山核桃油脂凝胶制备工艺优化

周 强，韩延超，吴伟杰，丁玉庭，邵 平，童 川，郜海燕，*

(1.浙江工业大学 食品科学与工程学院，浙江 杭州 310014；2.浙江省农业科学院 食品科学研究所，农业农村部果品产后处理重点实验室，浙江省果蔬保鲜与加工技术研究重点实验室，中国轻工业果蔬保鲜与加工重点实验室，浙江 杭州 310021)

山核桃(CaryacathayensisSarg.)是胡桃科山核桃属的植物，主要分布于中国浙江和安徽[1]。山核桃仁富含脂肪、蛋白质、可溶性糖和矿元素等营养物质[2]，还含有大量生物活性物质，如多酚、单宁、有机酸[3]等。山核桃仁中最主要的营养元素是脂肪[4]，其中90%为不饱和脂肪酸[5]，单不饱和脂肪酸含量达到70%[6]。山核桃仁中含有丰富的油酸和亚油酸，其中亚油酸是人体必需脂肪酸之一[7]。山核桃因其感官特性和营养功能而被用作具有独特风味的食用油[8]。山核桃油有降低血脂含量、预防心血管疾病、抗氧化等作用[9-10]。然而山核桃油在贮藏过程受到温度、氧气、光照和湿度的影响极易使不饱和脂肪酸发生氧化[11]。

油脂凝胶是通过在植物油中添加一定比例的可食用凝胶剂达到“固化”油脂的效果[12]。单硬脂酸甘油酯(单甘脂)具有良好的乳化性质，作为食品级的凝胶剂，其成本也相对较低[13-14]，同时可以起到改变植物油的结构而不改变其化学特性的作用[15]。常规塑性脂肪产品中含有大量的饱和或反式脂肪酸，非常容易引起动脉粥样硬化和肥胖等疾病[16-17]，而油脂凝胶大大降低了饱和以及反式脂肪酸的含量，可以作为传统固态油脂的替代品[18]，并且可以提高油脂稳定性，也便于工业化生产、贮藏及运输。因此，研究山核桃油脂凝胶化具有广阔的工业前景及深远的意义。

本研究以单甘脂为凝胶剂，以山核桃油为载体油，制备山核桃油脂凝胶。探究不同工艺条件对山核桃油脂凝胶的影响，以寻求油脂凝胶制备的最优工艺。以期为山核桃油脂凝胶的工业化生产提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

山核桃油，采购于黄山余香园食品有限公司舌尖徽州木榨油坊。

单甘脂、碘化钾、三氯甲烷、冰乙酸、硫代硫酸钠采购于麦克林公司，均为分析纯级。

1.2 仪器与设备

TA-XT plus质构仪，SMS.UK超技仪器有限公司，日本；Avanti J-E高速冷冻离心机，贝克曼库尔特有限公司，美国；恒温箱，SANYO公司，日本；DK-S28型水浴锅，精宏仪器有限公司，中国；ME103E电子天平，METTLER TOLEDO公司，美国；DF-101S集热式磁力搅拌器，予华仪器有限公司，中国。

1.3 试验方法

1.3.1 单因素试验

参考徐杰[19]的方法，并稍加修改。取10 g山核桃油于50 mL烧杯中，分别加入8%、10%、12%、14%、16%的单甘脂，在80 ℃温度下，进行磁力搅拌30 min，结束后将山核桃油放入50 mL离心管中贮藏于(4±0.5)℃恒温箱中，保存5 d。

取10 g山核桃油于50 mL烧杯中，加入12%的单甘脂，在80 ℃下，分别进行磁力搅拌10、20、30、40、50 min，结束后将山核桃油放入50 mL离心管中贮藏于(4±0.5)℃恒温箱中，保存5 d。

取10 g山核桃油于50 mL烧杯中，加入12%的单甘脂，分别在60、70、80、90、100 ℃温度下，分别进行磁力搅拌30 min，结束后将山核桃油放入50 mL离心管中贮藏于(4±0.5)℃恒温箱中，保存5 d。

1.3.2 正交试验设计

根据单因素试验结果，选取凝胶剂添加量、加热时间、加热温度3个因素，各取3个水平，选用L9(33)设计正交试验，以含油率为指标，对山核桃油凝胶制备的工艺条件进行优化。具体因素水平设计见表1。

