山核桃油脂凝膠制備工藝優化

周 強，韓延超，吳偉杰，丁玉庭，邵 平，童 川，郜海燕，*

(1.浙江工業大學 食品科學與工程學院，浙江 杭州 310014；2.浙江省農業科學院 食品科學研究所，農業農村部果品產后處理重點實驗室，浙江省果蔬保鮮與加工技術研究重點實驗室，中國輕工業果蔬保鮮與加工重點實驗室，浙江 杭州 310021)

山核桃(CaryacathayensisSarg.)是胡桃科山核桃屬的植物，主要分布于中國浙江和安徽[1]。山核桃仁富含脂肪、蛋白質、可溶性糖和礦元素等營養物質[2]，還含有大量生物活性物質，如多酚、單寧、有機酸[3]等。山核桃仁中最主要的營養元素是脂肪[4]，其中90%為不飽和脂肪酸[5]，單不飽和脂肪酸含量達到70%[6]。山核桃仁中含有豐富的油酸和亞油酸，其中亞油酸是人體必需脂肪酸之一[7]。山核桃因其感官特性和營養功能而被用作具有獨特風味的食用油[8]。山核桃油有降低血脂含量、預防心血管疾病、抗氧化等作用[9-10]。然而山核桃油在貯藏過程受到溫度、氧氣、光照和濕度的影響極易使不飽和脂肪酸發生氧化[11]。

油脂凝膠是通過在植物油中添加一定比例的可食用凝膠劑達到“固化”油脂的效果[12]。單硬脂酸甘油酯(單甘脂)具有良好的乳化性質，作為食品級的凝膠劑，其成本也相對較低[13-14]，同時可以起到改變植物油的結構而不改變其化學特性的作用[15]。常規塑性脂肪產品中含有大量的飽和或反式脂肪酸，非常容易引起動脈粥樣硬化和肥胖等疾病[16-17]，而油脂凝膠大大降低了飽和以及反式脂肪酸的含量，可以作為傳統固態油脂的替代品[18]，并且可以提高油脂穩定性，也便于工業化生產、貯藏及運輸。因此，研究山核桃油脂凝膠化具有廣闊的工業前景及深遠的意義。

本研究以單甘脂為凝膠劑，以山核桃油為載體油，制備山核桃油脂凝膠。探究不同工藝條件對山核桃油脂凝膠的影響，以尋求油脂凝膠制備的最優工藝。以期為山核桃油脂凝膠的工業化生產提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山核桃油，采購于黃山余香園食品有限公司舌尖徽州木榨油坊。

單甘脂、碘化鉀、三氯甲烷、冰乙酸、硫代硫酸鈉采購于麥克林公司，均為分析純級。

1.2 儀器與設備

TA-XT plus質構儀，SMS.UK超技儀器有限公司，日本；Avanti J-E高速冷凍離心機，貝克曼庫爾特有限公司，美國；恒溫箱，SANYO公司，日本；DK-S28型水浴鍋，精宏儀器有限公司，中國；ME103E電子天平，METTLER TOLEDO公司，美國；DF-101S集熱式磁力攪拌器，予華儀器有限公司，中國。

1.3 試驗方法

1.3.1 單因素試驗

參考徐杰[19]的方法，并稍加修改。取10 g山核桃油于50 mL燒杯中，分別加入8%、10%、12%、14%、16%的單甘脂，在80 ℃溫度下，進行磁力攪拌30 min，結束后將山核桃油放入50 mL離心管中貯藏于(4±0.5)℃恒溫箱中，保存5 d。

取10 g山核桃油于50 mL燒杯中，加入12%的單甘脂，在80 ℃下，分別進行磁力攪拌10、20、30、40、50 min，結束后將山核桃油放入50 mL離心管中貯藏于(4±0.5)℃恒溫箱中，保存5 d。

取10 g山核桃油于50 mL燒杯中，加入12%的單甘脂，分別在60、70、80、90、100 ℃溫度下，分別進行磁力攪拌30 min，結束后將山核桃油放入50 mL離心管中貯藏于(4±0.5)℃恒溫箱中，保存5 d。

1.3.2 正交試驗設計

根據單因素試驗結果，選取凝膠劑添加量、加熱時間、加熱溫度3個因素，各取3個水平，選用L9(33)設計正交試驗，以含油率為指標，對山核桃油凝膠制備的工藝條件進行優化。具體因素水平設計見表1。

