油脂固体脂肪指数测定在实验教学中的应用

刘丽艳，李 琳，李 冰，张 霞

(华南理工大学轻工与食品实验教学中心，食品科学与工程学院，广东 广州 510640)

0 引言

在常温下，天然油脂一般是固体脂和液体油的混合物。固体脂肪含量(SFC，Solid Fat Content)是在一定温度下表现为固态的脂肪含量，是脂肪在不同温度下的熔融及硬度性能指标[1-2]。油脂的SFC对其口感和涂抹性能影响显著。当SFC为40%～50%时，油脂过硬，基本没有可塑性；当SFC值<5%时，油脂过软，接近液态油。人造奶油与起酥油的SFC值一般要求在15%～20%，此时具有较好的加工性能。

国家标准GB/T 31743—2015中选择核磁共振直接法作为SFC的测试标准，测试使用自由感应衰减序列(FID)，NMR直接法测定样品中的固体脂肪信号和液体脂肪信号，经过计算处理得到SFC[3-4]。固体脂肪指数(SFI，Solid Fat Index)是与SFC值近似的一个数值，SFI值通常在0、10、21.1、26.7、33.3和40 ℃温度下测量才有意义。SFI曲线的形状是表示油相塑性范围的指标，对于专用油脂产品而言SFI曲线具有重要意义，通过它可以判断产品的许多物理特性[5-6]。

本文介绍根据SFI曲线判断原料油适用领域和通过添加乳化剂改变油脂SFI的实验。本实验内容在油脂工业领域应用较广，属于工程类实验，是对食品科学与工程专业现有实验课程的有益补充[7]。学生经过本实验项目的锻炼，不仅能够巩固基本实验技能，加深对理论知识的理解，还引导学生将所学理论知识运用到工程实践中，鼓励学生运用所学技能去解决生产实际问题。

1 油脂SFI测定实验设计

1.1 实验目的

了解SFI的定义，明确SFI与SFC的区别，掌握SFI的测定方法，并能够根据SFI判断原料油的适用领域，了解添加乳化剂的方法可用于改变油脂SFI，从而拓宽油脂使用范围的方法。

1.2 实验材料与设备

1.2.1 实验材料

实验材料如表1所示。

表1 实验材料

1.2.2 主要仪器与设备

本实验中所采用的主要仪器设备如表2所示。

表2 主要仪器设备

1.3 实验方法

1.3.1 样品准备

本实验选择棕榈硬脂作为基料油、选择GMP为乳化剂开展油脂SFI测定实验，添加GMP的浓度范围是1%、2%和4%。各样品保持在80 ℃的水浴中，确保基料油和乳化剂完全熔化，磁力搅拌30 min以消除结晶记忆，且二者混合均匀，待测。

1.3.2 SFI测定

按照AOCS Method Cd16b-93方法，利用脉冲核磁共振仪(pNMR)测定油脂样品的SFI[8-9]。

在80 ℃温度下，取5 g按比例配置完成的油脂样品倒入pNMR专用的玻璃管中。将玻璃管快速放入0 ℃恒温槽，保持90 min，分别测定各样品的SFC值。然后，盛有油脂样品的玻璃管依次在5、10、21.1、26.7、33.3、40和45 ℃的恒温槽中保持30 min，依次测量各样品在各温度下的SFC值。每个样品做两个平行，数据重复测定3次取平均值。

1.3.3 统计分析

选取SPSS软件对数据展开方差分析，p<0.05表示所得数据具有显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 棕榈硬脂的SFI曲线

SFI曲线是利用完全熔化的油脂样品在较低温度下充分结晶，然后依次在其他特定温度下保持一定时间后测得SFC值，绘制出的温度-SFC曲线。温度-SFC曲线所反映的是充分结晶的油脂样品在依次升温过程中的熔化情况。在实际应用中，常用SFI曲线衡量油脂的塑性范围，并进一步判断此基料油生产的塑性脂肪的应用领域，如起酥油、人造奶油和代可可脂等。因为，人们需要专用油脂在冰箱温度下具有较好的可塑性，而在室温下和一定的时间内能保持外形、且不析出油，上述这些特性与油脂在不同温度下的SFC值有关[10]。温度不同，油脂的SFC值不同，但SFI值与油脂分子组成、晶体类型、结晶速率及预热历史有关[11]。按照AOCS Method Cd16b-93的方法，分别测定可可脂和棕榈硬脂在特定温度下的SFC值，绘制温度-SFC曲线，结果如图1所示[8]。

