延邊黃牛液態牛油分提及其微膠囊化研究

范梓悅, 萬明鑫, 張 華*, 馬 靜,2*

(1.延邊大學 農學院,吉林 延吉 133002;2.錫林郭勒職業學院,內蒙古 錫林浩特 026000)

延邊黃牛是中國5大地方良種牛之一,地域特色鮮明[1]。其肉質軟嫩適口,味道鮮美,可媲美日本和牛和韓國韓牛,在國內外市場享有較高的聲譽。延邊黃牛脂中含脂肪酸、維生素、礦物質、膽固醇等多種成分,其中,脂肪酸是牛脂的主要營養成分,且含量較高[2]。牛脂中主要的脂肪酸為軟脂酸、硬脂酸和油酸,占90%左右,其特性是含奇數碳原子脂肪酸較多[3]。牛脂中富含的維生素A、維生素E和其他脂溶性維生素不僅促進新陳代謝且便于吸收利用[4]。牛脂中膽固醇維持人體最基本的生命活動[5-6]。此外,牛脂中還含有磷脂、甾醇、生育酚等脂質伴隨物,這些物質與生長發育、維持正常生理功能有密切關系[7]。食用牛脂口感細膩、風味獨特,具有不可替代的特殊香味[8-9],常被廣泛應用于食品行業,如牛肉味調味料、牛油火鍋底料、牛油基起酥油等[10-11]。

近年來,動物油脂的分提成為人們研究的熱點。延邊黃牛脂常溫下為固態,其熔點比豬油高35 ℃～50 ℃,可塑性差,起酥性不好。飽和脂肪酸含量高,容易引起高血壓、動脈硬化、冠心病等健康問題,不適合作為直接食用油脂。液態牛油的分提是根據油脂中的各種甘油三酯不同的熔點,控制其冷卻速率,把牛脂分成固、液2部分,實現降低分離后液態牛油的熔點及飽和脂肪酸的相對含量。拓寬牛脂的應用范圍,有利于開發新的牛油產品。目前,油脂分提工藝主要包括干法分提、表面活性劑分提和溶劑分提。其中,表面活性劑可以滿足快速分提并減小液態牛油催化劑的污染。

微膠囊技術是將固、液或氣體物質包覆在微型膠囊中并盡可能保持其原來的色、香、味、性能、生理活性及營養的一種新型技術。簡單來說,微膠囊技術就是對于不同的芯材,根據其特有的用途,選擇合適的單一或者復合的壁材進行包裹[12-13]。一些物質經微膠囊化后,能夠以微細狀態的芯材形式被儲存并且在需要時釋放出來,其顏色、外形、耐熱性、溶解性、體積、質量等都不會發生改變[14]。這些性質使得微膠囊技術能夠在食品工業中發揮重要作用。目前,微膠囊技術是一種已獲得世界最高組織認可的新型技術,其可以廣泛地應用于醫藥、食品、化工等領域,使功能性物質得到有效利用,具有較高的經濟價值,但相關牛油的微膠囊化研究甚少。

液態牛油不飽和脂肪酸含量高,容易氧化。液態牛油微膠囊化后與外部環境隔絕,延緩氧化速率,穩定性強,利于保存。該研究以延邊黃牛脂為原料,利用氣相色譜儀和核磁共振儀分析牛油的脂肪酸組成。以0.1%和0.5%不同濃度的Crystalizer209、ps 66和ps 68等3種表面活性劑,分提不同飽和度的液態牛油。利用最優條件分提液態牛油并進行微膠囊化,以期牛油微膠囊為食用油脂生產加工及保存等方面的廣泛應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛油(實驗室自制),海藻酸鈉,明膠B型,轉谷氨酰胺酶(均為食品級),氘代氯仿-d(純度99.8%)+0.03%(v/v)TMS(均購置上海阿拉丁試劑有限公司)。三氯甲烷,碘化鉀,可溶性淀粉,氫氧化鉀;酚酞指示劑;鄰苯二甲酸氫鉀;無水碳酸鈉;濃硫酸;苯;石油醚;十七烷酸甲酯;重鉻酸鉀,表面活性劑Crystalizer209,表面活性劑ps66,表面活性劑ps68,以上均為分析純。

1.2 儀器與設備

高速分散均質機(FK-FSH-2A,常州萬科儀器有限公司),真空冷凍干燥機(FD-1C-50,北京博醫康儀器有限公司),恒溫水浴氮吹儀(DCY-12S,上海旌派儀器有限公司),恒溫恒濕箱(HWS-50 B,上海和呈儀器制造有限公司),索氏抽提器(SZF-06C,上海邦西儀器科技有限公司),氣相色譜儀(GC-2010plus,中國島津儀器有限公司),核磁共振波譜儀(AVANCE NEO 600 M,北京布魯克科技有限公司),油脂氧化分析儀(OXITEXT型,北京盈盛恒泰科技有限責任公司)。

