不同结晶态脂肪比例对乳液奶油感感知的影响

郑淇丹，樊 迪，沈清武，周 辉，刘成国，罗 洁

（湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128）

奶油感是大部分乳制品与非乳类高脂食品，如甜点、巧克力等食品的共有特性，具有天鹅绒般的愉悦感而深受消费者喜爱，因此成为食品科学研究与产品开发聚焦的热点。研究发现，奶油感与脂肪属性密切相关，增加乳脂肪含量可显著增强食品的奶油感。然而，过量摄入脂肪容易增加引发慢性代谢疾病的风险。因此，在不增加甚至是降低脂肪含量的基础上增强食品的奶油感具有重大的商业价值和公共健康意义。

研究发现，吞咽前后脂肪产生的口腔摩擦学特性与奶油感的感知密切相关。并且脂肪球在口腔加工过程中会发生聚合，通过调控脂肪球的聚合稳定性可显著降低脂肪的口腔摩擦性、增强口腔润滑性，从而增强奶油感的有效感知。含一定结晶态脂滴的乳液可在口腔条件下发生“晶体桥连”而失稳聚集。“晶体桥连”是指当两个局部结晶的脂肪球粒子碰撞时，一个粒子中的晶体穿刺出脂肪球膜并进入另一个粒子的甘油三酯内核区域，随着时间延长，两个粒子融合得更紧密以减少暴露于水相的总表面积，发生部分聚合。因此，在不增加脂肪含量的基础上通过“晶体桥连”调控脂肪球口腔聚合，是显著降低口腔摩擦、增加乳液奶油感感知的有效方式。Dresselhuis等研究发现，在一定范围内增加乳液脂滴内结晶态脂肪比例可以显著促进脂滴聚合。但是，过高的结晶态脂肪比例会使剩余液态脂肪被截留在晶体网络空隙中，导致脂滴聚合受阻；此外，过高的结晶态脂肪在口腔感知时可能会被认为存在砂砾感。目前尚不清楚在口腔条件下有利于诱导乳液中脂肪球聚合、又不会引起不愉快感的合适结晶态脂肪比例。

本实验利用无水乳脂肪、硬脂酸和油酸调控乳脂肪中结晶态脂肪比例，构建含不同结晶态脂肪比例的乳液体系，通过模拟口腔加工的仪器表征和感官评价相结合，评价不同结晶态脂肪比例对奶油感感知的影响。本研究为精准调控乳脂肪特性、充分发挥乳脂肪效能提供一定科学支撑，为开发高奶油感的低脂健康食品提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

脱脂乳粉 英国Oxoid公司；无水乳脂肪（乳脂肪含量99.9%、食品级） 荷兰菲仕兰公司；油酸甘油酯（化学纯，纯度60%） 上海麦克林生化科技公司；硬脂酸甘油酯（分析纯，纯度99%）、快绿、尼罗红（均为色谱纯） 美国Sigma-Aldrich公司；硅油（化学纯）国药集团化学试剂有限公司；油酸甘油酯（食品级）武汉拉那白医药化工有限公司；硬脂酸甘油酯（食品级） 广州千益精细化工有限公司；稀奶油瑞士雀巢公司；花生酱 北京吉得利食品有限公司；果冻布丁 山西淘吉食品有限公司；棉花糖酱 美国法罗夫公司；燕麦牛奶、脱脂乳 内蒙古伊利实业集团股份有限公司。

1.2 仪器与设备

DKB-501A恒温水浴锅 上海森信实验仪器有限公司；PQ001-SFC核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）仪 上海纽迈电子科技有限公司；T10-basic型高速剪切仪 德国IKA公司；3000型激光粒度仪英国Mastersizer公司；AR2000型流变仪 美国TA公司；MCT301型压力控制流变仪 德国Pysica公司；A1Rsi型激光共聚焦显微镜 日本Nikon公司；唾液采集管德国萨斯特公司；H2050R高速离心机、TP-3000E型分析天平 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同结晶态脂肪比例乳脂肪模型的构建

以无水乳脂肪为主，利用硬脂酸甘油酯和油酸甘油酯，按照预实验结果确定添加量，调配结晶态脂肪比例为10%～85%的混合乳脂肪，分别命名为F10、F20、F40、F60和F85。混合乳脂肪配方见表1。

