朱婷偉 劉琴 宗敏華 李冰，2 吳虹,2?

(1. 華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東 廣州 510640；2. 華南理工大學(xué) 廣東省天然產(chǎn)物綠色加工與產(chǎn)品安全重點實驗室， 廣東 廣州 510640)

酶促酯交換對速凍專用油脂理化性質(zhì)的影響*

朱婷偉1劉琴1宗敏華1李冰1，2吳虹1,2?

(1. 華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東 廣州 510640；2. 華南理工大學(xué) 廣東省天然產(chǎn)物綠色加工與產(chǎn)品安全重點實驗室， 廣東 廣州 510640)

以棕櫚硬脂和大豆油(質(zhì)量比為7∶3)復(fù)配物為原料，通過固定化脂肪酶催化進行酶促酯交換反應(yīng)制備速凍專用油脂基料油；將產(chǎn)物與物理混合制備的速凍專用油脂進行對比，研究酶促酯交換速凍專用油脂的分子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)變化.結(jié)果表明：酶促酯交換反應(yīng)對速凍專用油脂的脂肪酸組成無顯著影響，但油脂中高熔點和低熔點甘三酯的含量減少；酶促酯交換速凍專用油脂的固體脂肪含量(SFC)在0～45 ℃時較物理混合速凍專用油脂低；酶促酯交換速凍專用油脂的硬度小于物理混合速凍專用油脂(30 ℃時除外)；酶促酯交換速凍專用油脂中β′ 晶型含量更高，晶體更細小，結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密.

酶促酯交換；物理混合；速凍專用油脂；理化性質(zhì)

隨著生活節(jié)奏的加快及冷凍技術(shù)的發(fā)展，速凍食品作為一種方便快捷的食品在人們?nèi)粘Ｉ钪姓急热找嬖龃?，特別是中國傳統(tǒng)的速凍食品(如速凍水餃、湯圓、饅頭等)在近些年得到迅速的發(fā)展.但在速凍食品快速發(fā)展的同時仍存在易凍裂等問題.在揉制面團過程中添加適量的油脂可以有效地防止水分移出形成冰晶及阻止蛋白質(zhì)吸水形成面筋，使得面團酥軟、可塑性增強，從而改善速凍食品面皮品質(zhì)[1].目前，市場上用于速凍食品的油脂多為氫化油、精煉動物油或二者簡單混合等的通用型塑性脂肪[2].其中氫化油在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的反式脂肪酸危害人體健康；動物油脂存在晶粒粗大、產(chǎn)品品質(zhì)差等問題.國內(nèi)對速凍專用油脂研究較少，僅馬傳國等[3- 4]通過棕櫚油與其他油脂的復(fù)配進行了速凍專用油脂制備的初探.目前，速凍食品專用油脂產(chǎn)品尚未建立國家標(biāo)準(zhǔn)，因此缺乏真正意義上的相關(guān)產(chǎn)品.酶法酯交換技術(shù)反應(yīng)條件溫和，副產(chǎn)物少且易分離.酯交換油脂基料油生產(chǎn)過程中相對簡單，安全，“綠色”，在食品行業(yè)中有很大的發(fā)展空間.本課題組在前期研究中以棕櫚硬脂和大豆油為原料進行酶促酯交換反應(yīng)得到酯交換油脂，然后以此為基料油制備了速凍專用油脂，發(fā)現(xiàn)其在生產(chǎn)速凍食品的應(yīng)用中表現(xiàn)出良好的性能[5]；然而，并未對該條件下的速凍專用油脂分子結(jié)構(gòu)及其與物理性質(zhì)之間的關(guān)系進行深入研究.筆者通過與物理混合制備的速凍專用油脂對比，研究酶促酯交換速凍專用油脂在脂肪酸和甘三酯組成、固體脂肪含量(SFC)、硬度、晶型及結(jié)晶形態(tài)等方面的變化，探討酶促酯交換對速凍專用油脂分子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的影響，以期為采用酶法酯交換技術(shù)制備高品質(zhì)的速凍專用油脂提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆油，市售；棕櫚硬脂(滑熔點52 ℃)，由精益(深圳)油脂有限公司提供；固定化脂肪酶(Lipozyme TL IM，1130 U/g)，購自諾維信(廣州)生物技術(shù)有限公司；乳化劑(單硬脂酸甘油酯、斯潘60、丙二醇酯、大豆卵磷脂)，市售；甲醇、乙腈、正己烷、異丙醇等均為色譜純；其他所用試劑為國產(chǎn)分析純.

