火锅底料通常由植物油或动物油、辣椒、花椒、豆瓣酱及多种香辛料经过特定工艺加工而成,其品质在很大程度上决定了火锅风味的好坏[1]。川渝麻辣火锅因其独特的麻辣风味和鲜明的饮食文化,成为中国最具代表性和市场影响力的火锅类型,市场份额达50%以上[2]。川渝麻辣火锅以牛油(butter,BT)为主要原料,其中BT在底料中占比可达40%～50%,对火锅汤底的色泽、风味与口感形成具有重要影响[3]。然而,BT含有较高的饱和脂肪酸和胆固醇,长期大量摄入可能引发心血管疾病等健康风险[4];同时在贮藏过程中由于其高熔点甘油三酯含量较高,而产生起砂、发硬及稳定性差等问题[5]。
目前已有部分研究尝试以植物油替代BT,或将植物油与BT复配使用,应用于火锅底料加工生产中。李大飞等[6]在研究BT和清油火锅底料挥发性物质的差异时,发现BT火锅对香辛料的萃取率更高。Zou等[7]通过酶促酯交换制备了与天然BT物性高度相似且不含胆固醇的植物基红油火锅用油,但其醇厚口感仍无法与传统BT火锅相媲美。杨顺义[1]通过酶解-热氧化处理技术将BT与棕榈油(palm oil,PAO)复配形成了一种复配BT,虽然有效改善了风味,但其饱和脂肪酸含量仍较高,可能对健康有潜在风险且加工工艺复杂,成本较高。总体而言,植物油具有胆固醇含量低、不饱和脂肪酸比例高等优势,但在风味和口感上与BT差异较大,且高不饱和度导致贮藏稳定性较差。现有方法虽在一定程度上改善了火锅底料的品质,但普遍存在风味不足、脂肪酸组成不理想、加工过程复杂或生产成本较高等问题。因此,如何在保留传统火锅风味的同时,降低BT的使用比例并优化底料配方,是当前火锅行业的重要瓶颈。
在脂肪替代物研究领域,碳水化合物类、蛋白质类脂肪替代物已广泛应用于食品加工[8]。通过食品亲水胶体特性赋予产品类似油脂的润滑感,具有降低血脂、减少心脏病及代谢性疾病风险、低能量且无毒副作用等优点[8]。脂肪替代物多以植物油为原料,通过酯交换、预乳化或凝胶化等工艺改善稳定性,能够在降低热量的同时保持部分脂肪特性[9]。有研究将枸杞果胶作为脂肪替代物应用于BT火锅底料,利用其形成的凝胶网络模拟油脂的润滑感并改善流变品质[10]。任发政等[11]通过结冷胶形成水包油颗粒并制备复合乳状液,改善低脂火锅底料中油脂分散不均问题;杨礼学等[12]基于复配凝胶因子,采用熔炼-凝胶化工艺提升BT硬度,减缓高温运输季节的软化溢油;马博伦等[13]通过油脂乳化包埋风味物质,实现免炒制加工并减少香辛料挥发损失。然而,目前关于不同植物油与BT复配构建乳液凝胶的研究依然匮乏。基于此,本文以BT为基础,与不同植物油[PAO、花生油(peanut oil,PO)、大豆油(soybean oil,SBO)、玉米油(corn oil,CO)、菜籽油(rapeseed oil,RSO)、葵花籽油(sunflower seed oil,SSO)]复配,引入大豆分离蛋白-明胶(soybean protein isolate-gelatin,SPI-GE)连续相,构建复合油脂乳液凝胶。该研究能够为解决传统BT火锅底料饱和脂肪酸和胆固醇高、植物油火锅底料口感和风味不足提供基础数据,为消费者提供更丰富的饮食选择。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
SPI(纯度≥90%)、尼罗红、异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate,FITC),上海阿拉丁生化科技股份有限公司;GE(A型,源于猪皮),西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司;PAO、PO、SBO、CO、RSO、SSO,中粮粮油工业(重庆)有限公司;BT,重庆市帅克食品有限公司;HCl、NaOH(分析纯),重庆川东化工(集团)有限公司。
1.2 仪器与设备
HH-4型恒温水浴锅,常州国华电器有限公司;JA3003B型电子天平,上海精天电子仪器有限公司;PE20型pH计,上海梅特勒-托利多仪器有限公司;Heraeus Multifuge X3R型高速冷冻离心机,美国赛默飞世尔科技公司;T18型高速分散器,美国IKA公司;BX43型正置光学显微镜,日本Olympus公司;CM-5 型测色仪,柯尼卡美能达公司;TA Touch型质构仪、cNose型电子鼻,上海保圣实业发展有限公司;Discovery HR-1型流变仪,美国TA仪器有限公司;LSM780激光共聚焦显微镜(confocal laser scanning microscope,CLSM),德国卡尔蔡司公司。
1.3 实验方法
1.3.1 SPI/GE复合胶体溶液制备
取20 g SPI与1 L蒸馏水混合,室温搅拌20 min,确保充分分散后调节pH值为7,磁力搅拌(500 r/min)过夜以充分水合蛋白,进一步超声波处理(400 W,20 min)后离心(8 000 r/min,10 min),取上清液于4 ℃下保存备用。在500 mL SPI溶液中加入10 g GE,然后于50 ℃恒温水浴锅中磁力搅拌1 h,获得质量分数为2%的SPI-GE复合胶体溶液,置于4 ℃冰箱中储存备用。
