齊 創(chuàng)，秦樂蓉，李志超，韓立娟*，賀軍波，張維農(nóng)

（武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023）

隨著生活水平的提高，人造奶油的消費量逐年提高。不同需求的人造奶油評價標(biāo)準(zhǔn)也不同，家庭用人造奶油強調(diào)保形性、延展性、口溶性、風(fēng)味、營養(yǎng)價值等；對于食品工業(yè)生產(chǎn)專用油脂產(chǎn)品而言，其應(yīng)用性能包括硬度、可塑性、酪化性、起酥性、乳化性、穩(wěn)定性等[1]。其中硬度作為人造奶油最重要的品質(zhì)之一，對其工業(yè)化應(yīng)用有較大影響。硬度過大的人造奶油結(jié)構(gòu)不均一、結(jié)晶不能互相黏連，脆度增加，不宜保存；硬度較小的人造奶油，保形性差，應(yīng)用范圍較窄[2]。傳統(tǒng)人造奶油是通過甘三酯結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)固化油水兩相維持人造奶油的骨架結(jié)構(gòu)，而人造奶油的硬度與甘三酯結(jié)晶的晶型和數(shù)量關(guān)系密切，可以通過分提、氫化和酯交換等油脂改性方法實現(xiàn)甘三酯結(jié)晶狀態(tài)的改變[3-5]。

凝膠油基人造奶油是本實驗室近年來關(guān)注的一種新型人造奶油[6]，原理是利用凝膠劑自組裝或者結(jié)晶形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將油水兩相均勻包裹在該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中[7-9]，形成均相體系。該人造奶油制備工藝簡便、成本低廉，同時避免了傳統(tǒng)人造奶油的反式脂肪酸和飽和脂肪酸對人體健康造成的負(fù)面影響[10-12]。選擇卵磷脂和菊粉作為凝膠劑固定油水兩相，制備出了體系均一、口感細(xì)膩的凝膠油基人造奶油[13]。但是這種人造奶油存在硬度和可塑性方面的不足，目前尚在實驗室制備。

高熔點脂肪，如經(jīng)過氫化的椰子油、棕櫚油，在人造奶油工藝中通常被應(yīng)用于對原料油的改性，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)[14-15]，而直接與其他油脂調(diào)配制備人造奶油的研究鮮見報道。Liu Yuanfa等[16]認(rèn)為人造奶油的硬度是固體脂肪含量、同質(zhì)多晶和微觀結(jié)構(gòu)等結(jié)晶特性共同作用的結(jié)果，可通過添加高熔點脂肪提升人造奶油相關(guān)性質(zhì)。油脂調(diào)配是一種改變油料應(yīng)用性質(zhì)的有效方式，范林恩[17]將氫化油脂或棕櫚硬脂等固態(tài)油脂與大豆油、葵花油等植物油調(diào)配后使用得到較為理想的烘焙食品；Ghosh等[18]通過增加連續(xù)相或油水界面的晶體數(shù)量，提升了晶體穩(wěn)定化W/O型乳液體系的穩(wěn)定性。

為提高凝膠油基人造奶油的品質(zhì)，實現(xiàn)其商業(yè)化生產(chǎn)，本實驗選取全氫化棕櫚油（fully hydrogenated palm oil，F(xiàn)HPO）作為高熔點脂肪源，以不同比例分別與葵花籽油（sunflower oil，SFO）進(jìn)行調(diào)配作為基料油，在安全添加量范圍內(nèi)，考察其對卵磷脂-菊粉基人造奶油硬度和可塑性的影響，同時觀察其對人造奶油微觀結(jié)構(gòu)的影響，并與市售的植物淡奶油和噴射奶油進(jìn)行部分性能比較，探究凝膠油基人造奶油商業(yè)化應(yīng)用的可能性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

淡奶油、噴射奶油 市售。

福臨門一級SFO 中糧集團(tuán)公司；大豆卵磷脂（純度＞70%） 美國嘉吉公司；菊粉膳食纖維（純度＞90%） 比利時Orafti公司；尼羅紅（nile red，NR）（純度95%） 百靈威科技有限公司；異硫氰胺熒光素（fluorescein isothiocyanate，F(xiàn)ITC）（純度90%） 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；FHPO 無錫市賽力威生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