表1 正交試驗設計與因素水平表

1.3.3 含油率測定

參考Yilmaz等[20]的方法，稍加修改。取一個2 mL離心管并稱重為m1，取一定量的山核桃油脂凝膠放入離心管內并稱重為m2，在4 ℃，8 000 r·min-1條件下離心30 min，用濾紙擦干析出的油并稱重為m3，按式(1)計算含油率(ω，%)

(1)

式(1)中：m1為空離心管質量(g)，m2為樣品加離心管質量(g)，m3為析出油后的離心管質量(g)，X為凝膠劑的質量分數。

1.3.4 凝膠強度測定

參照Hwang等[21]、王家鑌等[22]測定方法并稍作修改。取山核桃油脂凝膠樣品進行測定，質構儀的測定條件為P/0.5探頭，測前速度為1.5 mm·s-1，測試速度為1 mm·s-1，測后速度為1 mm·s-1，測試距離為10 mm，觸發力為2 g。實驗進行3次重復，取平均值。

1.3.5 過氧化值測定

參照GB/T 5009.227—2016[23]的方法進行測定：稱取適量油樣溶解于三氯甲烷-冰乙酸溶液，先加入飽和KI溶液與過氧化物反應生成I2，然后以淀粉溶液為指示劑，用Na2S2O3溶液進行滴定，至藍色消失為終點。同時做空白實驗。以過氧化物相當于碘單質的質量分數來表示過氧化值的量。計算公式如下：

XPOV=(V-V0)×c×0.1269×100/m。

(2)

式(2)中：XPOV是過氧化值，V和V0分別是Na2S2O3標準溶液滴定樣品和空白的體積，c是Na2S2O3溶液濃度，0.126 9是以Na2S2O3計的碘當量，m和100分別為試樣質量和換算系數。

1.4 數據處理

所有實驗數據采用SPSS Statistics 20.0對數據進行前處理，使用單向方差分析(ANOVA)進行顯著性差異分析，采用Excel 2013進行繪圖。實驗結果P<0.05時具有顯著性。

2 結果與討論

2.1 不同凝膠劑添加量對山核桃油脂凝膠的影響

含油率是評價凝膠劑對油脂的束縛能力的重要指標之一[24]。如圖1-A所示，山核桃油脂凝膠的含油率隨著凝膠劑添加量的增加而增加。當凝膠劑添加量低于10%時，含油率低于80%。凝膠劑的添加量超過12%，含油率超過了80%，顯著升高(P<0.05)。但添加量再升高，含油率未顯著升高(P>0.05)。凝膠強度是衡量油脂凝膠網絡結構穩定性的重要指標[22]。山核桃油脂凝膠的凝膠強度隨凝膠劑添加量變化如圖1-B所示。油脂凝膠的凝膠強度隨著凝膠劑添加量的增加而增大。當凝膠劑添加量低于10%時，凝膠強度相對比較低。當凝膠劑的添加量大于等于12%時，凝膠強度相對比較高(P<0.05)。Meng等[25]研究認為，油脂凝膠的含油率和凝膠硬度都隨著凝膠劑濃度的增加而增加，在高濃度的凝膠劑添加時，凝膠網絡結構的晶體更緊密的積累，這與本文的結果相似，隨著凝膠劑添加量的增加，含油率與凝膠強度均有所增加。劉日斌等[26]使用8%添加量的單甘脂制備了良好的玉米油脂凝膠。本文的結果顯示，單甘脂添加量為12%能夠形成比較好的山核桃油脂凝膠，可能是因為山核桃油中不飽和脂肪酸含量比較高。說明從成本考慮，凝膠劑的添加量可以選擇12%。

柱狀圖上無相同小寫字母的表示各處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.2 不同加熱時間對山核桃油脂凝膠的影響

如圖2-A所示，山核桃油脂凝膠的含油率隨著加熱時間的增加先增加后降低。加熱時間為10、20和50 min時，含油率相對比較低，加熱時間為30和40 min時，含油率相對比較高，且含油率接近90%。加熱時間為30和40 min的含油率顯著高于加熱時間為10和20 min的處理組(P<0.05)。山核桃油脂凝膠的凝膠強度隨加熱時間變化如圖2-B所示。油脂凝膠的凝膠強度隨著加熱時間的增加呈先增加后降低的趨勢。加熱時間為10和20 min，凝膠強度顯著低于其他處理組(P<0.05)。加熱時間為30 min，凝膠強度相對比較高，顯著高于加熱時間為10、20和50 min處理組，與加熱時間為40 min處理組無顯著差異(P>0.05)。戴柯銳等[27]在研究紫蟲膠制備亞麻籽油凝膠時發現，油凝膠的持有率和凝膠強度隨加熱時間的延長呈先增加后降低的趨勢，加熱時間為30 min時持油性最大，這與我們的結果相似。說明加熱時間在30 min，對油脂凝膠的成型比較好。

