張 靜, 劉 平

(1. 江蘇農牧科技職業(yè)學院 食品科技學院,江蘇 泰州 225300; 2. 西華大學 食品與生物工程學院,四川 成都 610039)

凝膠油脂是利用少量凝膠因子的結晶作用、自組裝方式等,將液態(tài)植物油束縛在網絡結構中,使液態(tài)油失去流動性,呈現半固體或固體的油脂體系[1]。凝膠油體系中僅含有凝膠因子和液態(tài)油脂,具有低飽和脂肪和零反式脂肪,受到眾多研究者的廣泛關注[2-3]。大量研究結果表明[4-5],凝膠油可以作為新型的油脂原料或者替代傳統固態(tài)脂肪應用于藥品、食品及化妝品行業(yè),特別是在防止油脂遷移及替代人造奶油、牛油方面的應用。

目前,制作凝膠油脂常用的凝膠因子包括單苷酯、植物蠟和長鏈脂肪酸等[6],其中天然植物蠟來自油脂加工的副產品。不同種類的天然蠟由于成分和來源的差異,具有不同的結晶形態(tài)和結構,因而具有不同的凝膠能力和機械性能[7]。小燭樹蠟主要產自美國南部和墨西哥北部地區(qū),主要成分為烴類、蠟酯及少量醇類和甾醇類,是被美國食品及藥物管理局(FDA)批準的一種新型食品添加劑。國內外均存在小燭樹蠟凝膠油的制備及性質的相關研究[8-11],結果表明,其作為凝膠因子具有獨特的結晶特性。

棕櫚油是世界上最重要的植物油品種,與其他植物油相比,在抗氧化性、耐高溫性等方面具備獨特的優(yōu)勢。棕櫚油中飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸含量均衡,且對人體健康十分有利的天然維生素E、三烯生育酚、類胡蘿卜素和亞油酸等營養(yǎng)素的含量也十分豐富,因此棕櫚油多直接應用于食品、化工和飼料等行業(yè)[12]。齊創(chuàng)[13]等研究了棕櫚油、葵花籽油混合油基凝膠人造奶油,結果表明,其性質與人造奶油無異。

基于此,本文選用小燭樹蠟作為凝膠分子,棕櫚油為基料油,通過添加小燭樹蠟來研究棕櫚油基凝膠油的硬度、持油性和固態(tài)脂肪含量(SFC)等特性。將制備的凝膠油應用于面包制作中,并以黃油為對照組,研究凝膠油對面包品質的影響,從而為棕櫚基凝膠油在食品中的應用提供數據支撐,擴展棕櫚油在食品工業(yè)中的應用范圍。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

K-70型高速冷凍離心機;H97型恒溫加熱磁力攪拌器;MQC型核磁共振儀;安捷倫1200型高效液相色譜儀;G1314B型紫外檢測器;G1321A型熒光檢測器。

棕櫚油、食品級小燭樹蠟、高筋面粉、雞蛋、白砂糖、酵母等。

1.2 棕櫚油基凝膠油脂的制備

按照文獻[14]方法并對其進行修改來制備棕櫚油基凝膠油脂。具體方法為:稱取總質量100.00 g的燭樹蠟(5.00、 6.00、 7.00、 8.00和9.00 g)與棕櫚油(95.00、 94.00、 93.00、 92.00和91.00 g)并置于250.00 mL燒杯中,在恒溫加熱磁力攪拌器下加熱攪拌至完全溶解。之后置于25 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,取出后測定凝膠油脂的硬度、粘附力及持油率。

1.3 測定方法

(1) 質構特性的測定

質構特性的測定參考文獻[15]并對其進行修改。具體方法為:稱取質量相同的棕櫚油基凝膠油樣品分別置于5個250.00 mL的燒杯中,形成3.00 cm以上厚度的樣品凝膠油層。對樣品凝膠油的硬度、粘附力和持油率進行測定。質構儀硬度、粘附力測定條件:球型探頭,測試前速度100.00 mm/min,測試中速度30.00 mm/min,起始力0.15 N,穿刺距離10.00 mm,測后速度100.00 mm/min,回程距離50.00 mm,各組樣品均在25 ℃下測定3次,取平均值。

