酶促酯交換對棕櫚硬脂基塑性脂肪甘三酯組成及物理性能的影響

趙亞麗,宗敏華,李　冰,2,吳　虹,2,*

(1.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,廣東廣州 510640;2.廣東省天然產(chǎn)物綠色加工與產(chǎn)品安全重點實驗室,廣東廣州 510640)

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酶促酯交換對棕櫚硬脂基塑性脂肪甘三酯組成及物理性能的影響

趙亞麗1,宗敏華1,李冰1,2,吳虹1,2,*

(1.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,廣東廣州 510640;2.廣東省天然產(chǎn)物綠色加工與產(chǎn)品安全重點實驗室,廣東廣州 510640)

利用脂肪酶Lipozyme TLIM催化棕櫚硬脂(PS)與大豆油(SO)(PS∶SO分別為9∶1,8∶2,7∶3,6∶4,5∶5,wt%)酯交換反應(yīng),研究酯交換反應(yīng)前后混合油脂體系中甘三酯組成的變化及其與油脂物理性能的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn),酯交換后油脂中PPP、LLL、POP、PPL、PLL、PLO六種甘三酯含量發(fā)生明顯變化,其中PPP、LLL含量下降,PPL、PLL、PLO含量增加,而POP除9∶1外,其含量均下降;SSS(S代表飽和脂肪酸)和UUU(U代表飽和脂肪酸)型甘三酯含量下降,而SUU和SUS含量增大,導(dǎo)致油脂熔點和固體脂肪含量(SFC)均不同程度下降,從而可制備不同SFC要求的塑性脂肪。PS∶SO為7∶3、6∶4、5∶5時,酯交換后油脂β′晶型增多,可為人造奶油、速凍專用油脂等塑性脂肪提供理想晶型。

酶促酯交換,棕櫚硬脂,大豆油,甘三酯,物理性能

棕櫚硬脂(PS)是棕櫚油的一種分提物,固體脂肪含量較高,具有良好的可塑性和穩(wěn)定性[1-2],所以常用于塑性脂肪的制備。棕櫚硬脂中含有的甘三酯主要為三棕櫚酸甘油酯(PPP)、2-油酸-1,3-二棕櫚酸甘油酯(POP)、1-棕櫚酸-2,3-二油酸甘油酯(POO)、1,2-二棕櫚酸-3-亞油酸甘油酯(PPL)、1,2-二棕櫚酸-3-硬脂酸甘油酯(PPS)、1-棕櫚酸-2-油酸-3-硬脂酸甘油酯(POS)和1-棕櫚酸-2-亞油酸-3油酸甘油酯(PLO)等。由于其中高飽和度甘三酯如PPP、POP、PPS等含量較高,導(dǎo)致油脂熔點過高,硬度較大,且易形成大的晶體顆粒,影響產(chǎn)品口感等[3],因此常常將其與其他液體油脂混合使用。

甘三酯是油脂的基本組成單元,通過改變油脂甘三酯分子結(jié)構(gòu)及含量,可以改善其物理性能及產(chǎn)品品質(zhì)。因此,在制備棕櫚硬脂基塑性脂肪時,可采用酯交換方法對棕櫚硬脂進行改性。Costales-Rodriguez等[4]研究了棕櫚硬脂與大豆油酶促酯交換制備含低反式脂肪酸的人造奶油,發(fā)現(xiàn)酯交換油脂熔點下降9 ℃左右,非常適合用于制備人造奶油。Zhao等[5]對比研究了脂肪酶Lipozyme TL IM催化白木通籽油與棕櫚硬脂酯交換前后油脂的物理性質(zhì),結(jié)果表明,酯交換后油脂的熔點降低,25 ℃固體脂肪含量為16.11%～28.29%,大部分為β′晶型,且未檢測到反式脂肪酸,適合于制備不含反式脂肪酸的塑性脂肪。冀聰偉等[6]發(fā)現(xiàn)脂肪酶Lipozyme RM IM催化棕櫚硬脂和豬油酯交換反應(yīng)后油脂體系的相容性得到了顯著的改善,且油脂的晶型大部分為β′型,適合用作焙烤起酥油。

本課題組研究發(fā)現(xiàn)質(zhì)量比為7∶3的棕櫚硬脂與大豆油進行酶促酯交換反應(yīng)后,所制備的速凍油脂的抗凍性能優(yōu)于市售產(chǎn)品[7],其原因是油脂中某些高熔點甘三酯含量的變化導(dǎo)致其物理性能的改變,但未研究不同質(zhì)量比的棕櫚硬脂與大豆油經(jīng)酶促酯交換后甘三酯組成的變化及其對物理性能的影響規(guī)律。已有研究表明,具有Sn-1,3位置選擇性的固定化脂肪酶Lipozyme TL IM具有良好的酯交換反應(yīng)活性、操作穩(wěn)定性,且價格較低廉[8-9],因此,本文將采用脂肪酶Lipozyme TL IM催化一系列不同質(zhì)量比的棕櫚硬脂與大豆油進行酯交換反應(yīng),系統(tǒng)研究油脂的甘三酯組成變化與其物理性能的關(guān)系,為獲得應(yīng)用范圍更廣且品質(zhì)優(yōu)良的棕櫚硬脂基塑性脂肪提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

