猪油与3种植物油二元混合体系相容性研究

高佳佳,马腾飞,方庆敏,覃小燕,王坤友,杨兴元,黄训端,张部昌,*

(1.安徽大学 健康科学研究院,安徽合肥 230601;2.安徽天祥粮油食品有限公司,安徽阜阳 236000)



猪油与3种植物油二元混合体系相容性研究

高佳佳1,马腾飞2,方庆敏2,覃小燕2,王坤友2,杨兴元1,黄训端1,张部昌1,*

(1.安徽大学 健康科学研究院,安徽合肥 230601;2.安徽天祥粮油食品有限公司,安徽阜阳 236000)

油脂相容性是影响调和油脂品质及稳定性的重要因素,本文通过测定猪油(LO)、菜籽油(RO)、大豆油(SBO)和椰子油(CNO)的基本理化性质,利用碘值、固体脂肪含量等温曲线(SFC-T)及偏差曲线(ΔSFC-T)对LO与RO/SBO/CNO的二元混合体系的不饱和度及相容性进行分析研究。结果表明:RO/SBO可以提高其与LO混合油脂的不饱和度,且与两种植物油脂质量分数呈正相关性,CNO则相反;不同比例的LO与RO/SBO/CNO混合油脂在5、10 ℃出现轻微共晶现象,在15～50 ℃出现偏晶现象;3种植物油脂中RO/SBO与LO相容性较好,CNO较差;混合油脂比例分别为1∶9(RO∶LO)、1∶9/2∶8(SBO∶LO)及1∶9(CNO∶LO)时,ΔSFC值在-1.5%～2%范围内,油脂相容性最佳。

猪油,植物油,相容性,不饱和度,等温曲线,偏差曲线

猪油(Lard oil,LO)与一般植物油相比具有独特风味和良好的起酥性,其热量高,富含维生素A和E,含有较高的胆固醇,价格较贵[1-2]。LO多用于制作点心的酥皮、桃酥等食品的起酥油中,经深加工的LO也会用于面包、冰淇林、速冻及快餐食品等[3]。菜籽油(Rapeseed oil,RO)和大豆油(Soybean oil,SBO)脂肪酸种类丰富,不饱和脂肪酸含量高;RO中铁、铜、锌、锰等微量元素和维生素E含量较高[4];SBO中含有磷脂、甾醇类和维生素等物质,具有活化脂类代谢、抗脂肪肝及降低血浆低密度脂蛋白等作用;两种植物油熔点低,常温下呈液态,可塑性差,易氧化酸败。椰子油(Coconut oil,CNO)是食用油中唯一由中链脂肪酸组成的油脂,含大量月桂酸,可快速供能而不以脂肪的形式贮存在体内,还有助于免疫系统构建,提高新陈代谢,降低人体胆固醇含量,但油脂饱和度过高,常温下过硬[5-6]。上述几种单一油脂难以满足营养丰富、储藏稳定性及应用性能俱佳等特点,因此可综合利用动植物油脂的优势制备调和油脂产品。目前,有部分研究表明调和油脂有益于身体健康,例如王吉[7]等分别研究了RO/SBO与LO调和油脂对小鼠血脂及肝脏代谢的影响,结果表明调和油具有降低血脂,保护心血管健康,提高肝脏抗氧化能力,降低肝脏氧化损伤等功能。

表1 LO、RO、SBO及CNO的熔点和碘值Table 1 Melting point and iodine value of LO,RO,SBO and CNO

两种或多种油脂调和使用会导致油脂结晶特性的改变,可能会发生油脂迁移、相分离、稠度突变、起霜、起砂、析油等不相容现象,直接影响油脂食品的加工过程、品质及货架寿命[8]。目前,对于LO与植物油脂的相容性分析研究主要集中在棕榈油分提产物及棉籽油,而对其与其他植物油脂相容性研究较少,如夏莹[9]等研究了LO与6种棕榈油分提产物相容性,朱向菊[10]等研究了LO干法分提固脂与氢化棉籽油的混合油脂SFC曲线与起酥油产品的相关性。

