乳脂肪干法分提組分化學(xué)組成及熱力學(xué)特性

王筠鈉，李 妍，李 揚(yáng)，尹未華，張列兵,*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083；2.北京工商大學(xué)食品學(xué)院，北京 100048）

乳脂肪在乳中以脂肪球顆粒形式存在，呈高度乳化狀態(tài)，約占乳總量3%～5%，其中約含甘油三酯（triglyceride，TAG）（98±1）%、磷脂1%和人類必需游離脂肪酸（fatty acid，F(xiàn)A）、甾醇及脂溶性維生素等，是提供人體能量的高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1-2]。乳脂肪化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含不同性質(zhì)油脂成分。為獲取不同性質(zhì)脂肪、滿足不同乳制品需求，通常需將不同熔點(diǎn)下的固體脂以結(jié)晶形式從液體油中分離出來(lái)。乳脂肪分提方法主要有干法分提、溶劑分提、乳化分提等。干法分提是先讓油脂在控制條件下冷卻結(jié)晶，然后通過(guò)固液分離技術(shù)，將固脂與液油分離，是一種不附加其他措施及試劑的分離技術(shù)，較其他方法所得級(jí)分更為純凈[3-4]。

干法分提技術(shù)是在保持原有營(yíng)養(yǎng)特性基礎(chǔ)上可得到物理化學(xué)性質(zhì)不同的系列脂肪，進(jìn)而獲得更加豐富的下游衍生產(chǎn)品，充分展現(xiàn)了不同級(jí)分乳脂肪的功能特性。分提后的乳脂肪中低熔點(diǎn)級(jí)分可用于制備蛋撻稀奶油、咖啡伴侶等產(chǎn)品，中高熔點(diǎn)級(jí)分可制備攪打稀奶油、起酥油等，或作為填料添加[5]。Hartel[6]將乳脂肪分離成高、低熔點(diǎn)組分后進(jìn)行適當(dāng)組配，再通過(guò)添加其他所需成分，調(diào)整熔點(diǎn)、組織結(jié)構(gòu)和口感，調(diào)配出適于工業(yè)化生產(chǎn)的具有不同功能特性的系列乳脂肪，滿足了稀奶油、冰淇淋、糕點(diǎn)、奶酪、煉乳等不同產(chǎn)品所需。干法分提拓寬了乳脂肪應(yīng)用范圍，豐富了乳制品市場(chǎng)，為乳品工業(yè)發(fā)展開辟了新途徑。

目前相比國(guó)外，我國(guó)人口多、奶源少，干法分提受原料來(lái)源、分提技術(shù)和加工成本等多因素制約，分提研究與應(yīng)用仍多停留在對(duì)棕櫚油、椰子油等植物油上，而對(duì)乳脂肪研究甚少[7]。

本實(shí)驗(yàn)采用逐級(jí)升溫方式進(jìn)行乳脂肪干法分提，獲得了不同熔點(diǎn)組分，分析研究干法分提對(duì)乳脂肪理化性質(zhì)的影響，并比較各組分間化學(xué)組成、熱力學(xué)性質(zhì)、結(jié)晶特性等差異，力求為乳脂肪工業(yè)化加工及生產(chǎn)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

乳脂肪（含脂99.99%） 新西蘭恒天然有限公司；混合FA甲酯標(biāo)準(zhǔn)品（色譜純） 中國(guó)Sigma有限公司；正己烷、氯仿、甲醇、乙腈（HPLC級(jí)） 北京迪馬試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GCMS-QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（配有NIST數(shù)據(jù)庫(kù)）、AOC-5000自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)、LabX XRD-6000X X射線晶體衍射（X-ray diffraction，XRD）儀 日本島津公司；1290-6460超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀美國(guó)安捷倫公司；CR7N冷凍離心機(jī) 日本日立公司；Q2000差示掃描量熱儀（differential scanning calorimeter，DSC） 美國(guó)TA公司。

