單甘酯及冷卻溫度對牛油樣品特性的影響

葉 丹 王傳明 李 鎵 劉 鵬 何高潔

(四川天味食品集團股份有限公司，四川 成都 610200)

火鍋作為中國的特色飲食，有著不可替代的地位。牛油火鍋底料因牛油特殊的動物油脂濃香，并能很好吸收辣椒、花椒等香辛料中的香、麻、辣味，在川渝地區被廣泛使用[1-2]。由于牛油火鍋底料在加工中冷卻工藝差異較大，導致市售火鍋底料產品普遍存在硬度低、色澤暗淡、油料分離不明顯等問題，而牛油火鍋底料中的牛油硬度是評價產品品質的重要指標。目前，對于提高牛油火鍋底料硬度的研究較少，主要是通過加入一定量的高熔點的起酥油，提高牛油火鍋底料的硬度[3]，但過量的起酥油添加會影響牛油火鍋底料的風味。此外，關于改善牛油火鍋底料硬度及色澤尚未見報道。

在脂肪產品中，影響其硬度的因素主要有冷卻溫度、固體脂肪含量(Solid Fat Content，SFC)、結晶網絡形態等，脂肪在過冷狀態中，脂肪晶體的成核及生長方式影響結晶網絡結構，而結晶網絡結構直接關系到脂肪的硬度[4-6]。乳化劑是一類兩親性物質，在分子的兩端分別具有極性的親水基團和非極性的疏水基團，其可通過改變脂肪的結晶特性，改善脂肪物理機械性能。脂肪結晶過程中，當出現過冷溫度時，乳化劑可通過增加晶體數量和成核速率來促進結晶過程[7]。目前，關于冷卻溫度及乳化劑在牛油火鍋底料中的研究尚處于初級階段。研究擬以牛油火鍋底料中的牛油樣品作為主要研究對象，研究添加常見乳化劑單甘酯(Glyceryl monostearate，GMS)及冷卻溫度對牛油火鍋底料特性的影響，以期為企業改善牛油火鍋底料的硬度及色澤提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料

牛油：廣漢市邁德樂食品有限公司；

豆瓣醬、糍粑辣椒、食用鹽、花椒、小蔥、姜、蒜、白酒、味精、冰糖：市售；

單甘脂(單硬脂酸甘油酯)：食品級，河南億力生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

物性分析儀：TA.XT plus型，英國SMS公司；

脈沖核磁共振儀：Minispec mq20型，德國Brucker公司；

便攜式色差儀：CM-700D型，日本柯尼卡—美能達公司；

電子天平：FA2004A型，上海舜宇恒平科學儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 牛油樣品制備工藝及操作要

(1) 工藝流程：

(2) 操作要求：60%牛油融化后升溫至150 ℃，加入13.0%糍粑辣椒、15%豆瓣醬、2.0%姜、2.0%蒜，放入鍋中炒制5 min；降溫至110 ℃熬制30 min；關火加入1.2%冰糖、2.0%鹽、2.0%味精、1.2%香辛料、1.0%白酒、單甘脂攪拌均勻；熬煮完成后進行油料分離，將分離出的牛油冷卻，保持至75～80 ℃，制得牛油樣品[1]。

1.3.2 單因素試驗

(1) 單甘脂對牛油樣品的影響：固定炒制工藝，冷卻溫度-20 ℃，冷卻時間90 min，研究單甘脂添加量(0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%)對牛油樣品特性的影響。

(2) 冷卻溫度對牛油樣品的影響：為保證生產效率，試驗將冷卻溫度控制在0 ℃以下。固定炒制工藝，單甘脂添加量0%，冷卻時間90 min，研究冷卻溫度(0，-10，-15，-20，-25 ℃)對牛油樣品特性的影響。

1.3.3 硬度測定 將牛油樣品分裝至方形模具中(樣品規格50 g，厚度3 cm)，冷卻80 min成型后，于25 ℃環境中放置48 h，根據劉佳敏等[8]的方法采用質構儀測定油層硬度。每組樣品平行測定3次。

1.3.4 色澤測定 牛油樣品預處理同1.3.3。用便攜式色差儀測定牛油樣品的L*值(亮度)、a*值(紅綠值)和b*值(黃藍值)

