周 強(qiáng)，韓延超，吳偉杰，丁玉庭，邵 平，童 川，郜海燕，*

(1.浙江工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 杭州 310014；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 食品科學(xué)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部果品產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江省果蔬保鮮與加工技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國輕工業(yè)果蔬保鮮與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310021)

山核桃(CaryacathayensisSarg.)是胡桃科山核桃屬的植物，主要分布于中國浙江和安徽[1]。山核桃仁富含脂肪、蛋白質(zhì)、可溶性糖和礦元素等營養(yǎng)物質(zhì)[2]，還含有大量生物活性物質(zhì)，如多酚、單寧、有機(jī)酸[3]等。山核桃仁中最主要的營養(yǎng)元素是脂肪[4]，其中90%為不飽和脂肪酸[5]，單不飽和脂肪酸含量達(dá)到70%[6]。山核桃仁中含有豐富的油酸和亞油酸，其中亞油酸是人體必需脂肪酸之一[7]。山核桃因其感官特性和營養(yǎng)功能而被用作具有獨(dú)特風(fēng)味的食用油[8]。山核桃油有降低血脂含量、預(yù)防心血管疾病、抗氧化等作用[9-10]。然而山核桃油在貯藏過程受到溫度、氧氣、光照和濕度的影響極易使不飽和脂肪酸發(fā)生氧化[11]。

油脂凝膠是通過在植物油中添加一定比例的可食用凝膠劑達(dá)到“固化”油脂的效果[12]。單硬脂酸甘油酯(單甘脂)具有良好的乳化性質(zhì)，作為食品級(jí)的凝膠劑，其成本也相對較低[13-14]，同時(shí)可以起到改變植物油的結(jié)構(gòu)而不改變其化學(xué)特性的作用[15]。常規(guī)塑性脂肪產(chǎn)品中含有大量的飽和或反式脂肪酸，非常容易引起動(dòng)脈粥樣硬化和肥胖等疾病[16-17]，而油脂凝膠大大降低了飽和以及反式脂肪酸的含量，可以作為傳統(tǒng)固態(tài)油脂的替代品[18]，并且可以提高油脂穩(wěn)定性，也便于工業(yè)化生產(chǎn)、貯藏及運(yùn)輸。因此，研究山核桃油脂凝膠化具有廣闊的工業(yè)前景及深遠(yuǎn)的意義。

本研究以單甘脂為凝膠劑，以山核桃油為載體油，制備山核桃油脂凝膠。探究不同工藝條件對山核桃油脂凝膠的影響，以尋求油脂凝膠制備的最優(yōu)工藝。以期為山核桃油脂凝膠的工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山核桃油，采購于黃山余香園食品有限公司舌尖徽州木榨油坊。

單甘脂、碘化鉀、三氯甲烷、冰乙酸、硫代硫酸鈉采購于麥克林公司，均為分析純級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀，SMS.UK超技儀器有限公司，日本；Avanti J-E高速冷凍離心機(jī)，貝克曼庫爾特有限公司，美國；恒溫箱，SANYO公司，日本；DK-S28型水浴鍋，精宏儀器有限公司，中國；ME103E電子天平，METTLER TOLEDO公司，美國；DF-101S集熱式磁力攪拌器，予華儀器有限公司，中國。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 單因素試驗(yàn)

參考徐杰[19]的方法，并稍加修改。取10 g山核桃油于50 mL燒杯中，分別加入8%、10%、12%、14%、16%的單甘脂，在80 ℃溫度下，進(jìn)行磁力攪拌30 min，結(jié)束后將山核桃油放入50 mL離心管中貯藏于(4±0.5)℃恒溫箱中，保存5 d。

取10 g山核桃油于50 mL燒杯中，加入12%的單甘脂，在80 ℃下，分別進(jìn)行磁力攪拌10、20、30、40、50 min，結(jié)束后將山核桃油放入50 mL離心管中貯藏于(4±0.5)℃恒溫箱中，保存5 d。

取10 g山核桃油于50 mL燒杯中，加入12%的單甘脂，分別在60、70、80、90、100 ℃溫度下，分別進(jìn)行磁力攪拌30 min，結(jié)束后將山核桃油放入50 mL離心管中貯藏于(4±0.5)℃恒溫箱中，保存5 d。

1.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取凝膠劑添加量、加熱時(shí)間、加熱溫度3個(gè)因素，各取3個(gè)水平，選用L9(33)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，以含油率為指標(biāo)，對山核桃油凝膠制備的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。具體因素水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與因素水平表

1.3.3 含油率測定

參考Yilmaz等[20]的方法，稍加修改。取一個(gè)2 mL離心管并稱重為m1，取一定量的山核桃油脂凝膠放入離心管內(nèi)并稱重為m2，在4 ℃，8 000 r·min-1條件下離心30 min，用濾紙擦干析出的油并稱重為m3，按式(1)計(jì)算含油率(ω，%)