1.3.2 不同植物油/BT复合油脂乳液制备
参照卫姣等[14]的方法并做适当修改。将BT(60 ℃下预熔化)和不同植物油(其中PAO 40 ℃下预熔化)按一定复配比例在60 ℃下进行搅拌混合(500 r/min,5 min),然后加入SPI-GE复合胶体溶液,在60 ℃下使用高速分散器均质(15 000 r/min,2 min),倒入模具中冷却至室温,然后置于4 ℃下保存形成植物油/BT复合油脂乳液凝胶。各实验组的BT体积分数均为50%,植物油体积分数为25%,SPI-GE复合胶体溶液体积分数为25%。根据所添加的植物油,制备的乳液凝胶样品分别命名为PAO/BT、PO/BT、SBO/BT、CO/BT、RSO/BT、SSO/BT以及对照组BT。
1.3.3 光学显微镜观察
将部分新鲜制备的乳液按1∶40(体积比)稀释,分别取20 μL未稀释的乳液和稀释后的乳液于载玻片上涂抹均匀,轻轻盖上盖玻片,避免出现气泡,利用光学显微镜放大200倍进行观测并拍摄图像。
1.3.4 CLSM观察
参考刘莹婕等[15]的方法并做适当修改。取2 mg尼罗红、2 mg FITC溶于2 mL异丙醇中制得染液,避光保存。将新鲜制备的乳液按1∶5(体积比)的稀释,取2 mL稀释后的乳液,加入80 μL的染液,避光摇匀染色15 min。取20 μL染色后的乳液于载玻片上涂抹均匀,轻轻盖上盖玻片,避免出现气泡。通过CLSM对乳液的微观结构进行观察。观察时,尼罗红和FITC的激发波长分别设置为488 nm和561 nm。
1.3.5 持水力(water binding capacity,WBC)和持油力(oil binding capacity,OBC)测定
参照胡田媛[16]的方法并做适当修改。取30 g乳液凝胶于离心管中,以8 000 r/min离心15 min,除去上层析出油与下层析出水,其OBC和WBC的计算分别如公式(1)和(2)所示。
(1)
(2)
式中:m1,离心前样品质量,g;m2,离心后除去上层油后的质量,g;m3,离心后除去上层油及下层水的质量,g。
1.3.6 色度测定
使用全自动测色仪对样品进行色度测定。将乳液凝胶切成厚度一致(3 mm)的2 cm×2 cm方片,放入比色皿中,将仪器的测量通道对准样品,分别测定其L*、a*和b*值[17]。白度值(W)和总色差(ΔE)的计算分别如公式(3)和(4)所示。
(3)
(4)
式中:L*,亮度值;a*,红绿度值;b*,黄蓝度值;L0*、a0*、b0*,对照组的颜色参数。
1.3.7 质构分析
参照王颖等[18]的方法并做适当修改。将乳液凝胶样品切成2 cm×2 cm×2 cm的方块,使用质构仪测定样品的质构特性。参数设置如下:探头型号为P/0.5,触发力5 g,下压距离5 mm,测试前速率2 mm/s,测试速率1 mm/s,测试后速率2 mm/s。
1.3.8 流变特性测定
参照刘莹婕等[15]的方法,选用夹具PP25平行板,测试间隙1.5 mm,温度25 ℃。振幅扫描:以1 Hz将应变从0.01% 增加到100%来进行,确定线性黏弹性区(linear viscoelastic region, LVR)。频率扫描:将频率从1 Hz增加到100 Hz,固定应变0.1%,测试温度25 ℃。黏度扫描:在0.5～300.0 s-1的剪切速率下,记录其表观黏度随剪切速率的变化。时间扫描:在0.1%应变下执行,频率1 Hz,25 ℃。温度扫描:通过将凝胶以5 ℃/min的速率从5 ℃加热到90 ℃,然后以相同的速率冷却回5 ℃,应变0.1%,频率1 Hz。
1.3.9 电子鼻分析
参照兰韬等[19]的方法并稍做修改。称取5 g样品置于顶空瓶中,在60 ℃水浴加热20 min,使样品挥发出气体充盈在瓶子上部。启动仪器并预热至稳定状态,使用干燥的空气对电子鼻传感器系统进行清洗,直至所有传感器信号达到归一化状态。在样品检测过程中,参数设定为样品采集时间100 s,传感器清洗时间120 s,气体流速1 L/min。每组准备3个独立的样品进行3次平行实验,选取电子鼻信号平稳状态(56～58 s)数据平均值用于后续的主成分分析(principal components analysis,PCA)。每个传感器对应的敏感物质如表1所示。
表1 序号传感器敏感物质
Table 1 Electronic nose sensor array
序号传感器敏感物质1S1芳香成分、苯类2S2氮氧化合物3S3芳香成分、氨类4S4氢化物5S5短链烷烃芳香成分6S6甲基类物质7S7硫化合物8S8醇类、醛类9S9芳香成分、有机硫化物10S10长链烷烃
1.4 数据分析
