CN112889931B - 一种零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶及应用 - Google Patents

一种零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶及应用，属于油脂和乳化脂肪制品技术领域。本发明所述的制备零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的方法，所述方法包括如下步骤：(1)水相的制备：将天然两亲性小分子加入水中溶解，得到水相溶液；(2)油相的制备：将小分子乳化剂加入植物油中溶解，得到油相溶液；(3)乳液凝胶的制备：将步骤(1)的水相溶液和步骤(2)的油相溶液混合，得到混合溶液；之后对混合溶液进行均质处理，冷却静置，得到脂肪乳液胶。本发明制备的乳液胶饱和脂肪酸含量低，不含反式脂肪酸，具有良好的可塑性，可应用于充气食品，具有低脂、营养、无负担的特性，颇为契合健康潮流。

Description

一种零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶及应用
技术领域
本发明涉及一种零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶及应用，属于油脂和乳化脂肪制品技术领域。
背景技术
塑性脂肪是由固液两相以一定方式混合而成的具有更好生理功能和加工性能的油脂，是大多数脂类食品的主要成分，包括人造奶油、起酥油、巧克力及烘焙食品等。塑性脂肪主要原料油脂包括动物脂肪或热带植物脂肪的直接使用、分提或酯交换改性，植物油脂的氢化，或上述改性方式的联合，其含有的饱和脂肪酸和反式脂肪酸与肥胖、心血管疾病及代谢综合症密切相关，危害人类健康。因此，将富含不饱和脂肪酸的液态油进行结构化已经成为食品工业所面临的挑战和艰巨的任务。
乳液胶是一种被乳状液液滴填充的具有凝胶网络结构，且机械性能较强的凝胶，可以作为脂肪替代物，有效降低饱和脂肪酸的含量。近年来，因其独特的结构特性和功能特性，乳液胶在基础研究及实际应用中受到越来越多的关注。相比于大分子聚合物，如多糖和蛋白，天然两亲性小分子作为一种有效的油脂结构化助剂，能以较快速度从体相扩散到界面，在界面上分子间相互作用，各向异性自组装成各种结构，有效稳定高内相乳液凝胶，且其具有抗菌、抗炎、抗氧化和保肝护胃等多种生理活性，可广泛应用于食品领域。
发明内容
[技术问题]
不同的乳化剂在油-水界面及其所稳定界面的原理和机制存在较大的差异，所形成的乳液凝胶性能也存在比较大的差异。目前，单甘油酯是常见的具有乳化性的小分子物质，其稳定的乳液胶是通过单甘油酯在油水界面形成的晶体颗粒稳定的，但储存过程中α-凝胶相会转化为β-凝胶相，降低了单甘油酯双分子层间的空间，导致水析出，其稳定性有限。
[技术方案]
为了解决上述至少一个问题，本发明提供一种零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的制备方法，从分子相互作用以及营养与健康角度出发，利用天然两亲性小分子的多功能性(乳化、凝胶)和常见小分子乳化剂的协同作用，通过简单的工艺条件制备具有零反式、低饱和脂肪酸、稳定性好、可塑性高等特性的乳液胶。
本发明的第一个目的是提供一种制备零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)水相的制备：将天然两亲性小分子加入水中溶解，得到水相溶液；
(2)油相的制备：将小分子乳化剂加入植物油中溶解，得到油相溶液；
(3)乳液凝胶的制备：将步骤(1)的水相溶液和步骤(2)的油相溶液混合，得到混合溶液；之后对混合溶液进行均质处理，冷却静置，得到脂肪乳液胶。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)所述的天然两亲性小分子包括茶皂素、甘草酸中的一种，其中茶皂素的添加量为水相溶液质量的0.3-2.0wt％；甘草酸的添加量为水相溶液质量的0.1-1.0wt％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述的小分子乳化剂包括单甘油酯、单双甘油二酯、聚甘油脂肪酸酯、硬脂酰乳酸钠，其添加量为植物油的质量的1-4wt％。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)所述植物油包括大豆油、菜籽油、花生油、葵花籽油、米糠油、玉米油、小麦胚芽油、亚麻籽油、橄榄油、棉籽油、杏仁油、茶籽油、棕榈油、棕榈仁油、芝麻油、椰子油、椰子仁油中任意一种。