精炼工艺对可可脂品质的影响

白 雪，刘元法，胥 多，孟 宗

(江南大学 食品学院，食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡214122)

天然可可脂(Cocoa Butter，CB)是由可可豆经过压榨得到的淡黄色油脂[1]，主要甘油三酯为POP、POS和SOS，主要脂肪酸为棕榈酸、硬脂酸和油酸[2]。可可脂具有可可芳香气味，是巧克力及糖果制品的基料油脂[3]。头榨毛油中含有过多的水分、磷脂和游离脂肪酸等杂质，碱炼时磷脂会过度乳化，油、皂不能很好地分离，过多的游离脂肪酸(FFA)会加速油脂氧化酸败，不良色素使可可脂颜色加深，甚至发黑。因此，为了除去杂质获得高品质的油品，通常会对可可脂进行精炼，而传统的物理精炼方式不能很好地改善油脂色泽，得到的可可脂颜色暗黄，对于制作白巧克力以及高档化妆品等特殊用途的产品受限。

随着人们健康意识的增强，油脂营养也受到大众的高度关注，精炼过程中油脂有益成分减少[4]。Jose等[5]研究了SiO2脱胶和填料塔汽提对可可脂中游离脂肪酸、生物碱和咖啡因等物质含量的影响,Clercq等[6]探讨了精炼可可脂对牛奶巧克力品质的影响，但这些研究均缺少对每步精炼工序中可可脂微量物质变化趋势的研究。本研究以可可脂毛油为原料，分析了脱胶、脱酸和脱色工序对其理化指标、微量成分以及物性的影响，通过掌握精炼过程中可可脂品质的变化规律，以期为可可脂精炼及加工优化提供数据参考和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

可可脂毛油，江苏无锡太湖可可食品有限公司提供。冰乙酸、三氯甲烷、碘化钾、硫代硫酸钠、无水硫酸钠、无水乙醇、可溶性淀粉、重铬酸钾、无水乙醚、95%乙醇、酚酞、氢氧化钠、氢氧化钾、无水甲醇、乙酸乙酯、正己烷等，分析纯，购于J&K公司；HPLC级正己烷，HPLC级甲醇，福林酚试剂，α-、β-、γ-、δ-生育酚混标(纯度>95%)，硅烷化试剂BSTFA-TMCS(99∶1)，均购于Sigma公司；去离子水，实验室自制。

1.1.2 仪器与设备

RW-20电动搅拌器，德国IKA公司；HH-4数显恒温水浴锅；Agilent 7820气相色谱仪；1525高效液相色谱仪(紫外检测器)、2424高效液相色谱仪(蒸发光散射检测器)，美国Waters公司；UltraScan Pro1166高精度分光测色仪，美国Hunterlab公司；Q2000 DSC，美国TA公司；AM4000 MQC核磁共振仪；TGL-16G型台式离心机；UVmini-1240紫外可见分光光度计，日本岛津公司。

1.2 试验方法

1.2.1 可可脂毛油精炼

同一批次脱胶油、脱酸油和脱色油在实验室依次经过以下步骤获得：于烧杯中称取500 g可可脂毛油，置于水浴锅中，不断搅拌待温度升至65℃，称取油质量10%的65℃左右的热水，滴撒到油中，转速80 r/min均匀搅拌25～30 min，待油水层分离，获得脱胶油；将脱胶油再升温至65℃，缓慢滴加9 mL、8.07%的碱液，转速80 r/min均匀搅拌25～30 min，待油皂离析时，降低搅拌速度，10 min后停止搅拌，分离皂脚，水洗上层清油3次，获得脱酸油；将脱酸油加热至80℃，缓慢加入1%的活性白土，转速100 r/min搅拌25～30 min，停止搅拌后，通过真空抽滤去除白土，获得脱色油。