(2) 持油性測定

持油性的測定參考劉日斌等[14]的持油性測定方法并對其進行修改。具體方法為:稱取約15.00 g棕櫚油基凝膠油于45.00 mL離心管(空管稱重)中,將離心管置于高速冷凍離心機中,離心條件：轉速80.00 r/min,溫度25 ℃,時間15 min。取出離心管,倒置于桌面,以保證游離態(tài)油完全瀝出,稱重,重復3次,取平均值。并計算棕櫚油基凝膠油脂的持油率。

1.4 單因素試驗設計

(1) 小燭樹蠟添加量對棕櫚油基凝膠油的影響

以棕櫚油基凝膠油總質量100.00 g為基準,分別添加5.00%、 6.00%、 7.00%、 8.00%和9.00%的小燭樹蠟,在95 ℃、 80.00 r/min條件下恒速磁力攪拌,待完全溶解后加熱5 min,于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中放置培養(yǎng)24 h,以硬度、粘附力和持油率為指標,確定最佳的小燭樹蠟添加量。

(2) 溶解時間對棕櫚油基凝膠油的影響

以棕櫚油基凝膠油總質量100.00 g為基準,添加8.00%的小燭樹蠟,在95 ℃, 80.00 r/min條件下恒速磁力攪拌,待小燭樹蠟溶解至肉眼不可見，為保證其充分溶解并均勻分散在棕櫚油體系中,分別再持續(xù)加熱5、 10、 15、 20和25 min,隨后置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,以硬度、粘附力和持油率為指標,確定最佳的溶解時間。

(3) 溶解溫度對棕櫚油基凝膠油的影響

以棕櫚油基凝膠油總質量100.00 g為基準,添加8.00%的小燭樹蠟,分別在85、 95、 105、 115和125 ℃, 80.00 r/min條件下恒速磁力攪拌,待完全溶解后加熱5 min,隨后置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,以硬度、黏附力和持油率為指標,確定最佳的溶解溫度。

(4) 培養(yǎng)時間對棕櫚油基凝膠油的影響

以棕櫚油基凝膠油總質量100.00 g為基準,添加8.00%的小燭樹蠟,在95 ℃、 80.00 r/min下恒速磁力攪拌,待完全溶解后加熱5 min,隨后置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中分別培養(yǎng)12、 24、 36、 48和60 h,以硬度、粘附力和持油率為指標,確定最佳的培養(yǎng)時間。

(5) 攪拌速率對棕櫚油基凝膠油的影響

以棕櫚油基凝膠油總質量100.00 g為基準,添加8.00%的小燭樹蠟,保持溫度為95 ℃,分別調整轉速為40.00、 60.00、 80.00和100.00 r/min,待完全溶解后繼續(xù)加熱5 min,將樣品于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)24 h,以硬度、粘附力和持油率為指標,確定最佳的攪拌速率。

1.5 正交試驗設計

基于單因素試驗,綜合考慮小燭樹蠟作為凝膠因子對凝膠油脂特性的影響。選擇小燭樹蠟的添加量為8.00%,以溶解溫度、溶解時間、攪拌速率和培養(yǎng)時間為考察因素,以棕櫚油基凝膠油的持油率為指標,設計正交試驗,正交試驗因素水平見表1。

1.6 固體脂肪含量測定

小燭樹蠟凝膠油脂的固體脂肪含量采用NMR法檢測[12]。將熔融樣品注入NMR管并在恒溫0 ℃條件下水浴放置90 min,之后在5.0、 10.0、 21.1、 26.7、 33.3、 40.0和45.0 ℃條件下保持30 min,測試固體脂肪含量。

表1 正交試驗因素水平試驗

1.7 脂肪酸含量的檢測

依據GB5009.168-2016《食品中脂肪酸的測定》方法測定凝膠油中脂肪酸組成含量。對樣品進行甲酯化處理后,用氣相色譜儀進行分析。色譜條件為:采用CP-Sil88毛細管柱(100.00 m×0.25 mm, 0.20 μm)FID檢測器,進樣口溫度為160 ℃,柱溫為160 ℃,保持5 min后以10 ℃/min程序升溫法升至210 ℃,檢測溫度為240 ℃,載氣為氦氣,載氣流速為1.3 mL/min,氮氣流速為40 mL/min,分流比為50 ∶1(V∶V),進樣量為1.00 μL。采用面積歸一法計算脂肪酸的組成含量。