1.3 牛油的氣相色譜分析

稱取30 mg樣品,加入1.5 mL 0.5 mol/L甲醇鈉,充分混合后在95 ℃以上溫度反應 3 min,冷卻,再加入2 mL體積分數14%的BF3甲醇溶液繼續在95 ℃條件下反應2 min,冷卻后加入1 mL飽和氯化鈉和2 mL異辛烷,提取脂肪酸甲酯經過無水硫酸鈉干燥后用于氣相(GC)分析。

1.4 牛油的核磁共振氫譜分析

稱取5～6 mg延邊黃牛脂,將其溶解于氘代氯仿,之后吸取500 μL轉移至直徑為3 mm的玻璃核磁管中進行測試。測試條件:頻率500.13 MHz;光譜寬度10 000 HZ;掃描次數16次;數據采集時間3.276 8 s;脈沖寬度10 ppm;弛豫時間1 s。在核磁共振氫譜分析下得出不飽和脂肪酸、飽和脂肪酸以及反式脂肪酸有無存在和組成比例。

1.5 表面活性劑分提牛油條件

稱取10 g延邊黃牛脂,分別加入0.1%和0.5% 2種不同濃度Crystalizer209、ps66和ps68等3種表面活性劑,并使用加熱磁力攪拌器使牛油與表面活性劑混合均勻后置于在24 ℃的恒溫恒濕箱中,靜置24 h,且該過程均長于各條件結晶生成時間,根據牛油中構成牛油的甘油三酯的熔點差異及溶解度不同,試驗得到固體脂肪得率和液體油得率。每一樣品進行3次平行試驗。

1.6 牛油微膠囊化

1.6.1 牛油微膠囊的制備

分別制備質量分數為2%的明膠和海藻酸鈉溶液(明膠與海藻酸鈉的質量比為4∶1),先取8 mL牛油加入海藻酸鈉溶液,再加入0.04 mL乳化劑司班80,開始進行第1次均質乳化,然后加入明膠溶液進行第2次均質乳化得到水包油乳液,2次均質速度均為10 000 r/min。使用10%冰乙酸溶液調節乳液pH值為4.25時進行復凝聚反應,反應條件為45 ℃、600 r/min,9 min。復凝聚反應結束后將體系降溫至10 ℃以下維持20 min進行凝膠,每5 min攪拌1次。凝膠結束后,去除上清液并加入去離子水洗滌,再用10%氫氧化鈉溶液逐滴加入調節pH值為6,加入1.28 g轉谷氨酰胺酶(TG酶)低溫固化處理,固化溫度15 ℃,固化時間2 h。固化結束后,經真空冷凍干燥得到微膠囊。

真空冷凍干燥:將所得的微膠囊液倒入凍干物料盤中,厚度不超過1 cm,放入-80 ℃冰箱中預冷12 h后經真空冷凍干燥機(-50 ℃、1 Pa)冷凍干燥得到牛油微膠囊產品。

1.6.2 牛油微膠囊的水分含量測定

準確稱取3 g微膠囊樣品,在105 ℃烘箱中干燥3 h,取出置于干燥器中冷卻稱重。重復上述干燥操作,直到最后2次所測的樣品重量差小于1 mg,所得到稱重前后微膠囊產品的質量差即為水分含量。每個樣品進行3次平行試驗。

1.6.3 牛油微膠囊的堆積密度測定

準確稱取3 g微膠囊樣品,緩慢地裝入有刻度的量筒中,并將量筒水平勻速晃動使微膠囊粉末自然下沉,測定體積,并計算單位體積微膠囊的質量即微膠囊的堆積密度。每個樣品進行3次平行試驗。

1.6.4 牛油微膠囊的流動性測定

準確稱取5 g微膠囊樣品倒入漏斗,使微膠囊通過漏斗自然下落,在水平圓板上堆積。每個樣品進行3次平行試驗。測量粉堆高度H及粉堆覆蓋半徑,按公式求出休止角,休止角θ越大,散落性越好,休止角θ越小,散落性越差。休止角公式如下:

