基于調配的手抓餅專用基料油脂研究

張愷博,張林尚,李 倩,馬傳國,畢艷蘭*

1.河南工業大學 糧油食品學院,河南 鄭州 450001

2.安琪酵母股份有限公司,湖北 宜昌 443000

隨著人們對食品品質和便捷性的要求越來越高,速食產品成為很多消費者的最優選擇,有數據顯示,2022年“6·18”期間方便速食銷售額同比增長了27.5%[1],而速食手抓餅因其具有操作便捷、風味外觀誘人和營養豐富的特點也越來越受到消費者的喜愛。目前我國的手抓餅工業化生產已初具規模,具有廣闊的商業前景。市場上銷售的手抓餅以面粉、油脂為主要原料,輔以水、鹽經過和面、醒發、壓制、淋油、切割、盤餅、二次醒發、壓制成形、最后經過冷凍得到成品[2]。

目前對于手抓餅的研究主要集中在配方的改良上[3-5],而對其所用油脂研究較少。油脂作為手抓餅的重要原輔料之一,含量最高可達20%,對其“千層百疊、金黃酥脆”的品質具有重要貢獻。目前各企業主要是根據經驗購買手抓餅用油,沒有統一的標準,一般以豬油、棕櫚油或部分氫化油等具有一定可塑性和起酥性的油脂為基料油經過復配后使用。我國的棕櫚油主要依靠從馬來西亞、印尼等國家進口,據統計2021年進口棕櫚油已達637.7萬t,對外依賴率極高[6-7],而部分氫化油中含有較高的反式脂肪酸,過量攝入會對人體健康造成一定危害[8-10],因此,開發手抓餅專用油脂勢在必行。

全氫化油因具有一定的固體脂肪含量,被廣泛應用于制備塑性脂肪類產品[11-13],且碘值(≤2 g/100 g)和反式酸含量極低,因此,可利用全氫化油與液態油通過復配制備具有起酥性的手抓餅專用油脂[14],以避免部分氫化油中反式脂肪酸對人體的危害、減少對國外進口棕櫚油的依賴。Xu等[15]以薏仁油、樟樹籽油和全氫化棕櫚油為原料通過酶法酯交換制備出一種可應用于實際生產加工的無反式酸的起酥油。Li等[16]以大豆油和全氫化棕櫚油通過酯交換和物理混合制備了一種具有理想物理化學性質和微觀結構的人造奶油,表明以全氫化植物油為原料制備起酥油具有可行性。全氫化椰子油(月桂酸型)、全氫化棕櫚油(棕櫚酸型)、全氫化大豆油(硬脂酸型)和全氫化菜籽油(山崳酸型)作為重要的全氫化植物油產品,具有氧化穩定性高、熔點范圍大的特點,被廣泛應用于制備人造奶油、可可脂替代品等塑性脂肪產品[17-18]。以具有不同碳鏈長度脂肪酸的油脂為原料可以豐富脂肪酸種類,使結晶和熔化曲線在較寬的溫度范圍內均勻分布,同時使甘油三酯之間排列不緊密、易形成穩定的β′晶型[19]。因此,作者以大豆油和4種不同碳鏈長度的全氫化植物油為原料,進行二元三元復配,研究其相容性并與市售手抓餅所用油脂SFC進行對比,為手抓餅專用油的開發應用和工業化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

大豆油(SBO)、全氫化椰子油(FHCO)、全氫化棕櫚油(FHPO)、全氫化菜籽油(FHRO)：益海嘉里金龍魚糧油食品股份有限公司;全氫化大豆油(FHSO)：滬東日用助劑有限公司;6種市售手抓餅：永輝超市或其官方網店。

正己烷(色譜純)、乙醚、異丙醇、三氯甲烷、正己烷：天津市科密歐化學試劑有限公司;甲醇鈉溶液(5 mol/L)：上海麥克林生化科技有限公司;冰乙酸：天津市凱通化學試劑有限公司。以上試劑無特殊說明均為分析純。