1.3 方法

1.3.1 乳脂肪分提工藝

乳脂肪干法分提熔化溫度范圍10～40 ℃，針對(duì)乳脂肪理化性質(zhì)及其FA組成特性，采用逐級(jí)升溫方式進(jìn)行分提，溫度設(shè)置為（20±1）、（30±1）、（40±1）℃三個(gè)梯度，所得分提級(jí)分為L(zhǎng)20、L30、L40、S40，工藝流程見圖1。

圖1 乳脂肪逐級(jí)干法分提工藝流程Fig. 1 Flow char for multi-step dry fractionation of milk fat

乳脂肪放入－18 ℃冰箱冷凍，取出，加熱到10 ℃，保持30 min，然后置于20 ℃恒溫箱熔化平衡24 h，以3 000 r/min離心30 min，得到液體油L20和固體脂S20；然后將S20繼續(xù)升溫至30 ℃，同樣熔化平衡24 h，離心分離得到L30和S30，以此類推得到L40和S40。

1.3.2 FA分析

根據(jù)GB 5413.27—2010《嬰幼兒食品和乳品中脂肪酸的測(cè)定》對(duì)乳脂肪樣品進(jìn)行甲酯化，過(guò)0.2 μm有機(jī)濾膜，進(jìn)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析。色譜條件：DB-WAX毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：起始溫度40 ℃，保持3 min，先以5 ℃/min升溫至120 ℃，再以10 ℃/min升溫至200 ℃，保持13 min；進(jìn)樣口及離子源溫度200 ℃；載氣（He）流速1.6 mL/min，不分流進(jìn)樣；質(zhì)量掃描范圍m/z 35～500；溶劑延遲2 min。

1.3.3 TAG分析

1.3.3.1 樣品前處理

取0.2 mL冰乙酸加入到120 mL乙腈和80 mL異丙醇混合溶液中，制成酸化液。取5 mg乳脂肪樣品溶解于1 mL氯仿中，制成乳脂肪氯仿液；吸取乳脂肪氯仿液0.1 mL，用酸化液定容至10 mL，充分振蕩混勻，備用。同法配制5 mg/mL FA甘油酯標(biāo)準(zhǔn)液。

1.3.3.2 超高效液相色譜條件

流動(dòng)相A為冰乙酸-乙腈（1∶9，V/V）混合液；流動(dòng)相B為冰乙酸-異丙醇（1∶9，V/V）混合液；選用Angela C18柱（2.1 mm×100 mm，3 μm），柱溫60 ℃。

洗脫條件：用40% B-60% A洗脫1～2 min，用55% B-45% A洗脫3.5～4.5 min，再用40% B-60%A洗脫4.6～5 min并維持1 min，進(jìn)樣量5 μL，流速0.3 mL/min。

1.3.3.3 質(zhì)譜條件

質(zhì)譜儀參數(shù)：掃描模式為MS2Scan母離子掃描，m/z 400～1 200，裂解電壓10 V。子離子m/z 100～母離子，裂解電壓10 V，碰撞能量30 eV。

1.3.3.4 分析方法

TAG組成確定后，從完整的質(zhì)子掃描的色譜圖中提取各TAG [M＋NH4]＋的m/z離子流，積分各單一m/z的提取離子流。

1.3.4 熱力學(xué)性質(zhì)分析

采用DSC分析樣品非等溫結(jié)晶-熔化熱力學(xué)性質(zhì)。溫控程序?yàn)椋簩悠飞郎刂?0 ℃消除歷史結(jié)晶，以5 ℃/min降溫至－20 ℃，保持2 min后，以5 ℃/min升溫至50 ℃，記錄結(jié)晶和熔化過(guò)程的熱力學(xué)曲線。

