小烛树蜡油脂凝胶的性质及作用机理研究

汪 鸿 孙立斌 张 亮 王俊国 黄昭先

(吉林工商学院粮食学院1，长春 130507)(东北农业大学食品学院2，哈尔滨 150030)

起酥油是一种食用脂肪，传统上用于制作糕点，蛋糕和饼干等烘焙产品。由于起酥油可防止混合过程中面筋的凝聚，因此它在最终产品的质地和口感中起着至关重要的作用[1]。此外，起酥油还赋予了其他功能特性，例如通气和稳定性，对产品的结构和几何形状有很大的贡献。通常，传统的起酥油含有大量的饱和脂肪酸和反式脂肪酸[2，3]。然而，考虑到这些成分对人体健康的负面影响，包括高水平的低密度脂蛋白会导致胆固醇升高或动脉粥样硬化，这些成分已成为不受欢迎的食品成分[4]。因此，学者们正在努力研发能够满足生产需要的起酥油替代品。在各种探索的替代反式酸及饱和脂肪酸的方法中，油脂凝胶已被提出为一种可行的方法[5]。

油脂凝胶旨在通过胶凝剂来结构化食用油进行使用，通过这种有机凝胶化作用，有机液体可被截留在热可逆的凝胶网络中，从而产生具有固体性质的油脂凝胶。由于这些油分子在不改变其化学组成的情况下具有特定的稠度和硬度，因此它们在食品，化妆品和制药行业中具有巨大的潜在应用前景[6]。具体来说是凝胶剂分子的使用赋予了这种多样性食品的功能，如限制油的迁移，饱和脂肪酸和反式脂肪酸的替代，以及乳液的稳定性食品功能[7，8]。然而，在与食品相关的应用方面，油凝胶仍未得到充分利用。之前只有少数研究将乙基纤维素和米糠蜡油脂凝胶分别用于肉制品[9，10]和冰淇淋[11]。因此，需要将油脂凝胶的用途扩展到更广泛的食品中。

本研究中使用的小烛树蜡是经美国食品及药物管理局(FDA)批准的一种食品添加剂，主要用作口香糖上光剂和粘合剂。它还被用于生产唇膏和护肤品以及在不同的食品体系中作为棕榈蜡和蜂蜡的替代品[12]。小烛树蜡的主要成分为50%～51%烃类、28%～29%的蜡酯、12%～14%的醇类和甾醇类、7%～9%的游离酸以及约为0.7%无机残留物[13]。Toro-Vazquez[14]等曾经用小烛树蜡(0.5%～6%)和红花油(0.5%～4%)制备油脂凝胶，在他们的研究中，将研究重点放在了油脂凝胶的流变学和热学性质上，而不是它们在食品系统中的加工性能上。在本研究中，试验选用小烛树蜡作为凝胶分子，低芥酸菜籽油为基料油，研究通过添加小烛树蜡使其形成凝胶的特性。研究小烛树蜡对低芥酸菜籽油所形成油脂凝胶的相变、持油性、SFC、凝胶晶型及硬度的影响，为研究开发起酥油的替代品提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

低芥酸菜籽油，食品级小烛树蜡(纯度99.5%)，其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

JY10002型号电子分析天平，5430台式多功能高速离心机，DF-集热式恒温加热磁力搅拌器，TE.XT-Plus型质构分析仪，MQC-23脉冲核磁共振仪，X-射线衍射仪。

1.3 实验方法

1.3.1 油脂凝胶样品制备

称取一定质量的低芥酸菜籽油，按照一定的质量分数添加小烛树蜡，将样品置于160 ℃恒温磁力搅拌油浴锅中600 r/min加热搅拌10 min，使小烛树蜡在油样中完全溶解，从水浴锅中取出油样，密封后放入5 ℃冰箱中进行冷却24 h形成凝胶。

1.3.2 油脂凝胶相变测定

向低芥酸菜籽油中添加质量分数为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%的小烛树蜡，参照1.3.1的方法制备油脂凝胶，按照翻转法[15]进行临界成胶浓度测定。

