β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物对油脂特性的影响

肖紫芬 傅 红 王毅毅 张 虹 胡 鹏 叶秀云，3

（福州大学生物科学与工程学院1，福州 350108）（丰益（上海）生物技术研发中心有限公司2，上海 200137）（福州大学酶工程研究所3，福州 350108）

β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物对油脂特性的影响

肖紫芬1傅 红1王毅毅1张 虹2胡 鹏2叶秀云1，3

（福州大学生物科学与工程学院1，福州 350108）（丰益（上海）生物技术研发中心有限公司2，上海 200137）（福州大学酶工程研究所3，福州 350108）

采用质构仪、X－射线衍射仪（XRD）、差示扫描量热仪（DSC）及原子力显微镜（AFM）分别研究了β－谷甾醇和γ－谷维素键合物对液态油脂的硬度、油脂晶型、融化性质和表面形貌的影响。结果表明，当油脂中饱和脂肪质量分数为30%～50%时，β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物提供的硬度相当于2.2～2.8倍三硬脂酸甘油酯所提供的硬度；棕榈油含有8%的键合物时，出现了少量β晶型；25 d储存期内，β′晶型向β晶型的日平均转变速率增加了0.11%；DSC结果表明，添加键合物后，油相Tpeak升高7.37℃，Tend不变，ΔH降低了4.12 J/g；原子力显微镜图片显示棕榈油的晶体形态变得更加均匀细小，网络结构得以增强。

β－谷甾醇 γ－谷维素 硬度 晶型 融化性质

传统的油脂液晶网络结构由具有高熔点、高固体脂肪指数的饱和脂肪和反式脂肪构成，它们可将液体油束缚在晶格中［1］。近30年研究表明：膳食中大量摄入饱和脂肪和反式脂肪有增加冠心病、炎症和癌症患病率的风险［2－5］。目前，油脂中添加某些有机凝胶剂以代替固体脂肪成为食用油脂界的研究热点［6］。

β－谷甾醇和γ－谷维素不仅具有降低胆血清中低密度固醇含量的特性［7－9］，还能够在油相中自组装成纤维状网络结构［10］。对于有机凝胶剂β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物构建油脂网络结构的研究，目前主要集中于显微结构［11］、力学性能和凝胶机理［12－13］上。但文献中尚未有具体数据表明β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物对于不饱和液态油脂，在提供同等硬度的条件下可相应替代饱和脂肪的数量，以及在油脂特性如晶型转变、融化性质和表面形貌等方面的影响。本试验就以上内容做了具体的研究，以了解β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物在食用油脂实际应用中的相关特性。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

β－谷甾醇：西安开来生物工程有限公司，纯度95%；γ－谷维素：随州佳科医药化工有限公司，纯度99%；大豆油、棕榈油：嘉里特种油脂（上海）有限公司；三硬脂酸甘油酯：天津市光复精细化工研究所，分析纯；三油酸甘油酯：阿拉丁试剂有限公司，化学纯；甾醇键合物为实验室制备，其配比为β－谷甾醇∶γ－谷维素 ＝2∶3［10］。

1.2 仪器与设备

TA－XT2质构仪：英国 Stable Micro System公司；HJ－4A多头加热磁力搅拌器：国华仪器有限公司；UltimaⅢx－射线衍射：日本理学；TA Q2000差示扫描量热仪：美国TA仪器公司；5500原子力显微镜：美国Agilent公司。

1.3 试验方法

1.3.1 硬度测定

以三油酸甘油酯为油脂基料，分别添加不同质量分数的β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物、三硬脂酸甘油酯于此基料中，采用质构仪TPA2模式，以直径为5 mm的探头（P/5）测样品凝固后的硬度值［10］。

1.3.2 晶型分析

以棕榈油为油脂基料，将样品适量平铺于样品板中，用X－射线衍射测定样品的晶型［14］。条件设定如下：Cu靶管射线源，管压40 kV，管流40 mA，扫描角度 2θ为14°～30°，扫描步长 0.02°，步时 1.6 s，扫描速度1.2（°）/min。

1.3.3 融化性质分析

以棕榈油和大豆油为油脂基料，采用DSC测定样品融化性质［15］。称取9～10 mg样品，放入专用铝盒内，压紧密封，进行检测。以30℃/min的速率将样品从室温快速加热至60℃，保持10 min以消除历史结晶，随后以10℃/min的速率降温至－30℃，并在该温度下保持30 min使其充分结晶，最后以5℃/min的速率升温至60℃，绘制融化过程中的DSC热变化曲线。

