基于酶促酯交換的含亞麻酸巧克力的制備及其性質(zhì)研究

胡　洋,崔秀秀,李　冰,宗敏華,吳　虹

(華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510640)

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基于酶促酯交換的含亞麻酸巧克力的制備及其性質(zhì)研究

胡洋,崔秀秀,李冰,宗敏華,吳虹*

(華南理工大學輕工與食品學院,廣東廣州 510640)

利用固定化脂肪酶Lipozyme TLIM催化質(zhì)量比為38∶3的天然可可脂與亞麻籽油進行酯交換反應(yīng),得到熔點為(36.52±0.34)℃的油脂(稱為酯交換可可脂)。酯交換可可脂中亞麻酸的含量由反應(yīng)前0.64%±0.01%升高至3.10%±0.28%,主要甘三酯POP、POS和SOS的含量由84.52%降至62.72%,低熔點甘三酯UUU和SUU含量分別由0.92%和6.85%增加至10.94%和16.60%。酯交換可可脂的固體脂肪含量(SFC)在5～30 ℃時低于天然可可脂的SFC,但其隨溫度變化的趨勢與天然可可脂的相一致,當溫度高于34 ℃時,酯交換可可脂的SFC略高于天然可可脂的SFC,37 ℃時酯交換可可脂的SFC為1.64%。以酯交換可可脂為原料制備的含亞麻酸巧克力表面光滑,口感細膩,具有可可和亞麻籽油獨特的香味。加速氧化實驗結(jié)果表明該巧克力20 ℃時的貨架期為428 d,約61周,具有良好的貯藏穩(wěn)定性。

酶促酯交換,可可脂,亞麻籽油,亞麻酸,巧克力

可可脂是巧克力的主要原料之一,天然可可脂中主要的甘三酯為1,3-二棕櫚酸-2-油酸甘油三酯(POP)、1-棕櫚酸-2油酸-3-硬脂酸甘油三酯(POS)及1,3-二硬脂酸-2-油酸甘油三酯(SOS);甘三酯中含有的脂肪酸主要有棕櫚酸(P)、硬脂酸(S)和油酸(O)[1]。可可脂由特殊的脂肪酸和甘三酯組成,是影響巧克力口感和風味的重要因素[2]。隨著現(xiàn)代人們對健康的重視,對巧克力的健康性和功能性提出了更高的要求。

ω-6和ω-3系列多不飽和脂肪酸,如亞油酸、亞麻酸、二十二碳六烯酸(DHA)等,是人體必需脂肪酸,需從食物中獲取。現(xiàn)代流行病學研究表明ω-6與ω-3多不飽和脂肪酸攝取的理想比例約為1∶1[3]。大多數(shù)人對ω-3多不飽和脂肪酸的攝取量不足,當ω-6和ω-3的攝入比過高時會導致高血壓、高血脂等心腦血管疾病的發(fā)生。亞麻酸是一種具有重要生理功能的ω-3多不飽和脂肪酸,而亞麻籽油中含有約50%的亞麻酸[4-5]。目前,國內(nèi)外尚未見通過酶促酯交換制備含亞麻酸巧克力的研究報道。構(gòu)建具有良好性能的含亞麻酸巧克力不僅可以增加巧克力的品種,并且在一定程度上滿足人們對健康巧克力的需求。

本研究采用固定化脂肪酶Lipozyme TL IM催化質(zhì)量比為38∶3的可可脂與亞麻籽油進行酯交換反應(yīng),得到熔點與天然可可脂相一致的酯交換油脂;對比研究反應(yīng)前后油脂脂肪酸及甘三酯組成、固體脂肪含量(SFC)以及晶體形態(tài),在此基礎(chǔ)上,用含亞麻酸的酯交換油脂制作巧克力,并對其進行感官評定及采用加速氧化實驗預(yù)測其貨架期。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

天然可可脂廣州文玲貿(mào)易有限公司;亞麻籽油吉林省圣吉實業(yè)有限公司;卵磷脂鄭州綠博化工產(chǎn)品有限公司;固定化脂肪酶Lipozyme TLIM(酶活1130 U/g)廣州諾維信生物技術(shù)有限公司;可可粉(脂肪含量為11%)、白砂糖來自于市售;其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

