小燭樹蠟棕櫚凝膠油的制備及其在面包中的應(yīng)用

張 靜, 劉 平

(1. 江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院 食品科技學(xué)院,江蘇 泰州 225300; 2. 西華大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,四川 成都 610039)

凝膠油脂是利用少量凝膠因子的結(jié)晶作用、自組裝方式等,將液態(tài)植物油束縛在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,使液態(tài)油失去流動性,呈現(xiàn)半固體或固體的油脂體系[1]。凝膠油體系中僅含有凝膠因子和液態(tài)油脂,具有低飽和脂肪和零反式脂肪,受到眾多研究者的廣泛關(guān)注[2-3]。大量研究結(jié)果表明[4-5],凝膠油可以作為新型的油脂原料或者替代傳統(tǒng)固態(tài)脂肪應(yīng)用于藥品、食品及化妝品行業(yè),特別是在防止油脂遷移及替代人造奶油、牛油方面的應(yīng)用。

目前,制作凝膠油脂常用的凝膠因子包括單苷酯、植物蠟和長鏈脂肪酸等[6],其中天然植物蠟來自油脂加工的副產(chǎn)品。不同種類的天然蠟由于成分和來源的差異,具有不同的結(jié)晶形態(tài)和結(jié)構(gòu),因而具有不同的凝膠能力和機(jī)械性能[7]。小燭樹蠟主要產(chǎn)自美國南部和墨西哥北部地區(qū),主要成分為烴類、蠟酯及少量醇類和甾醇類,是被美國食品及藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)的一種新型食品添加劑。國內(nèi)外均存在小燭樹蠟?zāi)z油的制備及性質(zhì)的相關(guān)研究[8-11],結(jié)果表明,其作為凝膠因子具有獨特的結(jié)晶特性。

棕櫚油是世界上最重要的植物油品種,與其他植物油相比,在抗氧化性、耐高溫性等方面具備獨特的優(yōu)勢。棕櫚油中飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸含量均衡,且對人體健康十分有利的天然維生素E、三烯生育酚、類胡蘿卜素和亞油酸等營養(yǎng)素的含量也十分豐富,因此棕櫚油多直接應(yīng)用于食品、化工和飼料等行業(yè)[12]。齊創(chuàng)[13]等研究了棕櫚油、葵花籽油混合油基凝膠人造奶油,結(jié)果表明,其性質(zhì)與人造奶油無異。

基于此,本文選用小燭樹蠟作為凝膠分子,棕櫚油為基料油,通過添加小燭樹蠟來研究棕櫚油基凝膠油的硬度、持油性和固態(tài)脂肪含量(SFC)等特性。將制備的凝膠油應(yīng)用于面包制作中,并以黃油為對照組,研究凝膠油對面包品質(zhì)的影響,從而為棕櫚基凝膠油在食品中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐,擴(kuò)展棕櫚油在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

K-70型高速冷凍離心機(jī);H97型恒溫加熱磁力攪拌器;MQC型核磁共振儀;安捷倫1200型高效液相色譜儀;G1314B型紫外檢測器;G1321A型熒光檢測器。

棕櫚油、食品級小燭樹蠟、高筋面粉、雞蛋、白砂糖、酵母等。

1.2 棕櫚油基凝膠油脂的制備

按照文獻(xiàn)[14]方法并對其進(jìn)行修改來制備棕櫚油基凝膠油脂。具體方法為:稱取總質(zhì)量100.00 g的燭樹蠟(5.00、 6.00、 7.00、 8.00和9.00 g)與棕櫚油(95.00、 94.00、 93.00、 92.00和91.00 g)并置于250.00 mL燒杯中,在恒溫加熱磁力攪拌器下加熱攪拌至完全溶解。之后置于25 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,取出后測定凝膠油脂的硬度、粘附力及持油率。

1.3 測定方法

(1) 質(zhì)構(gòu)特性的測定

質(zhì)構(gòu)特性的測定參考文獻(xiàn)[15]并對其進(jìn)行修改。具體方法為:稱取質(zhì)量相同的棕櫚油基凝膠油樣品分別置于5個250.00 mL的燒杯中,形成3.00 cm以上厚度的樣品凝膠油層。對樣品凝膠油的硬度、粘附力和持油率進(jìn)行測定。質(zhì)構(gòu)儀硬度、粘附力測定條件:球型探頭,測試前速度100.00 mm/min,測試中速度30.00 mm/min,起始力0.15 N,穿刺距離10.00 mm,測后速度100.00 mm/min,回程距離50.00 mm,各組樣品均在25 ℃下測定3次,取平均值。