1.3.5 晶型分析

XRD用于研究TAG同質(zhì)多晶現(xiàn)象。樣品25 ℃恒溫48 h，在25 ℃測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)。X光管為陶瓷型，光管功率2.2 kW，使用帶有Ni濾光鏡的Cu-Ka放射源（k=1.540 56 ?），電壓和電流分別設(shè)定為40 kV和40 mA，發(fā)射狹縫、防反射狹縫、接受狹縫分別固定在1.0、1.0 mm和0.1 mm。2θ角掃描速率2.0°/min，步長(zhǎng)0.02°，范圍10.0°～30.0°。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用IBM SPSS Statistics 20（SPSS Inc, IL）進(jìn)行單因素方差分析。數(shù)據(jù)平均值兩兩比較，分析差異顯著性（P＜0.05）。所有數(shù)據(jù)（n=3）均采用均以 ±s表示。運(yùn)用Origin 8.0統(tǒng)計(jì)軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，Prism 7.03繪制熱圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳脂肪及其分提組分FA分析

按1.3.1節(jié)分提工藝，將原始乳脂肪分提為4 個(gè)組分：低熔點(diǎn)組分L20、中熔點(diǎn)組分L30和L40、高熔點(diǎn)組分S40，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法進(jìn)行FA種類及含量分析，結(jié)果見表1。

表1 乳脂肪及其分提組分FA種類及相對(duì)含量Table 1 Fatty acid composition of milk fat and its fractions%

從表1可以看出，不論分提級(jí)分如何小，每個(gè)組分依然是由不同鏈長(zhǎng)飽和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA）和不飽和脂肪酸（unsaturated fatty acid，USFA）構(gòu)成的混合物，F(xiàn)A成分相近、比例不同，因此保持了組分整體相似性。TAG可分解為一分子甘油與三分子FA，其熔點(diǎn)受3 條FA碳鏈長(zhǎng)度及不飽和程度影響，因此，TAG熔點(diǎn)是不同鏈長(zhǎng)FA共同作用的結(jié)果[8-9]。例如，TAG各碳鏈FA熔點(diǎn)：C14:054.4 ℃、C16:062.9 ℃、C18:069.6 ℃、C18:116.3 ℃、C18:2－5 ℃，不難看出在相同飽和度下，碳鏈越長(zhǎng)，熔點(diǎn)越高，在相同碳鏈長(zhǎng)度下，飽和度越高，則熔點(diǎn)也就越高。此分提過(guò)程主要基于乳脂肪中各個(gè)甘三酯熔點(diǎn)差異，而單個(gè)FA熔點(diǎn)僅起到間接作用[10]。

各分提組分（L20～S40）隨著分提溫度的升高，分提熔點(diǎn)也依次升高。從FA飽和程度來(lái)看，SFA含量呈遞增而USFA呈遞減趨勢(shì)。與原始乳脂肪相比，L20中總SFA由80.14%降至70.72%，總USFA由17.86%升至29.28%，所以L20熔點(diǎn)較乳脂肪低。而S40中的SFA比例C16:0和C18:0分別升至29.24%和15.00%，C18:1、C18:2和C18:3分別降至6.09%、0.44%、0.23%，SFA上升，USFA下降，S40熔點(diǎn)相對(duì)較高。

從碳鏈長(zhǎng)度來(lái)看，L20短中鏈SFA（C6:02.67%、C8:02.64%、C10:06.32%、C14:016.34%）和長(zhǎng)鏈USFA（C18:119.84%、C18:24.36%、C18:31.76%）含量高，而長(zhǎng)鏈SFA（C16:029.24%、C18:015.0%）含量較低。與之相反，S40短中鏈SFA（C6:00.91%、C8:00.55%、C10:05.47%、C14:015.90%）和長(zhǎng)鏈USFA（C18:16.09%、C18:20.44%、C18:30.23%）較少，長(zhǎng)鏈SFA（C16:029.24%、C18:015.0%）最高。結(jié)果表明總體趨勢(shì)是短鏈SFA和USFA主要存在于液體油部分，而長(zhǎng)鏈SFA保留在固體脂結(jié)晶部分，這些發(fā)現(xiàn)與Grail等[11]獲得的結(jié)果相一致。

