基于酶促酯交换的含亚麻酸巧克力的制备及其性质研究

胡　洋,崔秀秀,李　冰,宗敏华,吴　虹

(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州 510640)



基于酶促酯交换的含亚麻酸巧克力的制备及其性质研究

胡洋,崔秀秀,李冰,宗敏华,吴虹*

(华南理工大学轻工与食品学院,广东广州 510640)

利用固定化脂肪酶Lipozyme TLIM催化质量比为38∶3的天然可可脂与亚麻籽油进行酯交换反应,得到熔点为(36.52±0.34)℃的油脂(称为酯交换可可脂)。酯交换可可脂中亚麻酸的含量由反应前0.64%±0.01%升高至3.10%±0.28%,主要甘三酯POP、POS和SOS的含量由84.52%降至62.72%,低熔点甘三酯UUU和SUU含量分别由0.92%和6.85%增加至10.94%和16.60%。酯交换可可脂的固体脂肪含量(SFC)在5～30 ℃时低于天然可可脂的SFC,但其随温度变化的趋势与天然可可脂的相一致,当温度高于34 ℃时,酯交换可可脂的SFC略高于天然可可脂的SFC,37 ℃时酯交换可可脂的SFC为1.64%。以酯交换可可脂为原料制备的含亚麻酸巧克力表面光滑,口感细腻,具有可可和亚麻籽油独特的香味。加速氧化实验结果表明该巧克力20 ℃时的货架期为428 d,约61周,具有良好的贮藏稳定性。

酶促酯交换,可可脂,亚麻籽油,亚麻酸,巧克力

可可脂是巧克力的主要原料之一,天然可可脂中主要的甘三酯为1,3-二棕榈酸-2-油酸甘油三酯(POP)、1-棕榈酸-2油酸-3-硬脂酸甘油三酯(POS)及1,3-二硬脂酸-2-油酸甘油三酯(SOS);甘三酯中含有的脂肪酸主要有棕榈酸(P)、硬脂酸(S)和油酸(O)[1]。可可脂由特殊的脂肪酸和甘三酯组成,是影响巧克力口感和风味的重要因素[2]。随着现代人们对健康的重视,对巧克力的健康性和功能性提出了更高的要求。

ω-6和ω-3系列多不饱和脂肪酸,如亚油酸、亚麻酸、二十二碳六烯酸(DHA)等,是人体必需脂肪酸,需从食物中获取。现代流行病学研究表明ω-6与ω-3多不饱和脂肪酸摄取的理想比例约为1∶1[3]。大多数人对ω-3多不饱和脂肪酸的摄取量不足,当ω-6和ω-3的摄入比过高时会导致高血压、高血脂等心脑血管疾病的发生。亚麻酸是一种具有重要生理功能的ω-3多不饱和脂肪酸,而亚麻籽油中含有约50%的亚麻酸[4-5]。目前,国内外尚未见通过酶促酯交换制备含亚麻酸巧克力的研究报道。构建具有良好性能的含亚麻酸巧克力不仅可以增加巧克力的品种,并且在一定程度上满足人们对健康巧克力的需求。

本研究采用固定化脂肪酶Lipozyme TL IM催化质量比为38∶3的可可脂与亚麻籽油进行酯交换反应,得到熔点与天然可可脂相一致的酯交换油脂;对比研究反应前后油脂脂肪酸及甘三酯组成、固体脂肪含量(SFC)以及晶体形态,在此基础上,用含亚麻酸的酯交换油脂制作巧克力,并对其进行感官评定及采用加速氧化实验预测其货架期。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

天然可可脂广州文玲贸易有限公司;亚麻籽油吉林省圣吉实业有限公司;卵磷脂郑州绿博化工产品有限公司;固定化脂肪酶Lipozyme TLIM(酶活1130 U/g)广州诺维信生物技术有限公司;可可粉(脂肪含量为11%)、白砂糖来自于市售;其他试剂均为国产分析纯。

Minisepc mq1脉冲核磁共振仪德国Bruker公司;GC-2010气相色谱仪日本岛津公司;P680ELSD高效液相色谱仪美国Waters公司;CP225D电子天平德国Sartorius公司;DW-FL262超低温冰箱中科美菱低温科技有限公司;CH2082电磁炉格兰仕集团;SilentCrusher S均质器德国Heidolph公司;CS101-1电热恒温箱重庆银河实验仪器有限公司;ST-LT低温恒温槽南京恒星实验设备有限公司。