使用SPSS 26.0软件对数据结果进行单因素方差分析(analysis of variance, ANOVA)和事后多重比较,采用最小显著性差异法(least significant difference, LSD)确定各组间是否存在显著性差异(P<0.05),数据以“平均值±标准偏差”表示;采用Origin 2025软件绘图。
2 结果与分析
2.1 不同植物油的复合油脂乳液及BT外观与持水OBC分析
将所有样品塑形为正方体,并观察其成型后的外观特征。由图1-a可知,不同植物油/BT制备的复合油脂乳液凝胶的外观色泽与质地各不相同。由于乳液内部三维结构的存在,使乳液具有内部支撑力,在常温下可保持一定形状[20]。PAO/BT、SSO/BT的乳液表面光滑、色泽均匀,结构致密,无明显孔隙,可能是因为PAO饱和脂肪酸较高,表现出与BT组相近的致密性和稳定性,这与目前研究更多采用PAO替代BT的研究一致[9];SBO/BT整体较为平整,出现轻微边缘裂纹,且SBO/BT外观色泽相对较白。PO/BT、CO/BT表面轻微粗糙,边缘略有缩边现象。RSO/BT颜色较深,呈淡黄色,这可能是由于RSO本身颜色较深引起的。
a-外观;b-WBC/OBC
图1 复合油脂乳液凝胶的外观与WBC/OBC
Fig.1 Appearance and WBC/OBC of composite oil emulsion gels
a-稀释40倍的复合油脂乳液的光学显微镜图像;b-未稀释的复合油脂乳液光学显微镜图像;c-稀释5倍的复合油脂乳液的LSM图像
图2 复合油脂乳液的显微结构图
Fig.2 Microscopic image of composite oil emulsion gels
注:c图中第1行分散相(绿色)染色图像,第2行连续相(红色)染色图像,第3行合并图像。
WBC、OBC是衡量乳液凝胶体系物理稳定性的关键指标,分别反映了凝胶结构在外力作用下固定水分和油脂的能力[16]。较高的WBC与OBC值通常表明乳液凝胶体系内部网络结构致密,能够有效防止油滴与水分的迁移与析出以维持体系的整体稳定性。由图1-b可知,各乳液凝胶样品经离心处理后,均未观察到明显的油水分层现象。所有样品均保持了良好的乳液结构,各样品的OBC与WBC均接近100%,表明乳液凝胶内部蛋白-GE连续相结构能够有效固定油滴与水分,赋予其良好的抗离心稳定性和物理完整性[21]。
2.2 微观分析
如图2所示,不同植物油/BT复合油脂乳液的液滴多呈边缘清晰、形状规则的圆形结构。通常情况下,乳液的稳定性取决于液滴的大小,直径尺寸越小的乳液液滴拥有更慢的沉降速度以及更高的稳定性,较小且均匀的液滴分布会减缓沉降和聚结现象,从而形成稳定的乳液[22]。通过光学显微镜与CLSM的综合观察,整体上,PO/BT、SBO/BT和CO/BT乳液液滴尺寸差异较大,PAO/BT、SSO/BT液滴尺寸相对较小,均一性最高,排列紧密,这可能导致其具有相对较好的贮藏稳定性和凝胶强度[23]。结合离心后乳液凝胶的外观结果来看,粒径较小的乳液凝胶具有更好的稳定性,持水持油能力相对较好。CLSM 图像(图2-c)显示,红色荧光标记的油脂液滴被绿色荧光标记的SPI-GE连续相完整包裹,证实了该体系为水包油(O/W)型乳液。在所有实验组中,PAO/BT与SSO/BT表现出较好的乳化形态,液滴粒径细小、分布致密且较为均一,绿色荧光网络比较均匀,说明SPI-GE在这2种油脂界面成膜性较好,形成了坚固的三维网络结构,能够有效地包裹油相。相比之下,CO/BT和SBO/BT表现出明显的液滴聚结现象,视野中出现了较大直径的红色荧光区域(油斑),且界面处的蛋白网络分布不均,未能形成连续的包裹层,界面膜强度相对较弱,难以维持长期稳定的分散状态,表明该油脂体系与乳化剂间的界面适配性不足。较高的不饱和脂肪酸比例可能降低了油相的固态脂肪占比,并改变了油/水界面张力,导致在乳化过程中难以在短时间内构建起足够机械强度的黏弹性界面膜,当乳液液滴发生碰撞时,界面膜易破裂从而导致油脂聚结,降低乳液稳定性[23]。不同油脂复配体系所呈现的微观结构的差异预示着在后续火锅底料实际应用过程中加工稳定性和口感释放特性存在显著区别。
2.3 色度分析
BT和复合油脂乳液凝胶的色度值分析结果如表2所示。纯BT样品的L*值(75.85)最低,说明其亮度最低,外观偏暗。随着植物油掺混,复合油脂乳液凝胶样品的L*值普遍升高,其中SBO/BT(87.63)亮度最高,显著高于其他样品(P<0.05),表明SBO的添加能够显著改善乳液凝胶的亮度,使其更具视觉吸引力。a*值方面,所有样品均呈负值,表明整体偏绿色调,但BT组的a*值绝对值最大,绿色感最明显;复合油脂乳液凝胶的a*值更接近于0,这表明植物油的加入在一定程度上中和了BT的绿色视觉特征,有助于改善产品的整体视觉观感。b*值方面,RSO/BT(15.41)的b*值最高,呈现较强的黄色调,其余各组b*值相对接近。
表2 复合油脂乳液凝胶的色度
Table 2 Color of composite oil emulsion gels
