东北农业大学江连洲教授、齐宝坤副教授等：大豆油体-果胶复合油凝胶的制备、表征及氧化稳定性分析
2023-09-14作者：来源：责任编辑：食品界
字体A+AA-
长期摄入饱和脂肪酸，特别是反式脂肪酸，会对健康造成不利影响，因此将液体油制成可食用软固体替代含反式脂肪酸的油脂成为新的研究热点。目前，油凝胶化是获得固体脂肪的可行性策略之一，其通过使用油凝胶剂将液态油转化为具有类似固体特性的凝胶状结构，该油凝胶剂具有将液态油包埋在三维热可逆凝胶网络中的能力。
大豆油体（SOB）是种子内储存油脂的器官，在中性条件下粒径约为300～700 nm，主要由甘油三酯、磷脂和内源性蛋白质组成。SOB是以油体蛋白包裹液体油形式存在的天然乳液，可替代液体油形成乳液的步骤。食品加工中发现，SOB因其独特的天然结构，比使用表面活性剂（如Tween 20和蛋白质）制备的人工乳液具有更好的稳定性。 东北农业大学食品学院刘 璐、齐宝坤*、江连洲*等采用静电沉积技术制备大豆油体-果胶（SOB-P）复合油凝胶，探讨不同质量分数果胶溶液对SOB基油凝胶形成的影响，通过平均粒径、Zeta电位、宏观与微观结构、持油性、复溶稳定性、流变学特性以及质构特性对其进行评价。此外，为评估SOB基油凝胶作为固体脂肪替代品的应用潜力，对SOB-P复合油凝胶的氧化稳定性进行测定分析，旨在为新型油体油凝胶的制备和未来应用提供合理的理论依据，并拓展SOB的应用范围。
01 SOB-P乳液及油凝胶复溶乳液平均粒径与Zeta电位分析
由表1可知，添加不同质量分数果胶会降低SOB乳液的平均粒径，这是由于未包被油体之间的空间排斥不足以抵抗聚集，乳液粒径偏大，而果胶包裹的油体相对稳定。随着果胶质量分数增加，SOB-P乳液的粒径呈先减小后增大趋势，乳液体系在果胶质量分数为1.0%时具有最小的平均粒径（（423.13±8.34）nm）和最低的Zeta电位值（（-23.23±1.80） mV），此时乳液最稳定。从表1还可以看出，果胶质量分数不低于1.0%时初始乳液与复溶重构乳液平均粒径、Zeta电位变化趋势一致，且粒径和电位均没有明显变化，表明乳液干燥产品中的三维网络结构经等质量比蒸馏水稀释剪切后可恢复为初始乳液，较高质量分数果胶会在冷冻干燥过程中保护样品网络结构。02 SOB-P乳液微观结构分析
由图1可知，不添加果胶时（图1A1、A2），乳液中的油体聚集在一起互相重叠，结构杂乱无序；果胶质量分数为0.5%时（图1B1、B2），所呈现的结构也是无序的，大多数乳液体系中发生了絮凝，多糖包裹在油体表面，使油体自身的部分电荷被屏蔽，减弱了油体之间的静电排斥作用，部分油体发生聚集。随着果胶质量分数增加，乳液形成多孔蜂窝状致密结构。随着果胶质量分数增加至1.0%（图1C1、C2），网络结构变得更加紧凑致密，网络孔径变小，这是由于果胶与油体表面蛋白发生静电沉积形成蛋白质-多糖复合物，具有均匀分布的孔状结构，且孔径随质量分数的增加而减小。
03 SOB-P复合油凝胶外观及持油率分析
如图2A1所示，观察到未包覆多糖的SOB在冻干48 h后出油严重。当果胶质量分数为0.5%时（图2B1），冻干样品表面有大量油脂析出，且形状和质地软榻不成形，反观果胶质量分数不低于1.0%时（图2C1～E1），样品表面没有油脂析出，并呈现乳白色，形状完好。果胶质量分数越大，乳液结构越致密，低温干燥过程越稳定，油脂析出量越少。冻干后的固体结构，经过高速剪切，油从致密的三维网状结构中渗出，形成油凝胶如图2A2～E2所示，可以看到纯SOB冻干样品剪切后，有明显的油脂析出，而果胶质量分数不低于1.0%的油凝胶剪切后，油脂可以很好保持在结构中，且质地柔软。
由图3可知，随着果胶质量分数增加，持油率增加，当果胶质量分数达到1.0%后，持油率基本保持不变，游离油含量显著减少，这表明在干燥过程中被果胶包覆的油体持油能力更强，油凝胶样品结构更加致密稳定。