(2) 持油性測定

持油性的測定參考劉日斌等[14]的持油性測定方法并對其進(jìn)行修改。具體方法為:稱取約15.00 g棕櫚油基凝膠油于45.00 mL離心管(空管稱重)中,將離心管置于高速冷凍離心機(jī)中,離心條件：轉(zhuǎn)速80.00 r/min,溫度25 ℃,時間15 min。取出離心管,倒置于桌面,以保證游離態(tài)油完全瀝出,稱重,重復(fù)3次,取平均值。并計算棕櫚油基凝膠油脂的持油率。

1.4 單因素試驗設(shè)計

(1) 小燭樹蠟添加量對棕櫚油基凝膠油的影響

以棕櫚油基凝膠油總質(zhì)量100.00 g為基準(zhǔn),分別添加5.00%、 6.00%、 7.00%、 8.00%和9.00%的小燭樹蠟,在95 ℃、 80.00 r/min條件下恒速磁力攪拌,待完全溶解后加熱5 min,于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中放置培養(yǎng)24 h,以硬度、粘附力和持油率為指標(biāo),確定最佳的小燭樹蠟添加量。

(2) 溶解時間對棕櫚油基凝膠油的影響

以棕櫚油基凝膠油總質(zhì)量100.00 g為基準(zhǔn),添加8.00%的小燭樹蠟,在95 ℃, 80.00 r/min條件下恒速磁力攪拌,待小燭樹蠟溶解至肉眼不可見，為保證其充分溶解并均勻分散在棕櫚油體系中,分別再持續(xù)加熱5、 10、 15、 20和25 min,隨后置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,以硬度、粘附力和持油率為指標(biāo),確定最佳的溶解時間。

(3) 溶解溫度對棕櫚油基凝膠油的影響

以棕櫚油基凝膠油總質(zhì)量100.00 g為基準(zhǔn),添加8.00%的小燭樹蠟,分別在85、 95、 105、 115和125 ℃, 80.00 r/min條件下恒速磁力攪拌,待完全溶解后加熱5 min,隨后置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,以硬度、黏附力和持油率為指標(biāo),確定最佳的溶解溫度。

(4) 培養(yǎng)時間對棕櫚油基凝膠油的影響

以棕櫚油基凝膠油總質(zhì)量100.00 g為基準(zhǔn),添加8.00%的小燭樹蠟,在95 ℃、 80.00 r/min下恒速磁力攪拌,待完全溶解后加熱5 min,隨后置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中分別培養(yǎng)12、 24、 36、 48和60 h,以硬度、粘附力和持油率為指標(biāo),確定最佳的培養(yǎng)時間。

(5) 攪拌速率對棕櫚油基凝膠油的影響

以棕櫚油基凝膠油總質(zhì)量100.00 g為基準(zhǔn),添加8.00%的小燭樹蠟,保持溫度為95 ℃,分別調(diào)整轉(zhuǎn)速為40.00、 60.00、 80.00和100.00 r/min,待完全溶解后繼續(xù)加熱5 min,將樣品于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)24 h,以硬度、粘附力和持油率為指標(biāo),確定最佳的攪拌速率。

1.5 正交試驗設(shè)計

基于單因素試驗,綜合考慮小燭樹蠟作為凝膠因子對凝膠油脂特性的影響。選擇小燭樹蠟的添加量為8.00%,以溶解溫度、溶解時間、攪拌速率和培養(yǎng)時間為考察因素,以棕櫚油基凝膠油的持油率為指標(biāo),設(shè)計正交試驗,正交試驗因素水平見表1。

1.6 固體脂肪含量測定

小燭樹蠟?zāi)z油脂的固體脂肪含量采用NMR法檢測[12]。將熔融樣品注入NMR管并在恒溫0 ℃條件下水浴放置90 min,之后在5.0、 10.0、 21.1、 26.7、 33.3、 40.0和45.0 ℃條件下保持30 min,測試固體脂肪含量。

表1 正交試驗因素水平試驗

1.7 脂肪酸含量的檢測

依據(jù)GB5009.168-2016《食品中脂肪酸的測定》方法測定凝膠油中脂肪酸組成含量。對樣品進(jìn)行甲酯化處理后,用氣相色譜儀進(jìn)行分析。色譜條件為:采用CP-Sil88毛細(xì)管柱(100.00 m×0.25 mm, 0.20 μm)FID檢測器,進(jìn)樣口溫度為160 ℃,柱溫為160 ℃,保持5 min后以10 ℃/min程序升溫法升至210 ℃,檢測溫度為240 ℃,載氣為氦氣,載氣流速為1.3 mL/min,氮氣流速為40 mL/min,分流比為50 ∶1(V∶V),進(jìn)樣量為1.00 μL。采用面積歸一法計算脂肪酸的組成含量。