7 8 9 0 A G C-5 9 7 5 C M S氣相色譜-質(zhì)譜（g a s chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用儀美國Agilent公司；Kinexuspro＋多功能流變儀 英國馬爾文公司；TA.XT-plus主機-單臂機型 英國TA公司；FV1200-OSR激光共聚焦顯微鏡（confocal laser scanning microscopy，CLSM） 日本奧林巴斯公司；Empyrean X射線衍射儀 荷蘭銳影公司；Lab expert穩(wěn)定性分析儀 法國Formulaction公司；Stemi 305偏光顯微鏡德國Zeiss公司。

1.3 方法

1.3.1 凝膠油基人造奶油的制備

稱取一定質(zhì)量的卵磷脂于105 ℃的SFO中，添加一定質(zhì)量的FHPO，不斷攪拌直至透明，將其緩慢倒入預(yù)熱的菊粉溶液中，以450 r/min攪拌15 min，得到不同的人造奶油樣品。5 ℃熟化2 d，向卵磷脂-菊粉人造奶油中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0%～2.5% FHPO制備的人造奶油分別用0.0% FHPO～2.5% FHPO表示。100% FHPO表示完全為FHPO，不添加卵磷脂和菊粉。

市售淡奶油和噴射奶油在5 ℃放置2 d做對照實驗。

1.3.2 脂肪酸組成測定

采用GC-MS法分析SFO和FHPO的脂肪酸組成。

樣品采用三氟化硼甲酯化法處理后進(jìn)行分析。GC條件：SUPELCO SP-2560石英毛細(xì)管柱（100 m×0.25 mm，0.2 μm），高純氦氣為載氣，采用恒壓模式。MS條件：GC-MS接口溫度280 ℃，電子電離源，電離能量70 eV。通過標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)對脂肪酸組成進(jìn)行定性分析，并采用面積歸一化法對各脂肪酸進(jìn)行定量分析。

1.3.3 穩(wěn)定性分析

采用TURBISCAN Lab型穩(wěn)定性分析儀測定人造奶油不穩(wěn)定指數(shù)（turbiscan stability index，TSI）。將制備好的人造奶油趁熱取30 mL注入儀器配套樣品瓶中，在測量池中進(jìn)行分析，每25 s測量。

1.3.4 人造奶油質(zhì)構(gòu)性質(zhì)測定

將人造奶油樣品趁熱轉(zhuǎn)移至鋁盒（65 mm×35 mm）中，樣品深度20 mm，然后置于5 ℃熟化2 d后進(jìn)行測試。測試條件：P5探針，測前速率2 mm/s，測中速率1 mm/s，測后速率2 mm/s，觸發(fā)力2 g，下壓深度10 mm。

1.3.5 人造奶油熔點分析

采用SN/T 0801.5—2015《出口動植物油脂檢驗方法熔點檢驗方法》。

1.3.6 人造奶油流變性能分析

1.3.6.1 應(yīng)變掃描與頻率掃描

樣品線性黏彈區(qū)（linear viscoelastic region，LVR）掃描測試條件：頻率1 Hz，應(yīng)變范圍0.001%～100%，采集數(shù)據(jù)點10 個，測試溫度5 ℃。

頻率掃描測試條件：固定應(yīng)變0.01%，進(jìn)行0.1～100 Hz的頻率掃描，數(shù)據(jù)采集點15 個，測試溫度5 ℃。

1.3.6.2 表觀黏度

掃描測試條件：固定應(yīng)變0.01%，頻率1 Hz，在0.01～200 s-1剪切速率進(jìn)行掃描，樣品測試時間為300 s，數(shù)據(jù)采集點10 個，測試溫度5 ℃。

1.3.7 人造奶油微觀結(jié)構(gòu)分析

準(zhǔn)確移取5 μL液態(tài)樣品于預(yù)熱的載玻片上，蓋上經(jīng)預(yù)熱的蓋玻片。置于5 ℃培養(yǎng)箱急冷24 h。熟化2 d后采用偏光顯微鏡（polarizing light microscope，PLM）觀察樣品微觀形貌，并用隨機圖像處理軟件進(jìn)行處理。