1.3.5 固體脂肪 參考夏瑩[9]和謝賀[10]的方法，用脈沖核磁共振儀(NMR)測定火鍋底料生產中牛油冷卻結晶過程中SFC的變化，將牛油樣品放入NMR專用玻璃管中，然后，快速轉移至0，-10，-15，-20，-25 ℃低溫恒溫槽中，記錄SFC的變化。每隔5 min測一次SFC，直至測得的SFC趨于平衡，認為完全結晶。

1.3.6 等溫結晶動力學參數的計算 通過Avrami方程來揭示不同添加量單甘脂及不同冷卻溫度對牛油樣品等溫結晶成核及生長過程的影響。根據Liu等[11]的方法，通過擬合直線的斜率和截距求出n、K，回歸處理得到牛油樣品的等溫結晶動力學方程。Avrami方程如下：

1-X=exp(-Ktn)，

(1)

(2)

ln[-ln(1-X)]=nlnt+lnK，

(3)

式中：

K——結晶速率常數；

n——Avrami指數；

X——t時刻的相對結晶度；

SFC,t——t時刻的絕對結晶度；

SFC,∞——結晶過程的總結晶度。

1.3.7 統計分析 采用SPSS軟件對所得數據進行方差分析，Origin 8.0軟件進行繪圖。各組試驗數據重復3次，所測數據均以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 單甘脂對牛油特性的影響

2.1.1 牛油硬度 由圖1可知，隨單甘脂添加量的增加，牛油樣品的硬度呈增大趨勢，當質量分數為1.5%，2.0%時，牛油樣品的硬度顯著增加(P<0.05)。研究[12]表明，油脂的硬度不僅與SFC有一定的關系，還與油脂晶型及微觀結構有關。添加甘油酯之后牛油硬度變大，可能是甘油酯引起了牛油結晶形態的改變，誘導了更多較為穩定的β型結晶的形成[13-14]。添加量為0.5%和1.0%時牛油硬度變化不顯著(P>0.05)，可能是單甘脂添加量較低，其在油脂中的分散程度小，對油脂成核或晶體生長造成的影響較小。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.1.2 等溫結晶曲線 由圖2可知，隨著單甘脂添加量的增加，牛油樣品在-20 ℃冷卻條件下的等溫結晶終點的時間逐漸降低，其中添加量為1.5%時的與2.0%時的差異不顯著(P>0.05)，其他添加量的差異顯著；添加單甘脂的牛油與未添加的牛油結晶平衡時的SFC差異不顯著(P>0.05)，說明添加一定量單甘脂能對牛油樣品的結晶速率及結晶時間有一定影響，而對油脂SFC影響不顯著(P>0.05)，可能是因為單甘酯可作為結晶誘導劑，促進了三酰甘油分子的聚集，能增加晶體數量和成核速率進而促進結晶過程，減少誘導過程的時間。此結果與Basso等[15]研究結果是相似，該研究發現單甘脂可以使棕櫚油的結晶誘導時間縮短至19 min。

圖2 單甘脂添加量牛油中SFC等溫結晶曲線的影響

2.1.3 牛油色澤 如圖3所示，單甘脂的添加對牛油樣品的色澤有一定的影響，當添加量為1.5%和2.0%時，牛油樣品的亮度L值、a*值(紅綠值)顯著增加(P<0.05)，b*值(黃藍值)變化不顯著(P>0.05)。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.2 冷卻溫度對牛油特性的影響

