延邊黃牛液態(tài)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(xué) 農(nóng)學(xué)院,吉林 延吉 133002;2.錫林郭勒職業(yè)學(xué)院,內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000)

延邊黃牛是中國(guó)5大地方良種牛之一,地域特色鮮明[1]。其肉質(zhì)軟嫩適口,味道鮮美,可媲美日本和牛和韓國(guó)韓牛,在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)享有較高的聲譽(yù)。延邊黃牛脂中含脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)、膽固醇等多種成分,其中,脂肪酸是牛脂的主要營(yíng)養(yǎng)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(shù)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(jìn)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(dòng)[5-6]。此外,牛脂中還含有磷脂、甾醇、生育酚等脂質(zhì)伴隨物,這些物質(zhì)與生長(zhǎng)發(fā)育、維持正常生理功能有密切關(guān)系[7]。食用牛脂口感細(xì)膩、風(fēng)味獨(dú)特,具有不可替代的特殊香味[8-9],常被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè),如牛肉味調(diào)味料、牛油火鍋底料、牛油基起酥油等[10-11]。

近年來,動(dòng)物油脂的分提成為人們研究的熱點(diǎn)。延邊黃牛脂常溫下為固態(tài),其熔點(diǎn)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(dòng)脈硬化、冠心病等健康問題,不適合作為直接食用油脂。液態(tài)牛油的分提是根據(jù)油脂中的各種甘油三酯不同的熔點(diǎn),控制其冷卻速率,把牛脂分成固、液2部分,實(shí)現(xiàn)降低分離后液態(tài)牛油的熔點(diǎn)及飽和脂肪酸的相對(duì)含量。拓寬牛脂的應(yīng)用范圍,有利于開發(fā)新的牛油產(chǎn)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(tài)牛油催化劑的污染。

微膠囊技術(shù)是將固、液或氣體物質(zhì)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(yíng)養(yǎng)的一種新型技術(shù)。簡(jiǎn)單來說,微膠囊技術(shù)就是對(duì)于不同的芯材,根據(jù)其特有的用途,選擇合適的單一或者復(fù)合的壁材進(jìn)行包裹[12-13]。一些物質(zhì)經(jīng)微膠囊化后,能夠以微細(xì)狀態(tài)的芯材形式被儲(chǔ)存并且在需要時(shí)釋放出來,其顏色、外形、耐熱性、溶解性、體積、質(zhì)量等都不會(huì)發(fā)生改變[14]。這些性質(zhì)使得微膠囊技術(shù)能夠在食品工業(yè)中發(fā)揮重要作用。目前,微膠囊技術(shù)是一種已獲得世界最高組織認(rèn)可的新型技術(shù),其可以廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工等領(lǐng)域,使功能性物質(zhì)得到有效利用,具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,但相關(guān)牛油的微膠囊化研究甚少。

液態(tài)牛油不飽和脂肪酸含量高,容易氧化。液態(tài)牛油微膠囊化后與外部環(huán)境隔絕,延緩氧化速率,穩(wěn)定性強(qiáng),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(tài)牛油。利用最優(yōu)條件分提液態(tài)牛油并進(jìn)行微膠囊化,以期牛油微膠囊為食用油脂生產(chǎn)加工及保存等方面的廣泛應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛油(實(shí)驗(yàn)室自制),海藻酸鈉,明膠B型,轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(均為食品級(jí)),氘代氯仿-d(純度99.8%)+0.03%(v/v)TMS(均購(gòu)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(shè)備

高速分散均質(zhì)機(jī)(FK-FSH-2A,常州萬科儀器有限公司),真空冷凍干燥機(jī)(FD-1C-50,北京博醫(yī)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(guó)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(zé)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(yīng) 3 min,冷卻,再加入2 mL體積分?jǐn)?shù)14%的BF3甲醇溶液繼續(xù)在95 ℃條件下反應(yīng)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(jīng)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(zhuǎn)移至直徑為3 mm的玻璃核磁管中進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試條件:頻率500.13 MHz;光譜寬度10 000 HZ;掃描次數(shù)16次;數(shù)據(jù)采集時(shí)間3.276 8 s;脈沖寬度10 ppm;弛豫時(shí)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(zhǎng)于各條件結(jié)晶生成時(shí)間,根據(jù)牛油中構(gòu)成牛油的甘油三酯的熔點(diǎn)差異及溶解度不同,試驗(yàn)得到固體脂肪得率和液體油得率。每一樣品進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。