1.3.4 表面形貌分析

采用原子力显微镜（AFM）对油脂样品的表面形貌进行扫描［16］。采用轻敲模式，扫描范围30μm×30 μm，观察室环境温度≤20℃。选择具有代表性的区域拍照3次，取其中较清晰的图片进行比较。

2 结果与讨论

2.1 β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物替代三硬脂酸甘油酯提供硬度的研究

传统固态脂肪多以动物脂肪为主，饱和度在70%左右。本研究为降低食用油脂的饱和度，以饱和度为30%～50%的油脂基料观察β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物替代三硬脂酸甘油酯所提供的硬度。结果如图1所示。

图1 油脂硬度与甾醇键合物和三硬脂酸甘油酯添加量的关系

由图1可知，在同等硬度区间，饱和脂肪三硬脂酸甘油酯添加量与油脂硬度Y的关系为234.77X1＋3 296.4（R2＝0.993），而油脂硬度随甾醇键合物添加量的增加呈线性增加趋势，其关系为：Y＝280.03X2－2 209（R2＝0.995 9）。由以上结果可以推出，甾醇键合物的添加量X2与三硬脂酸甘油酯的添加量X1关系如下：

此公式准确性的验证分析如表1所示。结果显示其相对误差范围在1.8%～5.7%，处于可接受水平。以上结果表明，当油脂的饱和脂肪含量为30%～50%时，甾醇键合物提供的硬度相当于三硬脂酸甘油酯的2.2～2.8倍。

表1 甾醇键合物替代三硬脂酸甘油酯对油脂硬度的验证分析

2.2 β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物对棕榈油晶型的影响

以未添加键合物的棕榈油作为空白对照，研究β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物对棕榈油晶型的影响。甾醇键合物的添加量为8%时，棕榈油晶型变化特征如图2所示。由X衍射图谱可知，当棕榈油中添加甾醇键合物后，与棕榈油空白样及分别添加β－谷甾醇、γ－谷维素的样品相比，在0.461 nm处出现新的衍射峰。文献表明，0.460 nm附近的衍射峰代表β晶型，0.380 nm和0.420 nm附近的强衍射峰代表 β′晶型［14］；0.435 nm附近衍射峰为类β′晶型的特征峰［17］。因此，可以认为在甾醇键合物的影响下，棕榈油中稳定的β′晶型开始向β晶型转变。

图2 β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物对棕榈油晶型的影响

表2为10℃储存条件下，β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物对棕榈油晶型转变的影响。由结果可见，甾醇键合物在储存期内对油脂样品晶型有显著影响。添加甾醇键合物后，随储存时间的延长，油脂中β′晶型所占比例逐渐降低。在储存的第3天，棕榈油中有14.8%的β′晶型转变为β晶型；第25天时，有39.9%的β′晶型转变为β晶型；相比空白棕榈油分别提高14.8%和17.2%。添加键合物的棕榈油中β′晶型向β晶型转变的日平均速率为1.14%/d，相对于空白样（日平均转化速率为1.03%/d），增加了0.11%/d。表明甾醇键合物可导致少量β晶型的形成，亦导致油脂晶型的转变速率略有增加。

表2 10℃储存条件下β－谷甾醇和γ－谷维素键合物对棕榈油晶型的影响

2.3 β－谷甾醇和γ－谷维素键合物对油脂融化性质的影响

当β－谷甾醇和γ－谷维素键合物在植物油脂中的添加量为8%时，甾醇键合物对油脂融化性质的影响如表3所示。结果显示植物油脂在融化过程都出现了2个吸热峰T1和T2。T1峰是由于油脂中低熔点的甘三酯融化所致，处在吸热峰T1时，2种样品融化性质非常接近；处在吸热峰T2时，含键合物的植物油脂融化性质相对空白样有明显变化。