图1 棕榈硬脂和可可脂的SFI曲线

在工业应用领域，就起酥油而言SFI曲线的形状体现了油相塑性范围，如高稳定性起酥油的SFI曲线非常陡峭，表明其可塑性较弱；一般通用型起酥油的SFI曲线形状较平坦，在很宽的温度区间内其SFC值均比高稳定性起酥油大；而可倾式流态起酥油的固脂含量则很低，它也拥有非常平坦的SFI曲线。根据田纳西州孟菲斯市卡夫食品配料有限公司公布的起酥油典型的SFI曲线可知，本实验所得SFI曲线与高稳定性煎炸用起酥油一致[12]。深锅煎炸时常用到高稳定性起酥油，此外，高稳定性起酥油还用来加工薄脆饼干和硬甜饼干，以及糖果中的脂肪和涂抹脂肪，在植物性仿乳制品中也有应用。

可可脂具有较短的塑性范围和独特浓重的香味。可可脂在低于15 ℃时，表现出坚实和脆裂的特性，在27 ℃以下的温度范围，几乎全部是固体(27.7 ℃开始熔化)。随温度的升高可可脂的熔化速度极快，当温度达到35 ℃时，可可脂几乎完全熔化。因此，它是一种既有硬度，溶解得又快的油脂。可可脂因其能在人体温度下迅速熔化，且无油腻之感，所以是最理想的巧克力专用油脂。

此外，对餐用人造奶油而言，常常测定在10 ℃的SFI值，以此作为它在结晶过程和冰箱冷藏时的稠度参考值，油脂在室温条件使用的指标可以参照其在21.1 ℃时的SFI值，根据油脂在33.3 ℃测得的SFI值可用来预测最终产品的口感和品质。如果油脂在33.3 ℃时具有较高的SFI值，则表明该产品在口中熔融缓慢，会体验到不受欢迎的“蜡”质感。餐用人造奶油的SFI曲线从10 ℃到33.3 ℃范围非常陡峭，SFC值从30%左右通常急剧下降到5%以下[13]。

2.2 乳化剂对棕榈硬脂SFI的影响

食品工业中通常利用乳化剂调控塑型脂肪的物理性质及加工性能，熔点范围为42～56 ℃，棕榈硬脂作为基料油制备的人造奶油、起酥油塑性范围宽，使用范围广，是我国塑性脂肪制品中主要产品[14-16]。单甘脂(GMP)是食品工业领域常用的乳化剂。因此，本实验案例选择以GMP为乳化剂，考察1%、2%、4%浓度的乳化剂添加对棕榈硬脂SFI的影响。

按照AOCS Method Cd16b-93在0、10、21.1、26.7、33.3、40和45 ℃下绘制乳化剂添加量-SFC值曲线，结果如图2所示。

由图2可知，添加了乳化剂的棕榈硬脂的SFI值随着测试温度的升高而降低，在较高的温度范围，GMP的添加浓度对棕榈硬脂SFI值影响更加显著。在0 ℃保持时，各油脂样品间的SFI值无显著性差异，说明此时在油脂结晶起主导作用时较大的过冷度。温度在21.1～33.3 ℃时，GMP的添加浓度显著影响了棕榈硬脂的SFI值(p<0.05)。在21.1和26.7 ℃时，加入1%的GMP对棕榈硬脂的SFI值则并无显著性影响(p>0.05)，这表明在此温度下，低浓度的GMP(1%)对棕榈硬脂的结晶总量没有显著性改变，GMP的添加浓度提高到2%和4%时，棕榈硬脂的SFI值随GMP浓度的增加而增大(p<0.05)。温度进一步提高达到33.3 ℃时，棕榈硬脂的SFI值与乳化剂的添加浓度呈显著正相关(p<0.05)，说明GMP作为乳化剂在此温度下具有稳定油脂晶体结构的作用。温度高于33.3 ℃时，油脂样品快速熔化，SFI均不足12%。

图2 添加1%、2%和4% GMP的棕榈硬脂的SFC值

综上，本实验得到如下结论：①所选棕榈硬脂基料油的SFI曲线陡峭，属于高稳定性煎炸用起酥油；②棕榈硬脂的SFI值随着温度的升高而降低，不同浓度GMP的添加对棕榈硬脂SFI值在21.1～33.3 ℃时影响更显著。

3 结束语

本实验通过SFI曲线判断原料油脂的使用范围，通过添加乳化剂的方法改变SFI从而拓宽原料油脂的使用范围，这一工程类实验是现有实验教学中验证性、综合性实验的有益补充，有利于培养学生在巩固和深化基本实验、理论知识的基础上，进一步提高动手能力、工程实践能力、分析和解决复杂工程问题的能力及创新思维。

此外，以本实验项目为基础，可进一步拓展项目内容，如通过其他加工方式，包括分提、酯交换、氢化和调配加工等方式制成的塑性脂肪的适用领域分析，通过测定SFI曲线推测原料油脂的种类等实验内容[17-18]。该类教学内容充分体现工程教育认证要求，使现有实验课程体系更加层次化、内容更加多样化，有利于构建出基础性实验—综合性实验—工程实践实验的工程化实验教学体系。