单甘酯及冷却温度对牛油样品特性的影响

叶 丹 王传明 李 镓 刘 鹏 何高洁

(四川天味食品集团股份有限公司，四川 成都 610200)

火锅作为中国的特色饮食，有着不可替代的地位。牛油火锅底料因牛油特殊的动物油脂浓香，并能很好吸收辣椒、花椒等香辛料中的香、麻、辣味，在川渝地区被广泛使用[1-2]。由于牛油火锅底料在加工中冷却工艺差异较大，导致市售火锅底料产品普遍存在硬度低、色泽暗淡、油料分离不明显等问题，而牛油火锅底料中的牛油硬度是评价产品品质的重要指标。目前，对于提高牛油火锅底料硬度的研究较少，主要是通过加入一定量的高熔点的起酥油，提高牛油火锅底料的硬度[3]，但过量的起酥油添加会影响牛油火锅底料的风味。此外，关于改善牛油火锅底料硬度及色泽尚未见报道。

在脂肪产品中，影响其硬度的因素主要有冷却温度、固体脂肪含量(Solid Fat Content，SFC)、结晶网络形态等，脂肪在过冷状态中，脂肪晶体的成核及生长方式影响结晶网络结构，而结晶网络结构直接关系到脂肪的硬度[4-6]。乳化剂是一类两亲性物质，在分子的两端分别具有极性的亲水基团和非极性的疏水基团，其可通过改变脂肪的结晶特性，改善脂肪物理机械性能。脂肪结晶过程中，当出现过冷温度时，乳化剂可通过增加晶体数量和成核速率来促进结晶过程[7]。目前，关于冷却温度及乳化剂在牛油火锅底料中的研究尚处于初级阶段。研究拟以牛油火锅底料中的牛油样品作为主要研究对象，研究添加常见乳化剂单甘酯(Glyceryl monostearate，GMS)及冷却温度对牛油火锅底料特性的影响，以期为企业改善牛油火锅底料的硬度及色泽提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料

牛油：广汉市迈德乐食品有限公司；

豆瓣酱、糍粑辣椒、食用盐、花椒、小葱、姜、蒜、白酒、味精、冰糖：市售；

单甘脂(单硬脂酸甘油酯)：食品级，河南亿力生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

物性分析仪：TA.XT plus型，英国SMS公司；

脉冲核磁共振仪：Minispec mq20型，德国Brucker公司；

便携式色差仪：CM-700D型，日本柯尼卡—美能达公司；

电子天平：FA2004A型，上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 牛油样品制备工艺及操作要

(1) 工艺流程：

(2) 操作要求：60%牛油融化后升温至150 ℃，加入13.0%糍粑辣椒、15%豆瓣酱、2.0%姜、2.0%蒜，放入锅中炒制5 min；降温至110 ℃熬制30 min；关火加入1.2%冰糖、2.0%盐、2.0%味精、1.2%香辛料、1.0%白酒、单甘脂搅拌均匀；熬煮完成后进行油料分离，将分离出的牛油冷却，保持至75～80 ℃，制得牛油样品[1]。

1.3.2 单因素试验

(1) 单甘脂对牛油样品的影响：固定炒制工艺，冷却温度-20 ℃，冷却时间90 min，研究单甘脂添加量(0.0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%)对牛油样品特性的影响。

(2) 冷却温度对牛油样品的影响：为保证生产效率，试验将冷却温度控制在0 ℃以下。固定炒制工艺，单甘脂添加量0%，冷却时间90 min，研究冷却温度(0，-10，-15，-20，-25 ℃)对牛油样品特性的影响。

1.3.3 硬度测定 将牛油样品分装至方形模具中(样品规格50 g，厚度3 cm)，冷却80 min成型后，于25 ℃环境中放置48 h，根据刘佳敏等[8]的方法采用质构仪测定油层硬度。每组样品平行测定3次。

1.3.4 色泽测定 牛油样品预处理同1.3.3。用便携式色差仪测定牛油样品的L*值(亮度)、a*值(红绿值)和b*值(黄蓝值)