本文在分析LO与3种植物油脂(RO、SBO、CNO)的基本理化性质基础之上,将LO分别与3种植物油脂按不同比例混合,并对混合油脂的不饱和度及相容性进行对比研究,为其在动植物调和油脂产品的配方研究与制备中提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

精炼LO、CNO、RO及SBO 安徽天祥粮油食品有限公司;氢氧化钾 天津博迪化工有限公司;正己烷、甲醇 色谱纯,合肥拜尔迪化学科技有限公司。

BOMAN MB3600近红外油脂分析仪 德国ABB公司;GCMS-QP2010气相色谱质谱联用仪 日本岛津公司;Minispec mq-one核磁共振分析仪 德国布鲁克公司;DC-2006低温恒温槽 上海恒平公司;FA2204B分析天平(万分之一) 上海精科电子仪器公司;XMTD-204电热恒温水浴锅 河北润联科技开发有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 油脂熔点测定 按照GB/T 24892-2010《动植物油脂在开口毛细管中熔点(滑点)的测定》进行测定。

1.2.2 油脂碘值测定 采用近红外油脂测定仪来测定油脂的碘值,将约1 mL的待测定油脂倒入到样品管中,再放入预热槽中预热至75 ℃使油脂完全熔化,再置于进样口进行测定。

1.2.3 脂肪酸组成分析 脂肪酸甲酯的制备:取0.06 g油样,溶于8 mL正己烷中使其充分溶解,再加入0.2 mol/L KOH-CH3OH饱和溶液2 mL,反复振荡混匀,静置30 min,分层后,吸取上层溶液进行脂肪酸组成分析。气相色谱条件:RT-2560强极性毛细管气相色谱柱(100 m×0.25 mm,ID 0.2 μm),检测器为FID;进样口温度260 ℃,柱前压278.6 kPa,柱温160 ℃保留5 min,以4 ℃/min升温至220 ℃保留10 min,4 ℃/min升温至240 ℃保留20 min;检测器温度260 ℃,H2压力60 kPa,空气压力50 kPa;进样量1 μL,不分流[11]。

1.2.4 固体脂肪含量(SFC)测定 采用脉冲核磁共振法测定油脂的固体脂肪含量。称取油样4 g左右,放置于核磁共振试管中,3组平行。样品需在70 ℃恒温水浴进行预处理0.5 h使样品完全融化;0 ℃恒温水浴放置1 h使样品完全结晶;再将样品分别转移到温度5、10、15、20、25、30、35、40、45、50 ℃的低温恒温槽中放置0.5 h,测定其SFC值[12]。

1.2.5 油脂相容性分析 利用混合油脂在不同温度下等温结晶曲线和实测SFC与理论SFC之间的差值(ΔSFC)来分析混合油脂的相容性[13-14]。

理论SFC值计算方法:理论SFC=SFCx×X+SFCy×Y

式中,SFCx代表在测定温度下X的SFC值,SFCy代表在测定温度下Y的SFC值,X为混合油脂中X的质量分数(%),Y为混合油脂中Y的质量分数(%)。

ΔSFC的计算方法为:ΔSFC=实测SFC-理论SFC。以温度为横坐标,以ΔSFC为纵坐标绘制ΔSFC-T曲线。ΔSFC越接近零,混合油脂的相容性越好;ΔSFC正值,为偏晶;ΔSFC负值,为共晶,一般认为ΔSFC在±1.5%以内为完全相容[10]。

1.3 数据统计分析

分析方法中每个实验重复3次,结果表示为平均数X±SD,利用SPSS Statistics 19.0软件对实验数据进行统计。

2 结果与分析

2.1 油脂的基本理化性质

2.1.1 油脂熔点、碘值及脂肪酸组成 对LO及3种植物油脂进行熔点、碘值及脂肪酸组成测定,结果如表1、表2所示。

由表1可知,LO的熔点最高,CNO次之;RO及SBO熔点都在0 ℃以下,常温下呈流态,可塑性差。碘值是反映油脂不饱和程度的重要指标,碘值越大不饱和程度越高,油脂容易氧化,产品的货架期短[15]。