1.6 牛油微膠囊化

1.6.1 牛油微膠囊的制備

分別制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的明膠和海藻酸鈉溶液(明膠與海藻酸鈉的質(zhì)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(jìn)行第1次均質(zhì)乳化,然后加入明膠溶液進(jìn)行第2次均質(zhì)乳化得到水包油乳液,2次均質(zhì)速度均為10 000 r/min。使用10%冰乙酸溶液調(diào)節(jié)乳液pH值為4.25時(shí)進(jìn)行復(fù)凝聚反應(yīng),反應(yīng)條件為45 ℃、600 r/min,9 min。復(fù)凝聚反應(yīng)結(jié)束后將體系降溫至10 ℃以下維持20 min進(jìn)行凝膠,每5 min攪拌1次。凝膠結(jié)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(diào)節(jié)pH值為6,加入1.28 g轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(TG酶)低溫固化處理,固化溫度15 ℃,固化時(shí)間2 h。固化結(jié)束后,經(jīng)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(yù)冷12 h后經(jīng)真空冷凍干燥機(jī)(-50 ℃、1 Pa)冷凍干燥得到牛油微膠囊產(chǎn)品。

1.6.2 牛油微膠囊的水分含量測(cè)定

準(zhǔn)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(fù)上述干燥操作,直到最后2次所測(cè)的樣品重量差小于1 mg,所得到稱重前后微膠囊產(chǎn)品的質(zhì)量差即為水分含量。每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。

1.6.3 牛油微膠囊的堆積密度測(cè)定

準(zhǔn)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(dòng)使微膠囊粉末自然下沉,測(cè)定體積,并計(jì)算單位體積微膠囊的質(zhì)量即微膠囊的堆積密度。每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。

1.6.4 牛油微膠囊的流動(dòng)性測(cè)定

準(zhǔn)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(gè)樣品進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。測(cè)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(cè)定

已知微膠囊的水分含量B,準(zhǔn)確稱量微膠囊質(zhì)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(zhuǎn)入50 mL離心管中。將上述離心管置于離心機(jī)中,以4 000 r/min離心10 min,傾去上清液,重復(fù)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(zhì)量的蒸發(fā)皿中,置于105 ℃烘箱中烘至恒重。

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

1.6.6 牛油微膠囊的包埋率測(cè)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(guān)鍵指標(biāo)。

1.6.7 牛油微膠囊的表面含油量測(cè)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(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干溶劑,65 ℃烘箱中烘干至恒重,冷卻稱重(m2)。每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。微膠囊表面油含量的計(jì)算公式為:

1.6.8 牛油微膠囊的樣品總油含量測(cè)定

索氏抽提法[16]:按照GB 5009.6-2016《食品中脂肪的測(cè)定》的第1法執(zhí)行,并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?/p>

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(nèi)(M1)。以無水乙醚作溶劑開始進(jìn)行索氏抽提。抽提結(jié)束以后,將濾紙包取出,65 ℃烘箱中烘干至恒重,稱重(M2)。每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。微膠囊樣品總油含量的計(jì)算公式為:

1.7 氧化穩(wěn)定性和貨架期測(cè)定

采用OXITEST法對(duì)油脂及其凝膠(準(zhǔn)確稱取10 g)進(jìn)行分析,純氧壓力0.6 Mpa,90 ℃恒溫,使用2個(gè)不同的反應(yīng)室做重復(fù)試驗(yàn)。氧化穩(wěn)定性通過誘導(dǎo)期(IP)值反映。對(duì)油脂及其凝膠在3種不同溫度(70,80,90 ℃)下進(jìn)行加速貨架期試驗(yàn)。使用儀器自帶的OXIoftTM程序,通過圖解法自動(dòng)計(jì)算氧化曲線的IP值及其貨架期。

1.8 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn),主要基于Microsoft Excel進(jìn)行繪制圖表,采用SPSS 25.0軟件中的Duncan檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較,當(dāng)概率值≤0.05時(shí),判定為統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著。

2 結(jié)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(duì)比氣相色譜儀及核磁共振氫譜分析2種檢測(cè)方法,分析結(jié)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(cè)結(jié)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(xiàn)。表明脂肪酸組成分析更適合利用氣相色譜鑒定結(jié)果。