1.2实验方法

1.2.1酯交换可可脂的制备将38.0 g的可可脂与3.0 g的亚麻籽油置于三口烧瓶中,在90 ℃水浴中真空脱水脱气60 min,接着将油脂温度降至58 ℃,然后加入2.46 g脂肪酶,反应110 min,搅拌速率200 r/min。反应结束后,过滤掉脂肪酶,得到酯交换油脂,采用分子蒸馏脱除其中的游离脂肪酸,条件为刮板转速100 r/min,加热壁面温度185 ℃,进料速率2 mL/min,系统压力1～5 Pa,脱酸前样品先预热至80 ℃。

1.2.2酯交换反应前后油脂脂肪酸组成分析油脂中的脂肪酸组成分析采用气相色谱法(GC)。首先按照ISO5509:2000标准方法制备脂肪酸甲酯,然后采用GC-2010气相色谱仪进行检测,色谱条件为:毛细管色谱柱:DB-Wax(30.0 m×0.25 mm,美国Agilent公司);气化室温度250 ℃,检测室温度280 ℃,柱温170 ℃,以3 ℃/min的速度升温至220 ℃,维持2 min;载气为氮气,流速为28.5 mL/min;分流比为50∶1(V/V);进样量为1 μL;FID检测器。

1.2.3油脂甘三酯组成分析 油脂中甘三酯的分析采用高效液相色谱法(HPLC)。称取30 mg油样溶解于10 mL三氯甲烷中,过0.5 μm滤膜,然后收集滤液进行HPLC分析。采用高效液相色谱仪,蒸发光散射检测器(Alltech ELSD 2000ES),Symnetry C18柱(4.6 mm×150 mm,5 μm);流动相为A相:乙腈,B相:体积比为4∶5的正己烷和异丙醇,恒流洗脱:A、B体积比50∶50,洗脱时间35 min,流速1.0 mL/min;检测器温度76 ℃,氮气流量:1.8 L/min,柱温25 ℃,进样量为3 μL。每个样品平行检测三次,采用面积归一法计算甘三酯的含量,而甘三酯的定性分析参考课题组之前的报道[6]。甘三酯的含量单位为单位质量油脂中所含甘三酯的质量,g/g(%)。

1.2.4酯交换反应前后油脂的固体脂肪含量(SFC)测定将样品置于60 ℃水浴中,待油脂完全熔化后,用移液管移取6 mL油脂样品于10 cm的专用玻璃管内。然后,玻璃管置于80 ℃下熔化30 min,以消除油脂样品之前的历史结晶;于0 ℃下保持90 min,促进油脂晶核的生成;于26 ℃下保持45 h以使油脂样品形成稳定的晶核后,将样品置于0 ℃下保持90 min。完成调温工序后,两种油脂样品分别于 5、10、15、20、25、30、34、36、37 ℃下保持30 min,然后使用Minisepc mq1脉冲核磁共振仪测定油脂样品的SFC。

1.2.5熔点的测定采用开口毛细管法GB/T 5536-1985 测定油脂熔点。

1.2.6含亚麻酸巧克力的制备采用下面的工艺流程制备巧克力,而巧克力的配方如表1所示。

表1　巧克力的配方

配料可可粉白砂糖酯交换可可脂/天然可可脂乳糖卵磷脂含量(g)170.0380.0380.065.05.0

1.2.7油脂浸提液中脂肪含有率计算称取30.0 g样品,置于250 mL具塞锥形瓶中,加80 mL石油醚,避光放置过夜后抽滤,接着用20 mL石油醚荡洗锥形瓶,抽滤,将滤液转入已预称重的150 mL圆底烧瓶内,置于30 ℃水浴中减压蒸馏20 min,除去石油醚后称重,计算出实际浸提出的脂肪净含量,以之计算浸提液中的脂肪含有率。

1.2.8巧克力的感官评定采用感官评定方法对所制作的含亚麻酸巧克力的品质进行评价。挑选10位经过培训的人按表2内容对巧克力进行打分,评价项目一共分为3个大类,9个项目,满分100分，然后将各项分值进行汇总,计算平均值。

