《食品科学》：江南大学刘元法教授等：油脂组成和结晶特性对奶油品质和搅打性能的影响
《食品科学》：江南大学刘元法教授等：油脂组成和结晶特性对奶油品质和搅打性能的影响
稀奶油是烘焙行业和饮品行业重要的原料，其搅打充气后转变为充气乳液，所形成的水-油-气三相体系不仅保证产品理想的结构和流变特性，还赋予产品一定的细腻度，同时能够促进风味的释放，给予产品良好的滋味。搅打后的奶油结构由气泡、部分聚集脂肪球和水相组成，三者共同决定着奶油产品的品质。其中脂肪球的部分聚集是奶油充气形成理想结构的关键。油脂特性如油脂组成和结晶行为会显著影响脂肪球部分聚集和产品品质。
江南大学食品学院苏奕、柴秀航、刘元法*等研究三大类奶油（植物、动植物和动物奶油）的油脂组成以及结晶特性，表征各个奶油的乳液和打发奶油的产品品质以及搅打性能，将宏观表现与油脂特性相联系，以期为稀奶油的生产及应用提供理论指导。
油脂组分
1.1 油脂含量
如图1所示，市售不同种类的奶油产品脂肪质量分数差异较大，动物奶油的脂肪质量分数最高，达到32.2%；其次是动植物奶油，其平均值为18.8%；植物奶油脂肪质量分数最低，占整个奶油体系的13.6%。脂肪含量直接影响奶油乳液中脂肪液滴密度，进而通过改变液滴之间碰撞频率改善体系部分聚集程度，最终会影响奶油品质。
1.2 脂肪酸和甘油三酯组成
表1显示各个油脂样品的脂肪酸组成，所有油脂的饱和脂肪酸含量高于不饱和脂肪酸。动植物和植物油脂几乎不含奇数碳脂肪酸，富含饱和脂肪酸，含量高达90%以上，其中月桂酸占主导，还含有较多的肉豆蔻酸、硬脂酸和棕榈酸，其中产品3～5（动植物油脂）的硬脂酸含量偏低。总体上动植物油脂与植物油脂的脂肪酸组成比较相似，推测动植物油脂中植物油脂所占比例较大；而产品10（动物奶油）的脂肪酸组成较为复杂，脂肪酸碳链数为4～20，富含长链饱和脂肪酸（LCSFA），以棕榈酸为主；还含有较多的单不饱和脂肪酸（MUFA），以油酸为代表。硬脂酸和棕榈酸属于高熔点脂肪酸，常温条件下呈固态，而油酸、月桂酸和肉豆蔻酸的熔点较低，常温条件下以液态形式存在，因此不同种类油脂的脂肪酸组成差异会导致其具有不同的热性质。并且在结晶过程中，饱和脂肪酸含量越高的油脂结晶速率越快，获得的晶型越稳定，会形成更小的晶粒，使得空间分布更均匀有序，所以脂肪酸组成差异还会导致油脂晶体尺寸和晶型不同。一般认为，具有较高含量油酸的油脂倾向于形成β型晶体。
如表2所示，动植物和植物油脂的甘油三酯种类较动物油脂少，与脂肪酸种类数量相对应。甘油三酯组成的不同会使其以二倍链长或三倍链长进行排列，导致晶体性质不同。甘油三酯种类多样性影响脂肪的融化和结晶行为，有研究者根据饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的数量将甘油三酯划分为4 个类别，其中，SSS型甘油三酯的熔点最高，并且其所占的比例还会影响晶体尺寸。从表2可以看出，植物油脂的SSS型甘油三酯含量最高，略微高于动植物油脂，显著高于动物油脂，这种差异导致它们 呈现不同的热行为和晶体尺寸。
油脂结晶性质
2.1 结晶及熔化曲线