表1 混合乳脂肪配方Table 1 Formulation of milk fat model systems

1.3.2 结晶态脂肪比例测定

使用ISO 8292-1—2008《动物和植物的脂肪和油 脉冲NMR测定固体脂肪含量》中的直接法，采用P-NMR技术测定混合乳脂肪结晶态脂肪比例。首先用结晶态脂肪比例0%、30%和70%的3 个标准油样（硅油）进行仪器校准，然后称取混合乳脂肪样品约（2.50±0.02）g放入P-NMR管中，在80 ℃水浴中平衡30 min，以消除样品的历史结晶。将消除历史结晶的乳脂肪样品在4 ℃结晶12 h，测定样品的结晶态脂肪比例。

1.3.3 不同结晶态脂肪比例乳液的制备

5 种混合乳脂肪（F10～F85）作为油相在80 ℃水浴中保持30 min使之完全熔化。脱脂乳粉和超纯水以1∶9（/）比例复原成为脱脂乳，将熔化的混合乳脂肪以料液比3∶100（g/mL）加入到脱脂乳中，并在60 ℃水浴中保温，用剪切仪6档（约15 000 r/min）剪切制备粗乳液，分别命名为E10、E20、E40、E60和E85。

1.3.4 唾液收集与模拟口腔加工

收集唾液：征集10 名口腔健康的志愿者（5 男5 女），每天清晨刷牙漱口后用唾液采集管收集唾液，1 000×离心5 min，将离心后唾液混合后于－80 ℃保存，每次实验前一天收集。参照Prinz等的方法并作修改，模拟口腔加工；采用37 ℃水浴锅模拟口腔温度；唾液和样品质量比1∶4，磁力搅拌器以200 r/min搅拌30 s，模拟口腔咀嚼。

1.3.5 脂肪球粒径测定

参考Truong等的方法，采用激光粒度仪分别对模拟口腔加工前后不同结晶态脂肪比例乳液中的脂肪球粒径及分布进行测定。在样品池中逐滴缓慢加入样品，当仪器遮光度达10%且不超过20%后开始测定。

1.3.6 流变学特性测定

根据Godoi等方法，使用流变仪分别测定模拟口腔加工前后不同结晶态脂肪比例乳液样品的表观黏度。选用60 mm不锈钢平行板探头，调整间隙为1 mm，剪切速率范围1～1 000 s，测试温度：口腔加工前温度4 ℃，口腔加工温度37 ℃。每次测试开始时，样品在相应测量间隙处的平行板间平衡60 s，剪切速率50 s时代表口腔被感知到的黏度。

1.3.7 摩擦力学特性的测定

根据Yang Nan等方法，利用压力控制流变仪测定模拟口腔加工后不同结晶态脂肪比例乳液样品的摩擦力学特性。流变载具为三板球载具，弹性板材料为聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）（4 mm×5.9 mm×15.9 mm），球型磨具为不锈钢球（直径12.7 mm）。样品经模拟口腔加工后，取（2.00±0.02）g样品放入三板球载具并均匀涂布在PDMS橡胶板上开始测试，设置滑动速率为0.1～1 000 mm/s、应力6.5 N。每次测定前用无水乙醇清洗不锈钢球，更换PDMS橡胶板，记录摩擦系数和滑动速率之间的函数关系。

1.3.8 微观结构观测

采用激光共聚焦显微镜对模拟口腔加工后不同结晶态脂肪比例乳液样品中脂肪球聚合的微观结构变化进行观测。取4 mL样品中分别加入40 μL 1 mg/mL快绿溶液和10 μL 1 mg/mL尼罗红溶液（乙醇配制），混合后避光染色2 h以上，取10 μL染色后样品滴在干净载玻片上，使其均匀分布。Ar/Kr激光源，100 倍物镜，荧光模式，激发光源波长分别为633、560 nm。

1.3.9 感官评价

1.3.9.1 定量描述型分析（quantitative descriptive analysis，QDA）感官评价

选用9 名经过培训的感官评价员（年龄23～26 岁，男生4 名、女生5 名）对5 种含不同结晶态脂肪比例乳液进行感官评价。感官评价时，先熟悉参照标准品，每位感官评价员每次品尝10 mL乳液样品，并按照表2对奶油感及其相关属性进行定量分析。每组样品间，感官评价员需用清水漱口并间隔2 min。

表2 QDA感官评价表[18-19]Table 2 Criteria for sensory evaluation by QDA

1.3.9.2 暂时性感官支配法（temporal dominance of sensations，TDS）动态感官评价

食品口腔加工是一个动态过程，其中口腔质构属性在“奶油感”感知中起关键作用。在QDA评价结果基础上，确定TDS感官评价属性标准（表3）。评价开始时，在每位感官评价员开始品尝10 mL乳液样品时（0 s）计时，5 s吞下样品，10 s结束，直至口腔中感觉消失。根据表3所列属性，选择10 s内感知到的优势属性；评价过程中感官评价员需在10 s内选择最能引人注意的属性。每组样品间，感官评价员需用清水漱口并间隔2 min。