表1 牛脂脂肪酸組成

2.2 液態(tài)牛油的分提——表面活性劑對(duì)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(jié)晶開始時(shí)間,并測(cè)定液態(tài)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(jié)晶開始時(shí)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(tài)牛油得率為(5.9±0.8) g,添加0.1%ps66表面活性劑分提液態(tài)牛油得率為(5.8±0.2)g,添加0.1%ps68表面活性劑分提液態(tài)牛油得率為(5.6±1.3) g,添加0.1%ps68分提的液態(tài)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(jié)晶時(shí)間排序依次為ps68

表2 不同添加量的表面活性劑對(duì)結(jié)晶時(shí)間及液體油得率的影響

進(jìn)一步對(duì)添加不同濃度表面活性劑的液態(tài)牛油飽和度進(jìn)行測(cè)定(圖1)。結(jié)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(yàn)結(jié)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(duì)牛油的提取有不同的促進(jìn)或抑制作用,通過該試驗(yàn)分析也可以明確找出更符合實(shí)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(biāo)

牛油微膠囊制作后的各項(xiàng)理化指標(biāo)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?jǐn)U散蒸發(fā)對(duì)品質(zhì)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(dòng)性較好;溶解度為0.4 g/100 g;含油率相對(duì)較低,穩(wěn)定性好,不僅加大了其本身的利用率還有效的延長(zhǎng)貯藏時(shí)間、節(jié)約貯藏成本。但存在總含油率、包埋率相對(duì)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(chǔ)上會(huì)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(biāo)

2.4 液態(tài)牛油貨架期

液態(tài)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(dá)16.3 h,進(jìn)一步對(duì)牛油在70、80和90 ℃的IP值進(jìn)行測(cè)定并進(jìn)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(yù)測(cè)能力,因此,可用該方程預(yù)測(cè)牛油在20 ℃液態(tài)牛油的貨架期,其結(jié)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(zhǎng)的貨架期,適合在常溫下長(zhǎng)期儲(chǔ)存。

圖2 3種溫度下牛油的IP值

圖3 液態(tài)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(tài)牛脂與液態(tài)牛油得率不同。根據(jù)表2和圖1可知,在相同養(yǎng)晶時(shí)間與養(yǎng)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(tài)牛油分提結(jié)果除0.5%Crystalizer209與其他組有顯著差異,無法得到液態(tài)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(biāo)結(jié)果表明,水分含量4.15%,有利于儲(chǔ)藏;休止角47.13°,略高于45°,說明牛油微膠囊化產(chǎn)品具有較好的流動(dòng)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(duì)芯材起到了很好的保護(hù)作用。微膠囊化后的液態(tài)牛油穩(wěn)定性好,利于儲(chǔ)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(xué)法中的復(fù)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(yàn)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(dāng)或操作不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊?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(cè)出含3.85%的反式脂肪酸,而核磁法未測(cè)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(tài)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(fā)現(xiàn),較高含量的不飽和脂肪酸會(huì)減輕動(dòng)物油脂對(duì)人體的危害,抑制動(dòng)脈粥樣硬化的形成及發(fā)展,同時(shí)可增加血管的彈性與韌性,減少患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

延邊黃牛脂貨架期問題是影響其加工生產(chǎn)、貯藏保存以及銷售的關(guān)鍵性問題。分析溫度、壓強(qiáng)2個(gè)主要影響因素,發(fā)現(xiàn)二者與保質(zhì)期的長(zhǎng)短有直接線性關(guān)系。通過探究分析牛油70、80和90 ℃ 3個(gè)溫度條件下IP 值的變化,擬定曲線得到相關(guān)公式,明確其貨架期。在保證主觀因素延長(zhǎng)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(zhì)量狀態(tài)。

4 結(jié)論

表面活性劑可通過調(diào)節(jié)牛油飽和度對(duì)牛油的分提有不同程度的促進(jìn)作用,且牛油飽和度與不同濃度表面活性劑相關(guān)。在表面活性劑為0.5% ps66時(shí)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(tài)牛油進(jìn)行微膠囊處理后對(duì)其理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。分析結(jié)果表明,微膠囊化后提高了液態(tài)牛油的貯藏穩(wěn)定性和加工運(yùn)輸性能,延長(zhǎng)了保存期,擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。另外,如何提高牛油微膠囊包埋率,尚有待于進(jìn)一步研究。