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)的水相溶液和步骤(2)的油相溶液的质量比为1：2.5-4，进一步优选为1：3。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)小分子乳化剂在植物油中溶解是加热搅拌溶解，其中加热的温度为70-80℃，搅拌的时间为10-40min，搅拌的速度为3000-8000rpm/min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)的混合溶液在均质处理前，还包括对混合溶液进行水浴加热处理，处理温度75℃，处理时间1-2min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述均质处理的速度为14000-18000rpm/min，时间为1-3min。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)所述静置的温度为20±2℃，静置的时间为6-12h。
本发明的第二个目的是本发明所述的方法制备得到的脂肪乳液胶。
本发明的第三个目的是提供一种充气类脂肪乳液胶，所述的充气乳胶液是将本发明得到的类脂肪乳液胶通过打发器进行搅打充气。
在本发明的一种实施方式中，所述充气的参数：温度为20±5℃，时间为6-15min，充气搅拌速度为8000-10000rpm/min，充气量为40-60％。
本发明的第四个目的是本发明所述的脂肪乳液胶或充气乳胶液在食品领域的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述的应用包括在人造奶油、起酥油、植脂奶油、巧克力或烘焙食品中的应用。
[有益效果]
(1)本发明利用天然性两亲性小分子和小分子乳化剂的协同作用对液态油进行结构化，制备条件简单快速，不涉及有害试剂与化学成分，绿色安全，扩大了类脂肪乳液胶在食品领域的实际应用。
(2)本发明制备的乳液胶饱和脂肪酸含量低，不含反式脂肪酸，具有良好的可塑性，可应用于充气食品，具有低脂、营养、无负担的特性，颇为契合健康潮流。
(3)本产品所用的天然两亲性小分子具有多种生物活性，可满足营养、健康的饮食需求。
(4)本发明制备的类脂肪乳液胶呈乳白状，具有细腻的外观和良好的可塑性、涂抹性；平均粒径在500-100nm，可以低至521nm；具有结构回复性能，可回复至初始黏度的70-90％；加热-冷却处理后乳液胶保持了良好的类固体结构，凝胶强度没有被削弱，表现出良好的热可逆性；硬度在26-35g。
(5)本发明将得到的类脂肪乳液充气后得到充气类脂肪乳液胶，其表现出较强的热稳定性，其弹性模量经加热冷却后由107.39Pa增至1328.84Pa，依旧表现出良好的机械强度，可作为脂肪替代品；而且起泡率达到37％以上，高达69％。
附图说明
图1为实施例1得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶进行涂抹得到的表观图；其中A：单甘油酯浓度0wt％；B：单甘油酯浓度1wt％；C：单甘油酯浓度2wt％；D：单甘油酯浓度3wt％；E：单甘油酯浓度4wt％；F：单甘油酯浓度5wt％。
图2为实施例1得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的微观结构；其中A为添加1wt％茶皂素的乳液胶的光学图(20×10)；B为添加1wt％单甘油酯与1wt％茶皂素的乳液胶的光学图(20×10)；C为添加2wt％单甘油酯与1wt％茶皂素的乳液胶的光学图(20×10)；D为添加3wt％单甘油酯与1wt％茶皂素的乳液胶的光学图(20×10)；E为添加4wt％单甘油酯与1wt％茶皂素的乳液胶的光学图(20×10)；F为添加5wt％单甘油酯与1wt％茶皂素的乳液胶的光学图(20×10)。
图3为实施例1得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的流变性能测试结果；其中A为不同单甘油酯添加量下茶皂素乳液胶振幅扫描图像；B为不同单甘油酯添加量下茶皂素乳液胶频率扫描图像；C为不同单甘油酯添加量下茶皂素乳液胶剪切速率扫描图像；D为不同单甘油酯添加量下茶皂素乳液胶触变回复性图像。
图4为实施例1得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的光谱，其中A为不同单甘油酯添加量下茶皂素乳液胶的荧光光谱图；B为不同单甘油酯添加量下茶皂素乳液胶干燥后的红外光谱图。