样品L*a*b*WΔEBT75.85±0.56e-3.46±0.04d6.37±0.46d74.79±0.60dPAO/BT80.73±1.19cd-1.44±0.09b9.77±0.05b78.34±1.03c6.32±0.50dPO/BT82.71±1.78bc-1.3±0.05ab8.16±0.19c80.83±1.67bc7.43±1.11cdSBO/BT87.63±0.17a-1.65±0.02c8.49±0.11c84.90±0.08a12.11±0.52aCO/BT84.41±2.31b-1.43±0.06b8.60±0.17c82.11±2.02b9.11±1.69bcRSO/BT79.10±0.64d-1.23±0.11a15.41±0.30a74.00±0.34d9.87±0.80bSSO/BT81.37±0.67bcd-1.45±0.04b6.59±0.16d80.18±0.58bc5.88±0.78d
注：同列不同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)。
白度(W值)是衡量样品视觉上接近“纯白”程度的重要指标,也是消费者判断食品“清洁感”与“新鲜度”的参考依据。SBO/BT(84.90)的W值最高,表明其视觉效果最接近纯白,外观清爽明亮,较容易获得消费者好感;而RSO/BT(74.00)最低,视觉上偏暗偏黄,可能会影响其市场接受度。总体色差(ΔE)分析显示,SBO/BT(12.11)与纯BT色差最大,SSO/BT(5.88)色差最小,说明SBO对乳液凝胶颜色影响最大,而SSO替代后对颜色影响较小。综上所述,植物油的引入在改善乳液凝胶色泽方面具有积极作用,不同种类植物油的影响效果存在差异。其中,SBO可显著提高产品亮度和白度,使乳液凝胶外观更加明亮清新;SSO则在保持原有色泽特性的同时,提供一定程度的亮度提升,具有较好的视觉协调性;而RSO虽可增强黄色感,但在白度方面表现较差,可能不利于产品的感官接受。
2.4 质构分析
图3为BT和不同复合油脂乳液凝胶的质构结果。与纯BT相比,所有复合油脂乳液凝胶的硬度明显下降,而弹性、咀嚼性和内聚性普遍提升。这说明以SPI-GE为连续相形成的乳液凝胶网络在一定程度上削弱了传统BT脂肪晶体带来的高硬度,却显著提高了体系的回复变形能力和结构完整性。BT富含高熔点饱和脂肪酸,冷却后形成连续致密的脂肪晶体网络,因此硬度相对更大[24]。引入植物油后,油相不饱和度提高,整体结晶度下降,高熔点甘油三酯占比减少,脂肪相整体结晶度降低,原有连续晶体网络被削弱,同时植物油在SPI-GE构建的蛋白凝胶连续相中形成大量分散油滴,使体系由以脂肪晶体为主导的脆性支撑结构,转变为由蛋白连续相提供柔性支撑、油滴颗粒协同增强的复合凝胶网络,从而降低硬度并改善柔软度。不同植物油复合油脂乳液凝胶表现出的硬度差异,也与其脂肪酸构成有关:如PAO饱和脂肪酸含量较高,油滴内部仍能形成部分晶体,对网络起到一定的刚性填充作用,因此其硬度略高;而SSO、SBO等不饱和脂肪酸占比高、黏度低,更易被剪切为小粒径并均匀分散,使结构更加细腻柔软[23]。其次,复合油脂乳液凝胶的弹性显著提升(P<0.05)。BT的晶体网络在压缩后易发生不可逆断裂,而SPI与GE通过氢键和疏水作用构成的连续三维网络具有较强形变恢复能力[21]。油滴在网络中均匀分布,可缓冲局部应力,使体系在外力撤除后迅速回弹,因此弹性和结构回复性增强。内聚性提升源于凝胶连续相对结构完整性的强化。纯BT晶体间缺乏柔性连接,易沿晶体界面断裂。而乳液凝胶中蛋白/GE连续相作为连接介质,将油滴、残余晶体与水分有效整合,使样品在2次压缩间仍保持结构整体性。SBO/BT内聚性最佳,可能与其油滴分布均一、蛋白-GE网络更紧密,以及SBO本身黏度适中有关,这些因素共同提高了样品在反复变形过程中的结构恢复能力[23]。复合油脂乳液凝胶的咀嚼性也显著提升(P<0.05)。SBO、PO等含较多C18∶1、C18∶2,中等黏度的油滴可在受压时产生一定流动与重排[23],既保留柔软口感,同时提供一定黏附性与阻力,因此样品咀嚼性更强。
a-硬度;b-弹性;c-咀嚼性;d-内聚性
图3 复合油脂乳液凝胶的质构特性
Fig.3 Textural characteristics of composite oil emulsions gels
注:不同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)。
2.5 流变学特性分析
2.5.1 振幅扫描