表2 LO、RO、SBO及CNO的脂肪酸组成Table 2 Fatty acid composition of LO,RO,SBO and CNO

注:“-”表示未检测到。RO与SBO碘值较高,LO次之,CNO最低,油脂不饱和度大小依次为:SBO>RO>LO>CNO。上述单一油脂在起酥油和专用油脂开发中单独使用都存在一定缺陷,RO和SBO易氧化且可塑性差,CNO和LO则饱和度过高,营养价值偏低。三种植物油脂与LO按一定比例混合使用,可调节混合油脂的不饱和度及脂肪酸种类。

由表2可知,LO主要脂肪酸为棕榈酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、油酸(C18∶1)及亚油酸(C18∶2),饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸含量相当。LO中90%～100%的棕榈酸都在Sn-2位上,这种特殊结构与人乳脂相似,易被人体所消化吸收[16-17]。RO和SBO中饱和脂肪酸含量较少,不饱和脂肪酸含量都超过85%,主要以油酸、亚油酸为主,两种植物油脂都含少量的亚麻酸(C18∶3)。CNO相较于其他几种油脂比较特殊,饱和脂肪酸占90%以上,以低、中碳链为主,其中月桂酸(C12∶0)和豆蔻酸(C14∶0)总含量近69%。综上所述,LO与RO、SBO的脂肪酸种类较相似,与CNO差异较大;CNO氧化稳定性最好,LO次之,RO和SBO易氧化。

2.1.2 固体脂肪含量(SFC) SFC是脂肪在不同温度下熔融以及硬度的性能指标,可反映油脂的塑性。通过核磁共振法对油脂不同温度下的SFC进行检测,结果如图1所示。

图1 LO、RO、SBO及CNO不同温度条件下固体脂肪含量Fig.1 Solid fat content under different temperature conditions of LO,RO,SBO and CNO

由图1可知,RO和SBO在5～50 ℃条件下SFC值趋于0%,主要由于两种油脂的不饱和脂肪酸含量高,熔点<0 ℃,在温度区间内结晶脂肪很少,呈液状。LO与CNO的SFC值随着温度升高而减小;CNO在5～25 ℃时SFC值急速下降,在5～20 ℃条件下SFC值较大,在25 ℃时趋于0%,塑性范围较窄;LO在5～35 ℃范围内具有一定的固体脂肪含量,塑性范围宽。

2.2 混合油脂碘值

分别将RO、CNO、SBO与LO按照(1∶9)～(9∶1)的比例混合,混合油脂碘值测定结果如图2所示。

图2 RO/SBO/CNO与LO不同比例混合油脂的碘值Fig.2 Iodine value of different proportion of mixed oil about RO/SBO/CNO and LO

由图2可知,RO和SBO不饱和脂肪酸含量高,混合油脂碘值随着两种油脂质量分数的增加而增大,呈正相关性,油脂不饱和度提高;CNO碘值较低,饱和脂肪酸含量高,当质量分数不断增大时,混合油脂的碘值逐渐减小,呈负相关性,油脂不饱和度降低;当RO、SBO与LO混合油脂比例在5∶5时,碘值相对于LO分别增大近41%、66%;CNO与LO混合油脂比例在5∶5时,碘值相对于LO减小了46%。结合表3可知,混合油脂的碘值随植物油脂的质量分数增加呈现良好的线性关系,拟合系数R2>0.98。

表3 RO/SBO/CNO与LO不同比例 混合油脂碘值变化曲线线性方程Table 3 Different proportion of mixed oil equation curve of iodine value linear about RO/SBO/CNO and LO

2.3 混合油脂相容性分析

2.3.1 混合油脂等温结晶曲线图 根据LO与3种植物油脂不同比例混合油脂在不同温度条件下测定的SFC值绘制等温结晶曲线图并分析其线性关系,结果如图3～图5及表4所示。

图3 RO与LO不同比例混合油脂等温曲线图Fig.3 Isothermal curves of different proportion of mixed oil of RO and LO

图4 SBO与LO不同比例混合油脂等温曲线图Fig.4 Isothermal curves of different proportion of mixed oil of SBO and LO

由图3、图4可知,RO/SBO与LO混合油脂不同温度下SFC值与RO/SBO质量分数呈负相关性。

表4 RO/SBO/CNO与LO不同比例混合油脂等温结晶曲线线性方程Table 4 Different proportion of mixed oil equation curve of isothermal curve about RO/SBO/CNO and LO