Minisepc mq1脈沖核磁共振儀德國Bruker公司;GC-2010氣相色譜儀日本島津公司;P680ELSD高效液相色譜儀美國Waters公司;CP225D電子天平德國Sartorius公司;DW-FL262超低溫冰箱中科美菱低溫科技有限公司;CH2082電磁爐格蘭仕集團;SilentCrusher S均質(zhì)器德國Heidolph公司;CS101-1電熱恒溫箱重慶銀河實驗儀器有限公司;ST-LT低溫恒溫槽南京恒星實驗設(shè)備有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1酯交換可可脂的制備將38.0 g的可可脂與3.0 g的亞麻籽油置于三口燒瓶中,在90 ℃水浴中真空脫水脫氣60 min,接著將油脂溫度降至58 ℃,然后加入2.46 g脂肪酶,反應(yīng)110 min,攪拌速率200 r/min。反應(yīng)結(jié)束后,過濾掉脂肪酶,得到酯交換油脂,采用分子蒸餾脫除其中的游離脂肪酸,條件為刮板轉(zhuǎn)速100 r/min,加熱壁面溫度185 ℃,進料速率2 mL/min,系統(tǒng)壓力1～5 Pa,脫酸前樣品先預(yù)熱至80 ℃。

1.2.2酯交換反應(yīng)前后油脂脂肪酸組成分析油脂中的脂肪酸組成分析采用氣相色譜法(GC)。首先按照ISO5509:2000標準方法制備脂肪酸甲酯,然后采用GC-2010氣相色譜儀進行檢測,色譜條件為:毛細管色譜柱:DB-Wax(30.0 m×0.25 mm,美國Agilent公司);氣化室溫度250 ℃,檢測室溫度280 ℃,柱溫170 ℃,以3 ℃/min的速度升溫至220 ℃,維持2 min;載氣為氮氣,流速為28.5 mL/min;分流比為50∶1(V/V);進樣量為1 μL;FID檢測器。

1.2.3油脂甘三酯組成分析 油脂中甘三酯的分析采用高效液相色譜法(HPLC)。稱取30 mg油樣溶解于10 mL三氯甲烷中,過0.5 μm濾膜,然后收集濾液進行HPLC分析。采用高效液相色譜儀,蒸發(fā)光散射檢測器(Alltech ELSD 2000ES),Symnetry C18柱(4.6 mm×150 mm,5 μm);流動相為A相:乙腈,B相:體積比為4∶5的正己烷和異丙醇,恒流洗脫:A、B體積比50∶50,洗脫時間35 min,流速1.0 mL/min;檢測器溫度76 ℃,氮氣流量:1.8 L/min,柱溫25 ℃,進樣量為3 μL。每個樣品平行檢測三次,采用面積歸一法計算甘三酯的含量,而甘三酯的定性分析參考課題組之前的報道[6]。甘三酯的含量單位為單位質(zhì)量油脂中所含甘三酯的質(zhì)量,g/g(%)。

1.2.4酯交換反應(yīng)前后油脂的固體脂肪含量(SFC)測定將樣品置于60 ℃水浴中,待油脂完全熔化后,用移液管移取6 mL油脂樣品于10 cm的專用玻璃管內(nèi)。然后,玻璃管置于80 ℃下熔化30 min,以消除油脂樣品之前的歷史結(jié)晶;于0 ℃下保持90 min,促進油脂晶核的生成;于26 ℃下保持45 h以使油脂樣品形成穩(wěn)定的晶核后,將樣品置于0 ℃下保持90 min。完成調(diào)溫工序后,兩種油脂樣品分別于 5、10、15、20、25、30、34、36、37 ℃下保持30 min,然后使用Minisepc mq1脈沖核磁共振儀測定油脂樣品的SFC。