棕櫚硬脂和大豆油深圳精益油脂有限公司;固定化脂肪酶Lipozyme TL IM(酶活1130 U/g)廣州諾維信生物技術(shù)有限公司;乙腈、異丙醇、三氯甲烷等國藥集團化學(xué)試劑有限公司;試劑均為分析純。

JB-5型恒溫磁力攪拌器德國Sartorius公司;RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上海亞榮生化儀器廠;P680ELSD高效液相色譜儀美國Waters公司;Q100型差示熱量掃描儀美國TA儀器公司;D8 ADVANCE型X射線衍射儀、Minispec mq1型脈沖核磁共振儀德國Bruker公司;DC-3006型低溫恒溫水浴循環(huán)器寧波新芝儀器廠。

1.2實驗方法

1.2.1樣品制備在250 mL圓底燒瓶中裝入160 g不同質(zhì)量比的棕櫚硬脂(PS)和大豆油(SO)混合物(PS∶SO分別為9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5,wt%),置于90 ℃真空條件下脫水60 min,然后降溫至60 ℃,根據(jù)課題組的前期研究結(jié)果,加入油重8%(12.8 g)[7]的固定化脂肪酶Lipozyme TL IM進行反應(yīng),攪拌速率200 r/min。每隔20 min取樣一次,3 h后停止反應(yīng)。

1.2.2熔點測定法使用開口毛細管法AOCS Official Method Cc 3-25測定油脂熔點。

1.2.3甘三酯的測定油脂中甘三酯的定量分析采用高效液相色譜法(HPLC)。準確稱取30 mg樣品溶于30 mL三氯甲烷中,使用0.45 μm有機微孔濾膜過濾。然后收集濾液進行樣品HPLC分析。采用美國Dionex公司的高效液相色譜儀(Dionex SUMMIT),蒸發(fā)光散射檢測器(Alltech ELSD2000ES),Symnetry C18柱(4.6×150 mm,5 μm);流動相為體積比為50∶50的A和B混合液,其中A為乙腈,B為體積比為4∶5的正己烷和異丙醇,流速1.0 mL/min,保留時間35 min;檢測器溫度70 ℃,氮氣流量:1.8 L/min,柱溫25 ℃,進樣量為3 μL。每個油樣平行檢測三次,取平均值,甘三酯的含量單位為單位質(zhì)量油脂中所含甘三酯的質(zhì)量,g/g(%)。

1.2.4固體脂肪含量測定采用AOCS Cd16b-81法,利用德國Bruker公司脈沖式核磁共振儀Minispec測定。將油脂樣品放入專用核磁管中,油樣高度略高于管高1/2。在80 ℃下保溫30 min,使油脂充分融化,然后將樣品置于0 ℃下保溫90 min后測定0 ℃對應(yīng)的固體脂肪含量,接著將樣品依次放入10、20、30、35、40、45 ℃環(huán)境中分別保持30 min后測定對應(yīng)溫度下油脂的固體脂肪含量。

1.2.5晶型的測定使用X射線衍射法進行油脂晶型測定。測定前先將油樣置于24 ℃環(huán)境中保存48 h,然后取適量油樣均勻涂抹于檢測片上的圓孔內(nèi),在25 ℃環(huán)境下測定,工作電壓電流分別為40 kV和40 mA,掃描范圍為10～30 ℃,掃描步長0.02°,掃描速度為0.1 s/步,按以下公式計算晶型相對百分含量:

β=(iβ×100%)/(iβ+iβ′)

β′=(iβ′×100%)/(iβ+iβ′)

式中,iβ是表示短間距4.6 ?處對應(yīng)晶體衍射峰的面積,iβ′是表示短間距4.2 ?和3.8 ?處對應(yīng)衍射峰面積之和。

2　結(jié)果與分析

2.1酯交換反應(yīng)時間對油脂熔點的影響

油脂體系的熔點與其所含甘三酯的熔點相關(guān)。研究表明,三飽和甘三酯(SSS)熔點范圍在56～65 ℃,常溫下為固體,二飽和一不飽和甘三酯(SUS)熔點范圍在27～42 ℃,常溫下是固體,而在體溫范圍內(nèi)就會融化,一飽和二不飽和甘三酯(SUU)熔點范圍在1～23 ℃,三不飽和甘三酯(UUU)為液油的主要組成部分[10-11]。酶促酯交換反應(yīng)時,油脂的甘三酯結(jié)構(gòu)會隨反應(yīng)時間增加而變化,因此改變了油脂的熔點。完全酯交換反應(yīng)后油脂的甘三酯組成基本保持一致,油脂的熔點亦再無明顯變化。