振幅扫描可以确定样品线性黏弹区,线性黏弹区范围越小,脆度越大,体系内部结构化程度越低[25]。如图4所示,BT、PAO/BT、PO/BT、SBO/BT、CO/BT、RSO/BT和SSO/BT的线性黏弹区分别为0.025%、0.399%、0.100 7%、0.100 6%、0.063 0%、0.100 7%和0.159 9%,表明乳液凝胶组中PAO/BT的脆度较小,CO/BT的脆度较大,但总体都比BT脆度小。这可能是因为不同植物油制备的复合油脂乳液凝胶具有较稳定的凝胶网络结构,乳液样品在结构破坏之前可以承受更大范围的变形[21]。其中PAO/BT的线性黏弹区最大,这可能是其乳液液滴较小,油-水界面处形成了更致密稳定的黏弹性界面膜,乳液具有更强的稳定性[23]。在较低的应力作用下,各样品的G′始终大于G″,说明体系具备固体凝胶特征;随着应力逐渐增大,所有样品的G′和G″都开始下降并在某一时间点出现交叉,之后表现为G″>G′,表现出以黏性为主的流体特征,乳液凝胶的流变特性从弹性主导变为黏性主导,这是由于乳液颗粒网络结构被破坏导致[15]。BT的G′值高于复合油脂乳液凝胶组的G′,复合油脂乳液凝胶组中的PAO/BT的G′相对较大。说明PAO制备的复合油脂乳液凝胶结构最稳定、弹性最强,最接近BT,且与BT相比脆度较小,体系内部结构化程度较高,能够更好地保持其形状和性能。
图4 复合油脂乳液凝胶的振幅扫描
Fig.4 Amplitude sweep results of composite oil emulsions gels
2.5.2 黏度扫描
如图5所示,复合油脂乳液凝胶的黏度均随着剪切速率的增加而下降,表现出了剪切变稀现象,表明所有样品均为非牛顿流体[25]。在高剪切速率(约200～300 s-1)下,PAO/BT和SBO/BT的黏度曲线出现了轻微波动,这可能与乳液结构在高速剪切下发生部分破坏或油滴聚集有关。在同一剪切速率下,乳液凝胶组的黏度均比BT组的黏度小,这可能是因为BT是固态脂肪体系,内部是大量结晶微结构,属于高模量固态脂质,靠结晶堆叠抵抗剪切[24]。而高剪切破坏了乳液网络结构,乳液液滴在被施加剪切应力时沿流动方向变形和重排。当剪切应力超过屈服应力施加到乳液上时,液滴变形且流动阻力降低,导致复合油脂乳液凝胶组的系统流动性大幅上升[26]。不同植物油制备的复合油脂乳液凝胶的黏度从大到小依次为CO/BT、PAO/BT、RSO/BT、SBO/BT、PO/BT、SSO/BT。其中PAO/BT和CO/BT乳液凝胶组具有较高的初始黏度,表明其乳液网络结构较为致密。SSO/BT的黏度相对较小,可能是因为SSO的亚油酸含量非常高[27](约50%以上),脂肪分子链弯曲,不容易排列成晶体,导致油相在冷却过程中难以形成结晶支撑结构,油滴内部流动性强。
图5 复合油脂乳液凝胶黏度
Fig.5 Viscosity of composite oil emulsions gels
2.5.3 频率扫描
如图6所示,在应变0.1%时,乳液凝胶的G′在频率增加过程中几乎不变,具有抗高频振荡的能力。在频率扫描范围内,样品的G′始终高于G″,且G′与G″变化曲线没有交点,表明网络结构形成,样品的弹性特征在黏弹性中更突出,弹性主导凝胶的形成。BT组的G′和G″最高,这可能是因为BT富含饱和脂肪酸,冷却后形成密集结晶结构,赋予体系极高的抗变形能力[24]。各复合油脂乳液凝胶样品中,PAO/BT的G′和G″最高,这主要是由于PAO较高的饱和脂肪酸比例,油滴在冷却过程中可部分结晶[28],同时结合界面蛋白和乳液凝胶网络结构支撑,形成较为致密稳定的凝胶结构。SSO/BT的G′和G″最低,这可能是SSO中不饱和脂肪酸比例高,油滴保持高度流动性,内部支撑力不足导致的。
图6 复合油脂乳液凝胶频率扫描
Fig.6 Frequency sweep tests of composite oil emulsions gels
2.5.4 时间扫描
由图7可知,各样品的G′和G″随着时间的延长变化非常平稳,且G″始终大于G′,表明样品特性为固体且稳定性很好。BT样品在600 s内G′与G″保持极高且平稳,显示出由高比例饱和脂肪酸结晶构建的致密网络具有优异的抗剪切流动能力和时间稳定性。各复合油脂乳液凝胶组中,PAO/BT和CO/BT乳液凝胶样品的G′与G″水平相对较高,且随时间变化幅度较小,这可能是因为PO中油酸比例较高,油滴内部排列较为有序。油酸丰富的油脂体系更容易促进蛋白质在界面上形成连续膜状吸附,导致整体网络结构刚性提升[29]。PAO中饱和脂肪酸含量较高,配合乳液连续相网络形成了较为稳固的三维网络结构。
图7 复合油脂乳液凝胶时间扫描
Fig.7 Time sweep tests of composite oil emulsions gels
2.5.5 温度扫描分析
由图8可知,所有样品的G′和G″均随温度增加而逐渐降低,说明温度破坏了乳液凝胶体系的强度,使得样品的弹性及黏性性能发生改变[10]。纯BT样品G′与G″在升温过程中表现出显著的热敏感性,G′在40～50 ℃急剧下降,表明BT内部由脂肪酸晶体构建的三维网络在该温度区间发生熔融,导致体系弹性大幅丧失。各乳液凝胶组样品初始G′水平明显低于纯BT,且随温度升高G′呈平缓下降趋势,表明乳液凝胶体系对温度变化表现出更强的缓冲性。