1.3.3 油脂凝胶OBC测定

称量空的离心管，将10 mL小烛树蜡质量分数分别为4%、6%、8%、10%、12%融化的油脂凝胶分别置于空的离心管中并在5 ℃下保持24 h，然后再次称重，在室温下进行10 000 r/min离心15 min，离心结束后将离心管倒置10 min，将液态油排出后再次称重，计算油脂凝胶的持油性，每个样品重复3次测定后取平均值。持油性的计算公式见式(1)[16]。

持油性=(1-(c-a)/(b-a))×100%

(1)

式中：a为空离心管质量/g；b为油脂凝胶加入离心管中的总质量/g；c为离心后排出液态油的离心管质量/g

1.3.4 油脂凝胶SFC测定

向核磁管中添加一定量油脂凝胶样品，使样品高为(4±1) cm，在160 ℃保持30 min，以消除结晶记忆，随后将核磁管置于0 ℃下保持90 min后测其SFC，然后再从70 ℃至130 ℃以5 ℃的间隔在水浴中各保留30 min，测得各个温度下的SFC。

1.3.5 油脂凝胶XRD测定

晶型分析用X-射线衍射法，取适量样品平铺于检测片上的圆孔内，于室温20 ℃下测定，测定条件为：铜靶，工作电压为30 kV，电流250 mA，及反发射狭缝为1.0 mm，接受狭缝0.1 mm，扫描范围2θ从10°～40°，扫描速率4(°)/min，然后用Jade 5.0软件进行数据分析。

1.3.6 油脂凝胶硬度测定

取适量样品于50 mL小烧杯中，保持体系的均匀性及测试表面的平整度，然后使用质构仪对油脂凝胶进行硬度测定。质构仪设定参数：探头为p5，测前速度2 mm/s，测中速度1 mm/s，测后速度2 mm/s，探头感受到5.0 g力后下压8.00 mm。每个样品重复3次测定后取平均值。

1.4 数据统计分析

本试验所涉及的单因素实验测量3次，所得数据用SPSS 22.0 软件进行平均值及标准差分析，比较数据的显著性，不同的字母表示差异显著(P<0.05)，并用 Origin8.6进行基础数据处理并绘制图形。

2 结果与分析

2.1 小烛树蜡含量对对油脂凝胶相变分析

低芥酸菜籽油小烛树蜡油脂凝胶的相变变化示意图，由表观形态变化分析得到以下3个相，分别为凝胶态、黏稠液态和液态，如图1所示。

图1 小烛树蜡油脂凝胶的温度相变图

由图1可知，小烛树蜡质量分数小于3%时，温度0～35 ℃呈现液体状态；大于4%时，凝胶发生在25 ℃及以下，表明在25 ℃贮藏温度条件下，4%的小烛树蜡是低芥酸菜籽油的临界成胶浓度[17]，由于低芥酸菜籽油的不饱和脂肪酸质量分数为75%左右，同时由于油脂的黏度较高，因此所形成凝胶的临界成胶浓度较小。由实验结果可知，小烛树蜡浓度对低芥酸菜籽油油脂凝胶的相变有一定影响。为更好地研究小烛树蜡油脂凝胶，在接下来的实验中所选用的小烛树蜡质量分数均大于或等于4%，进一步对其相关食品加工方面的凝胶特性进行研究。

2.2 小烛树蜡含量对油脂凝胶OBC的影响

油脂凝胶是通过凝胶剂间的相互作用把液态油脂束缚在所形成的结晶网络结构中，OBC即油脂凝胶截留液态油的能力，是凝胶结构密集程度的指标。图2为小烛树蜡质量分数为4%、6%、8%、10%、12%时低芥酸菜籽油油脂凝胶的OBC。

图2 低芥酸菜籽油在不同小烛树蜡浓度下形成油脂凝胶的OBC

从图2可知，在低芥酸菜籽油中，随着小烛树蜡质量分数的增大，油脂凝胶的OBC也逐渐增大，这种现象产生的原因是小烛树蜡含量越高，凝胶体系存在的骨架结构就越坚固紧密，束缚住的液态油含量也就越高，这与Fayaz等[18]研究结果一致。当小烛树蜡质量分数从8%增加到12%时，油脂凝胶OBC变化差异不显著，这可能是由于小烛树蜡的结晶达到了相对饱和状态，束缚液态油的能力也达到了饱和状态，因此说明选择8%的小烛树蜡进行油脂凝胶的制备时，其持油性达到一个较为理想的状态。