2.2.1 牛油硬度 由圖4可知，牛油樣品在不同冷卻溫度下，硬度不同。隨冷卻溫度從0 ℃降低到-20 ℃，硬度增加，且差異性顯著(P<0.05)。0 ℃冷卻后的牛油樣品硬度最低(835.75 g)，-20 ℃冷卻后的牛油樣品硬度最高(13.34 N)，但-15 ℃與-20 ℃條件下，牛油樣品硬度差異不顯著(P>0.05)。當冷卻溫度下降至-25 ℃時，硬度開始下降。這是因為脂肪結晶一般經歷了成核、晶核生成期，較低溫度下(≤0 ℃)，過冷度很低，脂肪迅速形成晶核，油脂迅速達到結晶終點[10]。此外，對于脂肪晶體網絡形成最為關鍵的是成核階段，即脂肪從液態油到形成晶核，直至形成穩定的網絡結構。在低速降溫條件下，晶體結構偏向β'晶型的堆積；在較高速降溫條件下，油脂形成了β'和β共存的系統，β晶型比β'晶型穩定[16-17]。但當過冷度過大時，甘油三酯分子并入晶體表面速度較快，導致其簡單附著在晶體表面，最終形成的晶型不穩定[18]。所以隨著冷卻溫度的降低，過冷度的增大，牛油樣品硬度增大，當冷卻溫度為-25 ℃時，過冷度較大，油脂晶型不穩定，牛油樣品的硬度降低。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.2.2 等溫結晶曲線 在過冷或過飽和狀態下，液態油脂才會形成晶核，晶核形成后，在范德華力的作用下甘油三酯逐漸形成晶體[19]。由圖5可知，隨著冷卻溫度的降低，牛油樣品等溫結晶的終點時間逐漸降低，SFC值增加；0 ℃冷卻溫度下，牛油樣品的結晶終點時間最長(80 min左右結晶才達到穩定)，結晶終點的SFC值最低(為80.3%)；-25 ℃冷卻溫度下，牛油樣品的結晶終點時間最短(約為45 min)，結晶終點的SFC值最高(87%)。樣品冷卻溫度越低，過冷度越大，成核速率越快，結晶速率亦越快，因此，在相同結晶時間內SFC值也就越大，越快達到結晶穩定狀態。

圖5 不同冷卻溫度下牛油火鍋底料中牛油SFC隨時間變化的等溫結晶曲線

2.2.3 牛油色澤 由圖6可知，不同冷卻溫度對牛油樣品的色澤也有一定的影響，隨溫度從0 ℃下降到-25 ℃，牛油樣品的亮度L值有增大的趨勢，-15～-25 ℃時差異不顯著(P>0.05)。這可能與牛油樣品晶體結構有一定的關系，晶體緊密度不同，光線折射度則不同，導致牛油樣品的色澤有一定差異，這與上述研究單甘酯和冷卻溫度對牛油樣品硬度及結晶行所得的結論一致。

圖6 冷卻溫度對牛油色澤的影響

2.3 等溫結晶動力學參數

結晶速率常數K可以反映脂肪結晶的快慢，Avrami指數n值可代表成核和生長方式。Avrami指數n值越小，誘導結晶時間短，成核越快，晶體生長越快[11]。根據式(3)得到的擬合直線的斜率和截距可求出n、K，結果見表2。

從表1可以看出，當牛油樣品在-20 ℃條件下冷卻，隨著單甘脂添加量的增加，Avrami指數n值逐漸減小，K值逐漸增大。添加量為2.0%時，K值最大，Avrami指數n值最小。說明單甘脂一定程度可促進牛油樣品在低溫下的結晶，此結果與Basso等[15]研究結果一致。另外，對牛油樣品來說，隨著冷卻溫度的降低，Avrami指數n值逐漸減小，K值增大，-15 ℃與-20 ℃條件的K值差異不大。這是由于晶體的成核、結晶過程的驅動力取決于過冷度或過飽和狀態，過冷度越高，結晶越迅速。隨著溫度的降低，過冷度升高，結晶速率增加。可見，添加適量單甘脂或降低冷卻溫度，可能會影響牛油樣品結晶行為，加速結晶，縮短結晶時間。

表1 牛油樣品的等溫結晶動力學參數表

3 結論

添加乳化劑及降低冷卻溫度對牛油火鍋底料硬度及色澤有一定積極的影響。牛油火鍋底料中的牛油樣品在冷卻過程中，單甘酯可能會誘導更多穩定性較好的β型結晶形成，從而提高牛油樣品的硬度，并改善其色澤。相比于未添加單甘酯的樣品，添加2.0%的樣品硬度提高了23.8%，且其亮度顯著改善(P<0.05)。同時，冷卻溫度降低，牛油樣品體系從液體能較快速形成晶核，甘油三酯分子迅速并入晶核表面，形成穩定的網絡結構，從而提高牛油樣品硬度，縮短結晶時間。綜上，添加單甘脂及降低冷卻溫度在牛油火鍋底料中具有良好的應用效果，并能改善牛油火鍋底料牛油樣品的硬度及色澤，縮短牛油火鍋底料冷卻時間。研究只針對單甘酯及冷卻溫度做單因素試驗，并未涉及單甘酯及冷卻溫度協同作用對牛油火鍋底料特性的影響，且乳化劑具有不同類型，因此關于不同類型乳化劑及其與冷卻溫度協同對火鍋底料特性的影響還需進一步研究。