1.2.2 基本理化指标测定

酸价参考GB 5009.229—2016测定；过氧化值参考GB 5009.227—2016测定；碘值参考GB/T 5532—2008测定；水分及挥发物参考GB 5009.236—2016测定；滑动熔点参考GB/T 24892—2010测定；色泽采用UltraScan Pro1166分光测色仪进行测定，测定前，将仪器设置成反射模式，先后分别使用黑板和白板完成校准后，将样品装入自封袋内，置于测试处，点击开始，仪器自动读取样品的亮度值(L*)、红/绿值(a*)、黄/蓝值(b*)。

1.2.3 脂肪酸组成分析

采用气相色谱法分析油样脂肪酸组成。油样的前处理参照Bilusic等[7]的方法。

气相色谱条件：TR-FAME柱(60 m×0.25 mm，0.25 μm)，FID检测器；进样量1 μL；分流比100∶1；升温程序为0～3 min、130℃，3～17 min、130～200℃(5℃/min)，17～27 min、200℃，27～37 min、200～220℃(2℃/min)。

1.2.4 甘油三酯组成分析

采用液相色谱法分析油样甘油三酯组成。油样的前处理参照Segall等[2]的方法并稍作改动。

液相色谱条件：Waters Nonpark C18柱(4.6 mm×150 mm，4 μm)；流动相A为乙腈，流动相B为异丙醇-正己烷(体积比1∶1)；洗脱程序为0～40 min、60% A，40～45 min、55% A，45～85 min、55% A，85～90 min、60% A；蒸发光检测器温度45℃；气体流量1.8 L/min；增益为1；进样量10 μL；流速0.5 mL/min。

1.2.5 生育酚的测定

参考Orace等[8]的方法进行测定。

1.2.6 植物甾醇的测定

参考Roiaini等[9]的方法进行测定。

1.2.7 总酚(TPC)的测定

参照Herchi等[10]的方法进行测定。

1.2.8 可可碱与咖啡因的测定

参考Jose[5]、Vanja[11]等的方法并稍作修改。取1.0 g油样于10 mL离心管中，加入5 mL 90%的甲醇，超声溶解15 min，4 500 r/min离心10 min，取上层提取液，过0.22 μm有机滤膜，打入棕色进样瓶，待测。

HPLC条件：反相柱(250 mm×4 mm，5 μm)；流动相A为0.1%乙酸水溶液，流动相B为乙腈；流速1 mL/min；柱温30℃；检测波长278 nm；进样量10 μL；洗脱程序为0 min、97% A，0～13 min、91%A，13～18 min、89%A，18～25 min、82%A，25～45 min、70%A，45～50 min、97%A。

配制质量浓度分别为10、30、50、80、120 μg/mL可可碱标准品的甲醇溶液，质量浓度分别为20、40、80、100、200 μg/mL咖啡因标准品的甲醇溶液进样，以质量浓度与峰面积绘制标准曲线。采用外标法测定油样可可碱与咖啡因的含量。

1.2.9 物性分析

1.2.9.1 固体脂肪含量的测定

采用AM4000 MQC核磁共振仪进行测定。将可可脂在80℃水浴中完全熔化，消除可可脂结晶记忆；以最快的速度将油样装入核磁管中(高度3.0～4.0 cm)，依次转移至0℃水浴(90±2)min、26℃水浴(40±0.5)h、0℃水浴(90±2)min，每5℃作为一个测试温度梯度，稳定后的油样在0～35℃测定不同温度下的固体脂肪含量。

1.2.9.2 熔化-结晶行为的测定

采用差式扫描量热仪(DSC)进行测定。向铝盒中称取油样4～8 mg，按如下控温程序测定：从30℃快速升温至50℃，再以10℃/min降温至-30℃，并保持5 min，最后以5℃/min升温至50℃，并保持5 min。

1.2.10 数据处理

以上所有试验均重复3次，结果以“平均值±相对标准偏差”表示，采用Origin 9.0作图和SPSS软件进行数据处理和差异性分析，差异在P<0.05时被认为具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 可可脂毛油的理化指标和组成(见表1～表3)