2.2 乳脂肪及其分提組分熱圖分析

乳脂肪是天然TAG最復(fù)雜的混合物之一，TAG含量約占乳脂肪的97%～99%，其理化性質(zhì)是決定黃油、稀奶油等乳脂制品性能及品質(zhì)的關(guān)鍵[12]。Himawan等[13]通過(guò)對(duì)油脂結(jié)晶熱、動(dòng)力學(xué)方面研究指出，TAG中FA組成與位置差異會(huì)在脂肪熔化與結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生不同的位阻，影響結(jié)晶特性[14]；TAG中碳鏈長(zhǎng)短和不飽和度也會(huì)影響結(jié)晶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和結(jié)晶速率，因此相比FA，TAG的結(jié)構(gòu)組成對(duì)脂肪理化性質(zhì)影響更為重要。TAG按相對(duì)分子質(zhì)量大小分為：小分子質(zhì)量TAG（碳原子數(shù)26～34）范圍498～610；中分子質(zhì)量TAG（碳原子數(shù)35～40）范圍624～694；大分子質(zhì)量TAG（碳原子數(shù)41～56）范圍708～918[15]。

對(duì)乳脂肪及其分提組分使用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用進(jìn)行TAG定性定量分析，因其種類繁多，所以只選取樣品中共有的且含量較高的TAG進(jìn)行熱圖匯總分析，用顏色漸變方式表示TAG含量變化，以便直觀看出，見圖2。

圖2 乳脂肪及其分提組分TAG熱圖Fig. 2 Heat map of TAGs in milk fat and its fractions

由圖2可知，逐級(jí)升溫分提使得高熔點(diǎn)組分和低熔點(diǎn)組分的TAG含量之間存在顯著差異（P＜0.05）。乳脂肪含飽和TAG（C36:0～C52:0）較多、不飽和TAG（C32:1、C38:1、C46:1）較少，L20含較多短中鏈SFA（C32:0、C36:0）及長(zhǎng)鏈USFA（C50:1、C50:2、C52:1）組成的TAG。隨著分提溫度升高，S40中USFA（C32:1、C46:1～C46:3）及短鏈SFA（C36:0～C38:0）減少，而長(zhǎng)鏈SFA（C40:0～C52:0）提高。

研究表明，含C32:1～C38:1FA鏈TAG易形成α晶型，但α晶型僅能存在較短時(shí)間，爾后便迅速轉(zhuǎn)變?yōu)棣隆?。飽和TAG可促進(jìn)β晶型形成，而β晶型要求甘油1,3位上兩條碳鏈整體差異較小，一般由C16:0和C18:0FA組成[16]，本實(shí)驗(yàn)滿足該結(jié)構(gòu)要求的TAG為C52:0。β’晶型相比β晶型而言，晶體呈針狀且細(xì)膩，可提高產(chǎn)品光滑性和空氣包裹能力，使稀奶油具有更好可塑性和涂抹性。

另外，長(zhǎng)鏈SFA有利于促成高熔點(diǎn)TAG，短鏈SFA傾向形成低熔點(diǎn)組分TAG。Ramadan等[17]報(bào)道稱這種趨勢(shì)反映了高熔點(diǎn)飽和TAG相對(duì)于低熔點(diǎn)不飽和TAG更易結(jié)晶。高熔點(diǎn)TAG，如三飽和TAG（StStP、PPP和StStSt），單不飽和TAG（StStO和OOPo）會(huì)因溫度往復(fù)變化提供驅(qū)動(dòng)力而聚集形成顆粒較大晶體。當(dāng)貯存溫度高時(shí)，低熔點(diǎn)TAG熔化，而此時(shí)高熔點(diǎn)TAG仍處于晶體狀態(tài)，使得這些分子的晶體遷移并聚集形成大的晶體[18-19]。本實(shí)驗(yàn)中FA和TAG的化學(xué)組成結(jié)果表明，干法分提改變了乳脂肪各組分化學(xué)組成，從而相應(yīng)改變了它們物理性質(zhì)。