2.3 不同加熱溫度對山核桃油脂凝膠的影響

如圖3-A所示，山核桃油脂凝膠的含油率隨著加熱溫度的升高先增加后降低。加熱溫度為60和100 ℃時，含油率顯著低于其他處理組(P<0.05)。當加熱溫度為70、80、90 ℃時，含油率相對比較高，且含油率接近90%。加熱溫度為80 ℃含油率顯著高于其他處理組(P<0.05)。山核桃油脂凝膠的凝膠強度隨加熱溫度變化如圖3-B所示。油脂凝膠的凝膠強度隨著加熱溫度的升高呈先增加后降低的趨勢。加熱溫度為60和100 ℃時，凝膠強度顯著低于其他處理組(P<0.05)。加熱溫度為80和90 ℃，凝膠強度顯著高于其他處理組(P<0.05)。李雪等[28]在研究復合凝膠劑型芝麻油油脂凝膠的制備時發現，隨著加熱溫度的增加，凝膠油脂的持油性呈增加趨勢，選擇加熱溫度為80 ℃，這與我們的結果接近。左鋒等[29]研究肉桂酸基油脂凝膠的制備認為加熱溫度如果太高，會影響油脂凝膠體系的自助裝的過程，這與我們加熱溫度過高，含油率和凝膠強度下降的結果相似。說明加熱溫度為80 ℃時，油脂凝膠的制備工藝比較好。

圖3 不同加熱溫度對山核桃油脂凝膠含油率(A)和凝膠強度(B)的影響

2.4 山核桃油脂凝膠的工藝優化

在根據單因素實驗結果的基礎上，依照表1進行正交試驗對山核桃油脂凝膠工藝進行優化，選擇以凝膠劑添加量(A)、加熱時間(B)、加熱溫度(C)3個因素3個水平進行試驗。Meng等[30]在研究增稠劑對羥丙基甲基纖維素基食用油凝膠形成及性能的影響時認為，油脂凝膠的含油率與凝膠強度是有一定的相關性的。因此，我們選擇以油脂凝膠含油率為指標，確定制備油脂凝膠的最佳工藝。

正交試驗結果如表2所示。各因素對山核桃油脂凝膠的影響大小為A>C>B，即凝膠劑添加量>加熱溫度>加熱時間。制備山核桃油脂凝膠的最佳工藝組合為A2B2C2，即凝膠劑添加量為12%，加熱時間為30 min，加熱溫度為80 ℃，在此工藝條件下，含油率為91.31%。按照最佳的制備工藝，進行三次重復實驗，得到含油率為90.85%±2.41%，與正交試驗表中的結果相近。

表2 L9(33)正交試驗結果表

說明凝膠劑添加量為12%，加熱時間為30 min，加熱溫度為80 ℃的工藝條件比較合適。

2.5 山核桃油脂凝膠的過氧化值

過氧化值是油的主要氧化產物(過氧化物和氫過氧化物)的量度[31]。過氧化值是表征山核桃氧化程度的重要指標之一[32]。山核桃油脂凝膠正交試驗的過氧化值如圖4所示。第8組的過氧化值略高于其他處理組。第2組的過氧化值顯著低于其他處理組(P<0.05)。所有處理組其過氧化值均低于GB 15196—2015[33]中的規定(0.13%)。

圖中序號與正交試驗表中的序號相對應。

3 結論

本實驗探究了山核桃油脂凝膠制備方式對山核桃油脂凝膠特性的影響。單因素實驗結果表明，凝膠劑添加量的增加，油脂凝膠的含油率以及凝膠強度均逐漸增加。從成本考慮，凝膠劑的添加量為12%比較合適。加熱時間在30 min，對油脂凝膠的成型比較好。加熱溫度為80 ℃時，油脂凝膠的制備工藝比較好。正交實驗結果顯示，各因素對山核桃油脂凝膠的影響大小為凝膠劑添加量>加熱溫度>加熱時間。凝膠劑添加量為12%，加熱時間為30 min，加熱溫度為80 ℃的工藝條件比較合適。所有工藝制備的油脂凝膠其過氧化值均符合GB 15196—2015中的規定。