1.2 儀器與設(shè)備

GC-2010型氣相色譜儀，島津公司(日本)；P680型高效液相色譜儀，Dionex公司(美國)；TA.XT-Plus型質(zhì)構(gòu)儀，Stable Micro System公司(英國)；Q-200型差示量熱分析儀，TA儀器公司(美國)；Minispec l20型脈沖核磁共振儀、D8 Advance 型X射線衍射儀、Axioskop40 pol型偏光顯微鏡，Bruker公司(德國)；ELSD2000ES型蒸發(fā)光散射檢測器，Alltech公司(美國).

1.3 實驗方法

1.3.1 速凍專用油脂制備

酯交換速凍專用油脂制備：按本課題組前期優(yōu)化條件進行酶促酯交換速凍專用油脂制備[5]：大豆油和棕櫚硬脂(質(zhì)量比為3∶7)依次加入磨口梨形瓶，于90 ℃油浴中真空脫水60 min后待油脂溫度降至63 ℃，加入油樣質(zhì)量10%的固定化脂肪酶Lipozyme TL IM，于63 ℃、200 r/min的條件下反應(yīng)5 h，反應(yīng)結(jié)束后，過濾掉其中的脂肪酶，得到酯交換速凍專用油脂基料油.然后以該基料油/大豆油/棕櫚硬脂(質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為84%、13%、3%)混合作為油相，按圖1流程制備得到酯交換速凍專用油脂.

物理混合速凍專用油脂制備：以大豆油/棕櫚硬脂(質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為38.2%、61.8%)混合作為油相，按圖1流程制備得到物理混合速凍專用油脂.

圖1 速凍專用油脂制備流程

1.3.2 速凍專用油脂分子結(jié)構(gòu)測定

稱取20 mg制備的樣品脂肪酸甲酯化后，采用氣相色譜法測定樣品的脂肪酸組成；具體程序為：采用氫火焰離子檢測器(FID)，N2為載氣，H2和空氣為燃氣，進樣口溫度和檢測器溫度分別為260 ℃和280 ℃，通過程序升溫法，先180 ℃保留2 min，最后以5 ℃/min的速度升至280 ℃后保留11 min.

甘油三酯組成：采用高效液相色譜法(HPLC)來定量測定樣品中的甘油三酯組成，具體操作步驟見文獻[5].每個樣品進行3次平行測定取平均值，甘油三酯的含量的單位為單位質(zhì)量油脂中所含甘油三酯的質(zhì)量，即g/g.

1.3.3 速凍專用油脂物理性質(zhì)分析

SFC測定：采用核磁共振儀(NMR)測定樣品固體脂肪含量的變化，分別測定21.1、26.7、33.3、40.0、45.0 ℃下樣品的SFC值.

硬度測定：將樣品切成厚度約為15 cm的立方體，分別在0、10、20、30 ℃下保溫24 h，采用質(zhì)構(gòu)儀測定樣品的硬度.其中以穿刺過程中最大壓力表示硬度，每種樣品重復(fù)測定3次，取平均值.

晶型測定：采用X射線衍射法對樣品的晶型進行分析.Cu靶，入射線波長0.154 18 nm，管壓40 kV，管流40 mA，掃描步長0.02°，掃描速度19.2 s/步，狹縫距離DS=1°，掃描范圍2θ為3°～30°.樣品中β、β′型晶體的強度計算公式如下：

式中：Aβ為β特征衍射峰對應(yīng)的晶體衍射峰面積，Aβ′為β′ 特征衍射峰對應(yīng)的晶體衍射峰面積.

晶體形態(tài)觀察：利用偏光顯微鏡觀察樣品的晶體形態(tài)及大小.取少量樣品涂抹于潔凈的載玻片，蓋上蓋玻片，將樣品壓制成透明薄片，置于偏光顯微鏡的樣品臺，用100倍的物鏡觀察樣品的晶體形態(tài)，并拍攝圖片.