2.3 乳脂肪及其分提組分結(jié)晶-熔化熱力學(xué)特性分析

FA和TAG組成顯著影響脂肪結(jié)晶和熔化特性。在實(shí)際加工過(guò)程中，如稀奶油降溫熟化，人造奶油急冷捏合，巧克力調(diào)溫膨化都是在非等溫條件下進(jìn)行，因此就優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)和有效控制產(chǎn)品質(zhì)量而言，采用DSC非等溫模型，能有效反映脂肪結(jié)晶和熔化過(guò)程中的相變溫度和焓值[20]，對(duì)其熱力學(xué)行為提供數(shù)據(jù)支持。

各乳脂結(jié)晶-熔化曲線所對(duì)應(yīng)峰值和熱焓見表2。結(jié)晶峰的出現(xiàn)說(shuō)明體系有結(jié)晶相變潛熱發(fā)生，即乳脂肪在峰值溫度下由液油相轉(zhuǎn)變?yōu)楣讨鄷r(shí)會(huì)放出熱。反之，熔化峰說(shuō)明體系有熔化相變潛熱發(fā)生，即乳脂肪在峰值溫度下由固脂相轉(zhuǎn)變?yōu)橐河拖鄷r(shí)會(huì)吸熱，相變熱絕對(duì)值越大，表明體系熱容量越大。

圖3 顯示乳脂肪按逐級(jí)分提方式分成的4 個(gè)組分L20、L30、L40、S40，熔點(diǎn)溫度依次升高。如圖3A所示，隨著溫度降低，S40最先結(jié)晶（19.4 ℃），接著L40（14.88 ℃）、乳脂肪（13.23 ℃）、L30（8.62 ℃）、L20（7.99 ℃）依次結(jié)晶，這充分說(shuō)明分提組分S40、L40、L30、L20中高熔點(diǎn)組分依次減少，低熔點(diǎn)組分依次增多。S40、L40、乳脂肪均有3 個(gè)放熱峰，兩端大，中間小，各峰值溫度S40＞L40＞乳脂肪（P＜0.05），說(shuō)明S40、L40與乳脂肪相比含更多高熔點(diǎn)組分，所以結(jié)晶峰值溫度提高，放熱焓增大[21]。

S40、L40、乳脂肪曲線第1個(gè)高溫放熱峰面積均小于最后一個(gè)低溫放熱峰面積，這是因?yàn)殡S著溫度不斷降低，過(guò)冷度增大，大量低熔點(diǎn)組分迅速結(jié)晶，故出現(xiàn)較大放熱峰，結(jié)晶峰變寬。由于分子鏈并入晶格需要一定的豫遲時(shí)間，導(dǎo)致脂肪結(jié)晶滯后于降溫過(guò)程，同時(shí)低溫造成體系黏度增加，限制傳熱傳質(zhì)，使分子鏈活動(dòng)能力降低，從而阻止TAG重排形成最穩(wěn)定晶型，所以此時(shí)形成的晶體松散且不穩(wěn)定[22]。

從圖3B熔化曲線看出，L20和L30分別在9～10、10～18 ℃和19～28 ℃三個(gè)熔化峰，熔化溫度跨度0～28 ℃，體系熔化相變潛熱較小，熱容量小，溫度升高，固脂很快轉(zhuǎn)變成液油。乳脂肪、L40和S40在6～10 ℃起峰，10～16 ℃為中溫峰，20～45 ℃為高溫吸熱峰，熔化溫度跨度－5～45 ℃，體系熔化相變潛熱較高，固脂向液油轉(zhuǎn)變較為緩慢，乳脂有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。這是因?yàn)長(zhǎng)20和L30含較多低熔點(diǎn)TAG，所以脂肪結(jié)晶大部分在14 ℃附近熔化，L40和S40含較多高熔點(diǎn)TAG，則大部分在30 ℃附近熔化。L20～S40，吸熱峰值溫度和吸熱焓不斷遞增，說(shuō)明分提溫度越高，所得乳脂肪組分熔點(diǎn)就越高，高溫熔化時(shí)所需熱能就大。

