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利用初榨大豆毛油制备β-谷甾醇油脂凝胶

发布日期:2021/8/25 15:37:12

大量研究表明:摄入过多的反式脂肪酸会严重影响人体的健康。这严重违背了消费者对食品安全和营养的要求,因此迫切需要寻找一种含低饱和脂肪酸或不含反式脂肪酸的食品油脂替代传统的塑式脂肪。

研究发现,凝胶剂复合使用时形成的混合自组装结构得到的油脂凝胶表现出来的物理性能要优于单一组分自组装结构得到的油脂凝胶。例如β-谷甾醇和γ-谷维素的复合凝胶剂,这些凝胶剂分子形成数百微米长的螺旋状或扭曲的晶体带,通过自组装形成中空管状结构,进而组成纤维状有机凝胶网络。β-谷甾醇作为一种植物活性成分,对人体无毒害,具有降低胆固醇和预防动脉硬化等生理功能和独特的营养特性。以β-谷甾醇和天然大豆磷脂为复合凝胶剂制备得到的油脂凝胶具有零反式脂肪酸和低饱和脂肪酸的特点,对人体的健康非常有利。

东北农业大学食品学院的吴非、吴楠和于殿宇*以及九三集团哈尔滨惠康食品有限公司的张理博*等人以初榨大豆毛油为基料油,研究通过添加β-谷甾醇形成油脂凝胶的特性,研究β-谷甾醇添加量对油脂凝胶硬度、热力学性质、固体脂肪含量(SFC)、X-射线衍射以及微观结构的影响,为开发生产富含天然磷脂的零反式脂肪酸的油脂凝胶提供一定的理论依据。

1. 初榨大豆毛油的主要理化指标测定结果

结果显示,初榨大豆毛油中天然磷脂含量高达18.4 mg/g,且富含丰富的VE、甾醇、胡萝卜素。因此,选用初榨大豆毛油为基料油,添加一定质量分数的β-谷甾醇,观察并研究是否能够形成油脂凝胶。

2. β-谷甾醇添加量对油脂凝胶相变的影响

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由图1可知,油脂凝胶的形成与β-谷甾醇添加量和贮藏温度都有着一定的关系。当β-谷甾醇添加量小于8%时,在任何温度下均未观察到黏稠状或凝胶化,处于液体状态。当β-谷甾醇添加量大于8%,贮藏温度低于5 ℃时,处于凝胶状态;当β-谷甾醇添加量大于12%时,在20 ℃以下即可形成凝胶;当贮藏温度高于20 ℃时,体系会转变为黏稠液体状态。实验结果表明贮藏温度为20 ℃时,β-谷甾醇添加量不小于12%时可较好地作为制备初榨大豆毛油油脂凝胶的凝胶剂,其中β-谷甾醇添加量为12%是制备初榨大豆毛油油脂凝胶的临界值。为了更好地研究初榨大豆毛油油脂凝胶,后续实验中选择β-谷甾醇添加量为12%(在20 ℃形成油脂凝胶的β-谷甾醇添加临界值)、16%和20%(在20 ℃形成油脂凝胶的β-谷甾醇添加量)的油脂凝胶,进一步研究其相关的凝胶行为特性及和微观结构。

3. β-谷甾醇添加量和贮藏温度对油脂凝胶硬度的影响

结果显示,在相同的β-谷甾醇添加量中,在较低贮藏温度下形成的油脂凝胶的硬度高于在较高温度下的硬度,并且硬度显著变化。贮藏温度为5 ℃时,当β-谷甾醇添加量从12%增加到20%时,油脂凝胶的硬度由2.78 N增至4.77 N,硬度变化显著。

4. β-谷甾醇添加量对油脂凝胶热力学性质的影响

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在加热过程中,油脂凝胶会表现出相转变,差示扫描量热仪可以通过测量样品相变过程中的热变化,分析出相变发生的起始、峰值及终止温度。在同一升温、降温速率下,β-谷甾醇添加量为12%、16%、20%的油脂凝胶其熔化与结晶曲线随β-谷甾醇添加量的变化趋势如图3所示。图3曲线显示了明显的不对称峰值,且不同β-谷甾醇添加量的油脂凝胶的熔化峰与结晶峰均为单峰。由图3可知,随油脂凝胶中β-谷甾醇添加量的增加,结晶峰值温度、熔化峰值温度均增加,结晶过程产生的峰值温度低于熔化过程中产生的,从而产生过冷现象,过冷度随油脂凝胶中β-谷甾醇添加量增加而降低。结果表明,β-谷甾醇添加量对油脂凝胶的熔化与结晶均有一定影响。