1.3.5 固体脂肪 参考夏莹[9]和谢贺[10]的方法，用脉冲核磁共振仪(NMR)测定火锅底料生产中牛油冷却结晶过程中SFC的变化，将牛油样品放入NMR专用玻璃管中，然后，快速转移至0，-10，-15，-20，-25 ℃低温恒温槽中，记录SFC的变化。每隔5 min测一次SFC，直至测得的SFC趋于平衡，认为完全结晶。

1.3.6 等温结晶动力学参数的计算 通过Avrami方程来揭示不同添加量单甘脂及不同冷却温度对牛油样品等温结晶成核及生长过程的影响。根据Liu等[11]的方法，通过拟合直线的斜率和截距求出n、K，回归处理得到牛油样品的等温结晶动力学方程。Avrami方程如下：

1-X=exp(-Ktn)，

(1)

(2)

ln[-ln(1-X)]=nlnt+lnK，

(3)

式中：

K——结晶速率常数；

n——Avrami指数；

X——t时刻的相对结晶度；

SFC,t——t时刻的绝对结晶度；

SFC,∞——结晶过程的总结晶度。

1.3.7 统计分析 采用SPSS软件对所得数据进行方差分析，Origin 8.0软件进行绘图。各组试验数据重复3次，所测数据均以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 单甘脂对牛油特性的影响

2.1.1 牛油硬度 由图1可知，随单甘脂添加量的增加，牛油样品的硬度呈增大趋势，当质量分数为1.5%，2.0%时，牛油样品的硬度显著增加(P<0.05)。研究[12]表明，油脂的硬度不仅与SFC有一定的关系，还与油脂晶型及微观结构有关。添加甘油酯之后牛油硬度变大，可能是甘油酯引起了牛油结晶形态的改变，诱导了更多较为稳定的β型结晶的形成[13-14]。添加量为0.5%和1.0%时牛油硬度变化不显著(P>0.05)，可能是单甘脂添加量较低，其在油脂中的分散程度小，对油脂成核或晶体生长造成的影响较小。

字母不同表示差异显著(P<0.05)

2.1.2 等温结晶曲线 由图2可知，随着单甘脂添加量的增加，牛油样品在-20 ℃冷却条件下的等温结晶终点的时间逐渐降低，其中添加量为1.5%时的与2.0%时的差异不显著(P>0.05)，其他添加量的差异显著；添加单甘脂的牛油与未添加的牛油结晶平衡时的SFC差异不显著(P>0.05)，说明添加一定量单甘脂能对牛油样品的结晶速率及结晶时间有一定影响，而对油脂SFC影响不显著(P>0.05)，可能是因为单甘酯可作为结晶诱导剂，促进了三酰甘油分子的聚集，能增加晶体数量和成核速率进而促进结晶过程，减少诱导过程的时间。此结果与Basso等[15]研究结果是相似，该研究发现单甘脂可以使棕榈油的结晶诱导时间缩短至19 min。

图2 单甘脂添加量牛油中SFC等温结晶曲线的影响

2.1.3 牛油色泽 如图3所示，单甘脂的添加对牛油样品的色泽有一定的影响，当添加量为1.5%和2.0%时，牛油样品的亮度L值、a*值(红绿值)显著增加(P<0.05)，b*值(黄蓝值)变化不显著(P>0.05)。

字母不同表示差异显著(P<0.05)

2.2 冷却温度对牛油特性的影响

2.2.1 牛油硬度 由图4可知，牛油样品在不同冷却温度下，硬度不同。随冷却温度从0 ℃降低到-20 ℃，硬度增加，且差异性显著(P<0.05)。0 ℃冷却后的牛油样品硬度最低(835.75 g)，-20 ℃冷却后的牛油样品硬度最高(13.34 N)，但-15 ℃与-20 ℃条件下，牛油样品硬度差异不显著(P>0.05)。当冷却温度下降至-25 ℃时，硬度开始下降。这是因为脂肪结晶一般经历了成核、晶核生成期，较低温度下(≤0 ℃)，过冷度很低，脂肪迅速形成晶核，油脂迅速达到结晶终点[10]。此外，对于脂肪晶体网络形成最为关键的是成核阶段，即脂肪从液态油到形成晶核，直至形成稳定的网络结构。在低速降温条件下，晶体结构偏向β'晶型的堆积；在较高速降温条件下，油脂形成了β'和β共存的系统，β晶型比β'晶型稳定[16-17]。但当过冷度过大时，甘油三酯分子并入晶体表面速度较快，导致其简单附着在晶体表面，最终形成的晶型不稳定[18]。所以随着冷却温度的降低，过冷度的增大，牛油样品硬度增大，当冷却温度为-25 ℃时，过冷度较大，油脂晶型不稳定，牛油样品的硬度降低。