图5为实施例3中充气类脂肪乳液胶的流变性质测试结果。
图6为实施例4中不同油相溶液含量的充气类脂肪乳液胶的流变性能测试结果，其中A为不同油相含量时充气类脂肪乳液胶的振幅扫描图像；B为不同油相含量时充气类脂肪乳液胶的频率扫描图像；C为不同油相含量时充气类脂肪乳液胶的剪切速率扫描图像。
图7为实施例4中不同油相溶液含量的充气类脂肪乳液胶的泡沫性能测试结果，其中，A是新鲜制备的；B是放置24h后的。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
测试方法：
1、流变学的测定方法：把乳液胶样品置于流变仪样品台，采用平板进行测试。在温度20℃、频率1Hz条件下对该乳液胶进行应力扫描。
2、红外光谱学的测定方法：对乳液胶样品进行冷冻干燥48h，确保水分完全去除。采用ATR附件对干燥后的油胶样品在4000cm-1-500cm-1处进行红外光谱测定。
实施例1
一种零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)水相的制备：将5份茶皂素(TS)分别添加至5份水中，搅拌得到浓度均为1wt％的水相溶液；
(2)油相的制备：将5份单甘油酯(MAG)分别均匀分散于大豆油中，在75℃下加热搅拌30min得到单甘油酯浓度分别为0wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％的油相溶液；
(3)将步骤(1)的水相溶液和步骤(2)不同浓度的油相溶液按照质量比1：3混合，在75℃水浴加热1min，得到混合溶液；之后对混合溶液进行均质处理，在14000rpm速度下均质1min；最后置于20℃下6h，得到零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶。
将得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶进行性能测试，测试结果如下：
表1为大豆油进行脂肪酸组成的分析，从表1可以看出：大豆油中反式脂肪酸未检出，不饱和脂肪酸含量为73％，可用于制备健康烘焙产品。
表1 大豆油脂肪酸组成分析
Figure BDA0002948191180000051
注：表中“-”代表不含有此脂肪酸。
图1为得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶进行涂抹得到的表观图。从图1可以看出：当单甘油酯浓度为0wt％时，体系呈流动态，不能形成乳液胶。添加单甘油酯后，乳液胶呈乳白状，具有细腻的外观和良好的可塑性、涂抹性。因此，单甘油酯的存在对茶皂素基乳液胶的形成显著影响。而当添加量达到5wt％的时候，乳液胶凝胶强度减弱，稳定性下降，乳滴被破坏，且易发生体系崩塌现象。该类脂肪乳液胶的形成和稳定具有显著的单甘油酯浓度依赖性行为，因而合适的茶皂素和单甘油酯的比例是制备中的一个关键参数。
图2为得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的微观结构；表2为不同添加量单甘油酯的乳液胶的平均粒径值；从图2和表2可以看出：茶皂素乳状液中的油滴尺寸较大，且形状不均匀；随着单甘油酯(MAG)含量的进一步增加，乳滴粒径逐渐降低，意味着稳定性增加，茶皂素和单甘油酯在构建乳液胶时表现出协同作用。当单甘油酯浓度为5wt％时，体系出现崩塌(图2中F)。
表2 不同添加量单甘油酯的乳液胶的平均粒径值
样品 TS TS/1％MAG TS/2％MAG TS/3％MAG TS/4％MAG
平均粒径(nm) 2300.37±21.17 956.72±11.26 604.53±15.64 537.75±12.35 521.84±14.61
图3为得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的流变性能测试结果。从图3中A可以看出，在线性粘弹性区中，所有样品的G′始终高于G″，主要表现为弹性凝胶行为；此外，随着单甘油酯浓度的增加，乳液胶的机械强度增高。从图3中B可以看出，所有样品都表现出一定的频率依赖性，即使在较高的频率下，乳液胶也没有发生凝胶-溶胶转变。从图3中C可以看出，所有样品均表现出剪切稀化行为，黏度结果表明，单甘油酯的含量对可涂乳液的结构有一定的影响。从图3中D可以看出，乳液胶表现结构回复行为，可回复至初始黏度的70-90％。这些结果证明，单甘油酯的添加有助于增强茶皂素基乳液胶的凝胶强度，体系表现出优异的流变性能。
