植物油脂体作为油料作物种子储存油脂的细胞器,因其特殊的磷脂-蛋白质膜结构,在水中能形成稳定的水包油乳液,展现出优异的物理化学稳定性和乳化性能,广泛应用于食品工业中。近年来,随着对油脂体提取率和应用性需求的增加,其提取分离和稳定性研究成为研究的焦点。油脂体的提取方法对其稳定性、加工适应性和应用方向具有至关重要的影响。

目前,水提取法因其有效去除外源蛋白、提高油脂体纯度的特点而得到广泛应用,但如何进一步提高其提取率、稳定性及降低生产成本,仍然是当前和未来的研究重点。中国农业大学食品科学与营养工程学院的单子明、彭郁、温馨*等总结了常用的稳定性评价方法,以期为油脂体的深入研究和应用提供参考。

01

植物油脂体的组成和结构

植物种子中的脂类物质主要以三酰甘油酯的形式存在,这些三酰甘油酯分子被一层磷脂和蛋白质组成的“半单位”膜包围,形成许多相对稳定的、一般直径为0.5~2.5 μm的亚细胞微滴,这些亚细胞微滴就是植物油脂体(图1)。植物油脂体内部的三酰甘油酯、少量甘油二酯和游离脂肪酸约占总体的92%~98%,外部的磷脂-蛋白膜中磷脂约占1%~4%,蛋白约占1%~4%。

磷脂是植物油脂体膜结构的主要组成成分,占油脂体外表膜的80%,主要为卵磷脂,还有少量磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰肌醇。磷脂通常带负电荷,可以与蛋白质的碱性氨基酸残基产生静电相互作用,从而提高油脂体乳液体系的稳定性,因此磷脂的含量对于油脂体稳定性的维持至关重要。植物来源和油脂体提取工艺对植物油脂体的磷脂含量影响显著。

油脂体中含有的蛋白质主要分为3 类,分别为油体蛋白、油体钙蛋白和甾醇蛋白,其中含量最丰富的是油体蛋白。油体蛋白是分子质量为15~30 kDa的碱性蛋白质,与植物油脂体的生物发生相关,可以稳定油脂体与胞质溶胶的交界面,调节油脂体的体积;油体钙蛋白与种子萌发时的脂类降解相关,可以提高油脂体的稳定性;甾醇蛋白则具有还原酶活性,可能与甾类化合物的合成相关。以上3 类蛋白对油脂体的稳定性以及植物的生长发育有重要作用。

02

油脂体的提取方法

油脂体表面的磷脂-蛋白膜使油脂体具有亲水性,故可以使用水溶液提取分离。根据植物油脂体的来源、性质和应用的差异,对油脂体纯度和稳定性的要求不同,其最适提取方法及提取条件也各有不同。其中常用的植物油脂体提取方法有水提取法和溶液提取法;溶液提取法又可分为碱溶液提取法、盐溶液提取法、缓冲溶液提取法、蔗糖辅助提取法和酶辅助提取法等。

2.1 水提取法

水提取法是传统的植物油脂体提取方法,其工艺主要包括水磨打浆和离心分离两大步骤。水磨打浆步骤主要是通过机械剪切力破坏油料作物的细胞壁,从而使细胞内的油脂体能够释放出来,该步骤常用的机械有双螺杆压榨机和搅拌机两种;离心分离步骤则是在油料作物细胞壁破坏并且油脂体释放以后,利用油脂与蛋白质、淀粉和多糖等其他非油脂成分溶解性和比重差异,通过离心使油脂体上浮,从而达到分离的目的。一般情况下,一次离心分离后得到的油脂体是粗提物,其中还含有细胞壁成分和外源蛋白的分散体,需要通过重复洗涤和多次离心才能将非油脂成分予以去除。

Romero-Guzmán等采用水提取法使用双螺杆压榨机提取油菜籽油脂体,当料液比为1∶1时,单次双螺杆压榨得到的油脂体提取率为60%,两次压榨油脂体提取率最高可达到90%。Han Haotian等使用搅拌机以1∶9的料液比对大豆进行水磨打浆,然后分别将生豆浆在60、70、80、90 ℃和100 ℃条件下水浴加热后离心分离得到大豆油脂体,结果表明,100 ℃水浴加热后分离获得的大豆油脂体脂质纯度最高,干基状态下达93.9%,且该条件下获得的大豆油脂体氧化稳定性和流动性均更好,在液体食品方向有良好的应用前景。水提取法操作简便,设备需求简单,所提取的油脂体不受其他溶剂的污染,安全性高,有利于在食品领域的应用,但是水提取法获取的油脂体表面一般会吸附大量的油脂体外源蛋白,因此,水提取法更适用于粗油脂体的提取制备。最新的油脂体研究中,水提取法依然是常见的提取方法,尤其是粗油脂体的提取,在油菜籽、大豆油脂体提取中应用较广泛。