1.2.5熔點的測定采用開口毛細管法GB/T 5536-1985 測定油脂熔點。

1.2.6含亞麻酸巧克力的制備采用下面的工藝流程制備巧克力,而巧克力的配方如表1所示。

表1　巧克力的配方

配料可可粉白砂糖酯交換可可脂/天然可可脂乳糖卵磷脂含量(g)170.0380.0380.065.05.0

1.2.7油脂浸提液中脂肪含有率計算稱取30.0 g樣品,置于250 mL具塞錐形瓶中,加80 mL石油醚,避光放置過夜后抽濾,接著用20 mL石油醚蕩洗錐形瓶,抽濾,將濾液轉(zhuǎn)入已預(yù)稱重的150 mL圓底燒瓶內(nèi),置于30 ℃水浴中減壓蒸餾20 min,除去石油醚后稱重,計算出實際浸提出的脂肪凈含量,以之計算浸提液中的脂肪含有率。

1.2.8巧克力的感官評定采用感官評定方法對所制作的含亞麻酸巧克力的品質(zhì)進行評價。挑選10位經(jīng)過培訓的人按表2內(nèi)容對巧克力進行打分,評價項目一共分為3個大類,9個項目,滿分100分，然后將各項分值進行匯總,計算平均值。

表2　巧克力感官評定細則

表4　酯交換反應(yīng)前后油脂的脂肪酸組成

1.2.9巧克力的加速氧化實驗及貨架期預(yù)測取150.0 g樣品,分成5份,每份30.0 g,置于250 mL錐形瓶中,放入60 ℃恒溫干燥箱中貯藏,每隔5 d取樣一次,每次取1個樣品。取樣后,向錐形瓶中加入80 mL石油醚,避光放置過夜后抽濾,接著用20 mL石油醚蕩洗錐形瓶,抽濾。分別取3份20 mL濾液,按照國標GB/T 5538-2005的方法測定其過氧化值。巧克力貨架期的預(yù)測以過氧化值為參考指標,根據(jù)國標GB 2716-2005的規(guī)定,油脂的過氧化值≤0.25 g/100 g,據(jù)此計算60 ℃時巧克力的貨架期,然后采用表3的換算系數(shù)推算巧克力20 ℃時的貨架期。換算關(guān)系為60 ℃下貯藏1 d相當于20 ℃下貯藏16 d。

表3　產(chǎn)品貨架期的換算系數(shù)

1.3數(shù)據(jù)處理

通過Microsoft Excel 對數(shù)據(jù)進行處理,以平均值±標準偏差表示,采用Origin 8.5軟件繪圖。

2　結(jié)果與分析

將多不飽和脂肪酸引入巧克力中最簡單的方法是將含多不飽和脂肪酸的油脂直接加入巧克力中。研究發(fā)現(xiàn),當巧克力配方中可可脂含量為38%時,質(zhì)量比為38∶3的可可脂和亞麻籽油混合物(亞油酸與亞麻酸含量之比接近1∶1,且亞麻籽油占巧克力總質(zhì)量的3%,滿足巧克力國標GB/T 19343-2003中外加油脂的量≤5%的要求)的熔點為28.81 ℃,明顯低于天然可可脂的熔點(34～38 ℃),表明物理混合方法難以制備含亞麻酸的巧克力。因此,采用固定化脂肪酶Lipozyme TL IM催化質(zhì)量比為38∶3的天然可可脂與亞麻籽油進行酯交換反應(yīng),在優(yōu)化的反應(yīng)條件下(酶量為底物質(zhì)量6%(wt%),反應(yīng)溫度58 ℃,反應(yīng)時間110 min),所得酯交換油脂經(jīng)脫酸后熔點為(36.52±0.34)℃,與天然可可脂的相一致,并接近人體體溫,故可望用于制備含亞麻酸的巧克力。

2.1酯交換反應(yīng)前后油脂脂肪酸及甘三酯組成的變化

脂肪酸和甘三酯組成是影響油脂熔點的重要因素[7]。酯交換反應(yīng)前后油脂脂肪酸組成如表4所示。由表4可知,油脂樣品中不飽和脂肪酸含量由酯交換前的36.07%升高至44.75%,其中亞麻酸含量由0.64%±0.01%升高至3.10%±0.28%,提高了3.84倍。表5是酯交換反應(yīng)前后油脂的甘三酯組成。結(jié)果表明,酯交換后油脂中主要甘三酯組成仍為POP、POS和SOS,但其含量由84.52%降至62.72%;而低熔點的三不飽和甘三酯(UUU)和雙不飽和甘三酯(SUU)含量分別由0.92%和6.85%增加至10.94%和16.60%;新生成的甘三酯主要有LnLLn,LOL,POL和POLn。