由表2可知，果胶质量分数会对样品硬度产生影响，表现在质量分数为2.0%时硬度最大，且样品硬度随着果胶质量分数增加而增强，说明添加高质量分数果胶可使样品的网络结构更致密。除此以外，样品的胶黏性和咀嚼度随果胶质量分数的增加而增加，添加果胶的样品弹性比未添加的样品好，而果胶质量分数≥1.5%时会使样品内聚力和回弹性显著增加。 如图4A所示，随着剪切速率升高，不同果胶质量分数所形成的乳液黏度均呈下降趋势并在一段时间内趋于稳定，样品表现为剪切稀化行为，这表明剪切稀化行为是由絮凝结构的破坏或聚合物在流动方向上的解缠结而引起。值得说明的是，果胶质量分数越大乳液的黏度越高。
如图4B、C所示，果胶质量分数的增加导致凝胶强度增加，凝胶的固体状行为也稳定增加，表现为储能模量（G’）和LVR的增加。图4B显示油凝胶样品G’均大于损耗模量（G”），由果胶与SOB表面蛋白构建的网络结构限制了液体油的流动，样品呈固体状态，G’和G”都随着果胶质量分数的增加而增大。由图4C可知，在较低振幅下G’总是大于G”，但在较高振幅下，观察到了明显的交叉点（G”＞G’），表明结构在较高应力下屈服，这点与频率产生的结果一致。随着果胶质量分数增加，油凝胶的频率依赖性减弱，线性区域增加，其稳定性增强。
为了评估基于SOB油凝胶的时间依赖性流变特性和结构恢复特性，将样品进行低-高-低交替剪切，并监测油凝胶表观黏度值的变化，如图5所示。在第一部分低剪切速率（0.1 s-1）下，剪切速率恒定，油凝胶的表观黏度随着剪切时间的延长而缓慢下降。当剪切速率快速变化至10 s-1时，黏度立即下降。此时，将稳定剪切速率降至0.1 s-1时，它们的表观黏度值部分恢复，可能是由于果胶与油体蛋白的共同作用，形成了一个可逆的弹性凝胶网络，从而消除了外部机械力对油凝胶的破坏，且观察到所有油凝胶样品的触变回复率均大于78%。这表明去除机械力后油凝胶的结构可以恢复，具有较强的结构回复性能，对油凝胶替代固体脂肪并应用于烘焙行业有重要意义。
06 油凝胶的氧化稳定性分析
油凝胶样品在60 ℃贮藏7 d的氧化稳定性变化如图6所示。加速氧化期间，油凝胶的初级与次级氧化产物均不断增加，其中未被果胶包覆的SOB油凝胶的初级和次级氧化物增长速率较快，且氧化稳定性显著低于添加果胶的油凝胶，其在第7天初级氧化产物达到了（54.72f1.04）mmol/kg，次级氧化产物含量为（3.40f0.06）μmol/kg，油脂酸败产生刺激的哈喇味；相比之下，果胶的加入能显著提高）油凝胶的抗氧化性，减少氧化产物的生成，第7天的含量分别为（32.68f0.70）mmol/kg和（2.40f0.07）μmol/kg，表明油凝胶形成的三维网状结构可有效保护内部油脂，限制油分子流动，阻止其与氧气接触，延缓油凝胶的氧化速率，显著提高了油凝胶的氧化稳定性。07 结论
采用乳液模板法将天然SOB乳液与果胶以静电沉积作用结合，成功制备了SOB-P复合油凝胶。结果表明，随着果胶质量分数增加，油凝胶三维网状结构越致密，冻干样品表面析出油脂越少，硬度越高，持油性越好，并形成了可逆的弹性凝胶网络，表现为剪切稀化行为。果胶的添加大幅提高了油脂的抗氧化性，减缓了氧化速率，氧化稳定性增强。特别地，较高质量分数果胶的重构乳液平均粒径和Zeta电位均表现出与初始乳液相似的大小，表明较高质量分数果胶能保护油凝胶内部结构，使其在冷冻干燥过程不会被破坏，此过程可逆。综上所述，果胶质量分数为1.0%～2.0%时可形成稳定的油凝胶，是食品加工中饱和或反式脂肪的有效替代品，为SOB在油凝胶中的应用提供了一定参考。
本文《大豆油体-果胶复合油凝胶的制备、表征及氧化稳定性分析》来源于《食品科学》2023年44卷12期10-17页. 作者：刘璐，朱建宇，李啸天，张晴，王子恒，齐宝坤，江连洲. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220926-283.