图8 复合油脂乳液凝胶温度扫描
Fig.8 Temperature sweep tests of composite oil emulsions gels
此外,所有样品的G′和G″在40～50 ℃出现急剧降低,到达熔点附近会出现G′不稳定的区域,之后随着温度持续升高,出现临界相变温度,此时样品由固态转变为液态。其中RSO/BT和PO/BT的临界相变温度相对较高,分别为57.97、57.49 ℃,其次为CO/BT(55.95 ℃)、SSO/BT(55.94 ℃)、SBO/BT(54.47 ℃)、纯BT组(50.97 ℃)、PAO/BT(47.39 ℃)。除了PAO/BT,其他组的临界相变温度都比BT高,这主要由于纯BT样品内部由大量脂肪酸结晶堆积形成致密三维骨架,在40～50 ℃随着结晶熔融迅速崩塌,导致G′急剧下降。而复合油脂乳液凝胶样品内部支撑体系主要依靠大SPI-GE形成的连续相凝胶网络,该结构在升温过程中表现出较缓慢的软化特性,破坏过程相对平缓,需要更高的温度才能导致体系整体崩塌。而PAO/BT乳液凝胶由于该体系内部油滴富含棕榈酸结晶,形成初期支撑结构。随着升温至45～50 ℃,油滴内部结晶熔融,导致油滴变为液态,支撑结构迅速失效,整体网络崩塌[30]。因此,PAO/BT乳液凝胶的临界相变温度由油脂熔融过程主导,而不是水相蛋白凝胶的软化过程。相反,对于RSO、PO、SBO等液态油滴体系,水相凝胶软化才是主控因素,导致其临界相变温度接近或高于55 ℃。RSO/BT和PO/BT的临界相变温度相对较高,可能因为RSO和PO的油酸比例较高,亚油酸含量适中,油滴内部流动性较低,油滴在加热过程中保持了较好的结构稳定性。同时,RSO中极性组分(如磷脂)有助于蛋白-GE复合物在油水界面形成致密膜层,增强了乳液凝胶体系的整体热稳定性[31]。
2.6 电子鼻分析
图9为BT和不同乳液凝胶组的电子鼻得分结果。所有样品均有相似的雷达图,且复合油脂乳液凝胶组在各传感器的响应值均高于纯BT,尤其在S2感器处响应值差距较大,表明BT的挥发性气味物质种类与释放量较少,整体风味特征温和且单一。相比之下,植物油/BT乳液凝胶样品在S1、S2等传感器上响应增强,反映出植物油的引入丰富了乳液体系中醛类、酮类及胺类气味成分,赋予乳液凝胶更复杂和更活跃的风味特性。PCA进一步揭示了样品间的整体风味差异,PC1和PC2共同解释了94.1%的样品差异,说明PCA模型具有良好的代表性。BT样品在PCA图上独立分布,与复合油脂乳液凝胶组形成明显区隔,表明其风味特征显著不同,说明植物油的掺入丰富了乳液凝胶的气味成分。PAO/BT组分布于右上象限,接近PO和SBO混合组,说明其气味成分与这些植物油具有一定重叠。PAO本身风味温和,中性酯类和中链脂肪酸比例较高,与BT融合后形成平衡香气,有助于缓解BT本身的膻味。PO/BT和RSO/BT组在PCA空间中位置接近,表明二者在醛类、芳香族化合物等气味物质释放上具有相似特性,可能赋予乳液凝胶较浓郁的坚果香气或植物香气。SBO/BT组样品在PCA图上分散性较大,反映出气味物质组成复杂且波动较大,推测与SBO易氧化生成短链脂肪酸及醛酮类化合物有关。CO/BT与SSO/BT组样品则整体风味特征较为中性,分布相对集中,表明其气味成分释放较为稳定。综合分析表明,不同植物油的引入改变了乳液凝胶的整体气味构成,其中PO和RSO组气味特征活跃;SBO组风味复杂而波动;CO与SSO风味中性稳定,适合作为基础脂质体系;而PAO样品则在风味上居中,具有一定调和性,可能在保持乳脂香气的同时削弱动物膻味。
a-电子鼻雷达图;b-PCA
图9 复合油脂乳液凝胶组的电子鼻分析
Fig.9 Electronic nose analysis of composite oil emulsions gels
3 结论
基于BT与不同植物油复配,利用复合蛋白体系(SPI-GE)稳定构建了不同植物油/BT复合油脂乳液凝胶替代脂体系,不同植物油的引入显著影响了复合油脂乳液凝胶的整体性质。其中PAO/BT在质构、流变特性等方面最接近纯BT,具备良好的替代BT性能;PO/BT和RSO/BT则展现出优异的热稳定性和活跃的风味特征;PAO/BT和SSO/BT则保持了较好的外观相似性和物理稳定性。综上,采用植物油部分替代BT并辅以乳化稳定技术,不仅有助于降低产品饱和脂肪酸含量,同时能较好地保留和改善火锅底料的质构与风味特性。本研究为开发兼具健康性与传统感官特征的复合BT脂提供了科学依据,具有良好的应用前景。
[1] 杨顺义. 复配牛油风味增强产物及在火锅底料中的应用[D].昆明:云南农业大学, 2024.Yang S Y.Compound tallow flavor enhancement product and its application in hot pot bottom material[D].Kunming:Yunnan Agricultural University, 2024.