表2　巧克力感官评定细则

表4　酯交换反应前后油脂的脂肪酸组成

1.2.9巧克力的加速氧化实验及货架期预测取150.0 g样品,分成5份,每份30.0 g,置于250 mL锥形瓶中,放入60 ℃恒温干燥箱中贮藏,每隔5 d取样一次,每次取1个样品。取样后,向锥形瓶中加入80 mL石油醚,避光放置过夜后抽滤,接着用20 mL石油醚荡洗锥形瓶,抽滤。分别取3份20 mL滤液,按照国标GB/T 5538-2005的方法测定其过氧化值。巧克力货架期的预测以过氧化值为参考指标,根据国标GB 2716-2005的规定,油脂的过氧化值≤0.25 g/100 g,据此计算60 ℃时巧克力的货架期,然后采用表3的换算系数推算巧克力20 ℃时的货架期。换算关系为60 ℃下贮藏1 d相当于20 ℃下贮藏16 d。

表3　产品货架期的换算系数

1.3数据处理

通过Microsoft Excel 对数据进行处理,以平均值±标准偏差表示,采用Origin 8.5软件绘图。

2　结果与分析

将多不饱和脂肪酸引入巧克力中最简单的方法是将含多不饱和脂肪酸的油脂直接加入巧克力中。研究发现,当巧克力配方中可可脂含量为38%时,质量比为38∶3的可可脂和亚麻籽油混合物(亚油酸与亚麻酸含量之比接近1∶1,且亚麻籽油占巧克力总质量的3%,满足巧克力国标GB/T 19343-2003中外加油脂的量≤5%的要求)的熔点为28.81 ℃,明显低于天然可可脂的熔点(34～38 ℃),表明物理混合方法难以制备含亚麻酸的巧克力。因此,采用固定化脂肪酶Lipozyme TL IM催化质量比为38∶3的天然可可脂与亚麻籽油进行酯交换反应,在优化的反应条件下(酶量为底物质量6%(wt%),反应温度58 ℃,反应时间110 min),所得酯交换油脂经脱酸后熔点为(36.52±0.34)℃,与天然可可脂的相一致,并接近人体体温,故可望用于制备含亚麻酸的巧克力。

2.1酯交换反应前后油脂脂肪酸及甘三酯组成的变化

脂肪酸和甘三酯组成是影响油脂熔点的重要因素[7]。酯交换反应前后油脂脂肪酸组成如表4所示。由表4可知,油脂样品中不饱和脂肪酸含量由酯交换前的36.07%升高至44.75%,其中亚麻酸含量由0.64%±0.01%升高至3.10%±0.28%,提高了3.84倍。表5是酯交换反应前后油脂的甘三酯组成。结果表明,酯交换后油脂中主要甘三酯组成仍为POP、POS和SOS,但其含量由84.52%降至62.72%;而低熔点的三不饱和甘三酯(UUU)和双不饱和甘三酯(SUU)含量分别由0.92%和6.85%增加至10.94%和16.60%;新生成的甘三酯主要有LnLLn,LOL,POL和POLn。

2.2酯交换反应前后油脂的SFC变化

油脂的SFC与油脂的脂肪酸及甘三酯组成密切相关,它直接影响着不同温度下油脂的熔融特性及硬度[8]。酯交换反应前后油脂SFC的变化如图1所示。由图1可知,在5～30 ℃范围内,酯交换可可脂的SFC低于天然可可脂的SFC,但其SFC随温度变化的趋势与天然可可脂的相一致。这可能是酯交换反应后油脂中甘三酯UUU的含量增加,而这类甘三酯结晶点较低[9]。当温度高于34 ℃时,酯交换可可脂的SFC高于天然可可脂的SFC;当温度达到37 ℃时,天然可可脂的SFC为0.12%,酯交换可可脂的SFC约为1.64%。

2.3含亚麻酸巧克力的制备及感官评定

把根1.2.6中的配方和工艺流程制备出的巧克力与天然可可脂制备的巧克力进行比较,发现由酯交换可可脂制备的巧克力呈浅咖啡色,而天然可可脂制备的巧克力颜色较深,呈深咖啡色。