2.3 小烛树蜡浓度对油脂凝胶SFC的影响

SFC曲线通过固体脂肪含量随温度变化情况来反映出塑性脂肪的熔化范围，从而确定其在食品体系中的用途，是评价食品专用油产品功能特性的重要指标之一[19]。图3所示为不同浓度的小烛树蜡在低芥酸菜籽油中形成油脂凝胶SFC的测定结果。

图3 不同浓度小烛树蜡油脂凝胶SFC曲线

由图3可知，随着温度的升高，所有浓度的小烛树蜡油脂凝胶的SFC均成明显下降的趋势，在70～80 ℃，同一升温速度条件下，随着温度的升高，所有小烛树蜡油脂凝胶的SFC急剧减少，这是由于在较低温度下不饱和脂肪酸形成的甘油三酯会先融化[20]，而低芥酸菜籽油的不饱和脂肪酸形成的甘油三酯含量较多，随着温度的升高迅速融化，所以油凝胶的SFC会迅速减少。在120 ℃左右时，油凝胶的SFC质量分数为2.8%左右，固体脂肪的含量较低，这就表明油脂凝胶产品几乎融化，这样形成的奶油类产品的口感会更好，说明用小烛树蜡作为凝胶剂形成的凝胶比用复合类的凝胶剂形成的凝胶的产品的口感更好。从整体上看，8%的小烛树蜡形成的低芥酸菜籽油油脂凝胶的SFC最低，12%的小烛树蜡低芥酸菜籽油油脂凝胶的SFC最高，说明小烛树蜡含量对油脂凝胶的SFC含量有一定的影响。

2.4 小烛树蜡含量对油脂凝胶晶型的影响

X-射线衍射分析常用于研究油脂的同质多晶现象，其可获得脂链在层内的堆积情况。在不同小烛树蜡浓度形成油脂凝胶XRD图谱如图4所示。

图4 不同小烛树蜡浓度的油脂凝胶XRD图谱

由文献可知，短间距在0.42 nm为α型晶体的特征峰，0.38 nm和0.42 nm附近强衍射峰为β'型晶体的特征峰，0.47 nm 附近强衍射为β型晶体的特征峰[21]。由图4可知，小烛树蜡含量并不影响体系的晶型，衍射峰在5个小烛树蜡浓度梯度的油脂凝胶中相似，这说明不同浓度的小烛树蜡的油脂凝胶中存在类似的晶体结构，油脂凝胶中都在0.47 nm左右存在强衍射峰，说明油凝胶中存在β型晶体，在0.38 nm左右存在强衍射峰，说明存在β′型晶体，β′类型的晶体倾向于形成能够固定住大量液态油脂的细小三维网状结构[22]。

2.5 小烛树蜡含量对油脂凝胶硬度的影响

油脂凝胶的硬度在一定程度上能够反映出凝胶剂对液体油的固化能力，硬度越大，其凝胶的网络结构越密集，对液体油的固化能力越强。图5为不同小烛树蜡浓度形成油脂凝胶硬度的测定结果。

图5 不同浓度小烛树蜡油脂凝胶硬度的变化

由图5可知，在不同小烛树蜡含量时形成的油脂凝胶的硬度差异显著，其中小烛树蜡质量分数为10%时硬度值最大。从图5可以看出硬度值随着小烛树蜡浓度的增加而增大，这可能是由于凝胶剂的量越大，所形成的凝胶网络结构越来越致密，硬度越来越大，但当质量分数增至12%时，硬度值上升不明显，甚至有些微小的降低，这可能是由于已经达到饱和状态，硬度不再增大。此外，还有不少研究发现除了凝胶剂的含量，油脂的极性以及凝胶剂-油脂兼容性都会影响油脂凝胶质构[19]。

3 结论

小烛树蜡质量分数在不小于4%时具有使低芥酸菜籽油油脂凝胶化的能力；小烛树蜡含量对油脂凝胶OBC有一定影响；但不同小烛树蜡含量的SFC相差不大；XRD结果显示小烛树蜡含量对油脂凝胶晶型影响不大，均存在β与β′型晶体；小烛树蜡含量对在硬度性质指标影响较大。小烛树蜡含量对其油脂凝胶的食品加工特性存在一定影响，同时适当的小烛树蜡含量(8%)对其有积极的影响，过量的添加会有不利影响。