從圖1可以看出,所有油脂樣品的熔點隨反應(yīng)時間的增加而降低,表明油脂的甘三酯組成發(fā)生了改變;反應(yīng)140 min后油脂的熔點隨反應(yīng)時間繼續(xù)延長而變化甚微。因此,下面研究中酯交換反應(yīng)時間均為140 min,此時,PS∶SO分別為9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5的酯交換油脂對應(yīng)的熔點為47.62、45.14、38.93、37.39和35.25 ℃,可用于制備不同熔點要求的油脂產(chǎn)品。

圖1　酶促酯交換反應(yīng)時間對混合油脂熔點的影響Fig.1　Effect of reaction time of enzymatic interesterification on the slip melting point of fats注:“5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1”表示棕櫚硬脂與大豆油質(zhì)量比。

2.2酯交換反應(yīng)前后油脂甘三酯組成的變化

油脂體系中最基本的結(jié)構(gòu)單元為甘三酯,當油脂中高熔點甘三酯含量較多時會導(dǎo)致油脂結(jié)晶緩慢,易形成大的晶體顆粒,導(dǎo)致口感蠟質(zhì)等。

表1　酯交換反應(yīng)前后油脂的甘三酯組成

注:“-”表示未檢出;當量碳數(shù)為甘三酯中鏈接的3個脂肪酸碳原子總數(shù)減去脂肪酸中雙鍵總數(shù)的二倍,如PLL的當量碳數(shù)為16+18+18-2×(2+2)=44,液相色譜中出峰的順序是根據(jù)當量碳數(shù)的大小依次出峰;M:豆蔻酸;P:棕櫚酸;S:硬脂酸;O:油酸:L:亞油酸;Ln:亞麻酸。

甘三酯的定性分析參考課題組之前的報道[12]。酯交換反應(yīng)前后油脂的甘三酯組成如表1所示。由表1可知,酯交換反應(yīng)后,油脂中PPP、LLL、PLL、PLO、PPL和POP的含量發(fā)生了明顯改變,其中PPP和LLL的含量均降低,如當PS∶SO為7∶3時,PPP的含量從反應(yīng)前的26.76%下降到反應(yīng)后的8.92%;PLL、PLO和PPL的含量均升高;而POP的含量除9∶1外均下降。

不同結(jié)構(gòu)的甘三酯可根據(jù)其含有的飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸個數(shù)分為四大類,分別為三飽和甘三酯(SSS)、二飽和一不飽和甘三酯(SUS)、一飽和二不飽和甘三酯(SUU)及三不飽和甘三酯(UUU)。圖2分析了酯交換反應(yīng)前后不同質(zhì)量比的混合油脂中四類甘三酯的含量變化。由圖2可知,反應(yīng)前,隨大豆油含量增加,混合油脂中SSS和SUS含量下降,UUU和SUU含量上升;而與反應(yīng)前相比,反應(yīng)后所有質(zhì)量比的混合油脂中SSS和UUU含量均下降,而SUS和SUU含量上升,這些變化將對油脂的其他物理性質(zhì)產(chǎn)生重大影響。

圖2　酯交換反應(yīng)前后油脂中四類甘三酯的含量Fig.2　The content of four types of triacylalycerols in the fats before and after interesterification

2.3酯交換反應(yīng)前后油脂固體脂肪含量(SFC)的變化

酯交換反應(yīng)前后油脂的SFC隨溫度變化曲線如圖3所示。由圖3可知,酯交換后油脂的SFC在10～30 ℃出現(xiàn)急劇下降,這些變化是由酯交換后油脂中含有大量在此溫度下液化的甘三酯引起的,而在0～10 ℃ SFC變化不大,這是因為反應(yīng)后,低熔點甘三酯即UUU含量下降,而中間熔點甘三酯(SUS和SUU)含量上升,在較低溫度時(10 ℃以下),呈液態(tài)的甘三酯含量減少而中間熔點的的甘三酯仍是固體狀態(tài),所以在10 ℃以下混合油脂SFC變化不大。此外,高熔點甘三酯SSS和低熔點甘三酯UUU含量下降,引起油脂的熔程變窄,使得溫度對混合油脂SFC的影響減小,為其提供較寬的塑性范圍,可有效提高產(chǎn)品的加工性能。