2.2 溶液提取法

2.2.1 碱溶液提取法

碱溶液提取法是在打浆和离心分离的基础步骤下,通过碱性环境破坏油料作物中蛋白质和油脂体的相互作用,从而进一步实现油脂和蛋白分离,提高油脂体的纯度。

Nikiforidis等在pH 9的碱性环境下提取玉米胚芽油脂体,当搅拌机搅拌3 次时油脂体的提取率可达到95.3%,通过测定油脂体乳液的粒径分布发现,油脂体在储藏的前5 d粒径迅速增加,在25 d储藏期后产生聚集体,且添加表面活性剂(十二烷基硫酸钠)或3 h机械搅拌都不能使其分散,可能是外源蛋白的去除降低了玉米胚芽油脂体稳定性。

碱溶液提取法操作简单,常用的碱溶液有NaOH溶液、NaHCO 3 溶液和KOH溶液等,相比于水提取法,由于油脂体中的外源蛋白主要为油料作物中的储藏蛋白,例如大豆中的7S蛋白和11S蛋白,大多在碱性条件下溶解度高,因此碱溶液提取法能够有效去除油脂体表面的这部分外源蛋白,提高油脂体的纯度。但是碱溶液提取法并不适用于所有植物油脂体,pH 11及以上的碱溶液会对油脂体表面的磷脂和蛋白质造成影响,在一定程度上改变油脂体的成分和性质,由于不同植物油脂体的结构和成分的差异,可能对油脂体的稳定性产生影响。

2.2.2 盐溶液提取法

盐溶液提取法是以盐溶液作为提取介质分离提取植物油脂体的一种方法。盐溶液能够提高附着在油脂体膜表面的外源蛋白的溶解性,从而达到清除储藏蛋白和油脂体表面杂质的目的,因此可以提高油脂体的纯度。

根据Hofmeister离子序列可知,不同盐溶液对蛋白质盐溶和盐析效应的影响存在差异,其中离子的盐析效能随离子在Hofmeister级数中位置的下降而降低。植物油脂体膜结构中含有油体蛋白、油体钙蛋白、甾醇蛋白等,以及吸附在油脂体表面的外源蛋白,因此植物油脂体的提取率与基本性质也会受盐溶液中的离子种类和离子强度影响显著。Romero-Guzmán等分别对比了一价阳离子(Na + 、K + )和二价阳离子(Mg 2+ 、Ca 2+ )的存在对油菜籽油脂体提取的影响,结果表明,K + 存在时油菜籽油脂体的提取率约为64.2%,显著高于其他离子存在时油菜籽油脂体的提取率。水提取法获得的油脂体呈聚集状态,盐溶液提取的油脂体分散且独立。Romero-Guzmán等对比了0.1 mol/L NaHCO 3 溶液(pH 9.5)和0.2 mol/L KCl溶液(pH 7)提取的油菜籽油脂体制备的植物基蛋黄酱后发现,0.2 mol/L KCl溶液提取并经过3 次洗涤制备的油菜籽油脂体的流变特性与商业蛋黄酱最相似,适合植物基蛋黄酱的工艺生产。

尿素可以与蛋白质分子的氨基酸残基形成氢键,破坏蛋白质的二级结构,因此,采用尿素溶液提取油脂体可以去除吸附在油脂体表面的外源蛋白,达到提高油脂体纯度的目的。陈雅静等在将不同植物种籽(花生、核桃仁、杏仁、南瓜籽、油菜籽、油茶籽和红花籽)水磨打浆后,通过向生浆中加入尿素至其浓度为8 mol/L,离心后将乳膏溶于8 mol/L尿素溶液中洗涤两次得到油脂体,通过观察析乳现象并对不同油脂体在pH 3~7范围内的稳定性进行分析,发现花生油脂体在除了pH 4.2~4.6的环境下均呈现良好的分散状态,而其他6 种植物油脂体呈现析乳现象的pH值范围更宽,因此在pH 3~7范围内,与其他6 种植物油脂体相比,花生油脂体稳定性最好。