采用5 g/L的FITC溶液和NR溶液分別對水相和油相進(jìn)行標(biāo)記。樣品在5 ℃熟化2 d后，進(jìn)行CLSM測定，采用隨機圖像處理軟件進(jìn)行處理。

1.3.8 人造奶油晶型分析

采用X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）儀對樣品進(jìn)行晶型和結(jié)晶度分析。測試條件：Cu靶，工作電壓45 kV，電流40 mA，發(fā)射狹縫1/32°，防反射狹縫1/8°，2θ角掃描范圍為1°～30°，掃描步長0.026°。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)使用SPSS 16.0和Origin 9.1軟件進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基料油的脂肪酸組成

表1 基料油的主要脂肪酸組成Table 1 Fatty acid composition of base oils%

由表1可知，SFO主要成分是油酸（C18：1）和亞油酸（C18：2），而FHPO的主要成分是棕櫚酸（C16：0），硬脂酸（C18：0）和花生酸（C20：0）。添加少量FHPO以后，既保留了SFO的必需脂肪酸，未改變其原有營養(yǎng)價值，又使得幾種飽和脂肪酸比重略有增加，可間接帶來甘三酯潛在結(jié)晶體數(shù)量的增加和體系熔點的提高。

2.2 高熔點脂肪對人造奶油外觀和穩(wěn)定性的影響

由圖1可知，未添加F H P O的空白對照樣品（0.0% FHPO）呈現(xiàn)均一的可自由流動狀態(tài)，黏度較??；添加0.5% FHPO時，人造奶油依舊可以流動，但黏度較空白對照有所提升；添加0.5%～1.5%時，人造奶油硬度提升，倒置時不再流動；添加2.0%時，人造奶油體系開始出現(xiàn)裂紋，雖能夠固化但品質(zhì)已經(jīng)發(fā)生劣變；添加2.5%時，體系崩壞，已不能夠保持形狀。因此，從外觀上，1%～1.5% FHPO的添加可使體系均一和發(fā)生固化，實現(xiàn)可塑性的提升。

穩(wěn)定性分析儀通過測量發(fā)射到樣品上的背散射光，反映樣品中液滴隨時間變化的規(guī)律。背散射光變化值越小，TSI越低，說明乳狀液越穩(wěn)定，反之乳狀液穩(wěn)定性越差[19-20]。一般認(rèn)為，乳液的TSI超過1，表示體系開始出現(xiàn)肉眼不可見的不穩(wěn)定；超過3時就會出現(xiàn)肉眼可見的不穩(wěn)定現(xiàn)象（宏觀相分離）。與空白對照相比，添加0.5% FHPO時，樣品的TSI值從0.26陡增到0.68，且隨著FHPO添加量的逐漸增大，TSI也逐漸增大，表明樣品穩(wěn)定性逐漸降低，內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸開始劣變。TSI值最大出現(xiàn)在FHPO添加量為2.5%時，這與宏觀拍照結(jié)果一致。

圖2 不同人造奶油的TSIFig. 2 Turbiscan stability index of different margarine samples

2.3 人造奶油質(zhì)構(gòu)性質(zhì)

圖3 不同人造奶油的質(zhì)地指標(biāo)Fig. 3 Hardness, plasticity and viscosity of different margarine samples

對于脂肪含量較高的食品，固體脂肪所形成的結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)的強度決定了這類食品硬度的60%～80%[21]；可塑性和黏度決定了人造奶油涂抹性的好壞，從而決定其在烘焙食品和起層食品中的應(yīng)用[22]。

由圖3A～C可以看出，在1.3.4節(jié)所述的檢測條件下，未添加FHPO空白對照的硬度、可塑性和黏度非常低，而隨著FHPO添加量的增加，三者逐漸增大，尤其是可塑性和黏度在FHPO添加量超過2%時增幅顯著。由此可見，高熔點脂肪在低溫下結(jié)晶，與體系中凝膠劑協(xié)同作用形成支撐人造奶油的骨架結(jié)構(gòu)，起到提升硬度和可塑性的作用；但其添加量達(dá)到2%時，甘三酯結(jié)晶發(fā)揮的作用更加凸顯，已影響到人造奶油的穩(wěn)定性，同時硬度過大的人造奶油會出現(xiàn)顆粒感，黏度過大則會黏牙。