表1 正交试验设计与因素水平表

1.3.3 含油率测定

参考Yilmaz等[20]的方法，稍加修改。取一个2 mL离心管并称重为m1，取一定量的山核桃油脂凝胶放入离心管内并称重为m2，在4 ℃，8 000 r·min-1条件下离心30 min，用滤纸擦干析出的油并称重为m3，按式(1)计算含油率(ω，%)

(1)

式(1)中：m1为空离心管质量(g)，m2为样品加离心管质量(g)，m3为析出油后的离心管质量(g)，X为凝胶剂的质量分数。

1.3.4 凝胶强度测定

参照Hwang等[21]、王家镔等[22]测定方法并稍作修改。取山核桃油脂凝胶样品进行测定，质构仪的测定条件为P/0.5探头，测前速度为1.5 mm·s-1，测试速度为1 mm·s-1，测后速度为1 mm·s-1，测试距离为10 mm，触发力为2 g。实验进行3次重复，取平均值。

1.3.5 过氧化值测定

参照GB/T 5009.227—2016[23]的方法进行测定：称取适量油样溶解于三氯甲烷-冰乙酸溶液，先加入饱和KI溶液与过氧化物反应生成I2，然后以淀粉溶液为指示剂，用Na2S2O3溶液进行滴定，至蓝色消失为终点。同时做空白实验。以过氧化物相当于碘单质的质量分数来表示过氧化值的量。计算公式如下：

XPOV=(V-V0)×c×0.1269×100/m。

(2)

式(2)中：XPOV是过氧化值，V和V0分别是Na2S2O3标准溶液滴定样品和空白的体积，c是Na2S2O3溶液浓度，0.126 9是以Na2S2O3计的碘当量，m和100分别为试样质量和换算系数。

1.4 数据处理

所有实验数据采用SPSS Statistics 20.0对数据进行前处理，使用单向方差分析(ANOVA)进行显著性差异分析，采用Excel 2013进行绘图。实验结果P<0.05时具有显著性。

2 结果与讨论

2.1 不同凝胶剂添加量对山核桃油脂凝胶的影响

含油率是评价凝胶剂对油脂的束缚能力的重要指标之一[24]。如图1-A所示，山核桃油脂凝胶的含油率随着凝胶剂添加量的增加而增加。当凝胶剂添加量低于10%时，含油率低于80%。凝胶剂的添加量超过12%，含油率超过了80%，显著升高(P<0.05)。但添加量再升高，含油率未显著升高(P>0.05)。凝胶强度是衡量油脂凝胶网络结构稳定性的重要指标[22]。山核桃油脂凝胶的凝胶强度随凝胶剂添加量变化如图1-B所示。油脂凝胶的凝胶强度随着凝胶剂添加量的增加而增大。当凝胶剂添加量低于10%时，凝胶强度相对比较低。当凝胶剂的添加量大于等于12%时，凝胶强度相对比较高(P<0.05)。Meng等[25]研究认为，油脂凝胶的含油率和凝胶硬度都随着凝胶剂浓度的增加而增加，在高浓度的凝胶剂添加时，凝胶网络结构的晶体更紧密的积累，这与本文的结果相似，随着凝胶剂添加量的增加，含油率与凝胶强度均有所增加。刘日斌等[26]使用8%添加量的单甘脂制备了良好的玉米油脂凝胶。本文的结果显示，单甘脂添加量为12%能够形成比较好的山核桃油脂凝胶，可能是因为山核桃油中不饱和脂肪酸含量比较高。说明从成本考虑，凝胶剂的添加量可以选择12%。

柱状图上无相同小写字母的表示各处理间差异显著(P<0.05)。下同。

2.2 不同加热时间对山核桃油脂凝胶的影响

如图2-A所示，山核桃油脂凝胶的含油率随着加热时间的增加先增加后降低。加热时间为10、20和50 min时，含油率相对比较低，加热时间为30和40 min时，含油率相对比较高，且含油率接近90%。加热时间为30和40 min的含油率显著高于加热时间为10和20 min的处理组(P<0.05)。山核桃油脂凝胶的凝胶强度随加热时间变化如图2-B所示。油脂凝胶的凝胶强度随着加热时间的增加呈先增加后降低的趋势。加热时间为10和20 min，凝胶强度显著低于其他处理组(P<0.05)。加热时间为30 min，凝胶强度相对比较高，显著高于加热时间为10、20和50 min处理组，与加热时间为40 min处理组无显著差异(P>0.05)。戴柯锐等[27]在研究紫虫胶制备亚麻籽油凝胶时发现，油凝胶的持有率和凝胶强度随加热时间的延长呈先增加后降低的趋势，加热时间为30 min时持油性最大，这与我们的结果相似。说明加热时间在30 min，对油脂凝胶的成型比较好。