表3 TDS感官评价属性标准Table 3 Definition of sensory attributes in TDS evaluation

实验结束后，统计28 位感官评价员选择每个属性的次数，计算在某一特定时间选择某种属性作为优势感官属性的评价员人数占总人数的百分比，即为该样品的某种感官属性在特定时间点的优势率；以时间为横坐标，优势率为纵坐标，绘制TDS曲线，每条TDS曲线表示所感知到的每种属性随时间的变化，并在其中增加“偶然水平线”和“显著水平线”。偶然水平线表示某一感官属性可以偶然被感知到的优势率，以表示；显著水平线表示优势率显著高于偶然水平所必须达到的最小显著性值，以表示。与分别按式（1）、（2）计算：

式中：为感官属性数量；为实验次数。

1.4 数据分析

2 结果与分析

2.1 结晶态脂肪比例结果

由表4可知，不同混合乳脂肪的结晶态脂肪比例存在显著差异（＜0.05）。混合乳脂肪F10～F85的结晶态脂肪比例依次增加，范围约为10%～85%。结晶态脂肪比例实际测定值范围与预期目标范围相差较小，说明成功构建了不同结晶态脂肪比例的混合乳脂肪。

表4 混合乳脂肪结晶态脂肪比例Table 4 Solid fat contents of milk fat model systems

2.2 模拟口腔加工前后脂肪球粒径变化

脂肪球粒径及分布状态会影响口腔润滑性。由图1A可知，模拟口腔加工前，构建的不同结晶态脂肪比例乳液体系中脂肪球分布稳定，说明此方法制备的乳液体系均一、稳定性较好。不同乳液脂肪球平均粒径无显著差异，且与牛奶中乳脂肪球平均粒径一致，均约为4 μm。由图1B可知，经模拟口腔加工后，不同结晶态脂肪比例乳液的脂肪球粒径均增加，可能是由于在口腔加工中，结晶态脂肪在口腔温度下发生一定程度熔化，脂肪球发生晶体桥连，导致脂滴发生了一定程度的聚合。其中乳液E40的粒径增大程度最大，这可能因为一定结晶态脂肪比例有利于促进脂肪球在口腔中聚合，因而在口腔加工后脂肪球粒径增大最明显。

图1 模拟口腔加工前后不同结晶态脂肪比例乳液中脂肪球粒径分布Fig.1 Particle size distribution of fat globules in emulsions with different solid fat contents before and after simulated oral processing

2.3 模拟口腔加工前后乳液流变特性变化

当乳液刚进入人体口腔时，流变学特性在一定程度上影响奶油感的感官感知。由图2A可知，随剪切速率的增加，乳液样品表观黏度逐渐减小，表现出剪切变稀行为，且剪切速率越大，乳液表观黏度趋于0。模拟口腔加工前不同乳液样品的表观黏度无显著差异（＞0.05）（表5）；由图2B可知，体外模拟口腔加工后，在剪切速率50 s下，不同乳液的表观黏度均较加工前减小，但不同结晶态脂肪比例乳液间未见显著差异（＞0.05）。推测可能是由样品与唾液的混合、模拟剪切速率以及温度升高（由4 ℃升高到37 ℃）等原因导致。

图2 不同结晶态脂肪比例的乳液加工前后流变学及摩擦学曲线Fig.2 Rheological and tribological curves of emulsions with different solid fat contents before and after oral processing

表5 模拟口腔加工前后表观黏度及摩擦系数Table 5 Apparent viscosity and friction coefficients of emulsions with different solid fat contents before and after simulated oral processing

2.4 模拟口腔加工后乳液摩擦性变化

食品口腔摩擦学是描述舌头与口腔上颚、舌头与食品之间相对运动以及由此产生的摩擦与润滑特性，口腔摩擦学被证明具备量化表征乳液体系奶油感的潜力。由图2C可知，不同结晶态脂肪比例乳液的摩擦学曲线均呈先上升后下降趋势，产生这种变化趋势的原因可能为：在滑动速率小于0.5 mm/s（边界区域）时，接触区（不锈钢球和PDMS板之间）乳液中的乳脂肪和酪蛋白不断进入球与板的接触间隙，此过程中酪蛋白进入并吸附在球-板界面，可能导致摩擦系数增加，使其在刚开始测试阶段摩擦系数随滑动速率的增加线性增大，此阶段的摩擦力不同于传统Stribeck曲线（边界区域）是一个恒定值。由于滑动速率不断增加（大于1 mm/s），脂肪逐渐释放并由于模拟口腔加工而导致脂肪球聚合程度加大，使其在接触区形成的脂肪润滑层逐渐增加，摩擦逐渐减小，最终摩擦系数趋于一致，这一阶段与传统Stribeck曲线中的混合区域相同。