表1 可可脂毛油的理化指标

由表1可知，可可脂毛油的理化指标均符合国标对于毛油的限定范围，要获得高品质的可可脂，还需进一步精炼。水化脱胶可除去油中的胶溶性杂质，高温水化在一定程度上会影响可可脂的品质，低温水化操作时间长，油脚中含油量高，处理烦琐，故本试验采用65℃中温水化脱胶。根据预试验结果，在65℃脱酸和80℃活性白土脱色效果最好，脱胶、脱酸和脱色时间均在25～30 min最佳。

表2 可可脂毛油的脂肪酸组成 %

由表2可知，可可脂毛油中主要脂肪酸为C16∶0(26.10%)、C18∶0(35.45%)、C18∶1(32.77%)，其中饱和脂肪酸含量远高于不饱和脂肪酸。

表3 可可脂毛油的甘油三酯组成 %

注：P.棕榈酸；S.硬脂酸；O.油酸；L.亚油酸；A.花生酸。

由表3可知，可可脂毛油主要甘油三酯为POP(16.23%)、POS(40.68%)、SOS(26.42%)，三者之和大于甘油三酯总量的80%，这与孙晓洋等[12]的研究结果一致。

2.2 精炼工序对可可脂理化指标的影响

2.2.1 精炼工序对可可脂酸价和过氧化值的影响(见图1)

注：不同字母表示有显著性差异(P<0.05)，下同。 图1 精炼过程中酸价和过氧化值的变化

由图1可知，精炼过程中，可可脂的酸价(KOH)从3.23 mg/g显著下降到0.27 mg/g(P<0.05)，其中，碱炼后酸价(0.16 mg/g)下降幅度最大。但脱色油的酸价(0.27 mg/g)略微上升，这可能是由于活性白土带入少量的有机酸进入油中，与此同时，活性白土还能吸附中和阶段产生的皂化物中的Na+，导致FFA的产生[13]。

精炼过程中，可可脂的过氧化值从0.31 mmol/kg显著上升到0.47 mmol/kg(P<0.05)，这是由于精炼过程中的高温、酸碱条件使得油脂的氧化程度升高。脱色油的过氧化值(0.47 mmol/kg)较脱酸油的(0.69 mmol/kg)低，可能是由于活性白土对油脂过氧化物的吸附作用[13]所致。

2.2.2 精炼工序对可可脂色泽的影响(见表4)

表4 精炼过程中可可脂色泽的变化

由表4可知，精炼过程中，可可脂亮度(L*)从76.62增加到82.64，红色度(a*)从1.38减少到-0.36，黄色度(b*)从22.64减少到15.59。毛油的色泽暗沉，亮度不高，偏红、偏黄；而脱色油亮度、透明度高，红色度和黄色度较浅。

2.3 精炼工序对可可脂微量成分的影响

2.3.1 精炼工序对可可脂生育酚含量的影响(见表5)

表5 精炼过程中可可脂生育酚含量的变化mg/kg

由表5可知，可可脂中主要生育酚为γ-生育酚，其次是α-生育酚和δ-生育酚。在精炼过程中，可可脂的生育酚单体和总生育酚含量都是显著降低的(P<0.05)，毛油的生育酚含量最高，为288.15 mg/kg，精炼后降至155.75 mg/kg，其中α-生育酚从34.40 mg/kg降至19.78 mg/kg，γ-生育酚从245.90 mg/kg降至134.74 mg/kg，δ-生育酚从7.85 mg/kg降至1.23 mg/kg，这可能是精炼工艺的高温、酸碱等条件导致的结果[14]。水化脱胶过程中，水结合磷脂从油中分离会带走部分生育酚；碱炼阶段，皂脚吸附作用和水洗过程均会造成生育酚的损失；脱色工序中活性白土对生育酚的吸附也会使其含量减少。

2.3.2 精炼工序对可可脂植物甾醇含量的影响(见图2)

由图2可知，可可脂中主要的植物甾醇是β-谷甾醇，其次是豆甾醇、菜油甾醇。植物甾醇含量在精炼工序过程中呈现不断下降的趋势，总植物甾醇从毛油的3 621.82 mg/kg降至脱色油的2 551.01 mg/kg，其中碱炼阶段的影响最大，损失率最高，这是由于碱液会中和油脂中的FFA，形成的皂会夹带油脂伴随物从油中一起分离，加上水洗，会使植物甾醇随皂脚流出，同时也会造成中性油的损失。该结果与谢丹[15]的研究结果基本一致。此外，活性白土的吸附和催化作用也会使植物甾醇含量减少，或者使植物甾醇转化为其他物质。