1.8 小燭樹蠟凝膠油在面包中的應用

(1) 小燭樹蠟凝膠油面包的制備

面包的配方及加工方法參照文獻[16]并加以改進,具體操作如下:基本配方為高筋面粉(2.00 kg)、水(0.90 kg)、雞蛋(90.00 g)、酵母(40.00 g)、鹽(20.00 g)、白砂糖(300.00 g)、奶粉(200.00 g)和小燭樹蠟凝膠油(100.00 g),黃油作為對照品。制作的工藝流程:原料稱量→調制面團→第1次松弛→分割、搓圓→第2次松弛→整形→醒發(fā)→烘烤→冷卻→包裝→成品。

(2) 面包的感官評定

選10個身體健康、無特殊嗜好對色香味敏感的人,要求感官評定之前不能飲酒、抽煙或食用辛辣食物,以免影響感官評定。樣品評定之前用清水漱口,保持口腔干凈,進行感官評定,記錄評定結果。評定分值總分為100分,評分結果如表2所示。

(3) 面包的品質測定

按照《GB 5009.3-2016食品中水分含量的測定》方法對面包水分含量進行測定,本文以直接干燥法測定。面包質構參照文獻[17]并加以調整,具體為:探頭P/36R,采用壓縮比列模式,測試速度均為60.00 mm/s,壓縮比例為70%,感應力度為2.00 N,時間間隔為2.00 s,壓縮次數為2次。每個樣品進行3次平行實驗并求平均值。按照《GB5009.9-2016 食品中淀粉的測定》方法測定面包中可溶性淀粉的含量。

表2 凝膠油面包感官評定表

2 結果與討論

2.1 單因素試驗結果與分析

(1) 小燭樹蠟添加量的影響

不同小燭樹蠟添加量與棕櫚油基凝膠油硬度、黏附力和持油率之間的關系如圖1所示。由圖1可知,小燭樹蠟的硬度、粘附力和持油率均隨著小燭樹蠟添加量的增大而增大,這是由于小燭樹蠟凝膠含量的加大使得其網絡結構更加緊致稠密,支撐力作用越強,對液體油的固化作用更強[18]。當小燭樹蠟添加量從5.00%增加到9.00%時,棕櫚油基凝膠油的硬度從0.23 N增加到9.48 N,粘附力從0.08 N增加到1.40 N,持油率從64.00%增加到95.40%。當小燭樹蠟的添加量從8.00%增加到9.00%時,凝膠油的粘附力急劇增大,而持油率僅從95.30%增加到95.40%,未發(fā)生顯著變化,這可能是小燭樹蠟作為凝膠劑在新的半固體狀態(tài)體系中形成了網絡骨架結構[14]?？紤]到凝膠油的制備主要是用來將液態(tài)油脂轉變?yōu)樗苄灾?即以持油率為主要參考指標,因此選擇小燭樹蠟適宜的添加量為8.00%。

小燭樹蠟的添加量/%圖1 小燭樹蠟添加量對棕櫚油基凝膠油的影響Figrue 1 The effect of the Candelilla wax content on palm oil-based gel oil

(2) 溶解時間的影響

溶解時間與棕櫚油基凝膠油硬度、黏附力和持油率之間的關系如圖2所示。由圖2可知,溶解時間為5～20 min時,棕櫚油基凝膠油的硬度、粘附力和持油率均呈現上升的趨勢,且在20 min時硬度達到最大值。當溶解時間超過20 min后,硬度和粘附力繼續(xù)增大,但持油率由96.60%下降為93.50%,這可能是由于凝膠油的硬度過硬,導致其形成凝膠網絡的韌性變弱,鎖住液態(tài)油的能力變小[19],持油率下降。因此選擇20 min為適宜的溶解時間。

溶解時間/min圖2 溶解時間對棕櫚油基凝膠油的影響Figrue 2 The effect of the dissolution time on palm oil-based gel oil