这3 类奶油的SSS型甘油三酯占总甘油三酯的绝大部分，因此它们的主要结晶峰的峰值温度都处于这个范围内（图2）。结晶峰峰形尖锐，表明它们具有更快的成核周期和更短达到平衡晶体的时间，而产品10具有2 个结晶主峰，并且峰的分离度较低，表明形成高度混合晶体。植物油脂都为氢化棕榈仁油，具有2 个结晶峰，对应高熔点组分如硬脂酸和低熔点组分。不同的结晶起始温度可能受油脂中存在的高熔点微量成分如甘油单酯影响，结晶主峰偏移温度不同可能与氢化程度有关。产品2和3的结晶峰与植物油脂相似，表明动植物混合油脂中的植物油脂类型与植物油脂相似，而产品1、4和5的结晶峰与之不同可能是因为使用不同的植物油脂造成。
从图3可看出，产品1、2、4和5有一个吸热主峰和一个小肩峰，而其他油脂有3 个吸热峰。这是由于前4 种油脂主要由月桂酸和肉豆蔻酸组成，2 种脂肪酸碳链长度相近，其组成分子熔融温度接近；而其他油脂中主要含有月桂酸和一些高熔点微量成分，它们热性质差异较大，所以出现分离的吸热峰并且熔化范围较宽。熔化行为的差异可能与冷却过程中结晶行为的差异有关，不同的熔化峰是脂质分馏的标志，即具有相似化学成分的脂质一起结晶，在熔化过程中产生均匀的峰，低熔点和中熔点的晶体在加热时首先熔化，高熔点的晶体在更高的温度条件下熔化。
2.2 晶型
由图4可知，所有的油脂都不具有α晶型，可能是因为测量常温下的油脂晶型时，α晶型已经转化为其他两种形式。大部分油脂都只具有β’晶型，产品10可能由于油酸含量较高而具有β晶型。
2.3 固体脂肪含量
从图5可知，所有油脂的固体脂肪含量随温度升高而降低，大部分动植物和植物油脂在10 ℃及以下的固体脂肪含量相近，对温度变化不敏感；在10～35 ℃之间，固体脂肪含量急剧下降，表明脂肪快速熔化。产品3的固体脂肪含量偏低可能是因为其中的动物油脂含量较多或者混合油脂的相容性不佳。动物油脂的固体脂肪含量一直处于比较低的状态，这是由于其饱和脂肪酸含量较低，导致结晶能力较弱；同时动物油脂固体脂肪含量曲线变化趋势较温和，这可能与其中甘油三酯的多样性以及具有较多熔点较高的棕榈酸有关。
2.4 晶体形态和分形维数
从图6可看出，动植物油脂的晶体尺寸普遍大于植物油脂和动物油脂，原因是动植物油脂当中混有动物油脂，即使动物油脂含量低，也会导致油脂的脂肪酸组成较为复杂，因此动植物油脂组分间熔点差异较大，其中高熔点组分率先结晶，同时晶体周围存在含量较高的液态油，使得晶体发生迁移，聚集形成更大的晶体。研究表明，油脂的晶体尺寸对部分聚集的影响有限，在研究液滴部分聚集方面，应特别关注整个脂肪晶体网络。
晶体的空间分布通过Db进行量化，高Db对应更均匀的晶体生长，表明具有更有序的晶体网络结构。 图6显示产品1、2、4和5的Db大于其他油脂，表明它们的晶体网络堆积密集，会导致高的脂肪部分聚集敏感度；而其余油脂的晶体网络结构空隙大，晶体连接较少，堆积疏松，使得脂肪发生部分聚集的敏感度较低。原因可能是产品1、2、4和5的结晶峰范围较窄，加速了晶核的形成，于是形成的晶体密集；而其余油脂的结晶范围宽，高熔点分子先结晶，随后低熔点分子与之共结晶，导致晶体分散。产品10的Db最低，形成的晶体网络结构最弱，是因为其固体脂肪含量最低。
稀奶油乳液性质
3.1 粒径分布
从图7A、B可以看出，动植物奶油的粒径分布范围普遍比植物奶油宽，并且大粒径脂肪球的比例较高，表明动植物奶油乳液的稳定性较植物奶油差，动植物奶油的平均粒径大于植物奶油，与它们黏度的大小相对应。而动物奶油的初始粒径偏大，使得动物奶油的脂肪球数量偏少，导致黏度最低。