(1)

式(1)中：m1為空離心管質(zhì)量(g)，m2為樣品加離心管質(zhì)量(g)，m3為析出油后的離心管質(zhì)量(g)，X為凝膠劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.4 凝膠強(qiáng)度測定

參照Hwang等[21]、王家鑌等[22]測定方法并稍作修改。取山核桃油脂凝膠樣品進(jìn)行測定，質(zhì)構(gòu)儀的測定條件為P/0.5探頭，測前速度為1.5 mm·s-1，測試速度為1 mm·s-1，測后速度為1 mm·s-1，測試距離為10 mm，觸發(fā)力為2 g。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)，取平均值。

1.3.5 過氧化值測定

參照GB/T 5009.227—2016[23]的方法進(jìn)行測定：稱取適量油樣溶解于三氯甲烷-冰乙酸溶液，先加入飽和KI溶液與過氧化物反應(yīng)生成I2，然后以淀粉溶液為指示劑，用Na2S2O3溶液進(jìn)行滴定，至藍(lán)色消失為終點(diǎn)。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。以過氧化物相當(dāng)于碘單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來表示過氧化值的量。計(jì)算公式如下：

XPOV=(V-V0)×c×0.1269×100/m。

(2)

式(2)中：XPOV是過氧化值，V和V0分別是Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定樣品和空白的體積，c是Na2S2O3溶液濃度，0.126 9是以Na2S2O3計(jì)的碘當(dāng)量，m和100分別為試樣質(zhì)量和換算系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS Statistics 20.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行前處理，使用單向方差分析(ANOVA)進(jìn)行顯著性差異分析，采用Excel 2013進(jìn)行繪圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果P<0.05時(shí)具有顯著性。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同凝膠劑添加量對山核桃油脂凝膠的影響

含油率是評(píng)價(jià)凝膠劑對油脂的束縛能力的重要指標(biāo)之一[24]。如圖1-A所示，山核桃油脂凝膠的含油率隨著凝膠劑添加量的增加而增加。當(dāng)凝膠劑添加量低于10%時(shí)，含油率低于80%。凝膠劑的添加量超過12%，含油率超過了80%，顯著升高(P<0.05)。但添加量再升高，含油率未顯著升高(P>0.05)。凝膠強(qiáng)度是衡量油脂凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)[22]。山核桃油脂凝膠的凝膠強(qiáng)度隨凝膠劑添加量變化如圖1-B所示。油脂凝膠的凝膠強(qiáng)度隨著凝膠劑添加量的增加而增大。當(dāng)凝膠劑添加量低于10%時(shí)，凝膠強(qiáng)度相對比較低。當(dāng)凝膠劑的添加量大于等于12%時(shí)，凝膠強(qiáng)度相對比較高(P<0.05)。Meng等[25]研究認(rèn)為，油脂凝膠的含油率和凝膠硬度都隨著凝膠劑濃度的增加而增加，在高濃度的凝膠劑添加時(shí)，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶體更緊密的積累，這與本文的結(jié)果相似，隨著凝膠劑添加量的增加，含油率與凝膠強(qiáng)度均有所增加。劉日斌等[26]使用8%添加量的單甘脂制備了良好的玉米油脂凝膠。本文的結(jié)果顯示，單甘脂添加量為12%能夠形成比較好的山核桃油脂凝膠，可能是因?yàn)樯胶颂矣椭胁伙柡椭舅岷勘容^高。說明從成本考慮，凝膠劑的添加量可以選擇12%。

柱狀圖上無相同小寫字母的表示各處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.2 不同加熱時(shí)間對山核桃油脂凝膠的影響

如圖2-A所示，山核桃油脂凝膠的含油率隨著加熱時(shí)間的增加先增加后降低。加熱時(shí)間為10、20和50 min時(shí)，含油率相對比較低，加熱時(shí)間為30和40 min時(shí)，含油率相對比較高，且含油率接近90%。加熱時(shí)間為30和40 min的含油率顯著高于加熱時(shí)間為10和20 min的處理組(P<0.05)。山核桃油脂凝膠的凝膠強(qiáng)度隨加熱時(shí)間變化如圖2-B所示。油脂凝膠的凝膠強(qiáng)度隨著加熱時(shí)間的增加呈先增加后降低的趨勢。加熱時(shí)間為10和20 min，凝膠強(qiáng)度顯著低于其他處理組(P<0.05)。加熱時(shí)間為30 min，凝膠強(qiáng)度相對比較高，顯著高于加熱時(shí)間為10、20和50 min處理組，與加熱時(shí)間為40 min處理組無顯著差異(P>0.05)。戴柯銳等[27]在研究紫蟲膠制備亞麻籽油凝膠時(shí)發(fā)現(xiàn)，油凝膠的持有率和凝膠強(qiáng)度隨加熱時(shí)間的延長呈先增加后降低的趨勢，加熱時(shí)間為30 min時(shí)持油性最大，這與我們的結(jié)果相似。說明加熱時(shí)間在30 min，對油脂凝膠的成型比較好。