[2] Zou S, Zhang Y R, Wang Q J, et al.Effect of palm stearin on the physicochemical characterization and capsaicinoid digestion of Sichuan hotpot oil[J].Food Chemistry, 2022, 371:131167.
[3] Zhang C, Lu W J, Chen D, et al.Potential of beef tallow/palm oil blend as Chongqing hotpot oil from a physicochemical and flavor perspective[J].Food Chemistry:X, 2025, 27:102371.
[4] Guo Q, Li T, Qu Y, et al.New research development on trans fatty acids in food:Biological effects, analytical methods, formation mechanism, and mitigating measures[J].Progress in Lipid Research, 2023, 89:101199.
[5] 周盛敏, 李磊, 张余权.油脂起泡机理及影响因素研究进展[J].粮食科技与经济, 2015, 40(2):69-72.Zhou S M, Li L, Zhang Y Q.Progress on mechanism of foaming and influence factors on vegetable oil[J].Grain Science and Technology and Economy, 2015, 40(2):69-72
[6] 李大飞, 赵承鑫, 贾利蓉.基于多元变量分析法探究牛油和清油火锅底料差异性挥发性成分[J].中国调味品, 2020, 45(1):35-39.Li D F, Zhao C X, Jia L R.The differences of volatile components between beef-tallow hotpot seasonings and vegetable-oil hotpot seasonings based on multivariable analysis methods[J].China Condiment, 2020, 45(1):35-39.
[7] Zou S, Zhou J, Du Y L, et al.Texture and volatile profiles of beef tallow substitute produced by a pilot-scale continuous enzymatic interesterification[J].Food Chemistry, 2023, 429:136980.
[8] Chen Y W, She Y B, Zhang R S, et al.Use of starch-based fat replacers in foods as a strategy to reduce dietary intake of fat and risk of metabolic diseases[J].Food Science &Nutrition, 2020, 8(1):16-22.
[9] 舒楠茜. 牛油替代脂的制备及其在火锅底料中的应用[D].无锡:江南大学, 2022.Shu N X.Preparation of beef tallow substitute and its applications in hotpot seasoning[D].Wuxi:Jiangnan University, 2022.
[10] 烟胜男. 枸杞果胶基脂肪替代物在牛油火锅底料中的应用研究[D].宁夏:宁夏大学, 2024.Yan S N.Study on goji pectin-based fat replacer and its application in beef tallow hotpot seasoning[D].Ningxia:Ningxia University, 2024.
[11] 任发政, 王静, 王旭, 等.油包水颗粒,复合乳状液及其制备方法和应用:CN110584176A[P].2019-12-20.Ren F Z, Wang J, Wang X, et al.Oil-in-water particle-based compound emulsion and preparation and application method: CN110584176A[P].2019-12-20.
[12] 杨礼学, 王俏君, 马国丽, 等.一种基于复配凝胶因子的牛油硬度提升方法:CN114933930B[P].2022.08.23Yang L X, Wang Q J, Ma G L, et al.Method for increasing beef tallow hardness using blended gel factors: CN114933930B[P].2022-08-23.
[13] 马博伦, 李镓, 叶丹, 等.一种低温免炒制牛油火锅底料及其制备方法:CN113208085B[P].2021-08-06.Ma B L, Li J, Ye D, et al.Low-temperature non-stir-fried beef tallow hotpot base and preparation method: CN113208085B[P].2021-08-06.
[14] 卫姣, 陈雨露, 高彦祥, 等.高内相乳液的制备及在食品中的应用[J].中国食品学报, 2022, 22(4):418-429.Wei J, Chen Y L, Gao Y X, et al.Preparation of high internal emulsion and its application in food[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2022, 22(4):418-429.