1.8 小燭樹蠟?zāi)z油在面包中的應(yīng)用

(1) 小燭樹蠟?zāi)z油面包的制備

面包的配方及加工方法參照文獻(xiàn)[16]并加以改進(jìn),具體操作如下:基本配方為高筋面粉(2.00 kg)、水(0.90 kg)、雞蛋(90.00 g)、酵母(40.00 g)、鹽(20.00 g)、白砂糖(300.00 g)、奶粉(200.00 g)和小燭樹蠟?zāi)z油(100.00 g),黃油作為對照品。制作的工藝流程:原料稱量→調(diào)制面團(tuán)→第1次松弛→分割、搓圓→第2次松弛→整形→醒發(fā)→烘烤→冷卻→包裝→成品。

(2) 面包的感官評定

選10個身體健康、無特殊嗜好對色香味敏感的人,要求感官評定之前不能飲酒、抽煙或食用辛辣食物,以免影響感官評定。樣品評定之前用清水漱口,保持口腔干凈,進(jìn)行感官評定,記錄評定結(jié)果。評定分值總分為100分,評分結(jié)果如表2所示。

(3) 面包的品質(zhì)測定

按照《GB 5009.3-2016食品中水分含量的測定》方法對面包水分含量進(jìn)行測定,本文以直接干燥法測定。面包質(zhì)構(gòu)參照文獻(xiàn)[17]并加以調(diào)整,具體為:探頭P/36R,采用壓縮比列模式,測試速度均為60.00 mm/s,壓縮比例為70%,感應(yīng)力度為2.00 N,時間間隔為2.00 s,壓縮次數(shù)為2次。每個樣品進(jìn)行3次平行實驗并求平均值。按照《GB5009.9-2016 食品中淀粉的測定》方法測定面包中可溶性淀粉的含量。

表2 凝膠油面包感官評定表

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

(1) 小燭樹蠟添加量的影響

不同小燭樹蠟添加量與棕櫚油基凝膠油硬度、黏附力和持油率之間的關(guān)系如圖1所示。由圖1可知,小燭樹蠟的硬度、粘附力和持油率均隨著小燭樹蠟添加量的增大而增大,這是由于小燭樹蠟?zāi)z含量的加大使得其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊致稠密,支撐力作用越強(qiáng),對液體油的固化作用更強(qiáng)[18]。當(dāng)小燭樹蠟添加量從5.00%增加到9.00%時,棕櫚油基凝膠油的硬度從0.23 N增加到9.48 N,粘附力從0.08 N增加到1.40 N,持油率從64.00%增加到95.40%。當(dāng)小燭樹蠟的添加量從8.00%增加到9.00%時,凝膠油的粘附力急劇增大,而持油率僅從95.30%增加到95.40%,未發(fā)生顯著變化,這可能是小燭樹蠟作為凝膠劑在新的半固體狀態(tài)體系中形成了網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)[14]。考慮到凝膠油的制備主要是用來將液態(tài)油脂轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄灾?即以持油率為主要參考指標(biāo),因此選擇小燭樹蠟適宜的添加量為8.00%。

小燭樹蠟的添加量/%圖1 小燭樹蠟添加量對棕櫚油基凝膠油的影響Figrue 1 The effect of the Candelilla wax content on palm oil-based gel oil

(2) 溶解時間的影響

溶解時間與棕櫚油基凝膠油硬度、黏附力和持油率之間的關(guān)系如圖2所示。由圖2可知,溶解時間為5～20 min時,棕櫚油基凝膠油的硬度、粘附力和持油率均呈現(xiàn)上升的趨勢,且在20 min時硬度達(dá)到最大值。當(dāng)溶解時間超過20 min后,硬度和粘附力繼續(xù)增大,但持油率由96.60%下降為93.50%,這可能是由于凝膠油的硬度過硬,導(dǎo)致其形成凝膠網(wǎng)絡(luò)的韌性變?nèi)?鎖住液態(tài)油的能力變小[19],持油率下降。因此選擇20 min為適宜的溶解時間。

溶解時間/min圖2 溶解時間對棕櫚油基凝膠油的影響Figrue 2 The effect of the dissolution time on palm oil-based gel oil