盐溶液提取法常用的盐溶液包括钠、钾盐溶液以及尿素溶液等,目前主要应用于油菜籽、花生的油脂体提取。该方法操作简单,相比于水提取法,盐溶液提取法获得的油脂体纯度较高,物理稳定性提高,油脂体粒径降低,ζ-电位绝对值提高,但清洗步骤可能会造成油脂体的损失,降低油脂体的提取率。因此,盐溶液提取法更适用于纯度较高的油脂体的生产,但不适用于大批量生产,以免造成油脂体资源的浪费。

2.2.3 缓冲溶液提取法

缓冲溶液提取法是在植物油脂体提取过程中,使用缓冲溶液控制提取体系的pH值在一定范围内波动,从而远离油脂体的等电点,避免油脂体的聚集,同时,缓冲溶液还可以洗去可促进微生物生长的化合物,延长油脂体的储存期。植物油脂体的等电点大多在pH 5~6之间,目前,在植物油脂体的提取过程中应用较多的缓冲溶液有Tris-HCl缓冲溶液、磷酸钠缓冲溶液和乙酸钾缓冲溶液等。

吴娜娜等采用Tris-HCl缓冲溶液(pH 7.5,含0.05 mol/L Tris-HCl、0.4 mol/L蔗糖、0.5 mol/L NaCl)以1∶5的料液比提取大豆油脂体,比较不同pH值(2、3、4、5、6、7和8)条件下大豆油脂体乳液的稳定性,结果表明,pH值为6~8时大豆油脂体的平均粒径最小,为0.4 μm左右,此时油脂体稳定性较高。Sukhotu等采用0.01 mol/L Tris-HCl缓冲溶液提取玉米胚芽油脂体,当pH值为7时玉米胚芽油脂体的ζ-电位为-19.3 mV,粒径为0.23 μm,油脂体的等电点为4.6~4.8。李宁等采用磷酸钠缓冲溶液(含0.6 mol/L蔗糖、10 mmol/L磷酸钠缓冲溶液,pH 7.5)提取油菜籽油脂体发现,当pH值为2~3或7~8时,油脂体平均粒径为2.29 μm,油脂体稳定性优于pH 4~6时制备的样品。

目前,缓冲溶液提取法已经应用于多种植物种子的油脂体提取中,如大豆、花生和玉米等。缓冲溶液提取法提取油脂体可以一定程度上避免油脂体的聚集和融合,降低油脂体的粒径,使油脂体以单独个体存在,提高其物理稳定性。缓冲溶液提取法获得的植物油脂体更适用于食品、药品等领域的应用,但缓冲溶液提取法在提取过程中试剂大量使用,回收处理难度高,易造成污染且成本较高。

2.2.4 蔗糖辅助提取法

蔗糖辅助提取法是通过蔗糖提高浸泡溶液的渗透压,促进油料作物的细胞壁破坏,从而使油脂体流出的一种提取方法。蔗糖辅助提取法可以提高油脂体的提取率,同时,还可以有效洗涤油脂体表面黏附的外源蛋白及其他非蛋白杂质,达到提高油脂体纯度的目的;同时,蔗糖的存在可以增加分离体系的黏度,限制水的移动,从而降低油脂体互相接近的概率,增强油脂体的物理稳定性。

冯雪等将水磨打浆后的生豆浆与蔗糖混合,用1 mol/L NaOH溶液调节pH值至11.0后离心得到上层乳膏,然后将该乳膏与蔗糖溶液混合搅拌,再调节pH值至11.0后离心得到乳膏,多次洗涤离心后获得的大豆油脂体的脂肪质量分数约为31.75%。曹艳芸等在水磨打浆后将蔗糖加入生豆浆中使混合物蔗糖质量分数达到20%,离心后将上层收集物重新分散于水中,加入20%蔗糖进行洗涤,重复洗涤油脂体2 次得到大豆油脂体,其干基脂肪质量分数达85.7%。蔗糖辅助提取法常与缓冲溶液提取法结合使用。Zaaboul等用水提取法提取得到花生粗油脂体,再分别用蔗糖溶液和磷酸钠缓冲溶液洗涤油脂体,并且在洗涤过程中分别调节pH值至6.8、8.0、10.0和11.0,通过与粗油脂体对比发现,蔗糖溶液和缓冲溶液在碱性pH值环境下洗涤花生油脂体可以除去大部分油脂体外源性蛋白,且洗涤后的油脂体颗粒粒径显著减小,油脂体的稳定性提升。

现阶段蔗糖辅助提取法常应用于大豆和花生的油脂体提取,尤其在大豆油脂体提取方面研究颇多。蔗糖辅助提取法可以提高油脂体的纯度,与无蔗糖辅助提取的油脂体相比,蔗糖辅助法提取的油脂体表面蛋白显著减少,油脂体的粒径降低,物理稳定性提高,且蔗糖溶液的渗透压可以使细胞壁进一步破坏,从而提高油脂体的提取率。但蔗糖的大量使用也增加了生产成本,同时产生废水处理的问题。