2 結(jié)果與分析

2.1 酶促酯交換對速凍專用油脂分子結(jié)構(gòu)的影響

甘油三酯作為油脂中最基本的結(jié)構(gòu)單元，其分子結(jié)構(gòu)及含量的變化會影響油脂的物理性質(zhì)及產(chǎn)品的品質(zhì).當(dāng)高熔點甘油三酯含量多時，油脂結(jié)晶緩慢且晶體顆粒粗大，進而影響產(chǎn)品的口感.通過酶促酯交換改性油脂，以改善油脂中不同熔點甘油三酯的含量[6].為了深入分析酶促酯交換對速凍專用油脂分子結(jié)構(gòu)的影響，對所制備的兩種速凍專用油脂中甘油三酯的組成及種類變化進行分析，結(jié)果見表1.甘油三酯的定性分析見文獻[6].由表1可知，與物理混合速凍專用油脂相比，酶促酯交換速凍專用油脂中LLL、POP和PPP的含量明顯下降，而PLL、PLO和PPL的含量顯著升高.可見，酶促酯交換反應(yīng)后， 速凍專用油脂的甘三酯組成發(fā)生了改變.根據(jù)甘三酯中脂肪酸的飽和程度，可將甘三酯分為以下4類：SSS(三飽和甘油三酯)、SUS(雙飽和單不飽和甘三酯)、SUU(單飽和雙不飽和甘油三酯)和UUU (三不飽和甘油三酯)， 這4種類型甘三酯的熔點依次降低[7].與物理混合速凍專用油脂相比，酶促酯交換速凍專用油脂中SSS與UUU型甘三酯的含量下降，而SUS與SUU型甘三酯的含量升高.酯交換反應(yīng)使高熔點的SSS與低熔點的UUU的含量減少，而中間熔點甘三酯(SUS與SUU型)的含量增加.因此，酶促酯交換速凍專用油脂的熔點(42.5 ℃)也低于物理混合速凍專用油脂(48.3 ℃)的熔點.

表1 不同速凍專用油脂的甘三酯組成及種類1)

Table 1 Triacylglycerol composition and profile in different fast-frozen special oil

碳當(dāng)量數(shù)甘三酯速凍專用油脂含量/%物理混合法酶促酯交換法40LLLn2.151.6942LLL10.013.7842LLnP0.680.6644LLO7.865.3644PLL5.179.3344PPLn0.150.9346LOO2.863.2746PLO4.4716.9946PPL4.4314.9646PPM0.360.1548OOO0.800.7448POO6.345.8648POP25.1017.6150PPP23.1712.7750SOO1.161.4350POS2.152.9052SPP3.141.54SSS26.6714.46SUS31.8336.40SUU17.8234.30UUU23.6814.84

1)碳當(dāng)量數(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2倍，如PLL的碳當(dāng)量數(shù)為16+18+18-2×(2+2)=44，其中，液相色譜中出峰的順序是根據(jù)碳當(dāng)量數(shù)的大小依次出峰; M為豆蔻酸；P為棕櫚酸；S為硬脂酸；O為油酸；L為亞油酸；Ln為亞麻酸.

接著進一步分析了兩種不同速凍專用油脂的脂肪酸組成(見表2).由表2可知，兩種油脂樣品的脂肪酸組成十分接近，表明棕櫚硬脂與大豆油的酯交換過程對其脂肪酸組成幾乎無影響.這與陸健等[8]的研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)豬油和棕櫚硬脂混合油體系經(jīng)酶法酯交換反應(yīng)后脂肪酸組成基本無變化.

表2 不同速凍專用油脂的脂肪酸組成

Table 2 Fatty acid composition of different fast-frozen special oil

速凍專用油脂脂肪酸含量/%C14∶0C16∶0C18∶0C18∶1C18∶2C18∶3飽和脂肪酸物理混合法0.9851.963.1522.6819.811.4256.09酶促酯交換法0.9152.583.1822.0220.061.2556.67

2.2 酶促酯交換對速凍專用油脂物理性質(zhì)的影響

2.2.1 不同速凍專用油脂的SFC分析

兩種不同速凍專用油脂的SFC值隨溫度變化的曲線如圖2所示.