由圖3D可以看出，將1.5% FHPO添加量的人造奶油與市售淡奶油和噴射奶油進(jìn)行硬度、可塑性、黏度的對比，較流態(tài)的淡奶油而言，3 項指標(biāo)均有大幅度的提升，而接近于固態(tài)的噴射奶油。后續(xù)實驗選擇FHPO添加量在1.5%以內(nèi)進(jìn)行分析。

2.4 人造奶油熔點分析

表2 不同人造奶油的熔點Table 2 Melting points of different margarine samples

熔點是人造奶油的一項重要物理指標(biāo)，其數(shù)值越高，硬度越大，黏附性越小，因此實際應(yīng)用中通常根據(jù)生產(chǎn)需求決定人造奶油的熔點，調(diào)節(jié)人造奶油的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)[23]。由表2可知，2 種市售人造奶油熔點分別為28.4 ℃和39.4 ℃，涂抹性人造奶油的熔點在1～23 ℃時可塑性范圍較大；在27～42 ℃之間，既能在室溫下保持形狀，又具有較好的可熔性[1]。FHPO的熔點為59.1 ℃，遠(yuǎn)高于0.0% FHPO的11.0 ℃。隨著FHPO添加量的增加，人造奶油的熔點隨之增大。由此可見，添加少量的高熔點脂肪既可提高凝膠油基人造奶油的熔點，進(jìn)而提升樣品的硬度和可塑性，提升后樣品的熔點也均未超過30 ℃，可保證在人體內(nèi)能夠充分融化[24]。其在室溫下的應(yīng)用仍待進(jìn)一步探究。

2.5 人造奶油流變性質(zhì)分析

2.5.1 LVR與頻率掃描

LVR指樣品在變化的應(yīng)力或者應(yīng)變下，彈性模量G’和黏性模量G’’保持不變的區(qū)域。通常選擇樣品的最大G’的90%對應(yīng)的應(yīng)變點為臨界應(yīng)變[25]。G’反映材料在發(fā)生形變時儲存能量的能力和彈性大小，G’’反映材料在發(fā)生形變時釋放能量的能力和黏性大小。體系的黏彈性由tanδ（G’’/G’）表示，tanδ＞1，體系中黏性成分占主導(dǎo)，表現(xiàn)流體的特征；tanδ＜1，體系中彈性成分占主導(dǎo)，表現(xiàn)固體的特征[26]。

圖4 不同人造奶油的LVR（A）和頻率掃描（B～D）Fig. 4 Linear viscoelastic regions (A) and frequency sweeping (B-D) of different margarine samples

圖4 表明，F(xiàn)HPO添加量從0%增加到1.5%，人造奶油LVR范圍有微弱的縮小，從10%降到4%左右（圖4A）。與0.0% FHPO樣品相比，F(xiàn)HPO的添加有利于G’和G’’的提高；且FHPO添加量越多，樣品的G’和G’’值提高也越多，添加量1.5%的樣品則介于淡奶油和噴射奶油之間（圖4B、C）。

頻率在0.1～10 Hz時，不同人造奶油樣品均為G’＞G’’，即tanδ＜1，體系表現(xiàn)為膠體狀態(tài)，而頻率在10～100 Hz時，淡奶油和添加量較少（0%和0.5%）的樣品tanδ值增加明顯，已經(jīng)超過1；添加量達(dá)到1.5%時，凝膠油基人造奶油和噴射奶油的tanδ值依舊穩(wěn)定在小于1的范圍內(nèi)（圖4D），表現(xiàn)為穩(wěn)定的固體狀態(tài)。這是因為高熔點脂肪含量越高時，體系內(nèi)甘三酯結(jié)晶的數(shù)量也越多，這些甘三酯晶體與凝膠劑協(xié)同作用，進(jìn)而提高了體系的彈性和黏性，食用時口腔的順滑感也有所提升[27]。

2.5.2 表觀黏度

根據(jù)物質(zhì)的黏性流動行為可區(qū)分牛頓流體和非牛頓流體[28]。隨著剪切速率的增加，表觀黏度值減小是假塑性流體的典型特征[29]。

圖5 不同人造奶油表觀黏度Fig. 5 Apparent viscosities of different margarine samples

由圖5可以看出，所有樣品均表現(xiàn)出“剪切稀化”現(xiàn)象，為非牛頓流體中的假塑性流體，選擇Ostwald de Waele模型描述其流動行為，模型公式為：