2.3 酶辅助提取法

酶辅助提取法是利用果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶或复合酶处理油料作物以水解其细胞壁,提高油脂体的提取率的一种方法,该方法目前正逐渐被应用于不同植物油脂体的提取分离之中。

赵自通等使用阿拉伯聚糖酶、纤维素酶、β-葡聚糖酶、半纤维素酶和木聚糖酶的复合酶水解花生细胞壁,采用搅拌机提取花生油脂体,通过对酶用量、酶解温度、酶解时间等条件进行优化后发现,当料液比1∶4、酶用量1.25%、酶解时间80 min、酶解温度50 ℃时对花生油脂体的提取率最高,约为48.9%。魏松丽等对酶辅助法提取花生油脂体的复合酶配比进行优化后发现,当纤维素酶、果胶酶与木聚糖酶质量比为63∶24∶13时,提取获得的花生油脂体提取率最高,约为47.1%,此时花生油脂体的纯度约为74.8%。

酶辅助提取法工艺简单、条件温和,是花生和大豆油脂体常用的提取方法之一,该方法提取的油脂体提取率高,且与其他方法相比,酶辅助提取法提取的油脂体不含其他化学品或溶剂,安全性更高,有利于其在食品领域的应用。但酶辅助提取法在提取过程中需要使用大量的酶,也存在酶制剂昂贵的问题,所以回收酶制剂的有效方法有待探究,以降低生产成本。

综上,对植物油脂体常用提取方法的一般提取工艺进行总结,如图2所示。

03

油脂体稳定性的评价方法

油脂体稳定性可以定义为油脂体抵抗其物理、化学和生物性质随时间变化的能力。油脂体的稳定性对其应用推广十分重要。天然植物油脂体是一种不易破裂的软液滴,其表面的磷脂-蛋白质膜使其可以分散于水中形成稳定的水包油乳液,磷脂和蛋白质之间的静电相互作用和疏水相互作用增强了该膜结构的稳定性,同时表面蛋白质提供的电荷和空间位阻可以使油脂体之间相互排斥,也有利于维持油脂体乳液的稳定性,因此油脂体膜结构蛋白和外源蛋白种类、数量的差异均会对油脂体稳定性产生影响。

目前关于油脂体稳定性的综述类文章主要集中于油脂体稳定性的影响因素及影响机制,其中涉及了油脂体的多种稳定性评价方法,但是未能形成体系,缺少对物理、化学和微生物稳定性评价方法的总结。图3总结了油脂体常见的失稳现象及影响因素,油脂体的物理、化学及微生物稳定性对其在食品领域的应用至关重要。油脂体的物理稳定性对其在研究及应用中保持稳定的分散状态十分重要,与产品品质紧密相关。对于油脂体的化学稳定性,若油脂体产生氧化酸败,则会影响产品的感官品质,甚至危害食品安全。同样,油脂体的微生物稳定性也是应用生产中应重点关注的指标,对产品的储藏期有重要影响。故本节综述总结了植物油脂体的物理稳定性、化学稳定性和微生物稳定性的评价方法,以期为油脂体的应用推广提供依据。

3.1 物理稳定性

油脂体物理失稳一般宏观表现为油脂体乳液中油脂体的上浮、下沉、絮凝和聚结等相分离现象,微观表现为油脂体聚集、大颗粒形成和乳液液滴粒径增加等。油脂体的物理稳定性可以通过显微镜观察、粒径、ζ-电位、乳液乳析指数、乳液透光率动态变化和界面张力等方法进行评价。

3.1.1 显微镜观察

显微镜观察主要是通过显微镜观测油脂体的粒径尺寸、分布范围、分布均匀程度、聚集情况和液滴之间的黏连情况等;常用的显微镜种类有激光共聚焦显微镜、透射电子显微镜和荧光显微镜等。王丽丽等使用光学显微镜观察大豆油脂体分散液,观察到冷冻前油脂体均匀分布在溶液中,而冷冻后出现形状不规则的油脂体聚集体,直径达20 μm,说明冷冻导致了油脂体的聚集和融合。武利春等将10%油脂体乳液用磷酸盐缓冲液稀释,使用尼罗红和尼罗蓝液染色后,在激光共聚焦显微镜下观察大豆、葵花籽、花生、芝麻和核桃油脂体形态,可以观察到乳液的聚集和粒径大小的变化,其中大豆油脂体在灭菌前后粒径无明显变化,葵花油脂体灭菌后粒径减小,花生油脂体灭菌后发生明显聚集,芝麻和核桃油脂体在灭菌后出现形状不规则液滴。