处在吸热峰T2时，含键合物的植物油脂Tonset为14.48℃，Tpeak为29.72℃；相比不含键合物的植物油脂（Tonset＝12.64℃，Tpeak＝22.35℃）分别升高了1.84℃和7.37℃。Chong等［18］在研究棕榈油时，认为峰温在20～28℃之间的吸热峰对应的晶体为β′晶体，峰温大于等于28℃的吸热峰值对应的是β′晶型；Miguel等［19］在研究葵花籽硬脂基糖果油脂时，也认为吸热峰温为27.5℃时对应的晶体为β′晶体，当油脂基料为棕榈油和大豆油时，β晶体对应的吸热峰值应更低。本研究中含有键合物的油脂Tonset、Tpeak温度升高，既可能是由于键合物使棕榈油中β晶型比例增加，也可能是由于β－谷甾醇和γ－谷维素熔点均较高所致（分别为134℃和163℃）。另外，含有键合物的油脂Tend与植物油脂相似，均在34℃左右，表明添加键合物对油脂的Tend影响较小，暗示其作为专用油脂基料时，在口腔温度下可迅速融化，不会出现粘口感和砂粒感。而且对其融化晗ΔH的比较显示，含有键合物的油脂ΔH为5.990 J/g，和对照样相比降低了4.12 J/g，表明其晶体融化所需的热量更少，更易融化。

表3 β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物对油脂融化性质的影响

2.4 β－谷甾醇和γ－谷维素的键合物对油脂样品表面形貌的影响

采用AFM对棕榈油和添加8%的β－谷甾醇与γ－谷维素键合物的棕榈油表面形貌进行了扫描，结果如图3所示。

图3 添加键合物油脂样品的AFM图像

原子力显微镜图片如图3所示，图中白色部分为结晶，黑色部分为液体油成分。如图3a所示，棕榈油结晶形态呈均匀分散、大小一致的针状，这些针状晶体堆积构成网络结构，将液体油包裹在此结晶网络中；添加键合物后，如图3b所示，相比对照样其晶体尺寸更为细小，相对数目增加，而且油相中明显有β－谷甾醇与γ－谷维素键合物所形成的簇状结晶。以上结果表明甾醇键合物可以将液体油更加牢固的束缚在网络结构中，这也可能是导致油脂硬度增加的原因［20］。

3 结论

β－谷甾醇与γ－谷维素的键合物作为质构剂添加至饱和脂肪质量分数为30%～50%液态油脂中时，甾醇键合物所提供的硬度相当于2.2～2.8倍三硬脂酸甘油酯所提供的硬度；添加质量分数为8%的甾醇键合物于棕榈油中，有少量β晶型出现，并在储存期间，β′晶型向β晶型的日平均转变速率增加了0.11%；由于β－谷甾醇和γ－谷维素的高熔点，及其在油脂中形成少量β晶型和网络结构的特性，使得油脂融化吸热峰温比未添加此键合物高7.37℃，但融化结束温度不变，融化所需的热量更少；AFM图像显示添加键合物后，油相中棕榈油的晶体尺寸更为细小，相对数目增加，且由β－谷甾醇与γ－谷维素键合物所形成的簇状结晶出现，增强了油相网络结构。

志谢：本研究得到了丰益（上海）生物技术研发中心有限公司的资助，特此感谢！

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Effect of Bonding Mixture ofβ－sitosterol and γ－oryzanol on the Properties of Oil

Xiao Zifen1Fu Hong1Wang Yiyi1Zhang Hong2Hu Peng2Ye Xiuyun1，3
（College of Biological Science and Engineering，Fuzhou University1，Fuzhou 350108）（Wilmar（Shanghai）Biotechnology Research and Development Center Co.，Ltd.2，Shanghai 200137）（Enzyme Engineering Research Institute，Fuzhou University3，Fuzhou 350108）

The effect of bonding mixture ofβ－sitosterol andγ－oryzanol on the hardness，polymorphism，melting properties and surface topography of lipid oilwere determined by texture analyzer，X－ray diffraction，differential scanning calorimetry（DSC）and atomic forcemicroscopy（AFM），respectively.The data showed that the hardness provided by bondingmixture ofβ－sitosterol andγ－oryzanolwas equal to 2.2 to 2.8 times than thatof tristearin when the saturate fat contentwas 30%to 50%.The addition of8%bondingmixture in palm oil resulted in a few ofβform crystal appearing，and the daily average transition rate fromβ'toβform increased 0.11%during 25 days storage.The oil phraseTpeakincreased 7.37℃，ΔHdecerased 4.12 J/g while no obvious changes ofTendwere observed in DSC results.AFM images revealed that the crystal behavior of palm oil becamemore fine and well－distributed，and the network structure has been enhanced.

β－sitosterol，γ－oryzanol，hardness，polymorphism，melting properties

TS221

A

1003－0174（2015）08－0064－05

国家自然科学基金（31271882/C200201），福建省自然科学基金（2013J01131）

2014－03－10

肖紫芬，女，1989年出生，硕士，食品脂质开发与应用

傅红，女，1970年出生，教授，食品脂质开发与应用