(3) 溶解溫度的影響

溶解溫度與棕櫚油基凝膠油硬度、粘附力和持油率之間的關(guān)系如圖3所示。由圖3可知,隨著溶解溫度的升高,凝膠油的持油率和粘附力變化平穩(wěn),但硬度隨著溫度的升高先增加而后變化平緩,該現(xiàn)象與已有研究的凝膠油加熱特點相符合[20]。由于持油率變化趨勢平緩,溫度升高將增加能耗,因此選擇95 ℃為適宜的溶解溫度。

(4) 培養(yǎng)時間的影響

培養(yǎng)時間與棕櫚油基凝膠油硬度、黏附力和持油率之間的關(guān)系如圖4所示。由圖4可知,隨著培養(yǎng)時間的延長,棕櫚油基凝膠油的硬度與粘附力均呈上升趨勢。而持油率隨培養(yǎng)時間的增大先緩慢增大而后減小,持油率在培養(yǎng)時間為36 h時達(dá)到最大值96.90%。由于硬度過硬將導(dǎo)致凝膠油的韌性變?nèi)?鎖住液態(tài)油的能力下降[19],因此在培養(yǎng)時間為24～36 h時,凝膠油的持油率僅從95.70%增加至96.90%。考慮到能耗問題,因此選擇適宜的培養(yǎng)時間為24 h。

溶解溫度/℃圖3 溶解溫度對棕櫚油基凝膠油的影響Figrue 3 The effect of the dissolution temperature on palm oil-based gel oil

培養(yǎng)時間/h圖4 培養(yǎng)時間對棕櫚油基凝膠油的影響Figrue 4 The effect of the culture time on palm oil-based gel oil

(5) 攪拌速度的影響

攪拌速度與棕櫚油基凝膠油硬度、粘附力和持油率之間的關(guān)系如圖5所示。由圖5可知,隨著攪拌速率的增大,棕櫚油基凝膠油硬度、粘附力和持油率也隨之增大。然而在攪拌速度大于80.00 r/min時,凝膠油的硬度開始略有降低,而持油率的增大趨勢變緩,這可能是因為較高的攪拌速率雖促進(jìn)了油脂凝膠的形成[14],但在一定程度上油脂體系的松弛程度也受到微觀結(jié)構(gòu)碳鏈間相互作用的影響,因此較高的攪拌速率可能會影響相鄰碳鏈結(jié)構(gòu)的交聯(lián)作用[21],從而影響凝膠油的品質(zhì)。考慮過高的攪拌速度導(dǎo)致耗能大,因此,選擇適宜的攪拌速度為80.00 r/min,此時凝膠油的持油率為95.20%。

攪拌速度/r/min圖5 攪拌速率對棕櫚油基凝膠油的影響Figrue 5 The effect of the stirring rate on palm oil-based gel oil

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

為了優(yōu)化棕櫚油基小燭樹蠟?zāi)z油脂的加工工藝,以溶解溫度、溶解時間、攪拌速率和培養(yǎng)時間為考察因素,棕櫚油基凝膠油的持油率為指標(biāo),采用L9(34)設(shè)計正交試驗,正交試驗結(jié)果與分析見表3。由表3可知,影響棕櫚油基凝膠油持油率的主次順序為:攪拌速率>溶解溫度>培養(yǎng)時間>溶解時間。最優(yōu)工藝條件組合為A1B3C3D2,即棕櫚油基凝膠油的最優(yōu)制備工藝條件為:溶解時間15 min,溶解溫度105 ℃,培養(yǎng)時間36 h(25 ℃),攪拌速率80.00 r/min。

表3 正交實驗結(jié)果與分析

2.3 驗證試驗

將小燭樹蠟(8.00%)、溶解溫度為105 ℃、溶解時間為15 min、攪拌速率為80.00 r/min，溫度為25 ℃條件下培養(yǎng)36 h制備棕櫚基小燭樹蠟?zāi)z油,并對油脂樣品特性進(jìn)行分析,結(jié)果如表4～6所示。表4顯示了棕櫚油凝膠油的硬度、黏附力及持油率。由表4可以看出,經(jīng)過凝膠后,油脂硬度為4.87 N,油脂的硬度大小與固體脂肪含量有存在一定程度的相關(guān)性[22],但也可能與油脂的晶體結(jié)構(gòu)相關(guān)[18]。經(jīng)過工藝優(yōu)化后,油脂的持有率達(dá)到97.00%以上,即基本上所有的液態(tài)油都被凝膠劑形成的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定,油脂由液體狀態(tài)形成了較穩(wěn)定凝膠狀態(tài)。