甘三酯组分当量碳数酯交换前(%)酯交换后(%)LnLnLn360.92±0.012.51±0.12LnLLn38-3.61±0.18LLLn40-1.32±0.10LnOLn40-0.80±0.00LOL44-2.70±0.24POLn44-2.80±0.02POL46-2.84±0.26PLP461.56±0.121.95±0.12PLS480.57±0.231.34±0.30POO482.81±0.314.38±0.04SOL481.82±0.281.71±0.24POP4816.40±0.1611.62±0.21SOO502.22±0.054.87±0.10SLS501.87±0.120.88±0.07POS5037.50±0.1434.18±0.12SOS5230.62±1.0116.92±0.14其他-3.71±0.005.57±0.00

注:1.-，未检出;2.当量碳数为甘三酯中链接的3个脂肪酸碳原子总数减去脂肪酸中双键总数的二倍。如POP的当量碳数为16+18+18-2×(2+2)=44。液相色谱中出峰的顺序是根据当量碳数的大小依次出峰。3.P:棕榈酸;S:硬脂酸;O:油酸;L:亚油酸;Ln:亚麻酸。

表6　巧克力的感官评定结果

注:A为酯交换可可脂制备的巧克力;B为天然可可脂制备的巧克力。

图1　酯交换反应前后油脂的SFC曲线Fig.1　SFC curves of fats before and after interesterification

可脂的SFC,37 ℃时酯交换可可脂的SFC为1.64%。以酯交换可可脂为原料制备的含亚麻酸巧克力表面光滑,口感细腻,风味独特,既带有可可特殊的香味,又有轻微的亚麻籽油的清新味道;并且具有较好的氧化稳定性和贮藏稳定性。

[1]Lipp M,Simoneau C,Ulberth F,et al. Composition of genuine cocoa butter and cocoa butter equivalents[J]. Journal of Food Composition and Analysis,2001,14:399-408.

[2]Torbica A M,Pajin B S,Omorjan RP,et al. Physical properties of chocolate with addition of cocoa butter equivalent of moderate hardness[J].Journal of the American Oil Chemists’ Society,2014,91(1):39-48.

[3]Simopoulos A P. Evolutionary aspects of diet,the omega-6/omega-3 ratio and genetic variation:nutritional implications for chronic diseases[J].Biomedicine & Pharmacotherapy,2006,60:502-507.

[4]林少宝,丘通强,李征,等. 几种籽食中脂肪酸组成的研究及探讨[J].现代食品科技,2007(1):23-27.

[5]Yuksel F,Karaman S,Kayacier A. Enrichment of wheat chips with omega-3 fatty acid by flaxseed addition:Textural and some physicochemical properties[J]. Food Chemistry,2014,145:910-917.

[6]崔秀秀,王炎,赵亚丽,等. 基于酶促酯交换的速冻专用油脂制备及应用研究[J].现代食品科技,2014,30(10):187-193.

[7]吴炜亮. 固定化脂肪酶促酯交换反应制备低能量可可脂的研究[D].广州:华南理工大学,2012.

[8]Mehmet A,Artemis K. The interesterifcation-induced changes in olive and palm oil blends[J].Food Chemistry,1998,3(61):301-305.

[9]Humphrey K L,Moquin P H L,Narine S S. Phase behavior of a binary lipid shortening system:From molecules to rheology[J].Journal of the American Oil Chemists’ Society,2003,80(12):1175-1182.

[10]Kanavouras A,Coutelieris F. Shelf-life predictions for packaged olive oil based on simulations[J].Food Chemistry,2006,96(1):48-55.

为了进一步考察酯交换可可脂在巧克力中的应用效果,挑选10位经过培训的人按表2内容对巧克力进行打分,然后将各项分值进行汇总,计算平均值,所得结果如表6所示。由表6可知,酯交换可可脂所制备的巧克力表面光滑细腻,入口即化,口感丝滑,风味独特,既带有可可特殊的香味,又有轻微的亚麻籽油的清新味道;而天然可可脂所制备的巧克力颜色较深,表面略显粗糙,口感细腻,有略重的苦味。