表3为经加热冷却循环后弹性模量和粘性模量变化；表4为得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的热稳定性的测试结果。从表3、表4可以看出，在整个温度循环过程中(0-80-0℃)，乳液胶没有发生凝胶-溶胶转变(G′和G″的交点)，G′始终大于G″。特别的是，加热-冷却处理后乳液胶保持了良好的类固体结构，凝胶强度没有被削弱，表现出良好的热可逆性，这可能是因为冷却期间单甘油酯和茶皂素间相互作用程度增加。
表3 经加热冷却循环后弹性模量和粘性模量变化
Figure BDA0002948191180000061
表4 得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的热稳定性的测试结果
样品 T<sub>m</sub>(℃) ΔH<sub>m</sub>(J/g) Tc<sub>2</sub>(℃) ΔHc<sub>2</sub>(J/g) Tc<sub>1</sub>(℃) △Hc<sub>1</sub>(J/g)
TS _ _ _ _ _ _
TS/1％MAG 41.05±0.21<sup>a</sup> 0.53±0.03<sup>a</sup> 4.44±0.32<sup>a</sup> -0.01±0.01<sup>a</sup> 30.45±0.56<sup>a</sup> -0.21±0.06<sup>a</sup>
TS/2％MAG 42.47±0.17<sup>a</sup> 0.96±0.43<sup>a</sup> 5.27±0.17<sup>b</sup> -0.16±0.02<sup>b</sup> 39.69±0.47<sup>b</sup> -0.68±0.12<sup>b</sup>
TS/3％MAG 47.84±0.40<sup>b</sup> 2.72±0.28<sup>b</sup> 17.26±0.15<sup>c</sup> -0.51±0.03<sup>c</sup> 37.78±0.12<sup>b</sup> -1.35±0.48<sup>c</sup>
TS/4％MAG 52.13±0.68<sup>c</sup> 3.41±0.15<sup>c</sup> 5.69±0.06<sup>b</sup> -0.56±0.02<sup>c</sup> 47.95±0.38<sup>c</sup> -1.21±0.23<sup>c</sup>
注：Tm表示熔化峰的峰值温度，ΔHm表示熔化峰对应的焓值，Tc1，Tc2分别表示两个结晶峰的峰值温度，△Hc1，ΔHc2分别表示两个结晶峰对应的焓值。
图4为得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的荧光光谱和红外光谱图，可以得出：茶皂素与单甘油酯之间发生氢键相互作用，促进了乳液胶的形成和稳定。
表5为不同添加量单甘油酯的乳液胶的硬度。从表5可以看出：单甘油酯的添加有效增加了乳液胶的硬度，使得乳胶液体系的网络结构更紧密。
表5 不同添加量单甘油酯的乳液胶的硬度
样品 TS TS/1％MAG TS/2％MAG TS/3％MAG TS/4％MAG
硬度(g) 15.27±1.45 26.77±2.32 28.12±1.93 30.52±2.47 34.67±1.69
对照例1
调整实施例1步骤(3)中“步骤(1)的水相溶液和步骤(2)的油相溶液按照质量比”为1：1、1：2，其他和实施例1保持一致，得到零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶。
将得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶进行性能测试，测试结果如下：
均得到呈液态的乳液，表现出一定的黏度但不能保持良好的塑性，有一定的流动性。经流变学测试得出得到的乳液粘性模量和弹性模量值均较低，且粘性模量大于弹性模量，表现出液态行为；黏度扫描也发现乳液黏度值较低。
实施例2
一种零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)水相的制备：将3份甘草酸分别添加至3份水中，搅拌得到浓度均为0.3wt％的水相溶液；
(2)油相的制备：将3份硬脂酰乳酸钠分别均匀分散于大豆油中，在75℃下加热搅拌30min得到浓度分别为1wt％、2wt％、3wt％的油相溶液；