显微镜观察可以直接获得油脂体的微观形态、粒径大小、分布均匀程度、聚集和融合现象等信息,是对油脂体稳定性的一种直观、准确的评价方法,但显微镜仪器价格昂贵,实验成本较高。

3.1.2 粒径

颗粒的大小称为粒度,一般颗粒的大小又以直径表示,故也称为粒径。油脂体粒径的测定一般是将油脂体充分、均匀地分散于纯水或缓冲溶液中,然后用激光粒度仪测定。粒径的分布和大小可在一定程度上反映油脂体乳液的稳定性,通常当乳液粒径分布均一且粒径越小时,乳液体系越稳定。油脂体一般为粒径0.2~2.5 μm的球状体,当油脂体的平均粒径显著大于常规粒径范围时,说明植物油脂体之间可能发生聚集、融合和沉淀现象,油脂体乳液的物理稳定性降低。外源蛋白的附着也会对油脂体粒径产生影响,造成油脂体粒径偏大,影响油脂体的稳定性。

油脂体的来源、pH值、离子强度、加工处理方法和附着蛋白等因素均会影响油脂体的粒径。油脂体的大小与其生长过程中的营养条件和环境因素都有关,而大小和形状还与种子中油和蛋白的比例相关,油脂与蛋白的比例越高,则油脂体越大,形状越趋近球形。杨旭凤等探究高压均质处理对不同pH值条件下提取的葵花籽油脂体的影响,结果表明,pH 5.0条件下提取的油脂体乳液经过60 MPa均质后,平均粒径由1 729 nm降低至229 nm,储藏稳定性最佳。

3.1.3 ζ-电位

ζ-电位是指剪切面的电位,是表征胶体分散系稳定性的重要指标。ζ-电位可以反映乳液体系中乳滴表面电荷和乳滴之间相互作用力的大小,ζ-电位绝对值越高,体系越稳定,乳滴之间越不容易凝结或聚集。油脂体在pH 4~6的范围内不带电,因此,为了增加静电斥力,提高油脂体的分离率和物理稳定性,一般建议在碱性条件下进行分离,此时的油脂体带负电荷,可以实现较好的分离效果。ζ-电位的测定是常用的衡量油脂体物理稳定性的方法之一,一般的测定方法是将油脂体稀释于纯水或缓冲液中,用ζ-电位分析仪测定。油脂体中油体蛋白带负电的残基暴露在外侧,而带正电的区域与带负电的磷脂和游离脂肪酸相连,所以当pH值高于等电点时油脂体表现为带负电。油脂体中的油体蛋白及外源蛋白提供了主要的表面电荷,更多的外源蛋白为更多表面电荷的携带提供了可能,对油脂体的稳定性影响显著。

3.1.4 乳液乳析指数

乳析指数可以从宏观角度评价乳液物理稳定性,是关于油相和连续相之间平衡稳定状态的指标,乳析指数越低,乳液状态越稳定。油脂体分散于水中可以形成稳定的水包油乳液,但水包油乳液在一定条件下或储藏过程中会发生絮凝、聚集等物理失稳现象,会导致液滴的平均粒径增加,形成大颗粒的聚集,导致乳液的相分离,通过测定乳析指数可以评价油脂体乳液的宏观物理稳定性。将油脂体乳液置于密封的试管内,静置一段时间后,乳液会分层成两部分,上面的白色部分为油脂层,下面为清液层,乳析指数为清液层高度与乳液样品总高度的比值,数值越大,分层越严重,说明乳液稳定性越低。

杨旭凤等通过测定乳析指数研究提取pH值和均质压力对葵花籽油脂体乳液稳定性的影响,结果表明,pH 5.0条件下提取、60 MPa均质处理的油脂体乳液乳析指数最低,为0.1%,说明该条件下葵花籽油脂体物理稳定性最高。