不同结晶态脂肪比例乳液在滑动速率20 mm/s的摩擦系数差异显著（表5），且随结晶态脂肪比例的增加，摩擦系数先减小后增加，即E40＜E20＜E60＜E10≤E85。其中结晶态脂肪比例为（42.57±0.12）%时，乳液（E40）摩擦系数越小（0.04±0.01），润滑性最强，可能与其脂肪球的口腔聚合程度最高有关。脂滴聚合可显著增强脂肪的易变形性和脂肪层黏度，因此脂滴更易聚合的乳液口腔摩擦性较低。

2.5 模拟口腔加工后乳液的微观结构

由图3可知，不同结晶态脂肪比例乳液中，脂滴（红色）分布于蛋白体系（绿色）中，可明显观察到脂肪球大小不一，其中乳液E20和E40中脂肪球发生明显聚合。乳液体系中脂肪相结晶态脂肪比例不同，在口腔温度及咀嚼作用下脂肪球熔化程度及发生晶体桥连程度不同，从而导致脂肪球聚合程度不同。此外，与粒径结果一致，结晶态脂肪比例（10.61±0.41）%和（87.87±0.13）%乳液（E10和E85）未见明显的脂肪球聚合，说明太低和太高的结晶态脂肪比例不易导致脂肪球发生口腔聚合。

图3 模拟口腔加工后乳液的微观结构Fig.3 Microstructure of emulsions with different solid fat contents after simulated oral processing

2.6 感官评价结果

2.6.1 QDA感官评价结果

由表6可知，不同结晶态脂肪比例乳液的整体奶油感得分存在显著差异（＜0.05）。其中E40整体奶油感最强，E20和E60居中，E10和E85最低，可见随结晶态脂肪比例的增加，乳液的整体奶油感呈先上升后降低趋势。当结晶态脂肪比例为（42.57±0.12）%时，乳液的奶油感感知程度最强烈。

表6 不同结晶态脂肪比例乳液的QDA感官评分Table 6 QDA sensory evaluation scores of emulsions with different solid fat contents

研究表明，乳制品的视觉感知在一定程度上影响奶油感的感知，消费者主观认为光滑黏稠、呈乳白色的乳液的奶油感更强烈。由表6可知，从视觉感知来说，不同乳液间颜色、视觉光滑感和视觉黏厚感差异不显著（＞0.05）。这可能是由于本实验仅改变了乳液中结晶态脂肪的比例，而脂肪含量不变，因此从视觉感知上很难分辨乳液颜色、光滑感和黏厚感的差异。从嗅觉感知来说，E40和E60的乳脂肪味无显著差异（＞0.05），且显著高于E20、E10和E85（＜0.05），可能是因为混合乳脂肪脂肪酸组成不同。其中加入无水黄油比例越高，乳脂肪味越明显。

奶油感的感知主要发生在口腔中，但是由于在口腔中停留时间较短，因此不同结晶态脂肪比例乳液的颗粒感、熔化感、延展性和口腔黏厚感得分无显著差异（＞0.05），说明不同结晶态脂肪比例对乳液在口腔加工中颗粒感及脂肪相态转变产生的熔化感、延展性及口腔黏厚度对奶油感的贡献较弱。不同结晶态脂肪比例乳液样品的口腔光滑感和糊口感得分差异显著（＜0.05）：E40＞E20＞E60＞E10＞E85，说明口腔光滑感和糊口感是影响乳液奶油感感知的关键因素，这与前人研究结果一致。

2.6.2 QDA结果与仪器物性数据的PCA结果

奶油感的感知大多发生在口腔中，因而乳液在口腔中的质构属性对奶油感的感知有一定影响。在乳液体系中，对QDA感官评价中的口腔质构感知数据与仪器物性结果进行PCA，进一步验证仪器表征奶油感的可能性。由图4可知，前两个PC的方差累计贡献率为91.97%，其中PC1方差贡献率74.69%，PC2方差贡献率17.28%。其中，口腔黏厚感、口腔光滑感和糊口感与整体奶油感感知显著相关，这与前人研究结果基本一致。仪器所测得粒径和表观黏度与整体奶油感的感知有一定相关性，口腔光滑感与摩擦系数呈显著负相关，即口腔光滑感越强，摩擦系数越小。PCA结果验证了仪器所测摩擦系数可以表征奶油感的感知。