2.3 不同加熱溫度對山核桃油脂凝膠的影響

如圖3-A所示，山核桃油脂凝膠的含油率隨著加熱溫度的升高先增加后降低。加熱溫度為60和100 ℃時(shí)，含油率顯著低于其他處理組(P<0.05)。當(dāng)加熱溫度為70、80、90 ℃時(shí)，含油率相對比較高，且含油率接近90%。加熱溫度為80 ℃含油率顯著高于其他處理組(P<0.05)。山核桃油脂凝膠的凝膠強(qiáng)度隨加熱溫度變化如圖3-B所示。油脂凝膠的凝膠強(qiáng)度隨著加熱溫度的升高呈先增加后降低的趨勢。加熱溫度為60和100 ℃時(shí)，凝膠強(qiáng)度顯著低于其他處理組(P<0.05)。加熱溫度為80和90 ℃，凝膠強(qiáng)度顯著高于其他處理組(P<0.05)。李雪等[28]在研究復(fù)合凝膠劑型芝麻油油脂凝膠的制備時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著加熱溫度的增加，凝膠油脂的持油性呈增加趨勢，選擇加熱溫度為80 ℃，這與我們的結(jié)果接近。左鋒等[29]研究肉桂酸基油脂凝膠的制備認(rèn)為加熱溫度如果太高，會(huì)影響油脂凝膠體系的自助裝的過程，這與我們加熱溫度過高，含油率和凝膠強(qiáng)度下降的結(jié)果相似。說明加熱溫度為80 ℃時(shí)，油脂凝膠的制備工藝比較好。

圖3 不同加熱溫度對山核桃油脂凝膠含油率(A)和凝膠強(qiáng)度(B)的影響

2.4 山核桃油脂凝膠的工藝優(yōu)化

在根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，依照表1進(jìn)行正交試驗(yàn)對山核桃油脂凝膠工藝進(jìn)行優(yōu)化，選擇以凝膠劑添加量(A)、加熱時(shí)間(B)、加熱溫度(C)3個(gè)因素3個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)。Meng等[30]在研究增稠劑對羥丙基甲基纖維素基食用油凝膠形成及性能的影響時(shí)認(rèn)為，油脂凝膠的含油率與凝膠強(qiáng)度是有一定的相關(guān)性的。因此，我們選擇以油脂凝膠含油率為指標(biāo)，確定制備油脂凝膠的最佳工藝。

正交試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。各因素對山核桃油脂凝膠的影響大小為A>C>B，即凝膠劑添加量>加熱溫度>加熱時(shí)間。制備山核桃油脂凝膠的最佳工藝組合為A2B2C2，即凝膠劑添加量為12%，加熱時(shí)間為30 min，加熱溫度為80 ℃，在此工藝條件下，含油率為91.31%。按照最佳的制備工藝，進(jìn)行三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到含油率為90.85%±2.41%，與正交試驗(yàn)表中的結(jié)果相近。

表2 L9(33)正交試驗(yàn)結(jié)果表

說明凝膠劑添加量為12%，加熱時(shí)間為30 min，加熱溫度為80 ℃的工藝條件比較合適。

2.5 山核桃油脂凝膠的過氧化值

過氧化值是油的主要氧化產(chǎn)物(過氧化物和氫過氧化物)的量度[31]。過氧化值是表征山核桃氧化程度的重要指標(biāo)之一[32]。山核桃油脂凝膠正交試驗(yàn)的過氧化值如圖4所示。第8組的過氧化值略高于其他處理組。第2組的過氧化值顯著低于其他處理組(P<0.05)。所有處理組其過氧化值均低于GB 15196—2015[33]中的規(guī)定(0.13%)。

圖中序號(hào)與正交試驗(yàn)表中的序號(hào)相對應(yīng)。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)探究了山核桃油脂凝膠制備方式對山核桃油脂凝膠特性的影響。單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，凝膠劑添加量的增加，油脂凝膠的含油率以及凝膠強(qiáng)度均逐漸增加。從成本考慮，凝膠劑的添加量為12%比較合適。加熱時(shí)間在30 min，對油脂凝膠的成型比較好。加熱溫度為80 ℃時(shí)，油脂凝膠的制備工藝比較好。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，各因素對山核桃油脂凝膠的影響大小為凝膠劑添加量>加熱溫度>加熱時(shí)間。凝膠劑添加量為12%，加熱時(shí)間為30 min，加熱溫度為80 ℃的工藝條件比較合適。所有工藝制備的油脂凝膠其過氧化值均符合GB 15196—2015中的規(guī)定。