2.4含亚麻酸巧克力的稳定性及货架期预测

含亚麻酸巧克力浸提液中脂肪含有率为7.50 g/100 mL,而按表1中巧克力的配方计算出其脂肪质量分数(巧克力中脂肪质量与总质量之比)为39.87%,表明该巧克力中的油脂含量较高,其稳定性和货架寿命主要受脂肪氧化速率的影响,因此可以采用加速氧化实验预测其货架期。

油脂氧化过程属于一级化学反应,可用以下方程进行描述[10]:

P=P0eKat

式(1)

式中,P-贮存时间为t时测得的巧克力过氧化值,meq/kg;P0-巧克力的初始过氧化值,meq/kg;Ka-巧克力的过氧化值变化速率常数;t-巧克力的存贮存时间,d。

将上述方程两边取对数,得到如下方程:

lnP=Kat+lnP0

式(2)

在60 ℃恒温贮藏条件下,巧克力的过氧化值如表7所示,其均小于国标GB 2716-2005中油脂允许的最高过氧化值19.70 meq/kg(0.25 g/100 g),表明所制备的含亚麻酸巧克力具有较好的氧化稳定性。将上述结果代入方程(2),得到线性回归方程lnP=0.0896t+0.5936,R2=0.983。将19.70代入方程中,计算得到60 ℃时该巧克力的货架期约为27 d;根据表2的换算系数推算出20 ℃时的货架期为428 d,约61周,表明所制备的含亚麻酸巧克力具有良好的贮藏稳定性,其原因可能是天然可可脂中含有抗氧化的多酚类物质。

表7　巧克力的过氧化值

3　结论

利用酶促酯交换反应可成功地将亚麻籽油中的亚麻酸引入可可脂中,所得酯交换油脂的亚麻酸含量由反应前的0.64%±0.01%升高至3.10%±0.28%,主要甘三酯POP、POS和SOS的含量由84.52%减少至62.72%,但熔点为(36.52±0.34)℃,与天然可可脂的相一致。由于酯交换后油脂中低熔点甘三酯UUU和SUU含量升高,故在5～30 ℃范围内,酯交换可可脂的SFC略低于天然可可脂的SFC,但其随温度变化的趋势与天然可可脂的相一致。当温度高于34 ℃时,酯交换可可脂的SFC高于天然可

Preparation of chocolate containing linolenic acid by enzymatic interesterification and its properties

HU Yang,CUI Xiu-xiu,LI Bing,ZONG Min-hua,WU Hong*

(College of Light Industry and Food Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

The interesterification of cocoa butter and flaxseed oil with mass ratio 38∶3 was catalyzed by immobilized lipase Lipozyme TLIM and the melting point of the resulting lipid(named as interesterified cocoa butter)was(36.52±0.34)℃. The linolenic acid content of the interesterified cocoa butter increased from 0.64%±0.01% before reaction to 3.10%±0.28%,but the content of major triacylglycerols of POP,POS and SOS decreased from 84.52% to 62.72%. The content of low melting point triacylglycerols of UUU and SUU increased from 0.92% and 6.85% to 10.94% and 16.60%,respectively. In the range of 5～30 ℃,the solid fat content(SFC)of the interesterified cocoa butter was lower than that of natural cocoa butter,however,its variation trend of SFC with temperature was consistent with that of natural cocoa butter. When the temperature was above 34 ℃,the SFC of interesterified cocoa butter was a little greater than that of natural cocoa butter and the SFC of interesterified cocoa butter was 1.64% at 37 ℃. The chocolate containing linolenic acid prepared by the interesterified cocoa butter had fine and smooth surface,good taste with special flavor of cocoa butter and flaxseed oil. The results of accelerated oxidation test indicated that the shelf life of the resulting chocolate was 428 days at 20 ℃,approximately 61 weeks,which had good storage stability.

enzymatic interesterification;cocoa butter;flaxseed oil;linolenic acid;chocolate

2015-10-08

胡洋(1989-),男,硕士研究生,主要从事油脂合成与应用方面的研究,E-mail:254088166@qq.com。

吴虹(1971-),女,博士,教授,主要从事食品化工、生物化工方面的研究,E-mail:bbhwu@scut.edu.cn。

广东省科技计划项目(2013B010404005);中央高校基本科研业务费重点项目(2014ZZ0048)。

TS225.6

A

1002-0306(2016)10-0123-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.015