L40在34.29 ℃處吸熱峰可能對(duì)應(yīng)POP TAG（β晶型，熔點(diǎn)～35 ℃），S40在38.64 ℃處吸熱峰可能對(duì)應(yīng)StStSt TAG（β晶型，熔點(diǎn)～39 ℃）。同時(shí)，圖3中發(fā)現(xiàn)同質(zhì)多晶現(xiàn)象的存在導(dǎo)致吸熱溫度相對(duì)于放熱峰溫度滯后，結(jié)晶和熔化曲線無(wú)法完全對(duì)應(yīng)。造成這種現(xiàn)象的原因有：1）脂肪TAG組成千差萬(wàn)別，含三飽和FA鏈TAG的熔點(diǎn)比多飽和、單飽和、多不飽和FA鏈TAG熔點(diǎn)高。兩種或多種TAG同時(shí)熔化可能產(chǎn)生寬峰相互重疊；2）乳脂肪無(wú)絕對(duì)熔點(diǎn)，因?yàn)樗刹煌埸c(diǎn)TAG多晶型組合而成[23]。Fatouh等[24]提出乳脂的DSC熔化曲線中3 個(gè)吸熱峰是由熔點(diǎn)不同的TAG分別熔化所形成的，結(jié)合分子質(zhì)量與熔點(diǎn)關(guān)系，可認(rèn)為這3 個(gè)吸熱峰分別與小分子質(zhì)量TAG、中等分子質(zhì)量TAG、大分子質(zhì)量TAG有關(guān)。隨著溫度升高，脂肪晶體在此過(guò)程中不斷熔化、重結(jié)晶再熔化，TAG具有多種結(jié)晶構(gòu)象或晶型，其中熱穩(wěn)定性較差的晶型首先在加熱時(shí)熔化，剩余TAG將重新排列并重結(jié)晶成更穩(wěn)定的晶型，在更高溫度下熔化[25]。

此結(jié)晶-熔化DSC曲線對(duì)攪打稀奶油工藝配方設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。通常，攪打稀奶油打發(fā)前在4～5 ℃冰箱中貯存，打發(fā)時(shí)從冰箱取出，在打發(fā)過(guò)程中，由于環(huán)境溫度高于冰箱溫度造成熱傳遞和脂肪球碰撞造成摩擦生熱，致使稀奶油溫度會(huì)自然升溫至10 ℃左右，所以若DSC曲線在5～10 ℃出現(xiàn)熔化峰，說(shuō)明此溫度范圍內(nèi)有相變潛熱，攪打稀奶油為液油與固脂共存狀態(tài)，利于稀奶油打發(fā)；若在15～30 ℃還有第2峰，說(shuō)明此時(shí)又有另一個(gè)相變潛熱發(fā)生，體系依然保持液油與固脂共存狀態(tài)，使打發(fā)后的稀奶油裱花在此溫度范圍內(nèi)貯存時(shí)，花紋既潤(rùn)澤又不塌陷，保持足夠硬度和力挺性；反之，若20 ℃以上無(wú)峰，說(shuō)明打發(fā)后的稀奶油裱花室溫貯存時(shí)會(huì)發(fā)生稀塌變形。

2.4 乳脂肪及其分提組分特征晶型分析

TAG有3 種晶型：α、β’和β型，三者熔點(diǎn)及穩(wěn)定性由低到高分別為α六方晶系（65 ℃）＜β’正交晶系（70 ℃）＜β三斜晶系（72 ℃）[26]。α晶型極不穩(wěn)定，結(jié)晶初期易迅速轉(zhuǎn)化成β’晶型，固液分離時(shí)不易過(guò)濾；β’晶型能形成精細(xì)的晶體網(wǎng)絡(luò)包裹大量液態(tài)油，使稀奶油產(chǎn)品質(zhì)地細(xì)膩，是最理想的晶型；而β晶型晶粒緊密粗大，包裹液油的能力較β’差，并會(huì)降低攪打稀奶油產(chǎn)品起泡性和打發(fā)性，產(chǎn)品表面粗糙起砂[27]。