字母不同表示差异显著(P<0.05)

2.2.2 等温结晶曲线 在过冷或过饱和状态下，液态油脂才会形成晶核，晶核形成后，在范德华力的作用下甘油三酯逐渐形成晶体[19]。由图5可知，随着冷却温度的降低，牛油样品等温结晶的终点时间逐渐降低，SFC值增加；0 ℃冷却温度下，牛油样品的结晶终点时间最长(80 min左右结晶才达到稳定)，结晶终点的SFC值最低(为80.3%)；-25 ℃冷却温度下，牛油样品的结晶终点时间最短(约为45 min)，结晶终点的SFC值最高(87%)。样品冷却温度越低，过冷度越大，成核速率越快，结晶速率亦越快，因此，在相同结晶时间内SFC值也就越大，越快达到结晶稳定状态。

图5 不同冷却温度下牛油火锅底料中牛油SFC随时间变化的等温结晶曲线

2.2.3 牛油色泽 由图6可知，不同冷却温度对牛油样品的色泽也有一定的影响，随温度从0 ℃下降到-25 ℃，牛油样品的亮度L值有增大的趋势，-15～-25 ℃时差异不显著(P>0.05)。这可能与牛油样品晶体结构有一定的关系，晶体紧密度不同，光线折射度则不同，导致牛油样品的色泽有一定差异，这与上述研究单甘酯和冷却温度对牛油样品硬度及结晶行所得的结论一致。

图6 冷却温度对牛油色泽的影响

2.3 等温结晶动力学参数

结晶速率常数K可以反映脂肪结晶的快慢，Avrami指数n值可代表成核和生长方式。Avrami指数n值越小，诱导结晶时间短，成核越快，晶体生长越快[11]。根据式(3)得到的拟合直线的斜率和截距可求出n、K，结果见表2。

从表1可以看出，当牛油样品在-20 ℃条件下冷却，随着单甘脂添加量的增加，Avrami指数n值逐渐减小，K值逐渐增大。添加量为2.0%时，K值最大，Avrami指数n值最小。说明单甘脂一定程度可促进牛油样品在低温下的结晶，此结果与Basso等[15]研究结果一致。另外，对牛油样品来说，随着冷却温度的降低，Avrami指数n值逐渐减小，K值增大，-15 ℃与-20 ℃条件的K值差异不大。这是由于晶体的成核、结晶过程的驱动力取决于过冷度或过饱和状态，过冷度越高，结晶越迅速。随着温度的降低，过冷度升高，结晶速率增加。可见，添加适量单甘脂或降低冷却温度，可能会影响牛油样品结晶行为，加速结晶，缩短结晶时间。

表1 牛油样品的等温结晶动力学参数表

3 结论

添加乳化剂及降低冷却温度对牛油火锅底料硬度及色泽有一定积极的影响。牛油火锅底料中的牛油样品在冷却过程中，单甘酯可能会诱导更多稳定性较好的β型结晶形成，从而提高牛油样品的硬度，并改善其色泽。相比于未添加单甘酯的样品，添加2.0%的样品硬度提高了23.8%，且其亮度显著改善(P<0.05)。同时，冷却温度降低，牛油样品体系从液体能较快速形成晶核，甘油三酯分子迅速并入晶核表面，形成稳定的网络结构，从而提高牛油样品硬度，缩短结晶时间。综上，添加单甘脂及降低冷却温度在牛油火锅底料中具有良好的应用效果，并能改善牛油火锅底料牛油样品的硬度及色泽，缩短牛油火锅底料冷却时间。研究只针对单甘酯及冷却温度做单因素试验，并未涉及单甘酯及冷却温度协同作用对牛油火锅底料特性的影响，且乳化剂具有不同类型，因此关于不同类型乳化剂及其与冷却温度协同对火锅底料特性的影响还需进一步研究。