2.2酯交換反應(yīng)前后油脂的SFC變化

油脂的SFC與油脂的脂肪酸及甘三酯組成密切相關(guān),它直接影響著不同溫度下油脂的熔融特性及硬度[8]。酯交換反應(yīng)前后油脂SFC的變化如圖1所示。由圖1可知,在5～30 ℃范圍內(nèi),酯交換可可脂的SFC低于天然可可脂的SFC,但其SFC隨溫度變化的趨勢與天然可可脂的相一致。這可能是酯交換反應(yīng)后油脂中甘三酯UUU的含量增加,而這類甘三酯結(jié)晶點較低[9]。當溫度高于34 ℃時,酯交換可可脂的SFC高于天然可可脂的SFC;當溫度達到37 ℃時,天然可可脂的SFC為0.12%,酯交換可可脂的SFC約為1.64%。

2.3含亞麻酸巧克力的制備及感官評定

把根1.2.6中的配方和工藝流程制備出的巧克力與天然可可脂制備的巧克力進行比較,發(fā)現(xiàn)由酯交換可可脂制備的巧克力呈淺咖啡色,而天然可可脂制備的巧克力顏色較深,呈深咖啡色。

甘三酯組分當量碳數(shù)酯交換前(%)酯交換后(%)LnLnLn360.92±0.012.51±0.12LnLLn38-3.61±0.18LLLn40-1.32±0.10LnOLn40-0.80±0.00LOL44-2.70±0.24POLn44-2.80±0.02POL46-2.84±0.26PLP461.56±0.121.95±0.12PLS480.57±0.231.34±0.30POO482.81±0.314.38±0.04SOL481.82±0.281.71±0.24POP4816.40±0.1611.62±0.21SOO502.22±0.054.87±0.10SLS501.87±0.120.88±0.07POS5037.50±0.1434.18±0.12SOS5230.62±1.0116.92±0.14其他-3.71±0.005.57±0.00

注:1.-，未檢出;2.當量碳數(shù)為甘三酯中鏈接的3個脂肪酸碳原子總數(shù)減去脂肪酸中雙鍵總數(shù)的二倍。如POP的當量碳數(shù)為16+18+18-2×(2+2)=44。液相色譜中出峰的順序是根據(jù)當量碳數(shù)的大小依次出峰。3.P:棕櫚酸;S:硬脂酸;O:油酸;L:亞油酸;Ln:亞麻酸。

表6　巧克力的感官評定結(jié)果

注:A為酯交換可可脂制備的巧克力;B為天然可可脂制備的巧克力。

圖1　酯交換反應(yīng)前后油脂的SFC曲線Fig.1　SFC curves of fats before and after interesterification

可脂的SFC,37 ℃時酯交換可可脂的SFC為1.64%。以酯交換可可脂為原料制備的含亞麻酸巧克力表面光滑,口感細膩,風味獨特,既帶有可可特殊的香味,又有輕微的亞麻籽油的清新味道;并且具有較好的氧化穩(wěn)定性和貯藏穩(wěn)定性。

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為了進一步考察酯交換可可脂在巧克力中的應(yīng)用效果,挑選10位經(jīng)過培訓的人按表2內(nèi)容對巧克力進行打分,然后將各項分值進行匯總,計算平均值,所得結(jié)果如表6所示。由表6可知,酯交換可可脂所制備的巧克力表面光滑細膩,入口即化,口感絲滑,風味獨特,既帶有可可特殊的香味,又有輕微的亞麻籽油的清新味道;而天然可可脂所制備的巧克力顏色較深,表面略顯粗糙,口感細膩,有略重的苦味。

2.4含亞麻酸巧克力的穩(wěn)定性及貨架期預(yù)測

含亞麻酸巧克力浸提液中脂肪含有率為7.50 g/100 mL,而按表1中巧克力的配方計算出其脂肪質(zhì)量分數(shù)(巧克力中脂肪質(zhì)量與總質(zhì)量之比)為39.87%,表明該巧克力中的油脂含量較高,其穩(wěn)定性和貨架壽命主要受脂肪氧化速率的影響,因此可以采用加速氧化實驗預(yù)測其貨架期。