1.2 儀器與設備

Mq20低場核磁共振分析儀：布魯克(北京)科技有限公司;SD制冷加熱循環水浴槽：美國Polyscience公司;BSA224S分析天平：賽多利斯(上海)貿易有限公司;GC-8860氣相色譜儀：安捷倫科技(中國)有限公司;IKA RV8旋轉蒸發儀：艾卡(廣州)儀器設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 市售手抓餅油脂的提取

分別將6種市售手抓餅放入電餅鐺中,煎烤4～5 min,然后于105 ℃烘箱內烘烤30 min去除水分,將手抓餅研磨粉碎后外包定性濾紙,通過索式抽提(溶劑為正己烷)提取油脂,再通過旋蒸脫除溶劑,得到市售手抓餅用油。

1.3.2 理化指標

油脂熔點、酸價、過氧化值分別參照GB/T 24892—2010、GB 5009.229—2016、GB 5009.227—2016進行測定;碘值根據AOCS標準 Cd 1c—85進行測定。

1.3.3 脂肪酸組成

油脂的脂肪酸組成采用氣相色譜進行測定,甲酯化方法參照GB 5009.168—2016。氣相色譜條件：HP-88色譜柱(100.0 m×0.25 mm×0.2 μm);載氣N2,流速24 mL/min;進樣口溫度260 ℃;初始溫度140 ℃,保持5 min,以4 ℃/min升溫至240 ℃,保持5 min;氫火焰離子化檢測器;分流比50∶1;進樣量1 μL。

1.3.4 固體脂肪含量的測定

油樣的固體脂肪含量參照GB/T 31743—2015 進行測定。

1.3.5 二元相容性

將大豆油和4種全氫化植物油分別以質量比1∶9、3∶7、5∶5、7∶3、9∶1進行混合,測定其固體脂肪含量,分析相容性。油脂的相容性可用等溫曲線進行描述分析,不同油脂的相容性還可以用ΔSFC(復配油樣實測SFC與理論SFC差值)表示,當ΔSFC在±1.5范圍內兩種組分完全相容;當ΔSFC為正值時,出現偏晶現象,當ΔSFC為負值時,出現共晶現象[20]。

ΔSFC=SFC實測-SFC理論;

SFC理論=X%SFCx+Y%SFCy,

式中：X%、Y%分別代表大豆油和全氫化植物油在混合物中的占比(%);SFCx、SFCy分別代表大豆油和全氫化植物油某溫度下的SFC。

1.3.6 三元相容性

通過混料設計三元體系試驗方案。工業應用中應盡可能減少氫化油的用量,因此設定大豆油添加量不得低于40%,各全氫化植物油添加量則不得高于50%,在此約束條件下進行混料回歸設計,原料油配比(質量比)見表1。

表1 三元體系試驗原料油配比Table 1 Ratio of raw material oil in ternary system

三元混合油脂的相容性可以用ΔSFC進行描述分析,計算方法如下：

ΔSFC=SFC實測-SFC理論;

SFC理論=X%SFCx+Y%SFCy+Z%SFCz,

式中：X%、Y%、Z%分別代表大豆油、全氫化植物油1和全氫化植物油2在混合物中的占比(%);SFCx、SFCy、SFCz分別代表大豆油、全氫化植物油1和全氫化植物油2在某溫度下的SFC。

1.3.7 數據分析

每個試驗重復 3 次,結果為平均值±標準差,使用SPSS 25.0對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 原料油的理化性質及脂肪酸組成

由表2可知,4種全氫化植物油的酸價為0.11～0.20 mg/g,過氧化值均不高于0.02 g/100 g,碘值均小于1.5 g/100 g,符合GB 15196—2015(酸價≤1 mg/g、過氧化值≤0.10 g/100 g)和QB/T 2152—2013(碘值≤2 g/100 g)的要求。