XRD短間距反映脂肪的同質(zhì)多晶型，4.15 ?附近的強(qiáng)衍射峰對(duì)應(yīng)α晶型；3.8 ?和4.2 ?附近的強(qiáng)衍射峰對(duì)應(yīng)β′晶型；4.6 ?附近的強(qiáng)衍射峰對(duì)應(yīng)β晶型。而長(zhǎng)間距反映晶體堆積方式的層間排列，對(duì)稱型單不飽和TAG傾向于以3 倍鏈長(zhǎng)（3L）結(jié)構(gòu)堆積，其穩(wěn)定晶型為兩種β晶型（β2、β1）；三飽和TAG傾向于以二倍鏈長(zhǎng)（2L）結(jié)構(gòu)堆積，其穩(wěn)定晶型主要為β′型[28]。為研究L20、L30、L40和S40脂肪同質(zhì)多晶現(xiàn)象，對(duì)它們進(jìn)行長(zhǎng)間距和短間距XRD測(cè)定，結(jié)果見圖4。

圖4 乳脂肪及其分提組分XRD短間距（A）和長(zhǎng)間距（B）Fig. 4 X-ray Diffractograms for short (A) and long (B) spacings of milk fat and its fractions

如圖4A所示，在室溫（25 ℃）條件下，過(guò)冷度較小導(dǎo)致L20呈液態(tài)油狀無(wú)法結(jié)晶，因此無(wú)任何衍射峰出現(xiàn)。L30結(jié)晶程度較低，在3.81、4.24 ?只有十分微弱β’衍射峰，表明L30有微量β′晶型，這可能是因?yàn)橐河秃扛叨蓴_晶體衍射，微量α晶型短暫存在于L30體系中，隨即變?yōu)棣隆?。乳脂肪、L40、S40在3.81、4.12、4.24 ?處均有較強(qiáng)衍射峰，乳脂肪在4.58 ?處衍射峰微弱，說(shuō)明乳脂肪含β晶型少，是以β′為主的α、β’混晶；L40和S40在4.58 ?處有強(qiáng)度較低的衍射峰，說(shuō)明它們已發(fā)生由亞穩(wěn)定β’轉(zhuǎn)向穩(wěn)定β，是以β’為主導(dǎo)的α、β’和β混晶，這與Sabariah等報(bào)道一致[29]。

乳脂肪衍射峰強(qiáng)度整體較S40、L40弱，說(shuō)明乳脂肪同質(zhì)多晶程度較S40、L40低。這種同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變與2.2節(jié)所述不同熔點(diǎn)TAG的遷移和聚集密切相關(guān)。結(jié)晶過(guò)程中，油脂體系自由度減小，油脂分子運(yùn)動(dòng)緩慢，形成穩(wěn)定晶格需要一定時(shí)間，3 種晶型之間由α型向β型轉(zhuǎn)化是一個(gè)ΔG小于0的自發(fā)趨勢(shì)，受溫度和結(jié)晶速率影響，只能加速或延緩而不能阻止該趨勢(shì)發(fā)展。其中，α→β’轉(zhuǎn)化迅速，而β’→β轉(zhuǎn)化較為緩慢[30]。

由相同或相似FA碳鏈構(gòu)成的TAG傾向形成2L結(jié)構(gòu)，而不對(duì)稱碳鏈的TAG傾向形成3L結(jié)構(gòu)。在41 ?附近長(zhǎng)間距衍射峰對(duì)應(yīng)14 ?附近折射峰表示晶體結(jié)構(gòu)以2L方式堆積，而61 ?長(zhǎng)間距衍射峰對(duì)應(yīng)31 ?附近折射峰表示其以3L方式堆積，此時(shí)因受儀器2θ角限制，61 ?附近衍射峰未測(cè)到[11]。