2.3 不同加热温度对山核桃油脂凝胶的影响

如图3-A所示，山核桃油脂凝胶的含油率随着加热温度的升高先增加后降低。加热温度为60和100 ℃时，含油率显著低于其他处理组(P<0.05)。当加热温度为70、80、90 ℃时，含油率相对比较高，且含油率接近90%。加热温度为80 ℃含油率显著高于其他处理组(P<0.05)。山核桃油脂凝胶的凝胶强度随加热温度变化如图3-B所示。油脂凝胶的凝胶强度随着加热温度的升高呈先增加后降低的趋势。加热温度为60和100 ℃时，凝胶强度显著低于其他处理组(P<0.05)。加热温度为80和90 ℃，凝胶强度显著高于其他处理组(P<0.05)。李雪等[28]在研究复合凝胶剂型芝麻油油脂凝胶的制备时发现，随着加热温度的增加，凝胶油脂的持油性呈增加趋势，选择加热温度为80 ℃，这与我们的结果接近。左锋等[29]研究肉桂酸基油脂凝胶的制备认为加热温度如果太高，会影响油脂凝胶体系的自助装的过程，这与我们加热温度过高，含油率和凝胶强度下降的结果相似。说明加热温度为80 ℃时，油脂凝胶的制备工艺比较好。

图3 不同加热温度对山核桃油脂凝胶含油率(A)和凝胶强度(B)的影响

2.4 山核桃油脂凝胶的工艺优化

在根据单因素实验结果的基础上，依照表1进行正交试验对山核桃油脂凝胶工艺进行优化，选择以凝胶剂添加量(A)、加热时间(B)、加热温度(C)3个因素3个水平进行试验。Meng等[30]在研究增稠剂对羟丙基甲基纤维素基食用油凝胶形成及性能的影响时认为，油脂凝胶的含油率与凝胶强度是有一定的相关性的。因此，我们选择以油脂凝胶含油率为指标，确定制备油脂凝胶的最佳工艺。

正交试验结果如表2所示。各因素对山核桃油脂凝胶的影响大小为A>C>B，即凝胶剂添加量>加热温度>加热时间。制备山核桃油脂凝胶的最佳工艺组合为A2B2C2，即凝胶剂添加量为12%，加热时间为30 min，加热温度为80 ℃，在此工艺条件下，含油率为91.31%。按照最佳的制备工艺，进行三次重复实验，得到含油率为90.85%±2.41%，与正交试验表中的结果相近。

表2 L9(33)正交试验结果表

说明凝胶剂添加量为12%，加热时间为30 min，加热温度为80 ℃的工艺条件比较合适。

2.5 山核桃油脂凝胶的过氧化值

过氧化值是油的主要氧化产物(过氧化物和氢过氧化物)的量度[31]。过氧化值是表征山核桃氧化程度的重要指标之一[32]。山核桃油脂凝胶正交试验的过氧化值如图4所示。第8组的过氧化值略高于其他处理组。第2组的过氧化值显著低于其他处理组(P<0.05)。所有处理组其过氧化值均低于GB 15196—2015[33]中的规定(0.13%)。

图中序号与正交试验表中的序号相对应。

3 结论

本实验探究了山核桃油脂凝胶制备方式对山核桃油脂凝胶特性的影响。单因素实验结果表明，凝胶剂添加量的增加，油脂凝胶的含油率以及凝胶强度均逐渐增加。从成本考虑，凝胶剂的添加量为12%比较合适。加热时间在30 min，对油脂凝胶的成型比较好。加热温度为80 ℃时，油脂凝胶的制备工艺比较好。正交实验结果显示，各因素对山核桃油脂凝胶的影响大小为凝胶剂添加量>加热温度>加热时间。凝胶剂添加量为12%，加热时间为30 min，加热温度为80 ℃的工艺条件比较合适。所有工艺制备的油脂凝胶其过氧化值均符合GB 15196—2015中的规定。