表2 原料油基本理化指標Table 2 Physico-chemical indexes of raw oil

原料油脂的脂肪酸組成見表3。大豆油主要脂肪酸為C18∶2(亞油酸)、C18∶1(油酸)、C16∶0(棕櫚酸)、C18∶3(亞麻酸)和C18∶0(硬脂酸),不飽和脂肪酸含量高達81.64%,飽和脂肪酸僅占17.78%,脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主。4種全氫化植物油的脂肪酸組成以飽和脂肪酸為主(SFA含量>99%),全氫化椰子油主要脂肪酸為C12∶0(月桂酸)、C14∶0(豆蔻酸)、C18∶0、C16∶0,占總含量的90.59%,其中C12∶0含量高達42.81%,因此將全氫化椰子油定義為月桂酸型全氫化植物油,且全氫化椰子油的脂肪酸碳鏈較短(≤C16),因此熔點較低((31.4±0.71) ℃),常溫下呈現不透明的半固體形態;全氫化棕櫚油和全氫化大豆油主要脂肪酸為C16∶0和C18∶0,含量高達98%以上,全氫化棕櫚油以C16∶0為主(58.62%),全氫化大豆油以C18∶0含量最高(88.14%),因此將全氫化棕櫚油定義為棕櫚酸型全氫化植物油,全氫化大豆油定義為硬脂酸型全氫化植物油。全氫化菜籽油主要由C22∶0(山崳酸)和C18∶0組成,其中C22∶0含量最高(51.62%),因此將全氫化菜籽油定義為山崳酸型全氫化植物油。全氫化棕櫚油、全氫化大豆油、全氫化菜籽油主要脂肪酸碳鏈較長(C16～C22),因此熔點較高(>59 ℃),常溫下均呈固體形態。

表3 原料油脂肪酸組成Table 3 Fatty acid composition of raw oil %

2.2 原料油的固體脂肪含量

原料油的固體脂肪含量如圖1所示。-10～70 ℃時,5種原料油脂的SFC均隨溫度的升高而降低。在試驗溫度下,大豆油固體脂肪含量始終接近于0,呈液態;4種全氫化植物油的固體脂肪曲線均較陡峭。全氫化椰子油在-10～10 ℃時固體脂肪含量較高,隨著溫度的繼續升高SFC急劇下降,30 ℃時SFC趨近于0,此時呈液態。全氫化棕櫚油、全氫化菜籽油和全氫化大豆油在-10～50 ℃的SFC均大于95%,呈固體形態,隨著溫度繼續升高,三者的SFC在60 ℃時急劇下降,70 ℃時SFC趨近于0,油脂完全融化。

圖1 原料油的固體脂肪含量Fig.1 Soild fat content of raw oil

2.3 二元相容性

兩種組分的相容程度可分完全相容、部分相容和不相容,若兩種油脂完全相容則其等溫曲線為直線,若相容性差則為曲線,二者相容性越差等溫線彎曲程度越嚴重[21]。全氫化椰子油與大豆油二元體系相容性分析如圖2(a)、(b)所示,0 ℃時等溫曲線幾乎為一條直線,10～20 ℃時,隨著溫度的升高等溫曲線逐漸彎曲,|ΔSFC|顯著增加,共晶作用更加明顯,推測是大豆油的加入對全氫化椰子油具有稀釋作用,加速了結晶時的傳質導致共晶現象的發生[22-23]。當全氫化椰子油添加量大于70%時,體系內的結晶狀態主要由全氫化椰子油決定,共晶現象減弱。當溫度達到30 ℃,兩種油脂完全融化,固體脂肪含量基本為0,等溫曲線均為直線,導致40～60 ℃等溫曲線重合。

注：(a)、(c)、(e)、(g)分別為不同添加量全氫化椰子油、全氫化棕櫚油、全氫化大豆油、全氫化菜籽油與大豆油復配油的等溫曲線圖,(b)、(d)、(f)、(h)分別為不同添加量全氫化椰子油、全氫化棕櫚油、全氫化大豆油、全氫化菜籽油與大豆油復配油的SFC偏差圖。圖2 4種全氫化植物油與大豆油相容性分析Fig.2 Compatibility analysis of four fully hydrogenated vegetable oils with soybean oil