 结果显示,β-谷甾醇添加量对油脂凝胶的熔化结晶焓均具有一定影响,随着β-谷甾醇添加量的增加,焓变呈增加趋势,表明体系中凝胶剂分子结晶的排列更加整齐且形成油脂凝胶的自发性增强。β-谷甾醇添加量为20%时,结晶焓变为6.55 J/g,表明该体系中结晶的凝胶剂分子排列的最为整齐。结果表明,β-谷甾醇添加量对油脂凝胶热力学特性存在一定影响。

5. β-谷甾醇添加量对油脂凝胶SFC的影响

结果显示,当温度处于0 ℃时,β-谷甾醇添加量由12%增加到20%过程当中,SFC从4.7%上升到14.5%。β-谷甾醇添加量分别为12%、16%、20%的油脂凝胶在20 ℃前变化较平缓,20 ℃附近晶体结构逐渐被破坏,SFC开始随温度急剧降低,说明油脂凝胶的凝胶-溶胶转变温度范围在20~70 ℃之间。温度的升高会加剧凝胶油的熔融,破坏其中的网状结构,从而使其SFC下降。当温度低于20 ℃时,此时油脂凝胶构成三维网络结构,能有效截留液态植物油并将其凝胶化形成塑性脂肪,在油脂凝胶体系中,构成样品中SFC的是凝胶剂而不是植物油,所以油脂凝胶的SFC不同是由于油脂凝胶中β-谷甾醇添加量不同导致的。

6. β-谷甾醇添加量对油脂凝胶晶型的影响

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由图5A可知,不同β-谷甾醇添加量形成的油脂凝胶均在4.75 Å和4.62 Å处存在较强的衍射峰。随着β-谷甾醇添加量的增加,在12.49 Å和7.50 Å处出现新的衍射峰,说明油脂凝胶的结晶排列变得更加有序。由图5B可知,初榨大豆毛油在扫描范围内仅在20°附近出现一个非晶峰,β-谷甾醇纯体分别在7.55、5.97、4.85、4.08 Å处存在强衍射峰,而油脂凝胶X-射线衍射图谱中没有相应的衍射峰,说明油脂凝胶所形成的结晶可能来自β-谷甾醇与天然磷脂的自组装。

7. β-谷甾醇添加量对油脂凝胶结晶形态的影响

如图6所示,黑色部分为被束缚住的液态植物油,而较亮的部分为由凝胶剂形成的结晶结构,晶体整体分布较为均匀且呈针状结晶。β-谷甾醇添加量为12%时,此时油脂凝胶的结晶分布稀疏,没有形成较为致密的凝胶网状结构。当β-谷甾醇添加量为16%时,油脂凝胶结晶形态呈现长针状。随着β-谷甾醇添加量的增多,结晶大量增加且尺寸变小,说明凝胶剂形成了更加致密的三维网状结构,截留液态植物油的能力增强。所以,β-谷甾醇添加量为20%时形成的油脂凝胶硬度和SFC最大,进而验证了硬度和SFC的测定结果。

结    论

以初榨大豆毛油为基料油,实验表明初榨大豆毛油中磷脂含量为1.84 mg/g,当β-谷甾醇添加量大于12%时,在20 ℃即可成功制备油脂凝胶。β-谷甾醇添加量对油脂凝胶体系的硬度、SFC、熔化结晶性质均有显著的影响,随β-谷甾醇添加量的增多,这些性质参数均呈上升趋势。当β-谷甾醇添加量从12%增加到20%时,5 ℃贮藏的油脂凝胶其硬度由2.78 N增至4.77 N,硬度随温度变化显著。0 ℃贮藏的油脂凝胶SFC从4.7%上升到14.5%。β-谷甾醇添加量为20%时,焓变最高,分别为8.57、6.55 J/g,体系中结晶的凝胶剂分子排列的最为整齐。X-射线衍射结果显示β-谷甾醇添加量对油脂凝胶晶型影响不大,均存在β型晶体,晶体形状为细长针状,分布均匀。随β-谷甾醇添加量的增加,其针状结晶尺寸减小,分布密度增加,即β-谷甾醇添加量越高,硬度越大,结构化植物油的能力越强,形成油脂凝胶结构稳定性越好,为生产一种富含磷脂和VE等天然营养物质的零反式脂肪酸食品专用油脂开辟一条更为健康的新道路。