图2 精炼过程中植物甾醇含量的变化

2.3.3 精炼工序对可可脂总酚含量的影响(见图3)

图3 精炼过程中总酚含量的变化

由图3可知，精炼过程中可可脂总酚含量呈显著下降的趋势(P<0.05)，每个精炼工序对其含量均有显著影响，从毛油的216.76 mg/kg降至脱色油的106.41 mg/kg，其中脱色阶段可可脂中总酚损失最多。这与茶叶籽油在脱酸阶段酚类物质损失最多不一致[16]，可能是油脂品种的差异造成的。

2.3.4 精炼工序对可可脂咖啡因和可可碱含量的影响(见图4)

图4 精炼过程中咖啡因和可可碱含量的变化

由图4可知，可可脂的生物碱成分(可可碱和咖啡因)在精炼过程中逐渐减少，其中，可可碱从130.89 mg/kg降至78.67 mg/kg，咖啡因从311.77 mg/kg降至202.31 mg/kg。每个精炼工序对咖啡因的含量都有显著影响，与毛油相比，脱酸和脱色工序对其可可碱的含量有显著影响(P<0.05)。高温和活性白土脱色对生物碱类成分影响很大。Jose等[5]报道可可脂在经历高温脱色后可可碱和咖啡因的含量分别下降了90%和95%，这是由于高温以及脱色剂白土活性位点对其催化作用会造成生物碱类物质的分解。

2.4 精炼工序对可可脂物性的影响

2.4.1 精炼工序对可可脂固体脂肪含量的影响(见图5)

图5 精炼前后固体脂肪含量的变化

由图5可知，可可脂毛油和精炼油的固体脂肪含量曲线较为相似，均在5℃时固体脂肪含量达到90%以上，20～30℃时固体脂肪含量分别从69.6%、77.48%骤降至3.73%、18.17%，35℃时固体脂肪含量降为0。在15～30℃范围内精炼油的固体脂肪含量均高于毛油，所以在此温度范围精炼油表现出较毛油稍高的硬度和热稳定性。

2.4.2 精炼工序对可可脂熔化-结晶行为的影响(见图6、表6和表7)

图6 精炼前后可可脂熔化-结晶行为的变化表6 可可脂的熔化参数

油样 初温/℃最高温/℃终温/℃ΔH/(J/g)毛油 14.3021.4228.8178.45精炼油13.4320.7729.0484.79

表7 可可脂的结晶参数

由图6可知，可可脂毛油和精炼油的熔化曲线和结晶曲线均为陡峭单峰，峰窄、尖，说明油样组成上的单一性，与表1中可可脂甘油三酯的组成结果一致。

由表6、表7可知：可可脂毛油的熔化峰14.30～28.81℃，结晶峰4.73～18.11℃；精炼油的熔化峰13.43～29.04℃，结晶峰4.68～19.11℃；精炼油的熔化峰、结晶峰均较毛油的宽。精炼油的熔化焓值(84.79 J/g)和结晶焓值(64.18 J/g)也都高于毛油的熔化焓值(78.45 J/g)和结晶焓值(59.63 J/g)。一般来说，焓值越高就需要越高的温度来吸收更多的能量。因此，精炼油较毛油的热稳定性稍高。

3 结 论

本试验对可可脂毛油进行水化脱胶、碱炼脱酸、白土脱色，精炼之后可可脂酸价下降，过氧化值升高，色泽变浅，L*值上升，a*、b*值下降，微量成分生育酚、植物甾醇、总酚、可可碱、咖啡因的含量均呈显著下降的趋势(P<0.05)，相比脱胶阶段，碱炼和脱色对可可脂品质影响较大。此外，精炼还会影响可可脂的固体脂肪含量和热行为，精炼油较毛油表现出稍高的热稳定性。