全氫化棕櫚油、全氫化大豆油、全氫化菜籽油和大豆油二元體系的等溫曲線圖、SFC偏差圖分別如圖2(c)、(e)、(g)和圖2(d)、(f)、(h)所示,在不同溫度范圍內二元體系具有不同的結晶現象,3種二元體系相容性的整體變化趨勢一致。0～30 ℃時,各比例復配油相容性均較好,二元體系整體呈現輕微偏晶現象(ΔSFC<5.15);隨著溫度的繼續升高等溫曲線彎曲程度加大,二元體系相容性較差,呈現不同程度的共晶現象,當3種熔點較高的全氫化植物油添加量50%,50～60 ℃時體系相容性最差,|ΔSFC|可達到22.9。不同油脂的碳鏈長度、分子構型、同質多晶特性及聚集方式的不同都會影響二元體系油脂的結晶行為,導致相容性的差異[24],因而山崳酸含量高達51.62%的全氫化菜籽油和脂肪酸組成主要為棕櫚酸、油酸、亞油酸的大豆油混合時必然會發生各自結晶互不相容的現象。同時,有研究表明POP/PPP(1,3-二棕櫚酸-2-油酸甘油三酯/三棕櫚酸甘油酯)脂肪酸組成幾乎一致的甘油三酯之間也會產生共晶作用,油脂熔點和熱力學性質間的差異會影響油脂結晶行為[25],這可能就是具有相似脂肪酸組成的全氫化棕櫚油、全氫化大豆油和大豆油之間具有不相容現象的原因。

綜上所述,二元體系下,全氫化植物油添加量為50%時體系相容性最差。0～20 ℃時全氫化椰子油對二元體系相容性影響較大,體系呈共晶現象;30～60 ℃時全氫化棕櫚油、全氫化大豆油和全氫化菜籽油會顯著影響二元體系相容性,共晶作用明顯?；趯Χw系相容性的了解,進一步對大豆油與4種全氫化植物油的三元相容性進行研究。

2.4 三元相容性

油脂的延展性、穩定性、滲出和感官特性等與其在不同溫度下的SFC有密切的聯系,如冷藏溫度、室內溫度和口腔溫度等[16,22]。-10～10 ℃的SFC與產品在冷凍和冷藏條件下的延展性和穩定性有關;20 ℃的SFC可能會影響產品在室溫條件下的穩定性和油脂滲透能力;30～40 ℃時的SFC與產品的適口性、感官特性密切相關,因此,對三元體系在-10～30 ℃的相容性進行了研究。

大豆油、全氫化椰子油分別和全氫化棕櫚油、全氫化大豆油、全氫化菜籽油的三元體系復配油SFC偏差曲線如圖3(a)、(b)、(c)所示,其ΔSFC整體變化趨勢一致,在-10～0 ℃體系呈偏晶狀態,隨著溫度的升高,3、5號復配油偏晶現象逐漸減弱,其余8種復配油轉而呈共晶狀態,且共晶作用在20 ℃達到最高,其中2、4、9號復配油共晶作用最為明顯(|ΔSFC|>9.4),可能是由于在低溫(-10～20 ℃)時以短碳鏈脂肪酸為主要脂肪酸的全氫化椰子油在體系中占主導地位,影響結晶過程。當溫度達到30 ℃時全氫化椰子油完全融化,體系內結晶作用由長碳鏈飽和脂肪酸含量較高的油脂起主導作用,|ΔSFC|<1.5,3種油脂完全互容。在試驗溫度下,3種體系中1、3、5、10號復配油互容性最佳(|ΔSFC|<4.9)。結合三元體系油樣配比發現,當體系內全氫化椰子油添加量小于16.7%時體系相容性較好,反之,全氫化椰子油添加量達到23.3%后體系相容性明顯變差。