油脂氧化過程屬于一級化學反應(yīng),可用以下方程進行描述[10]:

P=P0eKat

式(1)

式中,P-貯存時間為t時測得的巧克力過氧化值,meq/kg;P0-巧克力的初始過氧化值,meq/kg;Ka-巧克力的過氧化值變化速率常數(shù);t-巧克力的存貯存時間,d。

將上述方程兩邊取對數(shù),得到如下方程:

lnP=Kat+lnP0

式(2)

在60 ℃恒溫貯藏條件下,巧克力的過氧化值如表7所示,其均小于國標GB 2716-2005中油脂允許的最高過氧化值19.70 meq/kg(0.25 g/100 g),表明所制備的含亞麻酸巧克力具有較好的氧化穩(wěn)定性。將上述結(jié)果代入方程(2),得到線性回歸方程lnP=0.0896t+0.5936,R2=0.983。將19.70代入方程中,計算得到60 ℃時該巧克力的貨架期約為27 d;根據(jù)表2的換算系數(shù)推算出20 ℃時的貨架期為428 d,約61周,表明所制備的含亞麻酸巧克力具有良好的貯藏穩(wěn)定性,其原因可能是天然可可脂中含有抗氧化的多酚類物質(zhì)。

表7　巧克力的過氧化值

3　結(jié)論

利用酶促酯交換反應(yīng)可成功地將亞麻籽油中的亞麻酸引入可可脂中,所得酯交換油脂的亞麻酸含量由反應(yīng)前的0.64%±0.01%升高至3.10%±0.28%,主要甘三酯POP、POS和SOS的含量由84.52%減少至62.72%,但熔點為(36.52±0.34)℃,與天然可可脂的相一致。由于酯交換后油脂中低熔點甘三酯UUU和SUU含量升高,故在5～30 ℃范圍內(nèi),酯交換可可脂的SFC略低于天然可可脂的SFC,但其隨溫度變化的趨勢與天然可可脂的相一致。當溫度高于34 ℃時,酯交換可可脂的SFC高于天然可

Preparation of chocolate containing linolenic acid by enzymatic interesterification and its properties

HU Yang,CUI Xiu-xiu,LI Bing,ZONG Min-hua,WU Hong*

(College of Light Industry and Food Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

The interesterification of cocoa butter and flaxseed oil with mass ratio 38∶3 was catalyzed by immobilized lipase Lipozyme TLIM and the melting point of the resulting lipid(named as interesterified cocoa butter)was(36.52±0.34)℃. The linolenic acid content of the interesterified cocoa butter increased from 0.64%±0.01% before reaction to 3.10%±0.28%,but the content of major triacylglycerols of POP,POS and SOS decreased from 84.52% to 62.72%. The content of low melting point triacylglycerols of UUU and SUU increased from 0.92% and 6.85% to 10.94% and 16.60%,respectively. In the range of 5～30 ℃,the solid fat content(SFC)of the interesterified cocoa butter was lower than that of natural cocoa butter,however,its variation trend of SFC with temperature was consistent with that of natural cocoa butter. When the temperature was above 34 ℃,the SFC of interesterified cocoa butter was a little greater than that of natural cocoa butter and the SFC of interesterified cocoa butter was 1.64% at 37 ℃. The chocolate containing linolenic acid prepared by the interesterified cocoa butter had fine and smooth surface,good taste with special flavor of cocoa butter and flaxseed oil. The results of accelerated oxidation test indicated that the shelf life of the resulting chocolate was 428 days at 20 ℃,approximately 61 weeks,which had good storage stability.

enzymatic interesterification;cocoa butter;flaxseed oil;linolenic acid;chocolate

2015-10-08

胡洋(1989-),男,碩士研究生,主要從事油脂合成與應(yīng)用方面的研究,E-mail:254088166@qq.com。

吳虹(1971-),女,博士,教授,主要從事食品化工、生物化工方面的研究,E-mail:bbhwu@scut.edu.cn。

廣東省科技計劃項目(2013B010404005);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費重點項目(2014ZZ0048)。

TS225.6

A

1002-0306(2016)10-0123-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.015