图4 QDA结果中口腔质构感知数据与仪器测定乳液物性数据的PCAFig.4 Principal component analysis plot of oral texture properties and physical properties of emulsions

E20、E40及E60样品受口腔质构感知的影响较大，其中E40奶油感的感官感知与口腔黏厚感、口腔光滑感和糊口感等属性显著相关，该结果与QDA感官评价结果一致。

2.6.3 TDS曲线分析

食品的口腔感知包含多个感官属性的动态变化，采用TDS可以快速评价口腔加工过程中明显感知到的属性，对产品的快速评估具有重要作用。由图5可知，TDS曲线的偶然水平线为16.7%，显著水平线为23.4%。整个口腔加工过程中所有乳液样品的颗粒感和延展性优势率均低于偶然水平线，说明它们在整个口腔加工中不易感知。除糊口感外，其他感官属性均呈先上升后下降趋势，其中熔化感、口腔黏厚感以及口腔光滑感在口腔加工特定时间段处于显著水平线以上，为优势感官属性。

图5 不同结晶态脂肪比例乳液的TDS曲线Fig.5 TDS curves of emulsions with different solid fat contents

不同乳液样品的动态特征感知存在差异。对于E10，其在口腔加工中熔化感约在2～4 s超过显著水平线，最大优势率为27.5%；口腔黏厚感在0～6 s内大部分处于显著水平线以下，只能偶然被感知到；口腔光滑感在4～7 s优势率高于显著水平线，约第6秒优势率最大，约为37.5%；糊口感也大部分处于显著水平线以下，只能偶然感知甚至不易被感知。对于E20，口腔熔化感约在3～4 s超过显著水平线，最大优势率为25%，大部分处于显著水平线以下，只能偶然被感知到；口腔黏厚感约在4～6 s内超过显著水平线，最大优势率为27.5%；口腔光滑感约在3～8 s优势率高于显著水平线，且约在5～6 s优势率最大，约为42.5%；糊口感约在8～10 s优势率逐渐增加，最高达到37.5%。对于E40，口腔熔化感大部分处于显著线水平线以下，不是其主要的优势属性；口腔黏厚感约在2～4 s内超过显著水平线，最大优势率为27.5%；口腔光滑感约在4～8 s优势率高于显著水平线，且约第5～6秒优势率最大，约为47.5%；糊口感约在6～10 s优势率超过显著水平线，且逐渐增加，最高达到35%。对于E60，口腔熔化感和口腔黏厚感分别约在3～4 s及5～6 s超过显著水平线，大部分曲线处于显著水平线以下，因此熔化感和口腔黏厚感不是E60的优势属性；口腔光滑感约在3～8 s优势率高于显著水平线，且第4～5秒优势率最大，约为37.5%；糊口感约在8～10 s优势率超过显著水平线，最高达到27.5%。对于E85，口腔黏厚感、熔化感以及光滑感分别约在2、4 s和6 s超过显著水平线，最大优势率均为25%；糊口感约在4～10 s大部分处于显著水平线以下，只能偶然甚至不易被感知。

综上，乳液E20、E40及E60在口腔加工中占优势的主导属性主要为口腔光滑感和糊口感，E10是口腔光滑感和熔化感，E85没有特征优势属性，而E40样品的口腔光滑感优势率显著高于其他属性，最大优势率为47.5%，这一结果与QDA感官评价结果中不同乳液整体奶油感、口腔光滑感及糊口感的变化规律及PCA显示的光滑感与糊口感高度相关的结果一致。

3 结论

首先构建了不同结晶态脂肪比例乳脂肪模型和乳液体系，其次通过模拟口腔加工条件，发现结晶态脂肪比例为（42.57±0.12）%的乳液E40粒径最大，而乳液样品间表观黏度无显著差异。随着结晶态脂肪比例增加，乳液摩擦系数先减小后增加，在滑动速率20 mm/s下，乳液E40摩擦系数最低，润滑性能最好。激光共聚焦结果进一步证明乳液E40脂肪球的聚合程度较强。QDA感官评价结果显示，乳液E40的口腔光滑感、糊口感和整体奶油感最强，不同乳液间颗粒感、熔化感、延展性和口腔黏厚感无显著差异。PCA显示乳液的口腔光滑感和糊口感与奶油感相关性最强，整体奶油感与摩擦系数负相关。TDS曲线表明，乳液E40的口腔光滑感优势率明显高于其他属性，最大优势率为47.5%。本研究明确了结晶态脂肪比例对乳液奶油感感知的影响规律，为精准调控乳脂肪特性、充分发挥乳脂肪效能、开发高奶油感的低脂健康食品提供相关基础理论依据。