[15] 刘莹婕, 夏梦思, 戴宏杰, 等.不同谷氨酰胺转氨酶交联度对明胶微凝胶Pickering乳液界面性质和流变行为的影响[J].食品与发酵工业, 2024, 50(15):79-86.Liu Y J, Xia M S, Dai H J, et al.Effect of different crosslinking degrees of transglutaminase on the interface properties and rheological behavior of gelatin microgel Pickering emulsion[J].Food and Fermentation Industries, 2024, 50(15):79-86.
[16] 胡田媛. 不同植物油与预乳化对植物蛋白肉品质的影响研究[D].武汉:武汉轻工大学, 2024.Hu T Y.Different vegetable oils and pre-emulsification effect on the quality of plant-based meat[D].Wuhan:Wuhan Polytechnic University, 2024.
[17] 赵电波, 闫曙亮, 栗俊广, 等.不同冷冻处理对KGM-ADSP复合乳液凝胶质构、流变和热特性的影响[J].轻工学报, 2023, 38(4):20-26.Zhao D B, Yan S L, Li J G, et al.Effect of different freezing treatments on the texture, rheology and thermal properties of KGM-ADSP composite emulsion gels[J].Journal of Light Industry, 2023, 38(4):20-26.
[18] 王颖, 陈艺芳, 赵涛, 等.以低酯果胶为基质的脂肪替代物的制备及其在黄油中的替代研究[J].中国油脂, 2025, 50(10):129-137;152.Wang Y, Chen Y F, Zhao T, et al.Preparation of fat substitute based on low methoxyl pectin and its substitution in butter[J].China Oils and Fats, 2025, 50(10):129-137;152.
[19] 兰韬, 陈李品, 王涛, 等.基于E-nose、GC-MS和GC-IMS分析不同制油工艺对海南山茶油品质及风味特征的影响[J].食品工业科技, 2025, 46 (17):63-77.Lan T, Chen L P, Wang T, et al.Investigating the impact of different oil production processes on the quality and flavor characteristics of Hainan camellia oil based on E-nose, GC-MS, and GC-IMS analyses[J].Science and Technology of Food Industry, 2025, 46 (17):63-77.
[20] 冯潇, 陈龙薇, 狄雨, 等.基于藜麦蛋白Pickering乳液模拟牛油[J].食品科学, 2024, 45(7):28-34.Feng X, Chen L W, Di Y, et al.Simulation of beef tallow based on quinoa protein-stabilized Pickering emulsion[J].Food Science, 2024, 45(7):28-34.
[21] Yang M Y, Yang L L, Xu J M, et al.Comparison of silver carp fin gelatins extracted by three types of methods:Molecular characteristics, structure, function, and pickering emulsion stabilization[J].Food Chemistry, 2022, 368:130818.
[22] Shi X C, Qi D W, Lin C H, et al.A technical review on characterization methods for structures and properties of emulsion[J].APL Materials, 2024, 12(11):110602.
[23] Feng X, Sun Y, Tan H X, et al.Effect of oil phases on the stability of myofibrillar protein microgel particles stabilized Pickering emulsions:The leading role of viscosity[J].Food Chemistry, 2023, 413:135653.
[24] Zeng Z L, Qin X L, Wang H Y, et al.Effect of the chemical composition and structural properties of beef tallow from different adipose tissues on bread quality[J].LWT, 2024, 192:115736.
[25] 左宗明. 油茶籽油凝胶与结构脂制备的研究[D].武汉:武汉轻工大学, 2024.Zuo Z M.Study on preparation of camellia oleifera seed oil gel and structural lipid[D].Wuhan:Wuhan Polytechnic University, 2024.
[26] Pal R.Non-Newtonian behaviour of suspensions and emulsions:Review of different mechanisms[J].Advances in Colloid and Interface Science, 2024, 333:103299.
[27] 王静. 葵花籽油组成成分及影响因素研究进展[J].黑龙江农业科学, 2025 (1):113-120.Wang J.Research progress on composition and influencing factors of sunflower seed oil[J].Heilongjiang Agricultural Sciences, 2025 (1):113-120.
[28] Mao J X, Gao Y J, Meng Z.Crystallization behavior and compatibility analysis of beef tallow-based binary/ternary fat mixture systems[J].Food Research International, 2022, 161:111814.
[29] Dickinson E.Mixed biopolymers at interfaces:Competitive adsorption and multilayer structures[J].Food Hydrocolloids, 2011, 25(8):1966-1983.
[30] Neofytos D D, Gregersen S B, Andersen U, et al.In situ single-droplet analysis of emulsified fat using confocal Raman microscopy:Insights into crystal network formation within spatial resolution[J].Soft Matter, 2024, 20(29):5675-5686.
[31] Ma M Y, Wu F Y, Xu Y P, et al.Soybean oil emulsion stabilized by phosphatidylcholine and whey protein isolate:impact on interfacial properties, physicochemical characteristics, and digestive properties[J].International Journal of Food Engineering, 2024, 20(7):495-505.