表2　酯交換反應(yīng)前后油脂的晶型

和SUS含量增加,導(dǎo)致油脂熔點和固體脂肪含量(SFC)均不同程度下降,從而可制備不同SFC要求的塑性脂肪產(chǎn)品。PS∶SO為7∶3、6∶4、5∶5的油脂酯交換后β′晶型含量增加,可用于生產(chǎn)性能優(yōu)良的人造奶油、速凍專用油脂等塑性脂肪。

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油脂SFC為15%～35%則有利于促進人造奶油的穩(wěn)定性,因此8∶2、7∶3、6∶4的酯交換油脂可用于制備人造奶油;40 ℃時SFC高達19.88%～21.62%的油脂可應(yīng)用于糕點制作,故9∶1的酯交換油脂滿足此要求。35～37 ℃接近人體溫度,此溫度下SFC與產(chǎn)品口感有關(guān)[13],因此要求油脂的SFC不宜過高。由圖3可知,與反應(yīng)前的油脂相比,35 ℃時酯交換油脂的SFC均顯著下降,可以改善加工產(chǎn)品的口感。

圖3　酯交換反應(yīng)前后油脂的固體脂肪含量Fig.3　SFC of the fats before and after interesterification注:“before”表酯交換反應(yīng)前,“after”表酯交換反應(yīng)后。

2.4酯交換反應(yīng)前后油脂晶型的變化

β和β′晶型是油脂的兩種主要晶型。對于大多數(shù)塑性脂肪,β′是理想晶型,因為該晶型尺寸細小,有較強的包裹空氣的能力,使油脂產(chǎn)品外觀光滑柔和,具有很好的口感及加工特性[14]。

酯交換反應(yīng)前后油脂的晶型變化如表2所示。當PS∶SO為9∶1和8∶2時,反應(yīng)后β晶型含量增加,而β′晶型含量下降,且β晶型增加量隨大豆油比例增加而減小;而7∶3、6∶4和5∶5的油脂酯交換反應(yīng)后β′晶型增多。人造奶油、速凍專用油脂等塑性脂肪的理想晶型為β′晶型,因此7∶3、6∶4、5∶5的酯交換油脂可用于制備性能更優(yōu)良的塑性脂肪。

3　結(jié)論

酶促棕櫚硬脂與大豆油酯交換反應(yīng)改變了油脂甘三酯的分子結(jié)構(gòu)及含量,其物理性質(zhì)亦隨之變化。當PS∶SO為9∶1、8∶2、7∶3、6∶4和5∶5時,完全酯交換后油脂的熔點分別為47.62、45.14、38.93、37.39和35.25 ℃,可為制備不同熔點要求的油脂產(chǎn)品提供依據(jù)。酯交換后,油脂中甘三酯PPP、LLL、POP、PPL、PLL、PLO含量發(fā)生明顯變化,其中PPP、LLL含量下降,PPL、PLL、PLO含量增加,而POP除9∶1外,其含量均下降;SSS和UUU型甘三酯含量減少,而SUU

Effect of enzymatic interesterification on triacylalycerols composition and their physical characteristics of palm stearin-based plastic fats

ZHAO Ya-li1,ZONG Min-hua1,LI Bing1,2,WU Hong1,2,*

(1.School of Food Science and Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China;2.Guangdong Province Key Laboratory for Green Processing of Natural Products and Product Safety,Guangzhou 510640,China)

The interesterification of palm stearin(PS)and soybean oil(SO)with different mass ratios(PS∶SO 9∶1,8∶2,7∶3,6∶4,5∶5,wt%)was catalyzed by immobilized lipase Lipozyme TL IM,and the triacylalycerols composition and their physical characteristics of corresponding fats before and after interesterification were investigated. The results showed that there is an obvious change in the triacylglycerol content of PPP,LLL,POP,PPL,PLL and PLO. The content of PPP and LLL decreased,while the content of PPL,PLL and PLO increased. For POP,its content decreased except in the case of mass ratio of 9∶1. The melting point and solid fat content(SFC)of interesterified fats decreased to a certain extent because of the declines of SSS and UUU content and the increases of SUU and SUS content,which enables these fats to be applied in producing plastic fats with different SFC requirements. When PS∶SO were 7∶3,6∶4,5∶5,the fat content withβ′ crystal increased after interesterification,which could offer ideal crystal for preparation of plastic fats,such as margarine and special fat for quick-frozen food.

enzymatic interesterification;palm stearin;soybean oil;triacylglycerol;physical characteristics

2015-11-09

趙亞麗(1990-),女,碩士研究生,研究方向:油脂加工,E-mail:yalizhao8@163.com。

吳虹(1971-),女,教授,研究方向:食品化工、生物化工,E-mail:bbhwu@scut.edu.cn。

廣東省科技計劃項目(2013B010404005);國家科技支撐計劃項目(2012BAD37B01);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費重點項目(2014ZZ0048)。

TS221

A

1002-0306(2016)12-0094-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.12.010