SFC曲線通過固體脂肪含量隨溫度變化情況來反映出塑性脂肪的熔化范圍，從而確定其在食品體系中的用途，是評價食品專用油產品功能特性的重要指標之一[19]。圖3所示為不同濃度的小燭樹蠟在低芥酸菜籽油中形成油脂凝膠SFC的測定結果。

圖3 不同濃度小燭樹蠟油脂凝膠SFC曲線

由圖3可知，隨著溫度的升高，所有濃度的小燭樹蠟油脂凝膠的SFC均成明顯下降的趨勢，在70～80 ℃，同一升溫速度條件下，隨著溫度的升高，所有小燭樹蠟油脂凝膠的SFC急劇減少，這是由于在較低溫度下不飽和脂肪酸形成的甘油三酯會先融化[20]，而低芥酸菜籽油的不飽和脂肪酸形成的甘油三酯含量較多，隨著溫度的升高迅速融化，所以油凝膠的SFC會迅速減少。在120 ℃左右時，油凝膠的SFC質量分數為2.8%左右，固體脂肪的含量較低，這就表明油脂凝膠產品幾乎融化，這樣形成的奶油類產品的口感會更好，說明用小燭樹蠟作為凝膠劑形成的凝膠比用復合類的凝膠劑形成的凝膠的產品的口感更好。從整體上看，8%的小燭樹蠟形成的低芥酸菜籽油油脂凝膠的SFC最低，12%的小燭樹蠟低芥酸菜籽油油脂凝膠的SFC最高，說明小燭樹蠟含量對油脂凝膠的SFC含量有一定的影響。

2.4 小燭樹蠟含量對油脂凝膠晶型的影響

X-射線衍射分析常用于研究油脂的同質多晶現象，其可獲得脂鏈在層內的堆積情況。在不同小燭樹蠟濃度形成油脂凝膠XRD圖譜如圖4所示。

圖4 不同小燭樹蠟濃度的油脂凝膠XRD圖譜

由文獻可知，短間距在0.42 nm為α型晶體的特征峰，0.38 nm和0.42 nm附近強衍射峰為β'型晶體的特征峰，0.47 nm 附近強衍射為β型晶體的特征峰[21]。由圖4可知，小燭樹蠟含量并不影響體系的晶型，衍射峰在5個小燭樹蠟濃度梯度的油脂凝膠中相似，這說明不同濃度的小燭樹蠟的油脂凝膠中存在類似的晶體結構，油脂凝膠中都在0.47 nm左右存在強衍射峰，說明油凝膠中存在β型晶體，在0.38 nm左右存在強衍射峰，說明存在β′型晶體，β′類型的晶體傾向于形成能夠固定住大量液態油脂的細小三維網狀結構[22]。

2.5 小燭樹蠟含量對油脂凝膠硬度的影響

油脂凝膠的硬度在一定程度上能夠反映出凝膠劑對液體油的固化能力，硬度越大，其凝膠的網絡結構越密集，對液體油的固化能力越強。圖5為不同小燭樹蠟濃度形成油脂凝膠硬度的測定結果。

圖5 不同濃度小燭樹蠟油脂凝膠硬度的變化

由圖5可知，在不同小燭樹蠟含量時形成的油脂凝膠的硬度差異顯著，其中小燭樹蠟質量分數為10%時硬度值最大。從圖5可以看出硬度值隨著小燭樹蠟濃度的增加而增大，這可能是由于凝膠劑的量越大，所形成的凝膠網絡結構越來越致密，硬度越來越大，但當質量分數增至12%時，硬度值上升不明顯，甚至有些微小的降低，這可能是由于已經達到飽和狀態，硬度不再增大。此外，還有不少研究發現除了凝膠劑的含量，油脂的極性以及凝膠劑-油脂兼容性都會影響油脂凝膠質構[19]。

3 結論

小燭樹蠟質量分數在不小于4%時具有使低芥酸菜籽油油脂凝膠化的能力；小燭樹蠟含量對油脂凝膠OBC有一定影響；但不同小燭樹蠟含量的SFC相差不大；XRD結果顯示小燭樹蠟含量對油脂凝膠晶型影響不大，均存在β與β′型晶體；小燭樹蠟含量對在硬度性質指標影響較大。小燭樹蠟含量對其油脂凝膠的食品加工特性存在一定影響，同時適當的小燭樹蠟含量(8%)對其有積極的影響，過量的添加會有不利影響。