(3) 溶解溫度的影響

溶解溫度與棕櫚油基凝膠油硬度、粘附力和持油率之間的關系如圖3所示。由圖3可知,隨著溶解溫度的升高,凝膠油的持油率和粘附力變化平穩(wěn),但硬度隨著溫度的升高先增加而后變化平緩,該現象與已有研究的凝膠油加熱特點相符合[20]。由于持油率變化趨勢平緩,溫度升高將增加能耗,因此選擇95 ℃為適宜的溶解溫度。

(4) 培養(yǎng)時間的影響

培養(yǎng)時間與棕櫚油基凝膠油硬度、黏附力和持油率之間的關系如圖4所示。由圖4可知,隨著培養(yǎng)時間的延長,棕櫚油基凝膠油的硬度與粘附力均呈上升趨勢。而持油率隨培養(yǎng)時間的增大先緩慢增大而后減小,持油率在培養(yǎng)時間為36 h時達到最大值96.90%。由于硬度過硬將導致凝膠油的韌性變弱,鎖住液態(tài)油的能力下降[19],因此在培養(yǎng)時間為24～36 h時,凝膠油的持油率僅從95.70%增加至96.90%?？紤]到能耗問題,因此選擇適宜的培養(yǎng)時間為24 h。

溶解溫度/℃圖3 溶解溫度對棕櫚油基凝膠油的影響Figrue 3 The effect of the dissolution temperature on palm oil-based gel oil

培養(yǎng)時間/h圖4 培養(yǎng)時間對棕櫚油基凝膠油的影響Figrue 4 The effect of the culture time on palm oil-based gel oil

(5) 攪拌速度的影響

攪拌速度與棕櫚油基凝膠油硬度、粘附力和持油率之間的關系如圖5所示。由圖5可知,隨著攪拌速率的增大,棕櫚油基凝膠油硬度、粘附力和持油率也隨之增大。然而在攪拌速度大于80.00 r/min時,凝膠油的硬度開始略有降低,而持油率的增大趨勢變緩,這可能是因為較高的攪拌速率雖促進了油脂凝膠的形成[14],但在一定程度上油脂體系的松弛程度也受到微觀結構碳鏈間相互作用的影響,因此較高的攪拌速率可能會影響相鄰碳鏈結構的交聯作用[21],從而影響凝膠油的品質?？紤]過高的攪拌速度導致耗能大,因此,選擇適宜的攪拌速度為80.00 r/min,此時凝膠油的持油率為95.20%。

攪拌速度/r/min圖5 攪拌速率對棕櫚油基凝膠油的影響Figrue 5 The effect of the stirring rate on palm oil-based gel oil

2.2 正交試驗結果與分析

為了優(yōu)化棕櫚油基小燭樹蠟凝膠油脂的加工工藝,以溶解溫度、溶解時間、攪拌速率和培養(yǎng)時間為考察因素,棕櫚油基凝膠油的持油率為指標,采用L9(34)設計正交試驗,正交試驗結果與分析見表3。由表3可知,影響棕櫚油基凝膠油持油率的主次順序為:攪拌速率>溶解溫度>培養(yǎng)時間>溶解時間。最優(yōu)工藝條件組合為A1B3C3D2,即棕櫚油基凝膠油的最優(yōu)制備工藝條件為:溶解時間15 min,溶解溫度105 ℃,培養(yǎng)時間36 h(25 ℃),攪拌速率80.00 r/min。

表3 正交實驗結果與分析

2.3 驗證試驗

將小燭樹蠟(8.00%)、溶解溫度為105 ℃、溶解時間為15 min、攪拌速率為80.00 r/min，溫度為25 ℃條件下培養(yǎng)36 h制備棕櫚基小燭樹蠟凝膠油,并對油脂樣品特性進行分析,結果如表4～6所示。表4顯示了棕櫚油凝膠油的硬度、黏附力及持油率。由表4可以看出,經過凝膠后,油脂硬度為4.87 N,油脂的硬度大小與固體脂肪含量有存在一定程度的相關性[22],但也可能與油脂的晶體結構相關[18]。經過工藝優(yōu)化后,油脂的持有率達到97.00%以上,即基本上所有的液態(tài)油都被凝膠劑形成的網絡穩(wěn)定,油脂由液體狀態(tài)形成了較穩(wěn)定凝膠狀態(tài)。