θ=tan-1(H/R),

式中,H為粉堆高度(mm);R為粉堆覆蓋半徑(mm)。

1.6.5 牛油微膠囊的溶解度測定

已知微膠囊的水分含量B,準確稱量微膠囊質量為W。倒入50 mL的燒杯中,量取38 mL蒸餾水,水溫控制在25～30 ℃,多次溶解后轉入50 mL離心管中。將上述離心管置于離心機中,以4 000 r/min離心10 min,傾去上清液,重復此步驟至沉淀物不再溶解為止,用少量水將沉淀移入已知質量的蒸發皿中,置于105 ℃烘箱中烘至恒重。

式中,W為樣品質量(g);W1為稱量皿質量(g);W2為稱量皿和不溶物質量(g);B為樣品含水量。

1.6.6 牛油微膠囊的包埋率測定

包埋率是指微膠囊所包埋芯材的量與總芯材的量之比,是判斷微膠囊包埋芯材效果的關鍵指標。

1.6.7 牛油微膠囊的表面含油量測定

精確稱取0.5 g微膠囊樣品(m0)于干燥的裝有濾紙的漏斗中,將100 mL石油醚分5次加入過濾至干燥的旋蒸瓶(m1)。在50 ℃水浴中用旋轉蒸發儀蒸干溶劑,65 ℃烘箱中烘干至恒重,冷卻稱重(m2)。每個樣品進行3次平行試驗。微膠囊表面油含量的計算公式為:

1.6.8 牛油微膠囊的樣品總油含量測定

索氏抽提法[16]:按照GB 5009.6-2016《食品中脂肪的測定》的第1法執行,并進行適當的修改。

精確稱取0.5 g微膠囊樣品(M0),充分研磨10 min,全部移入濾紙筒內(M1)。以無水乙醚作溶劑開始進行索氏抽提。抽提結束以后,將濾紙包取出,65 ℃烘箱中烘干至恒重,稱重(M2)。每個樣品進行3次平行試驗。微膠囊樣品總油含量的計算公式為:

1.7 氧化穩定性和貨架期測定

采用OXITEST法對油脂及其凝膠(準確稱取10 g)進行分析,純氧壓力0.6 Mpa,90 ℃恒溫,使用2個不同的反應室做重復試驗。氧化穩定性通過誘導期(IP)值反映。對油脂及其凝膠在3種不同溫度(70,80,90 ℃)下進行加速貨架期試驗。使用儀器自帶的OXIoftTM程序,通過圖解法自動計算氧化曲線的IP值及其貨架期。

1.8 數據分析

所有試驗進行3次重復試驗,主要基于Microsoft Excel進行繪制圖表,采用SPSS 25.0軟件中的Duncan檢驗法進行多重比較,當概率值≤0.05時,判定為統計學顯著。

2 結果與分析

2.1 延邊黃牛脂的脂肪酸組成

延邊黃牛脂的脂肪酸組成如表1所示,對比氣相色譜儀及核磁共振氫譜分析2種檢測方法,分析結果表明:延邊黃牛脂中含有45.14%～47.76%的不飽和脂肪酸和51.01%～52.24%的飽和脂肪酸。且利用氣相色譜儀檢測結果中含3.85%的反式脂肪酸,而在核磁共振氫譜分析中并未體現。表明脂肪酸組成分析更適合利用氣相色譜鑒定結果。

表1 牛脂脂肪酸組成

2.2 液態牛油的分提——表面活性劑對牛油的分提作用

延邊黃牛脂中添加0.1%和0.5%的3種表面活性劑,在24 ℃條件下,分提24 h,觀察結晶開始時間,并測定液態牛油的得率和飽和度。由表1可知,在添加0.1%表面活性劑的條件下,3種表面活性劑結晶開始時間均在38′10″～40′00″,無顯著性差異。添加0.1%Crystalizer209表面活性劑分提液態牛油得率為(5.9±0.8) g,添加0.1%ps66表面活性劑分提液態牛油得率為(5.8±0.2)g,添加0.1%ps68表面活性劑分提液態牛油得率為(5.6±1.3) g,添加0.1%ps68分提的液態牛油得率顯著低于添加0.1%Crystalizer209和0.1%ps66。在添加0.5%表面活性劑的條件下,結晶時間排序依次為ps68

表2 不同添加量的表面活性劑對結晶時間及液體油得率的影響

進一步對添加不同濃度表面活性劑的液態牛油飽和度進行測定(圖1)。結果所示添加0.1%ps66表面活性劑分提的液體牛油飽和度顯著高于其他組。通過試驗結果匯總和分析可以得出,牛油分提過程中,添加不同濃度的不同表面活性劑對牛油的提取有不同的促進或抑制作用,通過該試驗分析也可以明確找出更符合實際,利用效果更高效的表面活性劑。