注：(a)大豆油∶全氫化椰子油∶全氫化棕櫚油;(b)大豆油∶全氫化椰子油∶全氫化大豆油;(c)大豆油∶全氫化椰子油∶全氫化菜籽油;(d)大豆油∶全氫化棕櫚油∶全氫化大豆油;(e)大豆油∶全氫化棕櫚油∶全氫化菜籽油;(f)大豆油∶全氫化大豆油∶全氫化菜籽油。1—10號的油脂比例見表1。圖3 大豆油與全氫化植物油的三元體系SFC偏差曲線Fig.3 SFC deviation curves for ternary systems of liquid soybean oil and fully hydrogenated vegetable oil

將大豆油與全氫化棕櫚油、全氫化大豆油、全氫化菜籽油進行三元復配并計算SFC,考察3種體系的相容性,SFC偏差曲線分別如圖3(d)、(e)、(f)所示。3種體系在試驗溫度下整體呈輕微的偏晶狀態(ΔSFC<6.45),相容性較好,且隨著溫度的升高體系內偏晶作用呈現先增加后減小的趨勢,在10 ℃時體系內偏晶作用最為明顯,當溫度達到30 ℃時體系轉而呈現共晶作用,因此,全氫化棕櫚油、全氫化大豆油、全氫化菜籽油等富含長碳鏈飽和酸的高熔點油脂的加入可能會導致油樣在低溫下過硬。3種復配體系中,均為1 號相容性最佳(ΔSFC<4.09),7號相容性最差。

2.5 復配油脂與市售手抓餅用油SFC曲線對比

圖4(a)為目前市場上6種手抓餅用油SFC曲線,通過對比二元、三元體系各復配油的固體脂肪含量發現,大豆油、全氫化椰子油分別和全氫化棕櫚油、全氫化大豆油、全氫化菜籽油復配的三元體系中2、4、9號與市售手抓餅用油SFC曲線較為相似,均在0～10 ℃具有較高的SFC(27.49%～61.28%),在20～30 ℃時SFC急劇下降,保持在10.34%～27.93%,在室溫下具有良好的操作性和適口性,適用于手抓餅的制備,采用全氫化植物油和大豆油制備手抓餅專用油脂具有可行性。結合三元體系相容性結果發現,此3種配方油脂相容性較差(|ΔSFC|>9.4,20 ℃),在運輸和儲存過程中可能會發生分層的現象,后續可通過添加乳化劑改善相容性。

注：(a)6種市售手抓餅用油;(b)大豆油∶全氫化椰子油∶全氫化棕櫚油;(c)大豆油∶全氫化椰子油∶全氫化大豆油;(d)大豆油∶全氫化椰子油∶全氫化菜籽油。2、4、9號油脂比例見表1。圖4 市售手抓餅用油與部分復配油SFC曲線Fig.4 SFC curves for commercial and selected blending oils

3 結論

以大豆油和4種脂肪酸類型全氫化植物油(月桂酸型、棕櫚酸型、硬脂酸型和山崳酸型)為原料制備手抓餅專用油基料油,對其理化性質、相容性進行了研究,并與市售手抓餅用油SFC進行對比,探討了使用大豆油和全氫化植物油制備手抓餅專用油的可行性。結果表明,大豆油和全氫化植物油在脂肪酸組成上具有很大的差異,導致不同油脂在復配時會出現相容性差的問題。通過與市售手抓餅用油SFC對比,當三元體系中加入全氫化椰子油后,2、4、9號復配油,即大豆油、全氫化椰子油和全氫化棕櫚油(或全氫化大豆油、全氫化菜籽油)質量比為(0.4～0.6)∶(0.3～0.5)∶(0.1～0.17)時,復配油與6種市售手抓餅用油SFC曲線較為相似,但此3種配方相容性較差(|ΔSFC|>9.4,20 ℃),后續可進一步添加乳化劑改善穩定性,更好地滿足市場需求,為手抓餅專用油脂的開發提供理論支持。