油脂固體脂肪指數測定在實驗教學中的應用

劉麗艷，李 琳，李 冰，張 霞

(華南理工大學輕工與食品實驗教學中心，食品科學與工程學院，廣東 廣州 510640)

0 引言

在常溫下，天然油脂一般是固體脂和液體油的混合物。固體脂肪含量(SFC，Solid Fat Content)是在一定溫度下表現為固態的脂肪含量，是脂肪在不同溫度下的熔融及硬度性能指標[1-2]。油脂的SFC對其口感和涂抹性能影響顯著。當SFC為40%～50%時，油脂過硬，基本沒有可塑性；當SFC值<5%時，油脂過軟，接近液態油。人造奶油與起酥油的SFC值一般要求在15%～20%，此時具有較好的加工性能。

國家標準GB/T 31743—2015中選擇核磁共振直接法作為SFC的測試標準，測試使用自由感應衰減序列(FID)，NMR直接法測定樣品中的固體脂肪信號和液體脂肪信號，經過計算處理得到SFC[3-4]。固體脂肪指數(SFI，Solid Fat Index)是與SFC值近似的一個數值，SFI值通常在0、10、21.1、26.7、33.3和40 ℃溫度下測量才有意義。SFI曲線的形狀是表示油相塑性范圍的指標，對于專用油脂產品而言SFI曲線具有重要意義，通過它可以判斷產品的許多物理特性[5-6]。

本文介紹根據SFI曲線判斷原料油適用領域和通過添加乳化劑改變油脂SFI的實驗。本實驗內容在油脂工業領域應用較廣，屬于工程類實驗，是對食品科學與工程專業現有實驗課程的有益補充[7]。學生經過本實驗項目的鍛煉，不僅能夠鞏固基本實驗技能，加深對理論知識的理解，還引導學生將所學理論知識運用到工程實踐中，鼓勵學生運用所學技能去解決生產實際問題。

1 油脂SFI測定實驗設計

1.1 實驗目的

了解SFI的定義，明確SFI與SFC的區別，掌握SFI的測定方法，并能夠根據SFI判斷原料油的適用領域，了解添加乳化劑的方法可用于改變油脂SFI，從而拓寬油脂使用范圍的方法。

1.2 實驗材料與設備

1.2.1 實驗材料

實驗材料如表1所示。

表1 實驗材料

1.2.2 主要儀器與設備

本實驗中所采用的主要儀器設備如表2所示。

表2 主要儀器設備

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品準備

本實驗選擇棕櫚硬脂作為基料油、選擇GMP為乳化劑開展油脂SFI測定實驗，添加GMP的濃度范圍是1%、2%和4%。各樣品保持在80 ℃的水浴中，確保基料油和乳化劑完全熔化，磁力攪拌30 min以消除結晶記憶，且二者混合均勻，待測。

1.3.2 SFI測定

按照AOCS Method Cd16b-93方法，利用脈沖核磁共振儀(pNMR)測定油脂樣品的SFI[8-9]。

在80 ℃溫度下，取5 g按比例配置完成的油脂樣品倒入pNMR專用的玻璃管中。將玻璃管快速放入0 ℃恒溫槽，保持90 min，分別測定各樣品的SFC值。然后，盛有油脂樣品的玻璃管依次在5、10、21.1、26.7、33.3、40和45 ℃的恒溫槽中保持30 min，依次測量各樣品在各溫度下的SFC值。每個樣品做兩個平行，數據重復測定3次取平均值。

1.3.3 統計分析

選取SPSS軟件對數據展開方差分析，p<0.05表示所得數據具有顯著性差異。

2 結果與討論

2.1 棕櫚硬脂的SFI曲線

SFI曲線是利用完全熔化的油脂樣品在較低溫度下充分結晶，然后依次在其他特定溫度下保持一定時間后測得SFC值，繪制出的溫度-SFC曲線。溫度-SFC曲線所反映的是充分結晶的油脂樣品在依次升溫過程中的熔化情況。在實際應用中，常用SFI曲線衡量油脂的塑性范圍，并進一步判斷此基料油生產的塑性脂肪的應用領域，如起酥油、人造奶油和代可可脂等。因為，人們需要專用油脂在冰箱溫度下具有較好的可塑性，而在室溫下和一定的時間內能保持外形、且不析出油，上述這些特性與油脂在不同溫度下的SFC值有關[10]。溫度不同，油脂的SFC值不同，但SFI值與油脂分子組成、晶體類型、結晶速率及預熱歷史有關[11]。按照AOCS Method Cd16b-93的方法，分別測定可可脂和棕櫚硬脂在特定溫度下的SFC值，繪制溫度-SFC曲線，結果如圖1所示[8]。