3.1.5 乳液透光率动态变化

乳液透光率动态变化通常使用全功能稳定性分析仪测定,该仪器通过离心使溶液中的粒子沉降或上浮,然后使用近红外光发射器和电荷耦合元件检测器收集样品管不同位置的透射光动态变化。通过测定油脂体乳液在加速离心过程中乳液透光率动态变化,可以获得澄清指数-时间变化曲线,在曲线中澄清指数越高则油脂体乳液体系物理稳定性越差。刘子豪等使用全功能稳定性分析仪测定大豆粗油脂体(油脂质量分数28.1%)和纯油脂体(油脂质量分数43.2%)的物理稳定性,结果显示,在离心过程中,粗油脂体和纯油脂体的澄清指数在前期保持稳定,在20 min后急剧上升,表明油脂体失稳,失稳过程中纯油脂体的澄清指数始终高于富含外源蛋白的粗油脂体,因此,粗油脂体在离心条件下的物理稳定性更好,这可能是外源蛋白提高了油脂体的电荷密度,有助于维持油脂体的稳定。

3.1.6 界面张力

界面张力可以看成是作用在单位长度液体界面上的收缩力,在数值上与比界面能大小相等。油脂体乳液中,油脂体聚集速率的快慢受乳液界面张力和界面强度大小的影响,界面张力越小、界面压越大,油脂体越不易发生聚集,则油脂体乳液物理稳定性更高。丁俭等使用动态表面张力测量仪测定了热处理前后的大豆油脂体乳液的界面张力,结果表明,在200 s测定时间内,30 ℃和50 ℃热处理的大豆油脂体界面张力小于未处理组,油脂体较稳定,而70 ℃和90 ℃热处理的大豆油脂体界面张力大于未处理组,可能是较高温度的热处理使表面蛋白变性,油脂体之间蛋白质的相互作用增加,造成大豆油脂体的聚集和不稳定。

3.2 化学稳定性

植物油脂体中含有大量三酰甘油酯,而油脂在储藏过程中或高温处理后易发生氧化反应,产生反式脂肪酸和氢过氧化物等有害物质,并分解出烃、醇、醛、酮、酸、酯及内酯和呋喃等物质,产生哈喇味,从而影响食品风味;食用酸败的油脂还会影响人体健康甚至引发食物中毒。因此,油脂体的化学稳定性评价也十分重要。油脂体的化学稳定性一般指氧化稳定性,其主要评价指标有酸价、过氧化值、硫代巴比妥酸反应物(TBARS)值和脂肪氧化酶活性等。

3.2.1 酸价

酸价是指中和1 g油脂中脂肪酸所需的KOH的质量,是衡量脂肪中游离羧酸基团数量的指标。油脂氧化的初级产物是氢过氧化物,氢过氧化物进一步分解会产生小分子的醛、酮和酸等,油脂的氧化程度越高,产生的游离脂肪酸越多,所以酸价可以表示油脂的氧化稳定性,即酸价值越大,油脂体氧化稳定性越低。

冯雪等参照GB 5009.229—2016《食品中酸价的测定》中的冷溶剂指示剂滴定法测定酶法提取大豆油脂体的酸价,随着储藏时间延长(0~12 d),油脂体的酸价由1 mg/g上升至3.5 mg/g,超出了国标对食用油酸价的最高限量标准,这可能是大豆油脂体中水分含量较高,在脂肪酶的作用下脂肪发生了水解。

3.2.2 过氧化值

油脂体本身具有较高的氧化稳定性,但将油脂体添加到食品中时,外界因素可能导致脂肪氧化反应,使脂肪分解为游离脂肪酸和甘油,并进一步使不饱和脂肪酸分解为初级氧化产物即过氧化物,所以过氧化值是评价油脂体在储藏期间油脂初级氧化程度的重要指标之一。油脂体过氧化值的测定可以使用GB 5009.227—2016《食品中过氧化值的测定》规定的硫代硫酸钠滴定法或者硫氰化铁比色法。冯雪等通过硫代硫酸钠滴定法测得缓冲溶液提取法、水提取法和酶提取法提取的大豆油脂体的过氧化值,得出水提取法和酶辅助提取法的大豆油脂体稳定性优于缓冲溶液提取法。

3.2.3 TBARS值

油脂体中脂肪酸的初级氧化产物可以进一步分解,形成游离的脂肪酸、醛酮等次级氧化产物,进而产生不良风味,其中氧化产物丙二醛可以与硫代巴比妥酸生成红色化合物,通过测定其吸光度可计算TBARS值,TBARS值可以用于评价油脂体乳液二次氧化程度,TBARS值越大,油脂体越不稳定,一般将TBARS值与过氧化值相结合分析油脂的氧化。武利春等探究巴氏灭菌对花生油脂体氧化稳定性的影响,结果表明,14 d储藏期内,花生油脂体的TBARS值逐渐增加,灭菌组TBARS值始终低于未灭菌组,第14天时未灭菌和灭菌的花生油脂体乳液TBARS值分别为17.8 μmol/kg和10.4 μmol/kg,说明巴氏灭菌可以抑制次级氧化物的生成,有助于提高花生油脂体的氧化稳定性。宋晗钰等测定不同pH值条件下提取的大豆油脂体的TBARS值,结果表明,在14 d储藏期内大豆油脂体的TBARS值随储藏时间延长而逐渐增加,且pH值越高,大豆油脂体的TBARS值越低,说明高碱性条件下提取的大豆油脂体有更好的氧化稳定性。