從圖4B可以看出，各組分在長(zhǎng)間距40.76 ?處均出現(xiàn)極強(qiáng)衍射峰，且在13.49 ?處出現(xiàn)對(duì)應(yīng)折射峰，表明這些組分均有典型的2L結(jié)構(gòu)。同時(shí)，僅乳脂肪、L40、S40在長(zhǎng)間距29.44 ?處出現(xiàn)低強(qiáng)度折射峰，表明其晶體結(jié)構(gòu)為2L和3L排布混晶，與L20、L30相比，高熔點(diǎn)組分L40、S40中TAG的層間包埋狀態(tài)發(fā)生改變，這進(jìn)一步說(shuō)明TAG晶體尺寸及TAG分子鏈與基面的夾角發(fā)生了改變。由此可推斷出隨著分提溫度升高，L40與S40的形成與其體系中高熔點(diǎn)TAG從2L的β′晶型向2L/3L鏈長(zhǎng)排布的β’/β同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變密切相關(guān)。脂肪中3L SFA構(gòu)成的TAG，尤其是StStSt的含量若高于2%，則高熔點(diǎn)脂肪晶體將導(dǎo)致產(chǎn)品口感粗糙；而長(zhǎng)鏈單USFA和中鏈SFA構(gòu)成的混合TAG不僅能賦予產(chǎn)品所需剛性結(jié)構(gòu)，還能避免產(chǎn)品沙粒感[31-32]。TAG同質(zhì)多晶現(xiàn)象受乳脂肪體系混亂度、冷卻溫度及速率、TAG中長(zhǎng)鏈SFA含量及分布位置等受諸多因素影響，若添加部分乳化劑，作為“晶體結(jié)構(gòu)改良劑”或“同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)換抑制劑”在塑性脂肪中與TAG共晶，可阻止或抑制同質(zhì)多晶現(xiàn)象發(fā)生[33]。

3 結(jié) 論

乳脂肪常用于黃油、稀奶油和干酪等高脂乳制品，對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性產(chǎn)生重要影響，為了解乳脂肪及其各干法分提組分微觀結(jié)構(gòu)和宏觀理化特性之間關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)影響乳脂肪理化性質(zhì)的內(nèi)因主要有FA、TAG結(jié)構(gòu)組成及含量、熱力學(xué)性質(zhì)、晶體形態(tài)和同質(zhì)多晶現(xiàn)象等。隨著分提溫度升高，高熔點(diǎn)組分中，長(zhǎng)鏈SFA含量較高，而短、中鏈SFA和長(zhǎng)鏈USFA含量較低，即對(duì)應(yīng)高熔點(diǎn)TAG中，飽和TAG含量較高，不飽和及短鏈TAG含量低。而低熔點(diǎn)組分FA和TAG含量與之相反。高熔點(diǎn)組分DSC結(jié)晶和熔化溫度較高，相變潛熱大，相變峰出現(xiàn)位置是液油與固脂共存溫度，在此溫度下有利于攪打稀奶油打發(fā)和貯存。XRD研究表明，常溫下高熔點(diǎn)組分是以β’晶型為主導(dǎo)的混晶，且為2L和3L混排，而低熔點(diǎn)組分常溫下無(wú)結(jié)晶，僅有2L排布。綜上所述，脂肪飽和程度越高，其熔點(diǎn)就越高，則生成的晶體穩(wěn)定性越高硬度越大，結(jié)晶和熔化過(guò)程所需熱焓也就越大，適于制備對(duì)硬度要求較高的產(chǎn)品。通過(guò)分析不同熔點(diǎn)組分乳脂肪的理化性質(zhì)差異有助于更好地理解和控制乳脂肪及其下游衍生產(chǎn)品的理化特性，為乳制品原料油選擇和新產(chǎn)品開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。