从图7C可以看出，动植物奶油的部分聚集率高于其他两类奶油，表明动植物奶油乳液液滴比植物奶油对剪切诱导的部分聚集更敏感，这与油脂结晶网络的分析结果一致，并且结果与液滴粒径分布和黏度相对应。部分聚集率的差异主要有两个原因：一是由于动植物油脂形成的晶体网络较密集；二是动植物奶油需要冷冻储藏，在解冻过程中由于存在更多的脂肪晶体而导致高的脂肪部分聚集率。而动物奶油可能由于脂肪球数量较少，导致脂肪球之间的碰撞频率较低，表现出较低的脂肪部分聚集率。
3.2 表观黏度
由图8可知，动植物奶油的表观黏度大于植物和动物奶油，与乳液的粒径分布结果相对应。表观黏度均随剪切速率的增大而降低，奶油乳液都呈现剪切稀化的性质。如表3所示，动物奶油的τ0最低，动植物和植物奶油τ0较高，因此动植物和植物奶油较动物奶油稳定。τ0与表观黏度、K呈现相同的变化趋势；n为流动指数，所有样品n＜1，证明都是假塑性流体；产品3和产品4的R2较小，证明其拟合程度略差。
稀奶油搅打性能
表4结果显示动物奶油所需的打发时间最长，而大部分动植物和植物奶油的打发时间无显著差异，产品4和5的乳液部分聚集率偏高，因此所需的总打发时间偏短。打发率是衡量奶油打发引入空气量的指标，反映包裹气泡的能力，不仅取决于水相的蛋白质浓度，还取决于脂肪部分聚结的速度和程度，从表4可知，动物奶油的打发率最低，而植物奶油的打发率普遍高于动植物奶油。综合来看，动物奶油的搅打性能最差。
打发奶油质量
5.1 硬度
图9显示动植物奶油的硬度普遍高于植物和动物奶油，原因可能是动植物奶油的打发率适中并且乳液黏度较大，其中，产品2和产品5黏度大并且打发率低，因此这两个产品具有最大的硬度。而植物奶油的打发率高，动物奶油的黏度低，这些因素都会导致奶油的硬度偏低。
5.2 裱花性能
如图10所示，植物奶油在30 min依然保持锋利的边缘并且组织结构细腻，而动植物和动物奶油在30 min时的结构已经变得粗糙，动物奶油尤其明显，说明植物奶油的保形能力最好。在所有样品中都没有观察到明显的乳清泄漏现象，表明它们的网络结构都具有良好的滞留水相的能力。
产品品质与脂肪酸组成的相关性分析
从图11可知，表征奶油乳液品质的指标比如平均粒径和部分聚集率与脂肪含量和脂肪酸组成几乎都有显著相关关系；打发时间与脂肪含量呈显著正相关，与LCSFA含量呈极显著正相关，与MCSFA含量呈极显著负相关；而打发率与脂肪含量呈显著负相关，与脂肪酸组成没有显著相关性；硬度与脂肪含量和脂肪酸组成没有显著相关性，与打发时间呈显著负相关。因此，可以通过调控体系脂肪含量和脂肪酸组成改善稀奶油乳液品质和搅打性能。
结论
本实验探究了三大类不同奶油中原料油脂的化学组成和结晶特性，并阐释了结晶特性对稀奶油乳液和打发奶油品质的影响。动植物混合油脂形成的晶体网络结构较植物油脂密集，使得油滴对剪切诱导的部分聚集敏感度高，造成动植物奶油乳液具有高的部分聚集率和黏度，最终导致低打发率和高硬度，并且动植物奶油的保形能力与植物奶油相比较差；而动物油脂的固体脂肪含量较低，使得动物奶油乳液部分聚集率和黏度低，从而包裹空气的能力减弱，导致动物奶油的打发率和硬度最低，并且保形能力最差。
本文《油脂组成和结晶特性对奶油品质和搅打性能的影响》来源于《食品科学》2023年45卷第4期50-59页，作者：苏奕, 柴秀航, 韩宛君, 等。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230506-050。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。