3.3 微生物稳定性

长时间或高温储藏的油脂体可能产生臭味或变色、长毛等现象,这与微生物的生长相关。现阶段,实验室环境下,为了延长油脂体储藏时间,会向其中添加叠氮化钠。叠氮化钠为白色六方系晶体,无味无嗅,在高热或剧烈振动条件下会发生强烈爆炸,有剧毒,可经呼吸道、消化道和皮肤进入人体,严重者可引起中毒死亡,但叠氮化钠可以通过阻止细胞的电子传递从而达到抑菌的效果,所以在实验室研究中可用于防腐。武利春等将10 g油脂体分散于90 g含有20 mg/mL叠氮化钠的磷酸盐缓冲溶液中,再进行巴氏灭菌处理,以抑制细菌生长。对于植物油脂体,现有研究主要关注其物理稳定性和氧化稳定性,可能由于叠氮化钠的良好抑菌性,对油脂体微生物稳定性的研究有所忽略,可以通过菌落总数评价油脂体的微生物稳定性,具体评价方法有待今后的深入研究。

04

油脂体在食品中的应用

油脂体在食品领域具有很高的应用价值。大豆、核桃等作物中的油脂体含有较高含量的中性脂肪,是提取食用油的优质原料。在植物组织中,油脂体中的油脂可以连续数年保持不被氧化,其外层的磷脂蛋白单分子层膜是一种天然的保护膜,且油脂体富含植物甾醇、VE等功能性成分,可以作为抗氧化成分用于提高食品在加工运输及储存过程中的稳定性。此外,油脂体的磷脂-蛋白质膜使油脂体具有可拉伸性、弹性和选择渗透性等功能性。故油脂体因其特殊的结构、优异的抗氧化性及较好的乳化稳定性,在食品行业有广阔的应用前景,目前主要用于动物油脂替代物、乳化剂、可食用膜和活性物质载体等。

4.1 动物油脂替代物

肉类产品或甜品中一般含有大量动物脂肪,然而动物脂肪中饱和脂肪酸和胆固醇含量高,过度摄入会导致肥胖,增加高血压、高血脂、心脏病、糖尿病等的发病率,因此需要降低动物脂肪在食品中的含量。油脂体具有良好的氧化稳定性和物理稳定性,用植物油脂体代替动物油脂具有广阔的应用前景。Wang Wan等使用大豆油脂体代替乳脂肪制备冰淇淋,替代量分别为10%、20%、30%、40%和50%,结果表明,当大豆油脂体替代量为30%~50%时,冰淇淋具有更好的质地和融化性能,同时增加了不饱和脂肪酸含量和消化过程中脂肪酸的释放,为提高乳制品的感官品质和可消化性提供了依据。Bibat等使用油菜籽油脂体分别替代25%、50%、75%和100%的猪油制作肉糊,并对其颜色、感官评价、持水性、持油性和TBARS值等进行分析,结果表明,油菜籽油脂体替代猪油有效提高了肉糊的持水性、持油性和氧化稳定性,且随着油脂体替代量增加,肉糊的氧化稳定性提高,但在感官特性和质地等方面的改善还需要进一步探索。

4.2 乳化剂

由于油脂体表面蛋白质的两亲性结构,油脂体作为乳化剂应用于食品中已经非常广泛,其中应用较多的食品体系为蛋黄酱、千岛酱、冰淇淋和果汁等。大豆油脂体富含不饱和脂肪酸和VE、磷脂、异黄酮等脂溶性活性物质,对人体健康有益,其特殊结构和功能性成分,使大豆油脂体成为天然的乳化剂。Rahmati等研究了大豆油脂体作为乳化剂对蛋黄酱品质的影响,结果表明,用油脂体乳液代替蛋黄酱中的鸡蛋不会影响蛋黄酱的黏度(最高替换率为75%)和稳定性(最高替换率为50%),这有助于解决蛋黄酱中胆固醇高的问题。