表4 硬度、粘附力、持油率分析結(jié)果

表5為棕櫚油在凝膠前后的固體脂肪酸含量分析。由表5可以看出,棕櫚酸(C16 ∶0)、油酸(C18 ∶0)和亞油酸(C18 ∶2)占棕櫚油脂肪酸的94.00%以上,不飽和脂肪酸含量均在50.00%以上,其脂肪酸組成在凝膠前后含量基本一致。因此小燭樹蠟作為凝膠劑,對棕櫚油脂肪酸的組成影響不顯著。

凝膠前后棕櫚油的固體脂肪含量結(jié)果如表6所示。由表6可以看出,棕櫚油在凝膠前后的固體脂肪酸含量在10.00 ℃之前未發(fā)生明顯變化。油脂的固體脂肪含量表征油脂在不同溫度下內(nèi)部脂肪的熔化程度。棕櫚油在溫度高于21.10 ℃時,存在約8.00%的脂肪沒有熔融,這可能是凝膠劑使得油脂的結(jié)晶較為細(xì)膩,從而導(dǎo)致油脂硬度增大[16]。而凝膠油相對穩(wěn)定,這為液態(tài)油的應(yīng)用開發(fā)提供了新的發(fā)展空間,即液態(tài)油可能會被用于固態(tài)油脂或者部分替代固態(tài)油脂。

表5 脂肪酸含量分析結(jié)果

表6 固體脂肪(SFC)含量分析結(jié)果

表7 面包的感官評分/分

表8 面包品質(zhì)在儲藏期內(nèi)的變化

2.4 凝膠油對面包品質(zhì)的影響

(1) 凝膠油對面包感官的影響

凝膠油面包和黃油面包的感官評分結(jié)果如表7所示。由表7可以看出,兩種面包感官上無明顯區(qū)別。面包的組織形態(tài)符合組織均勻、細(xì)膩、彈性好且無皺紋,面包表面色澤均勻、有光澤。凝膠油面包有麥粉的純正香氣,而黃油面包帶有黃油特有的香氣。面包的口感好,柔軟適口、甜味適當(dāng)、不黏牙,表皮柔軟且表皮較薄。

(2) 面包品質(zhì)的測定

面包水分含量、質(zhì)構(gòu)和可溶性淀粉含量隨時間的變化如表8所示。由表8可以看出,在水分含量方面,與黃油面包相比,凝膠油面包水分含量較高。隨著時間的延長,兩種面包的水分含量均呈下降趨勢,但小燭樹蠟?zāi)z油面包比黃油面包的水分不容易散失。在質(zhì)構(gòu)方面,與黃油面包相比,小燭樹蠟?zāi)z油面包的硬度小,彈性大,咀嚼性低,其它指標(biāo)未存在顯著差異。

面包老化與面包中可溶性淀粉含量有關(guān),可溶性淀粉含量隨著淀粉老化而降低。因此,可溶性淀粉含量在一定程度上可以表征面包的老化程度。從表8中可以看出,小燭樹蠟?zāi)z油面包中的可溶性淀粉含量比黃油面包中含量稍高,該現(xiàn)象說明凝膠油面包的老化速度較慢,這可能是由于小燭樹蠟?zāi)z油形成的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu),有助于面團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,從而減緩了面包水分含量的降低速度,抑制了淀粉的老化速度[6],導(dǎo)致面包老化延緩。

本文以小燭樹蠟為凝膠因子,棕櫚油為原料,制備棕櫚油基凝膠油。通過單因素實驗和正交實驗,制備優(yōu)化后的棕櫚油基凝膠油的最佳工藝條件為:小燭樹蠟添加量為8.00%,溶解溫度為105 ℃,溶解時間為15 min,培養(yǎng)時間為36 h(25 ℃),攪拌速率為80 r/min。在此條件下制備的棕櫚油基凝膠油產(chǎn)品的硬度為4.87 N、粘附力為1.20 N、持油率為97.10%。形成的凝膠油在脂肪酸組成等性質(zhì)上沒有顯著變化,但油脂硬度的增加可能會增加油脂的穩(wěn)定性和塑性。凝膠油制作的面包與黃油面包相比,可以增強(qiáng)面包的持水能力,延長面包的老化。因此,凝膠油的開發(fā)有望應(yīng)用在巧克力、焙烤等食品中,從而改善食品油脂遷移的特點,替代高飽和脂肪酸含量的塑性脂肪,提高產(chǎn)品品質(zhì)。