2.3 牛油微膠囊基本理化指標

牛油微膠囊制作后的各項理化指標如表3所示,微膠囊后的牛油水分含量較低,意味著牛油微膠囊受水分影響小,水分擴散蒸發對品質影響不大;堆積密度0.34 g/mL,休止角47.13°,說明制備的牛油微膠囊流動性較好;溶解度為0.4 g/100 g;含油率相對較低,穩定性好,不僅加大了其本身的利用率還有效的延長貯藏時間、節約貯藏成本。但存在總含油率、包埋率相對較低的問題,可以通過改變包埋方式以及其他有效措施提高其含油率和包埋率,在此基礎上會加大其自身附加值。

注:圖中A-F組分別代表添加0.1%的Crystalizer209、0.1%ps66、0.1%ps68、0.5%Crystalizer209、0.5%ps66、0.5%ps68。

表3 牛油微膠囊基本理化指標

2.4 液態牛油貨架期

液態牛油在70、80和90 ℃的IP值曲線如圖2所示,在該溫度下牛油的IP值可達16.3 h,進一步對牛油在70、80和90 ℃的IP值進行測定并進行線性擬合(圖3),擬合方程為lnIP=-0.102 9 x+11.959, R2=0.999 9,表明該方程具有良好的預測能力,因此,可用該方程預測牛油在20 ℃液態牛油的貨架期,其結果顯示,牛油在20 ℃的貨架期為27.0月,具有良好的抗氧化能力和較長的貨架期,適合在常溫下長期儲存。

圖2 3種溫度下牛油的IP值

圖3 液態牛油在不同溫度的IP值擬合曲線

3 討論

因不同表面活性劑作用的影響,分提的固態牛脂與液態牛油得率不同。根據表2和圖1可知,在相同養晶時間與養晶溫度,分提后的飽和度均不相同。飽和度越低分提效果越好。液態牛油分提結果除0.5%Crystalizer209與其他組有顯著差異,無法得到液態牛油以外,其他組均有降低飽和度的效果。

牛油微膠囊理化指標結果表明,水分含量4.15%,有利于儲藏;休止角47.13°,略高于45°,說明牛油微膠囊化產品具有較好的流動性;牛油微膠囊微溶于水,其溶解度僅為0.47 g/100g,在水溶液中對芯材起到了很好的保護作用。微膠囊化后的液態牛油穩定性好,利于儲存。李艷南等[15]使用的芯材是天然椰子油,以明膠和阿拉伯膠為壁材,使用物理化學法中的復合凝聚法形成了微膠囊,包埋率為(93.75±0.28)%,包埋率明顯高于該試驗中69.54%的包埋率,這可能是由于受到了包埋方式采取不恰當或操作不當等因素的影響,有些微膠囊的制備需要添加適量的乳化劑來提高芯材的包埋率。

通過氣相分析和核磁共振波譜儀分析可知,延邊黃牛脂中含有的是飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸以及反式脂肪酸的含量。氣相分析法測出含3.85%的反式脂肪酸,而核磁法未測出含有反式脂肪酸,表明氣相色譜分析更適合脂肪酸組成的分析;分提后液態牛油不飽和脂肪酸含量明顯高于原油。余力等[16-17]人研究發現,較高含量的不飽和脂肪酸會減輕動物油脂對人體的危害,抑制動脈粥樣硬化的形成及發展,同時可增加血管的彈性與韌性,減少患心血管疾病的風險。

延邊黃牛脂貨架期問題是影響其加工生產、貯藏保存以及銷售的關鍵性問題。分析溫度、壓強2個主要影響因素,發現二者與保質期的長短有直接線性關系。通過探究分析牛油70、80和90 ℃ 3個溫度條件下IP 值的變化,擬定曲線得到相關公式,明確其貨架期。在保證主觀因素延長貨架期的前提下,還可反映牛脂在不同溫度保存條件下的質量狀態。

4 結論

表面活性劑可通過調節牛油飽和度對牛油的分提有不同程度的促進作用,且牛油飽和度與不同濃度表面活性劑相關。在表面活性劑為0.5% ps66時效果最佳,得率最高,均高于0.1%的Crystalizer209、ps66、ps68和0.5%的Crystalizer209、ps68。分提出的液態牛油進行微膠囊處理后對其理化指標進行測定。分析結果表明,微膠囊化后提高了液態牛油的貯藏穩定性和加工運輸性能,延長了保存期,擴大了其應用范圍。另外,如何提高牛油微膠囊包埋率,尚有待于進一步研究。