式中：τ為剪切應(yīng)力/Pa，數(shù)值上τ＝ηgγ，η為表觀黏度/（Pa·s）；γ為剪切速率/s-1；K為稠度系數(shù)；n為流動指數(shù)[30]。如表3所示，不同人造奶油的n值均小于1，說明這些人造奶油均為假塑性流體。隨著FHPO添加量的逐漸增大，樣品體系的K值逐漸增大，稠度不斷增強，說明樣品體系內(nèi)甘三酯結(jié)晶與凝膠劑之間的相互作用逐漸增強，進(jìn)一步佐證了黏彈性的分析結(jié)果。而1.5% FHPO添加量的人造奶油K值遠(yuǎn)高于淡奶油，接近噴射奶油，綜合實驗判斷，該比例的凝膠油基人造奶油可部分替代市售塑性人造奶油。

表3 不同人造奶油的Ostwald-de Waele模型參數(shù)Table 3 Parameters of Ostwald-de Waele models for different margarine samples

2.6 人造奶油微觀結(jié)構(gòu)分析

圖6 不同人造奶油樣品的PLM圖（A）和CLSM圖（B）Fig. 6 PLM (A) and CLSM (B) of different margarine samples

在偏振光下，水和液態(tài)油脂由于光學(xué)各向同性，顯示為暗場；而卵磷脂、菊粉和甘三酯晶體各向異性顯示為亮白場[31]。相較于0.0% FHPO樣品，1.5% FHPO中出現(xiàn)了少量的細(xì)小甘三酯晶體。CLSM下人造奶油水相標(biāo)記為綠色，油相標(biāo)記為紅色[32]。從圖6可以看出，0.0% FHPO樣品中油水兩相呈現(xiàn)雙連續(xù)緊密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大量細(xì)小球狀油滴分散在連續(xù)水相中，油水兩相分界面明顯。而添加了FHPO之后，人造奶油中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接變得松散，油相和水相均出現(xiàn)聚結(jié)，油滴由球狀變?yōu)椴灰?guī)則形狀。由此可見，與晶體穩(wěn)定化的W/O型乳液體系不同，甘三酯晶體的存在會對原本卵磷脂-菊粉形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一定破壞作用，進(jìn)而降低體系的穩(wěn)定性，也使體系出現(xiàn)宏觀相分離的可能性增加。

2.7 人造奶油晶型分析

圖7 不同人造奶油的XRD譜圖Fig. 7 XRD patterns of different margarine samples

由圖7可以看出，100% FHPO在2θ分別為19.2°、20.8°、21.4°和23.0°，即短間距d值為4.6、4.2、4.15 ?和3.8 ?處有強衍射峰出現(xiàn)，表明100% FHPO內(nèi)存在大量的甘三酯晶體，4.6 ?和3.8 ?為甘三酯的β晶型，4.2 ?和4.15 ?為甘三酯的β’晶型[33]。而SFO和兩種凝膠劑在這個范圍無衍射峰。0.0% FHPO和0.5% FHPO僅在2θ為20°附近呈現(xiàn)了一個弱的彌散峰，說明樣品中可能存在少量弱的晶格結(jié)構(gòu)，更多的是無定形結(jié)構(gòu)[34]。但1.5% FHPO在4.6 ?處的衍射峰表明隨著FHPO添加量的增大，樣品內(nèi)開始出現(xiàn)少量的β型甘三酯晶體。

3 結(jié) 論

高熔點脂肪FHPO在凝膠油基人造奶油制備過程中形成甘三酯晶體，從而提升了卵磷脂-菊粉凝膠油基人造奶油的熔點、質(zhì)構(gòu)性質(zhì)和流變性質(zhì)，使其固化。但與此同時，甘三酯晶體的存在會對卵磷脂-菊粉形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有一定的破壞作用，當(dāng)FHPO添加量過高時，人造奶油的穩(wěn)定性降低，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和品質(zhì)發(fā)生劣變。因此FHPO添加量為1.5%時人造奶油的品質(zhì)達(dá)到較為理想的狀態(tài)，可部分替代塑性商品人造奶油。