圖2 不同速凍專用油脂SFC曲線

由圖2可知，在0～45 ℃之間，隨著溫度的升高，速凍專用油脂的SFC值均呈降低的趨勢，即隨著溫度升高，熔點較低的甘三酯發(fā)生熔融，固體脂的含量減少.同時，物理混合速凍專用油脂的SFC 值均高于酶促酯交換速凍專用油脂.有研究發(fā)現(xiàn)SFC值一定程度上反映了油脂在一定溫度下體系內(nèi)晶體含量的多少[9].因此，在同一溫度下，物理混合速凍專用油脂中的晶體數(shù)目高于酶促酯交換速凍專用油脂.在酯交換反應(yīng)中，油脂的SFC值會隨著其中甘三酯組成的變化而改變[10].Norizzah等[11]研究棕櫚硬脂與棕櫚仁油混合進行化學(xué)酯交換后物理化學(xué)性質(zhì)的變化時發(fā)現(xiàn)，酯交換后，這些較高熔點的甘三酯含量下降，生成了較低熔點的甘三酯，從而使酯交換后的SFC值降低.在本研究中，酶促酯交換速凍專用油脂中POP、SPP和PPP的含量，以及高熔點甘三酯(SSS)的含量均低于物理混合速凍專用油脂，因此，酶促酯交換速凍專用油脂在各溫度下的SFC值均低于物理混合速凍專用油脂.

2.2.2 不同速凍專用油脂的硬度分析

硬度是脂肪產(chǎn)品的一項重要指標(biāo)，它對食品的感官和質(zhì)地具有顯著影響[12].圖3分析了兩種不同速凍專用油脂的硬度.由圖3可知，兩種速凍專用油脂在0、10、20 及30 ℃下的硬度依次減小，這可能是油脂體系中低熔點甘三酯隨著溫度的升高發(fā)生熔融及結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化所致.在0、10 及20 ℃時，物理混合速凍專用油脂的硬度均大于酶促酯交換速凍專用油脂的對應(yīng)值，而在30 ℃時，物理混合速凍專用油脂的硬度卻較酶促酯交換速凍專用油脂小，可見固體脂肪含量與硬度具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，但并不是完全對應(yīng)的.油脂的SFC值對產(chǎn)品的硬度具有較大影響，但僅僅通過SFC值來預(yù)測硬度大小并不可靠[13- 14].Narine等[15]在研究24種不同起酥油的SFC值及硬度時也發(fā)現(xiàn)，分子組成對產(chǎn)品的SFC、同質(zhì)多晶現(xiàn)象及硬度具有很大影響，且通過SFC值不能完全預(yù)測產(chǎn)品最終的硬度.油脂的硬度與油脂分子組成、SFC、晶型種類及尺寸等多種因素有關(guān)[16].

圖3 不同速凍專用油脂的硬度

2.2.3 不同速凍專用油脂的晶型分析

油脂產(chǎn)品中β′ 晶型是生產(chǎn)專用油脂的理想晶型，這樣的晶型能使產(chǎn)品具有光滑、細膩的組織結(jié)構(gòu)，從而為塑性脂肪提供良好的流變及質(zhì)構(gòu)特性.從圖4可知，兩種速凍專用油脂的X射線衍射圖譜在0.540、0.520、0.458、0.457、0.444、0.420、0.390、0.388、0.380、0.375、0.361 nm處有衍射峰，其中0.540、0.520、0.458、0.457、0.444、0.361 nm處的衍射峰是β晶型的特征峰，0.420、0.390、0.388、0.380、0.375 nm處的衍射峰均代表β′ 晶型[17- 21]，兩種速凍專用油脂同時含有β晶型以及β′ 晶型.進一步通過計算各衍射峰的峰面積得到兩種油脂樣品中β型與β′ 型晶體的相對含量，結(jié)果見表3.

圖4 不同速凍專用油脂晶型變化圖譜

Table 3 Content of polymorphic forms (βandβ′ forms) in fast-frozen special oil

速凍專用油脂短間距值/nmIβ/%Iβ'/%物理混合法0.540,0.520,0.457,0.444,0.388,0.375,0.36163.6336.37酶促酯交換法0.458,0.444,0.420,0.390,0.38034.3165.69

由表3可知，物理混合速凍專用油脂中β晶型強度大于β′ 晶型，而酶促酯交換速凍專用油脂中β′ 晶型強度大于β晶型，且酶促酯交換專用油脂中β′ 晶型強度大于物理混合速凍專用油脂.有研究表明顆粒狀晶體的形成過程與油脂體系中POP甘三酯中β型晶體的分步結(jié)晶及部分高熔點甘三酯(PPP)的晶型轉(zhuǎn)變有關(guān)[22- 23].物理混合樣品與酶促酯交換樣品中的甘三酯PPP和POP的含量分別為48%和30%，因此物理混合速凍專用油脂中更容易發(fā)生晶體的聚集，形成顆粒狀晶體.油脂經(jīng)酶促酯交換后，由于分子結(jié)構(gòu)的變化，更有利于形成晶體較細小的β′ 晶型.