图5 CNO与LO不同比例混合油脂等温曲线图Fig.5 Isothermal curves of different proportion of mixed oil of CNO and LO

由图5可知,CNO与LO混合油脂在5～15 ℃下SFC值与CNO质量分数呈正相关性,混合油脂中CNO起主导作用,SFC值随CNO的质量分数增加而增大;在20 ℃时曲线较平直,混合油脂的固体脂肪处于一种动态平衡状态;在25～50 ℃条件下呈负相关性,此温度范围内CNO基本熔化,混合油脂的固体脂肪以LO为主。LO与SBO/RO混合油脂在20～30 ℃及LO与CNO混合油脂在15～25 ℃时,等温曲线在各温度区间内SFC值下降趋势大,混合油脂固体脂肪转变较大,处于快速熔化阶段。

油脂相容性分析中等温曲线越趋于一条直线,说明两种油脂相容性越好;反之,则说明两种油脂相容性不好,且等温曲线越弯曲,表明二者相容性越差[18]。LO与RO/SBO混合油脂在45、50 ℃时,与CNO混合油脂在15、20 ℃及40～50 ℃时,等温曲线线性关系差,油脂相容性差,其他温度条件下,等温曲线线性关系良好,油脂相容性较好。LO与RO/SBO混合油脂在45、50 ℃时基本处于熔化状态,SFC值趋于0%,因此LO中微量的高熔点甘油三酯对混合体系的SFC值影响变大,等温曲线线性关系变差;LO与CNO混合油脂在15、20 ℃时,CNO的SFC值急速减小,混合油脂中固体脂肪由CNO向LO占主导转变,两种油脂中不同甘油三酯的熔化速率差异导致混合油脂SFC值出现较大波动,在调和油脂配方研究时要根据用途适当选择添加比例。

2.3.2 混合油脂实测SFC值与理论SFC值偏差曲线(ΔSFC-T) 混合油脂中甘油三酯在无热量或体积变化时,相容性好;当甘油三酯携带脂肪酸碳链长度有差异时,SFC理想值与测量值之间出现偏差,混合油脂可利用SFC实测值与理想值之间的差值评价混合物体系相容性[19]。由RO/SBO/CNO与LO混合油脂的SFC值绘制ΔSFC-T曲线图,结果如图6～图8所示。

图6 RO与LO不同比例混合油脂ΔSFCFig.6 ΔSFC values of different proportion of mixed oil of RO and LO

研究表明,两种组分完全相容时其混合物呈现连续不断的固体状态;部分相容时,当添加油脂有利于形成不规则甘油三酯晶格时,测量结晶热比理想值要低,表现为负差值(共晶现象),当添加油脂有利于形成更紧密、稳定甘油三酯晶格时,则表现为正偏差(偏晶现象);互不相容时,混合物呈各自晶体互相掺和的共存状态[19-20]。由图6可知,RO与LO混合油脂在5、10、50 ℃时部分比例混合油脂ΔSFC为负值,但都在0～-1.5%之间,共晶现象不明显;而其他温度条件下,混合油脂ΔSFC都为正值,呈偏晶现象,混合油脂有利于形成更稳定的晶格。混合油脂在20、25 ℃时偏晶现象最明显,可能是由于此时油脂中甘油三酯熔化速率加快,油脂中固体脂肪向液态脂肪转变,未熔化的甘油三酯脂肪酸链长度差异较大导致。RO与LO混合油脂部分相容,在比例为1∶9、2∶8时各温度条件下ΔSFC<2%,油脂相容性好,其中1∶9时ΔSFC值在±1.5%范围内,混合油脂相容性最佳。

图7 SBO与LO不同比例混合油脂ΔSFCFig.7 ΔSFC values of different proportion of mixed oil of SBO and LO

由图7可知,在5、10 ℃时,SBO与LO部分混合比例油脂出现共晶现象,但是ΔSFC值较小;在其他温度油脂呈偏晶现象,在25 ℃时偏晶现象最明显。SBO与LO混合油脂部分相容,混合油脂比例在1∶9、2∶8时ΔSFC值在±1.5%范围内,油脂相容性好。

