《食品科学》：江南大学杨巍副教授等：冻融循环中不同脂肪酸组成的油脂对植脂搅打奶油稳定性的影响

植脂搅打奶油通常由油脂、蛋白质、稳定剂、糖和水等成分组成，属于典型的水包油体系，经搅打后因其优良的可塑性和出色的口感，广泛应用于各种食品的装饰和制作。植脂搅打奶油为冷冻型奶油，在运输、贮存和使用过程中不可避免地经历多次冷冻解冻过程，显著影响乳液的稳定性。油脂是影响奶油乳液稳定性和搅打质量的关键成分，其在低温下形成的晶体是改变物理和感官特性的重要因素。此外，油脂结晶在脂肪球内会形成稳定的网络结构，从而保持乳液的稳定性。

江南大学食品学院的皇甫秋灵、柴秀航、杨巍*等人以棕榈仁油（PKO）、全氢化棕榈仁油（FHPKO）、棕榈仁硬脂（PKS）和棕榈油硬脂（POS）为原料油，分析其油脂组成和结晶特性。通过测定乳液性质和奶油搅打性能，进一步探讨由不同油脂组成和结晶特性油脂制备的植脂搅打奶油经过1、3、5 次冻融循环后的品质变化，以期为生产高冻融稳定的植脂搅打奶油提供理论参考。

01

油脂组成分析

脂肪酸组成和甘油三酯种类与油脂的理化性质及品质密切相关。由表1可知，PKO、PKS、FHPKO中的月桂酸相对含量均在42%以上，属于典型的月桂酸型油脂，在食品烘焙专用油中应用广泛。PKO和PKS的脂肪酸种类相似，两种油脂中的月桂酸相对含量均为最高，分别为44.50%和51.62%。在4 种油脂中，PKO的油酸相对含量最高（18.37%），PKS的豆蔻酸相对含量最高（23.70%）。FHPKO中的饱和脂肪酸（saturated fatty acids，SFA）相对含量高达100%，其中月桂酸和硬脂酸的相对含量分别为42.72%和25.63%，具有良好的结晶特性。POS中棕榈酸相对含量达到80.60%，是主要的脂肪酸成分。研究表明，月桂酸和豆蔻酸可以促进油脂中小晶体和致密结晶网络的形成，而硬脂酸可以促进油脂中形成大的球形晶体，油脂中棕榈酸和油酸含量的增加会导致弱结晶网络的形成，因此，脂肪酸的碳链长度和饱和度是影响脂肪结晶性质的重要因素。

油脂中的三饱和脂肪酸甘油酯（SSS）含量越高且脂肪酸链越长，形成的晶体尺寸越大。这是由于长链饱和脂肪酸的直链结构能够紧密排列，从而形成更为稳定的晶体结构。如表2所示，所有油脂的甘油三酯种类多样，且与其脂肪酸种类相对应。4 种油脂中SSS型甘油三酯的含量由高到低依次为FHPKO、PKS、PKO和POS。由于PKO、PKS和FHPKO中的月桂酸和豆蔻酸是主要脂肪酸，因此由这些脂肪酸组成的甘油三酯含量较高，如LaLaLa（依次为30.56%、42.62%、29.74%）和LaLaM（依次为10.93%、17.80%、11.35%）等。棕榈酸和油酸是POS的主要脂肪酸，由棕榈酸组成的PPP含量最高（72.25%），其次为PPO（9.69%）。这种差异会导致油脂的物理特性和熔融结晶行为不同。因此，脂肪酸组成的差异直接影响了甘油三酯的类型和油脂的整体性质。

02

油脂结晶行为分析

2.1 热力学性质分析

油脂的结晶与熔化行为对搅打奶油的形成与稳定性起着关键作用。此外，油脂的脂肪酸组成和链长影响其晶体的结构和性质。通过分析不同油脂的结晶和熔化行为，可以揭示脂肪酸组成与油脂晶体的网络结构稳定性之间的关系。如图1A所示，在结晶过程中POS含有较高含量的三棕榈酸甘油三酯，表现出较高的放热峰，该峰的起始结晶温度约为41 ℃，且结晶峰陡峭，表明其具有较快的成核周期和较短达到晶体平衡的时间。PKO、PKS和FHPKO的结晶温度晚于POS，这可能是由于油脂中含有较高含量的月桂酸和豆蔻酸，需要更低的温度以实现所需要的结晶驱动力，并诱导形成更多的成核位点[16]。这些结果表明，脂肪酸链长越长、饱和度越高，结晶温度相应越高，油脂更容易结晶且结晶更稳定。

