牛油脂肪酶解工艺

丁小圣，孔淑华，王永福

上海太太乐食品有限公司（上海 201812）

牛风味产品的特征风味物质来源于牛油。但是牛油中饱和脂肪含量较高、分子量较大，仅将牛油添加到产品中，很难将风味物质挥发出来。为了增加牛油在产品中的特征风味，会将脂肪在一定条件进行加热处理，从而释放出不饱和醛、酮、有机酸等风味物质。在这方面已开展诸多研究，如孙宝国等[1]通过控制牛油氧化时的温度、时间和空气流速得到牛风味较强的脂肪。但是由于牛油的脂肪分子太大，要想将其氧化到一定程度，在通入空气的情况下需要很高的温度和很长的时间，因而无法实现脂肪氧化的工业化扩大。

为加速脂肪的氧化、降低脂肪控制氧化过程中所需的温度和时间等条件，有研究显示在脂肪氧化的过程中加入含有金属元素的中药可以得到降低温度和缩短时间的效果，如孔淑华等[2]在脂肪氧化过程中添加适量含铁较多的黄精，有效降低氧化过程中所需的时间和温度，给脂肪控制氧化提供较大的调整空间。专利CN 105658090 B“用海藻活化脂肪”[3]中也显示添加含金属元素较多的浒苔也会起到相同作用。牛油之所以比较难以氧化，是因为其脂肪链较长。试验利用脂肪酶将脂肪链缩短，减少脂肪控制氧化过程中的困难，从而有效降低脂肪氧化的温度和时间，并以脂肪水解后测试得到的游离脂肪酸值体现脂肪的水解程度。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

精炼牛油（天津塘沽牧洋油脂公司）；异辛烷、p-茴香胺、冰醋酸、乙醇、氢氧化钾、氢氧化钠、酚酞指示剂（国药集团化学实际有限公司）；脂肪酶（22 000 U/g，杭州华伟香料化工有限公司）。

1.2 仪器与设备

锥形烧瓶；天平；10 mL移液管；水浴锅；10 mL滴定管。

Evolution 60分光光度计（赛默飞世尔科技有限公司）；LZB-4玻璃转子流量计（浙江余姚流量仪表厂）；RCT基础型磁力搅拌器（艾卡仪器设备有限公司）；ACO-001空气泵（森森集团）；RW20 digital均质机（IKA）。

1.3 方法

1.3.1 水解牛油的制备方法

将牛油与牛油质量10%的水进行剪切乳化，加入不同比例的脂肪水解酶，在不同pH、温度和时间下进行酶解，得到不同酶解程度的牛油。

1.3.2 氧化牛油的制备方法

将新鲜牛油和水解牛油在空气流量2.5 L/min的条件下加热3 h，不同温度下进行加热氧化，制得牛油并测试氧化牛油的茴香胺值。

1.3.3 游离脂肪酸的测试方法

精确称取5.0 g水解牛油，置于锥形瓶中，用水浴将样品融化，加入50 mL预先中和的热乙醇溶液，使之溶解，加入5滴1%酚酞，用氢氧化钾标准溶液滴至粉红色，10 s内不褪色即为终点，记录消耗氢氧化钾标准液的体积。游离脂肪酸质量分数（以油酸计）按式（1）计算。

式中：FFA为游离脂肪酸质量分数；V为消耗强氧化钾溶液体积，mL；c为氢氧化钾标准溶液浓度，mol/L；282为油酸摩尔质量，g/mol。

1.3.4 茴香胺值的测试方法

茴香胺值的测定按照GB/T 24304—2009《动植物油脂茴香胺值的测定》[4]的方法进行。

2 结果与讨论

2.1 牛油水解前后脂肪控制氧化的结果对比

将原牛油和水解牛油按照相应的条件进行控制氧化，结果如表1所示。

表1 不同条件下牛油控制氧化结果

在相同空气流速和时间的条件下，水解牛油在125 ℃的条件下得到的茴香胺值与原牛油在157 ℃条件下所得茴香胺值基本持平，说明两者的氧化程度基本一致，说明牛油的水解工艺可以有效降低脂肪氧化的温度。