圖1 棕櫚硬脂和可可脂的SFI曲線

在工業應用領域，就起酥油而言SFI曲線的形狀體現了油相塑性范圍，如高穩定性起酥油的SFI曲線非常陡峭，表明其可塑性較弱；一般通用型起酥油的SFI曲線形狀較平坦，在很寬的溫度區間內其SFC值均比高穩定性起酥油大；而可傾式流態起酥油的固脂含量則很低，它也擁有非常平坦的SFI曲線。根據田納西州孟菲斯市卡夫食品配料有限公司公布的起酥油典型的SFI曲線可知，本實驗所得SFI曲線與高穩定性煎炸用起酥油一致[12]。深鍋煎炸時常用到高穩定性起酥油，此外，高穩定性起酥油還用來加工薄脆餅干和硬甜餅干，以及糖果中的脂肪和涂抹脂肪，在植物性仿乳制品中也有應用。

可可脂具有較短的塑性范圍和獨特濃重的香味。可可脂在低于15 ℃時，表現出堅實和脆裂的特性，在27 ℃以下的溫度范圍，幾乎全部是固體(27.7 ℃開始熔化)。隨溫度的升高可可脂的熔化速度極快，當溫度達到35 ℃時，可可脂幾乎完全熔化。因此，它是一種既有硬度，溶解得又快的油脂。可可脂因其能在人體溫度下迅速熔化，且無油膩之感，所以是最理想的巧克力專用油脂。

此外，對餐用人造奶油而言，常常測定在10 ℃的SFI值，以此作為它在結晶過程和冰箱冷藏時的稠度參考值，油脂在室溫條件使用的指標可以參照其在21.1 ℃時的SFI值，根據油脂在33.3 ℃測得的SFI值可用來預測最終產品的口感和品質。如果油脂在33.3 ℃時具有較高的SFI值，則表明該產品在口中熔融緩慢，會體驗到不受歡迎的“蠟”質感。餐用人造奶油的SFI曲線從10 ℃到33.3 ℃范圍非常陡峭，SFC值從30%左右通常急劇下降到5%以下[13]。

2.2 乳化劑對棕櫚硬脂SFI的影響

食品工業中通常利用乳化劑調控塑型脂肪的物理性質及加工性能，熔點范圍為42～56 ℃，棕櫚硬脂作為基料油制備的人造奶油、起酥油塑性范圍寬，使用范圍廣，是我國塑性脂肪制品中主要產品[14-16]。單甘脂(GMP)是食品工業領域常用的乳化劑。因此，本實驗案例選擇以GMP為乳化劑，考察1%、2%、4%濃度的乳化劑添加對棕櫚硬脂SFI的影響。

按照AOCS Method Cd16b-93在0、10、21.1、26.7、33.3、40和45 ℃下繪制乳化劑添加量-SFC值曲線，結果如圖2所示。

由圖2可知，添加了乳化劑的棕櫚硬脂的SFI值隨著測試溫度的升高而降低，在較高的溫度范圍，GMP的添加濃度對棕櫚硬脂SFI值影響更加顯著。在0 ℃保持時，各油脂樣品間的SFI值無顯著性差異，說明此時在油脂結晶起主導作用時較大的過冷度。溫度在21.1～33.3 ℃時，GMP的添加濃度顯著影響了棕櫚硬脂的SFI值(p<0.05)。在21.1和26.7 ℃時，加入1%的GMP對棕櫚硬脂的SFI值則并無顯著性影響(p>0.05)，這表明在此溫度下，低濃度的GMP(1%)對棕櫚硬脂的結晶總量沒有顯著性改變，GMP的添加濃度提高到2%和4%時，棕櫚硬脂的SFI值隨GMP濃度的增加而增大(p<0.05)。溫度進一步提高達到33.3 ℃時，棕櫚硬脂的SFI值與乳化劑的添加濃度呈顯著正相關(p<0.05)，說明GMP作為乳化劑在此溫度下具有穩定油脂晶體結構的作用。溫度高于33.3 ℃時，油脂樣品快速熔化，SFI均不足12%。

圖2 添加1%、2%和4% GMP的棕櫚硬脂的SFC值

綜上，本實驗得到如下結論：①所選棕櫚硬脂基料油的SFI曲線陡峭，屬于高穩定性煎炸用起酥油；②棕櫚硬脂的SFI值隨著溫度的升高而降低，不同濃度GMP的添加對棕櫚硬脂SFI值在21.1～33.3 ℃時影響更顯著。

3 結束語

本實驗通過SFI曲線判斷原料油脂的使用范圍，通過添加乳化劑的方法改變SFI從而拓寬原料油脂的使用范圍，這一工程類實驗是現有實驗教學中驗證性、綜合性實驗的有益補充，有利于培養學生在鞏固和深化基本實驗、理論知識的基礎上，進一步提高動手能力、工程實踐能力、分析和解決復雜工程問題的能力及創新思維。

此外，以本實驗項目為基礎，可進一步拓展項目內容，如通過其他加工方式，包括分提、酯交換、氫化和調配加工等方式制成的塑性脂肪的適用領域分析，通過測定SFI曲線推測原料油脂的種類等實驗內容[17-18]。該類教學內容充分體現工程教育認證要求，使現有實驗課程體系更加層次化、內容更加多樣化，有利于構建出基礎性實驗—綜合性實驗—工程實踐實驗的工程化實驗教學體系。