表4 硬度、粘附力、持油率分析結果

表5為棕櫚油在凝膠前后的固體脂肪酸含量分析。由表5可以看出,棕櫚酸(C16 ∶0)、油酸(C18 ∶0)和亞油酸(C18 ∶2)占棕櫚油脂肪酸的94.00%以上,不飽和脂肪酸含量均在50.00%以上,其脂肪酸組成在凝膠前后含量基本一致。因此小燭樹蠟作為凝膠劑,對棕櫚油脂肪酸的組成影響不顯著。

凝膠前后棕櫚油的固體脂肪含量結果如表6所示。由表6可以看出,棕櫚油在凝膠前后的固體脂肪酸含量在10.00 ℃之前未發(fā)生明顯變化。油脂的固體脂肪含量表征油脂在不同溫度下內部脂肪的熔化程度。棕櫚油在溫度高于21.10 ℃時,存在約8.00%的脂肪沒有熔融,這可能是凝膠劑使得油脂的結晶較為細膩,從而導致油脂硬度增大[16]。而凝膠油相對穩(wěn)定,這為液態(tài)油的應用開發(fā)提供了新的發(fā)展空間,即液態(tài)油可能會被用于固態(tài)油脂或者部分替代固態(tài)油脂。

表5 脂肪酸含量分析結果

表6 固體脂肪(SFC)含量分析結果

表7 面包的感官評分/分

表8 面包品質在儲藏期內的變化

2.4 凝膠油對面包品質的影響

(1) 凝膠油對面包感官的影響

凝膠油面包和黃油面包的感官評分結果如表7所示。由表7可以看出,兩種面包感官上無明顯區(qū)別。面包的組織形態(tài)符合組織均勻、細膩、彈性好且無皺紋,面包表面色澤均勻、有光澤。凝膠油面包有麥粉的純正香氣,而黃油面包帶有黃油特有的香氣。面包的口感好,柔軟適口、甜味適當、不黏牙,表皮柔軟且表皮較薄。

(2) 面包品質的測定

面包水分含量、質構和可溶性淀粉含量隨時間的變化如表8所示。由表8可以看出,在水分含量方面,與黃油面包相比,凝膠油面包水分含量較高。隨著時間的延長,兩種面包的水分含量均呈下降趨勢,但小燭樹蠟凝膠油面包比黃油面包的水分不容易散失。在質構方面,與黃油面包相比,小燭樹蠟凝膠油面包的硬度小,彈性大,咀嚼性低,其它指標未存在顯著差異。

面包老化與面包中可溶性淀粉含量有關,可溶性淀粉含量隨著淀粉老化而降低。因此,可溶性淀粉含量在一定程度上可以表征面包的老化程度。從表8中可以看出,小燭樹蠟凝膠油面包中的可溶性淀粉含量比黃油面包中含量稍高,該現象說明凝膠油面包的老化速度較慢,這可能是由于小燭樹蠟凝膠油形成的網絡狀結構,有助于面團內部網絡結構的穩(wěn)定,從而減緩了面包水分含量的降低速度,抑制了淀粉的老化速度[6],導致面包老化延緩。

本文以小燭樹蠟為凝膠因子,棕櫚油為原料,制備棕櫚油基凝膠油。通過單因素實驗和正交實驗,制備優(yōu)化后的棕櫚油基凝膠油的最佳工藝條件為:小燭樹蠟添加量為8.00%,溶解溫度為105 ℃,溶解時間為15 min,培養(yǎng)時間為36 h(25 ℃),攪拌速率為80 r/min。在此條件下制備的棕櫚油基凝膠油產品的硬度為4.87 N、粘附力為1.20 N、持油率為97.10%。形成的凝膠油在脂肪酸組成等性質上沒有顯著變化,但油脂硬度的增加可能會增加油脂的穩(wěn)定性和塑性。凝膠油制作的面包與黃油面包相比,可以增強面包的持水能力,延長面包的老化。因此,凝膠油的開發(fā)有望應用在巧克力、焙烤等食品中,從而改善食品油脂遷移的特點,替代高飽和脂肪酸含量的塑性脂肪,提高產品品質。