2.2 温度对牛油水解的影响

将牛油和牛油质量10%的水进行均质乳化后加入牛油质量0.5%脂肪酶，在不同温度下水解2.5 h，结果如图1所示。

图1 不同温度条件下牛油的游离脂肪酸含量

水解牛油的游离脂肪酸值随着温度的升高先增加后降低，在50 ℃时达到最高。预设牛油水解温度50 ℃。

2.3 pH对牛油水解的影响

将牛油和牛油质量10%的水进行均质，并添加不同比例的氢氧化钠溶液调节不同的pH体系。添加牛油质量0.5%的脂肪酶在50 ℃下进行水解2.5 h。水解牛油游离脂肪酸值随pH的变化如图2所示。

图2 不同pH条件下牛油的游离脂肪酸含量

随着氢氧化钠的滴入，牛油的游离脂肪酸没有随着pH的增加而增大。pH 6.2～9.5时，牛油脂肪酸值没有发生变化。pH大于9.5时，牛油的脂肪酸值反而变小。所以在该体系中并不需要调整pH，直接采用加脂肪含量10%的水。

2.4 时间对牛油水解的影响

将牛油和牛油质量10%的水进行均质，添加牛油质量0.5%的脂肪酶在50 ℃下水解不同时间，牛油的脂肪酸值随时间的变化如图3所示。

图3 不同水解时间下牛油的游离脂肪酸含量

随着时间的增加，牛油的游离脂肪酸值逐渐增加。在2.5 h后增加的幅度变小。在平衡能源和水解度的情况下，选择水解时间2.5 h。

2.5 脂肪酶添加量对牛油水解的影响

将牛油和牛油质量10%的水进行均质，添加不同牛油质量的脂肪酶在50 ℃下水解2.5 h。牛油的游离脂肪酸值随脂肪酶添加量变化趋势如图4所示。

图4 不同脂肪酶添加量下游离脂肪酸含量

随着脂肪酶添加量的增加，牛油的游离脂肪酸值逐渐增加。添加量大于0.15%，游离脂肪酸值增加幅度逐渐变小。从实行经济上进行评估，选择脂肪酶添加量0.3%。

2.6 牛油水解条件正交试验

为了得到更好、更合理的反应条件，选择对牛油水解有影响的温度、时间和脂肪酶添加量为三因素，以单因素确定的值为中心点，建立三因素三水平的正交试验。试验设计和不同组合试验结果如表2和表3所示。

表2 牛油水解参数正交试验设计

表3 不同组合试验结果

通过Mintab软件对数据进行分析，得到因数影响系数和P值等，如表4所示。

表4 Mintab数据分析结果

对比各参数的影响系数，3个参数的影响程度为脂肪酶添加量＞时间＞温度。因为参数脂肪酶的添加量的P值＜0.05，所以脂肪酶的添加量为显著性影响因素。通过分析得到一个线性模型，用于研究因素如何精确影响FFA值：FFA=10.3-0.084×温度+4.10×时间+20.8×脂肪酶添加量（R2=81%）。用该模型预测，在0.5%脂肪酶用量，45 ℃下水解3 h，得到的最高游离脂肪酸含量为29.22%，与试验方案中的某些试验结果基本一致。

从数据分析中得到各因素之间的相互影响。因为脂肪酶添加量和酶解时间的影响较大，脂肪酶添加量和酶解时间相互影响如图5所示。

图5 脂肪酶添加量与酶解时间对游离脂肪酸含量的影响

在脂肪酶添加量0.1%～0.5%、酶解时间2.0～3.0 h的条件下，游离脂肪酸值26%～28%的范围占所有游离脂肪酸值的1/3。为更好节约成本，游离脂肪酸的值控制在26%～28%的范围内。因此，牛油水解的工艺条件确定为温度45～47 ℃、脂肪酶添加量0.3%～0.5%，酶解时间2.5～3.0 h。

3 结果与讨论

通过对照原牛油和水解牛油的水解结果得出水解工艺可以有效降低脂肪氧化的难度。通过单因素试验和正交试验，得出一个线性方程：FFA=10.3-0.084×温度+4.10×时间+20.8×脂肪酶添加量（R2=81%），用以预测一定条件下的游离脂肪值。酶解温度、时间和脂肪酶添加量的影响程度大小为脂肪酶添加量＞酶解时间＞酶解温度。其中，脂肪酶添加量为显著性影响因素。在脂肪酶添加量0.1%～0.5%、酶解时间2.0～3.0 h条件下，为更好节约成本，游离脂肪酸的值应控制在26%～28%的范围内。牛油水解的工艺条件为温度45～47 ℃、脂肪酶添加量0.3%～0.5%、酶解时间2.5～3.0 h。