(3)将步骤(1)的水相溶液和步骤(2)不同浓度的油相溶液混合，在80℃水浴加热30s；得到混合溶液；之后对混合溶液进行均质处理，在16000rpm速度下均质1min；最后置于20℃下6h，得到零反式低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶。
将得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶进行性能测试，测试结果如下：
不加硬脂酰乳酸钠部分，胶凝能力的不足导致形成的乳液胶存在乳滴流动性大的问题。在1wt％硬脂酰乳酸钠添加量下，乳液胶的黏度上升，凝胶能力明显提高。在硬脂酰乳酸钠添加量3wt％时，乳液胶性能达到最好，呈乳白色，固体状，外观细腻，具有良好的可塑性、涂抹性。乳液凝胶的流变性质可通过不同的硬脂酰乳酸钠浓添加量操控。
实施例3
选择实施例1中茶皂素添加量为1wt％，单甘油酯添加量为1wt％时，制备得到零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶；之后将300g类脂肪乳液胶在25℃下通过打发器进行搅打充气，充气速率为7000rpm/min，充气时间为10min，得到充气类脂肪乳液胶。
测定充气类脂肪乳液胶的流变性质，在温度20℃、应力1Pa、频率1Hz条件下进行温度扫描，温度扫描范围为0-80-0℃，结果发现如图5：从图5可以看出：充气类脂肪乳液胶表现出较强的热稳定性，其弹性模量经加热冷却后由107.39Pa增至1328.84Pa，依旧表现出良好的机械强度，可作为脂肪替代品。
类脂肪乳液胶起泡率高且气泡大小及分布均匀，外观细腻，具有良好的塑性。
实施例4
调整实施例3中油相溶液的体积为水相和油相溶液总体积的20、40、60、75％，其他和实施例3保持一致，得到充气类脂肪乳液胶。
将得到的充气类脂肪乳液胶进行性能测试，测试结果如下：
表6 起泡率的测试结果
油相含量 20％ 40％ 60％ 75％
起泡率 69％ 64％ 49％ 37％
图6为不同油相溶液含量的充气类脂肪乳液胶的流变性能测试结果，从图6可以看出：油相含量越高，充气类脂肪乳液胶抗变形能力越强，黏度也越高，流变性能更优异。
图7为不同油相溶液含量的充气脂类肪乳液胶的泡沫性能测试结果，从图7可以看出：油相含量高的充气类脂肪乳液胶具有良好的泡沫稳定性，油相含量低易导致气泡快速破裂，出现相分离现象。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种制备零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）水相的制备：将天然两亲性小分子加入水中溶解，得到水相溶液；
（2）油相的制备：将小分子乳化剂加入植物油中溶解，得到油相溶液；
（3）乳液凝胶的制备：将步骤（1）的水相溶液和步骤（2）的油相溶液混合，得到混合溶液；之后对混合溶液进行均质处理，冷却静置，得到脂肪乳液胶；其中步骤（1）的水相溶液和步骤（2）的油相溶液的质量比为1：2.5-4；
所述天然两亲性小分子为茶皂素、小分子乳化剂为单甘油酯；
或者，所述天然两亲性小分子为甘草酸、小分子乳化剂为硬脂酰乳酸钠；
茶皂素的添加量为水相溶液质量的0.3-2.0wt%；甘草酸的添加量为水相溶液质量的0.1-1.0wt%；小分子乳化剂的添加量为植物油质量的1-4wt%；
步骤（3）的混合溶液在均质处理前，还包括对混合溶液进行水浴加热处理，处理温度75℃，处理时间1-2min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述植物油包括大豆油、菜籽油、花生油、葵花籽油、米糠油、玉米油、小麦胚芽油、亚麻籽油、橄榄油、棉籽油、杏仁油、茶籽油、棕榈油、棕榈仁油、芝麻油、椰子油、椰子仁油中任意一种。
3.权利要求1-2任一项所述的方法制备得到的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶。
4.一种充气类脂肪乳液胶，其特征在于，所述的充气乳胶液是将权利要求3所述的类脂肪乳液胶通过打发器进行搅打充气。
5.根据权利要求4所述的充气类脂肪乳液胶，其特征在于，所述充气的参数为温度20±5℃，时间6-15min，充气搅拌速度8000-10000rpm，充气量40-60%。
6.权利要求3所述的零反式/低饱和脂肪酸类脂肪乳液胶或权利要求4所述的充气类脂肪乳液胶在制备人造奶油、起酥油、植脂奶油、巧克力或烘焙食品中的应用。
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