2.2.4 不同速凍專用油脂的晶體形態(tài)分析

脂肪晶體具有雙折射性，在偏光顯微鏡下觀察是明亮的，而液體油是黑暗的.因此可通過觀察油脂在偏光顯微鏡下的圖像，更直觀地了解油脂體系中晶體的分布狀況及晶體的大小.不同速凍專用油脂的晶體形態(tài)結(jié)果如圖5所示.圖5中，物理混合速凍專用油脂的晶體分布不均勻，且晶體大小不均一；而酶促酯交換速凍專用油脂中的晶體分布均勻，未出現(xiàn)明顯成團或成塊的晶體簇，晶體尺寸較為細小，整個結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為致密.這是由于β晶型的晶體較β′ 晶型的晶體粗大，而酶促酯交換速凍專用油脂中主要為β′晶型，而物理混合速凍專用油脂中β晶型占主導(dǎo)；此外，物理混合速凍專用油脂中PPP、POP等甘三酯的含量均高于酶促酯交換樣品的對應(yīng)值，也致使物理混合專用油脂中晶體的聚集及β′ 晶型向β晶型的轉(zhuǎn)變.

圖5 不同速凍專用油脂的晶體形態(tài)(×100)

Fig.5 Crystal morphology of different fast-frozen special oil(×100)

3 結(jié)論

物理混合法與酶促酯交換法制備的速凍專用油脂的脂肪酸組成相近，酯交換反應(yīng)對油脂體系的脂肪酸組成無顯著影響，但二者的甘三酯組成具有明顯差異，與物理混合速凍專用油脂相比，酶促酯交換速凍專用油脂中三飽和甘三酯(SSS)和三不飽和甘三酯(UUU)的含量明顯下降，而雙飽和單不飽和甘三酯(SUS)與單飽和雙不飽和甘三酯(SUU)的含量升高.在0～45 ℃，酶促酯交換速凍專用油脂的SFC值低于物理混合速凍專用油脂；酶促酯交換速凍專用油脂的硬度小于物理混合速凍專用油脂(30 ℃除外).與物理混合速凍專用油脂相比，酶促酯交換速凍專用油脂的β′ 型晶體含量更高，晶體更細小且分布更均勻，結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密，因此，酶促酯交換速凍專用油脂質(zhì)地更細膩，也具有更好的加工特性.

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Effect of Enzymatic Interesterification on Physicochemical Properties of Fast- Frozen Special Oil

ZHUTing-wei1LIUQin1ZONGMin-hua1LIBing1，2WUHong1，2

(1.School of Food Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China;2. Guangdong Province Key Laboratory for Green Processing of Natural Products and Product Safety,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong, China)

Firstly, an enzymatic interesterified blend was made with palm stearin (PS) and soybean oil (SO) (with a PS-to-SO mass ratio of 7∶3) by the catalysis of immobilized lipase. Then, the fast-frozen special oil-based enzymatic interesterified blend (EIFSO) and the fast-frozen special oil-based physical blend (PBFSO) were prepared in laboratory scale, respectively. Finally, the molecular structure and physical properties of EIFSO and PBFSO were comparatively investigated. The results show that (1) enzymatic interesterification has no significant influence on fatty acid content, but may result in the decrease of high-melting and low-melting triacylglycerol content of fast-frozen special oil; (2) the solid fat content (SFC) of EIFSO is lower than that of PBFSO at 0～45 ℃ and the hardness of EIFSO is smaller than that of PBFSO except at 30 ℃; and (3) in comparison with PBFSO, EIFSO is of higherβ′ crystal content, smaller crystals and denser crystal network structure.

enzymatic interesterification; physical blend; fast-frozen special oil; physicochemical property

2016- 09- 12

廣東省科技計劃項目(2013B010404005) Foundation item: Supported by the Science and Technology Planning Project of Guangdong Province (2013B010404005)

朱婷偉(1990-), 女, 博士生, 主要從事油脂加工研究.E-mail：zhutingwei1990@163.com

?通信作者: 吳虹(1971-), 女, 教授, 主要從事食品化工、生物化工研究.E-mail：bbhwu@scut.edu.cn

1000- 565X(2017)03- 0132- 06

TS 221

10.3969/j.issn.1000-565X.2017.03.019