由图8可知,在5 ℃和10 ℃时,CNO与LO混合油脂出现共晶现象;其他温度混合油脂呈偏晶现象,在20 ℃时较严重。混合油脂比例在1∶9时油脂相容性最好,ΔSFC值在-1.5%～2%之间。

综上所述,RO/SBO/CNO与LO混合油脂部分相容,与RO/SBO相容性较好,CNO较差,上述现象与表2中油脂脂肪酸测定时显示的LO与RO/SBO脂肪酸种类较相似,与CNO相差大的结果相呼应。

3 结论

3种植物油脂与LO熔点大小依次为:LO>CNO>RO/SBO,碘值大小依次为:SBO>RO>LO>CNO。RO/SBO与LO的混合油脂的碘值与RO/SBO质量分数呈正相关性,RO/SBO可提高混合油脂的不饱和度;CNO与LO的混合油脂碘值与CNO质量分数呈负相关性,CNO会降低油脂的不饱和度。

RO/SBO/CNO与LO混合油脂在5、10 ℃有轻微的共晶现象,在15～50 ℃条件下呈偏晶现象。RO/SBO与LO的混合油脂在5～40 ℃及CNO与LO混合油脂在5、10、25～35 ℃时等温曲线线性关系良好,相容性较好。RO与LO混合油脂在比例为1∶9及SBO与LO比例为1∶9、2∶8时,ΔSFC值在±1.5%范围内,混合油脂相容性好;CNO与LO最佳混合比例为1∶9,ΔSFC值在-1.5%～2%。三种植物油脂中,LO与RO/SBO相容性较好,CNO较差。

动物油脂LO与植物油脂(RO/SBO/CNO)混合可调节油脂的不饱和度,丰富脂肪酸种类,提高营养价值,在研究开发调和及塑性脂肪产品(人造奶油、起酥油及速冻油等)配方的过程中可利用这些特点及其在不同温度及混合比例条件下相容特性合理设置配比,以提高产品的品质及稳定性。

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Study on compatibility of binary mixture systems betweenlard oil and three kinds of plant oil

GAO Jia-jia1,MA Teng-fei2,FANG Qing-min2,QIN Xiao-yan2,WANG Kun-you2,YANG Xing-yuan1,HUANG Xun-duan1,ZHANG Bu-chang1,*

(1.Institute of Health Sciences,Anhui University,Hefei 230601,China;2.Anhui Tianxiang Grain and Oil Food Company,Fuyang 236000,China)

Oil compatibility is the important factor which influence the quality and stability of mixed oil.The study about unsaturation and compatibility of binary mixture system(LO and RO/SBO/CNO)was researched by the detection of iodine value and the map of solid fat content isotherm curve(SFC-T)or the deviation curve(Δ SFC-T). At the same time,the basic physical and chemical properties of lard oil(LO),rapeseed oil(RO),soybean oil(SBO)and coconut oil(CNO)were analyzed. The results showed that the unsaturation of oil which mixed with LO and RO/SBO/CNO was increased with the mass fraction of RO/SBO and showed positive correlation,while CNO was the opposite. The mixed oil present mild eutectic phenomenon appeared in 5/10 ℃ and monotectic phenomenon in 15～50 ℃. RO and SBO had better compatibility with LO,CNO was the worst. The best mix proportion were 1∶9(RO∶LO),1∶9/2∶8(SBO∶LO)and 1∶9(CNO∶LO),and all the value of Δ SFC were in the range of-1.5%～2%.

lard oil;plant oil;compatibility;degree of unsaturation;isothermal curve;deviation curve

2016-12-06

高佳佳(1988-)，女，硕士，研究方向：专用油脂研究与开发，E-mail：Gaojiajiacc@163.com。

*通讯作者:张部昌(1965-)，男，博士，教授，研究方向：生物工程及食品加工技术研究，E-mail：zhbc@ahu.edu.cn。

安徽天祥粮油食品有限公司委托项目(Y06099207)；安徽省重点研究与开发计划项目(1704a07020075)。

TS225.1

A

1002-0306(2017)13-0053-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.13.010