4.3 可食用膜

可食用膜是一种向可食性成膜材料中添加增塑剂、交联剂后通过分子间相互作用力形成的一种薄膜,可通过抗氧化、阻湿和防止溶质迁移保证食品质量,延长食品货架期。研究表明水溶性亲水胶体制备的可食用膜的耐水性较差,使用油脂体代替植物油,掺入蛋白质或多糖制成可食性膜,是一个较新的研究方向,油脂体特有的理化性能以及表面可与多聚物之间相互作用的性质,可以提高膜的阻水性、柔韧性和抗氧化性。Matsakidou等使用玉米胚芽油脂体制备酪蛋白酸钠-甘油复合薄膜,通过测定复合膜的硬度、拉伸性、表面疏水性等发现,油脂体的添加有效提高了复合膜的柔韧性和阻水性,且在70 d的储存时间内,复合膜的机械强度(断裂应力和模量)先下降后恢复,不透明度提高,为其在食品中的应用提供了新思路。

4.4 生物活性物质载体

油脂体独特的磷脂-蛋白膜结构可以将疏水性分子截留并保护在油脂体的疏水核心中,所以油脂体可以作为生物活性成分的输送载体,保护活性成分不受外界环境影响,掩盖不需要的味道,提高活性成分的氧化稳定性和生物可及性,且干燥后制成的固体产品更易储存和运输。

虾青素易氧化,Acevedo等对甘蓝型油菜油脂体微胶囊化虾青素的条件进行研究,在不同pH值和离子强度下油脂体表面的静电排斥力没有显著改变,说明包埋虾青素不会影响油脂体稳定性,且在空气中和阳光下,游离虾青素的降解率显著高于油脂体包埋的虾青素,表明油脂体对虾青素具有保护作用。对植物油脂体的稳定性评价指标及应用方向的总结见图4。

05

结 语

植物油脂体因其特殊的组成和结构,具有良好的加工性能和稳定性,可以作为动物油脂替代物、食品乳化剂、可食用膜配料、活性成分载体等,在食品加工,尤其是植物基食品开发方面,具有广阔的应用前景。油脂体的提取方法对油脂体的稳定性、加工适应性以及应用方向都有重要影响,目前,应用最广泛的是水提取法,为了去除外源蛋白、提高油脂体纯度,常使用碱溶液、盐溶液、缓冲溶液和蔗糖等辅助提取油脂体,如何进一步提高油脂体的提取率、稳定性以及降低生产成本仍是未来的研究方向,同时应注意与应用相结合。

现有研究涉及到多种对油脂体物理、化学稳定性的评价方法,物理稳定性评价方法主要有显微镜观察、粒径、ζ-电位、乳液乳析指数和乳液透光率动态变化测定等,化学稳定性评价方法主要有酸价、过氧化值和TBARS值的测定。然而,微生物指标作为食品安全中不可忽视的一部分,该方面的研究及评价方法均较少,这是未来油脂体领域研究的新方向,对于油脂体在食品中的应用和发展非常重要。同时,油脂体物理和化学稳定性的新评价方法也是未来继续研究的方向,如何快速、准确地评价油脂体的稳定性是该领域研究的目标,以期进一步完善油脂体稳定性的评价体系,为植物油脂体在各个领域的应用提供基础和依据。

通信作者:

温馨,中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授,博士生导师,主要从事果蔬加工理论与技术、天然产物与功能食品、加工副产物综合利用研究等,第八届中国科协青年人才托举工程托举对象。兼任中国农学会农产品贮藏加工分会副秘书长,中国食品科学技术学会果蔬加工技术分会第三届委员会委员。《Food Chemistry》《Food Hydrocolloids》《Food Research International》《食品科学》等杂志审稿人,《Food and Health》编委,《Molecules》客座编辑。现主持国家自然基金青年基金项目1项、国家重点研发计划子课题1项、国家外专项目1 项,作为骨干参与承担国家自然科学基金重点国际合作研究项目等纵向项目2 项、横向企业合作项目5 项。共发表论文72 篇,授权专利14 项,参编专著5 项,获中国发明协会发明创业奖创新奖一等奖1 项(排名第5)。

第一作者:

单子明,中国农业大学食品科学与营养工程学院,硕士研究生,本科毕业于中国农业大学食品科学与营养工程学院,主要研究方向为天然产物提取。

本文《植物油脂体提取及稳定性评价研究进展》来源于《食品科学》2025年45卷第19期251-262,作者:单子明,彭郁,秦琛强,傅娆,李茉,倪元颖,温馨。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20231009-052。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑:李雄;责任编辑:张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战,促进产学研用各界的交流合作,由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心(动物替代蛋白)及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办,西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、四川轻化工大学食品与酿酒工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所(四川省农业科学院食物与营养健康研究所)、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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