如图1B所示，在熔化过程中POS的起始熔融温度约为46 ℃，并表现出一个明显的吸热峰。相比之下，PKS和FHPKO的起始熔融温度均为21 ℃左右。此外，PKO和FHPKO的熔融曲线中不仅出现了一个主吸热峰，还伴随着一个小肩峰。小肩峰出现在PKO的左侧和FHPKO的右侧，这一现象归因于FHPKO中高含量的硬脂酸与PKO中高含量的油酸。通常情况下，短链饱和脂肪酸与长链不饱和脂肪酸形成的甘油三酯优先熔化，而长链饱和脂肪酸形成的甘油三酯则需要在更高温度条件下才会融化。相反，在冷却过程中，这些高熔点的甘油三酯优先结晶，形成稳定的晶体结构。

2.2 SFC分析

油脂的应用特性受到SFC的影响，且不同温度条件下的SFC具有不同的参考意义，其中5、25、35 ℃的SFC分别与油脂的结晶能力、熔融特性及食品口感密切相关。由图2可知，PKS与FHPKO的SFC相似。此外，所有油脂的SFC随着温度的升高而降低。在0～20 ℃之间，PKS、FHPKO和POS未表现出明显的SFC降低。其中，POS在20 ℃时的SFC最高（94.72%），其次是FHPKO（92.66%）和PKS（87.76%）。PKO的SFC最低，仅为43.51%。在20～35 ℃，PKO和PKS骤降至0%，FHPKO降低至4.71%，表明这些油脂融化速度快，在食用搅打奶油时其可以快速融化产生细腻的口感。而POS的SFC仍保持在80.53%，显示出较高的热稳定性。这些现象可由组成油脂甘油三酯的脂肪酸碳链长度和饱和度差异进行解释：PKO、FHPKO和PKS主要含有由月桂酸和豆蔻酸组成的甘油三酯，此外，PKO中还含有较高比例的油酸，低熔点组分在较高温度下迅速融化；而POS中富含高熔点的棕榈酸形成的三棕榈酸甘油三酯，使其对温度变化不敏感。

2.3 油脂晶型和显微结构

常见的油脂晶型包括

不同脂肪酸和甘油三酯的组成会导致油脂形成不同的晶体形态。如图3B所示，脂肪酸组成相似的PKO、PKS和FHPKO形成了均匀颗粒状晶体，不同的是，PKO的晶体较小且分布稀疏，PKS的小颗粒状晶体会进一步聚集，形成发射状态的微观形态，而FHPKO则是由许多小针状晶体堆积形成致密的脂肪晶体网络结构，其晶体尺寸较PKO和PKS大。这一现象可能与PKO和PKS中有高含量的月桂酸和豆蔻酸所形成的甘油三酯有关，这加速了结晶过程，诱导形成更多的小晶体。相较之下，FHPKO除了富含月桂酸之外，还具有一定比例的硬脂酸和棕榈酸，在冷却过程中，高熔点分子先结晶，作为晶核诱导临近的分子迅速形成细小而密集的晶体网络结构。POS则表现为粗大的发射状晶体，其原因在于高含量的棕榈酸所形成的甘油三酯使得结晶峰的范围窄，从而加速了晶核的形成和生长，形成紧密粗大的脂肪结晶网络结构。这一现象与XRD分析相印证。

03

搅打奶油乳液性质分析

3.1 界面蛋白含量占比与乳液部分聚结

加入到乳液中的蛋白质会在脂肪球表面形成一层致密的蛋白质吸附层，以保证乳液的稳定。脂肪球界面膜的强度可以通过其在界面膜上的吸附量反映。如图4A所示，随着冻融次数的增加，4 种不同油脂制备的乳液样品界面膜蛋白含量占比均有所降低，表明经过冻融循环后的脂肪球都遭到不同程度的破坏。在相同的冻融循环次数的情况下，界面蛋白含量占比从大到小依次为PKO、FHPKO、PKS和POS，其中FT5-PKS与FT5-POS体系的样品蛋白含量占比最低。这一现象可能归因于POS的甘油三酯中棕榈酸含量高，使其在0～20 ℃范围具有较高的SFC，提供了足够的脂肪晶体。随着脂肪晶体含量增加，突出的脂肪晶体含量随之增加，导致界面膜受到破坏，界面蛋白质脱落。Moens等研究了不同温度循环处理与重组乳脂奶油品质的关系，发现当温度为30 ℃时油脂发生重结晶，脂肪晶体会移动到更有利的界面膜上，使得突出到水相中的脂肪晶体更多，造成蛋白质脱落，同时脂肪球部分聚集也更容易发生。此外，在冷冻过程中冰晶的形成也会对界面蛋白含量造成影响。

脂肪球的部分聚结是乳液失稳的一种表现，指两个或者多个脂肪球通过脂肪结晶相互连接，形成不规则团簇的过程。部分聚结率越高，表明乳液的稳定性越差。如图4B所示，在对照组中，POS体系的部分聚结率最高，随着冻融循环次数的增加，PKS体系的部分聚结率高于其他组，表明PKS与POS体系对于冻融循环引起的部分聚结具有更高的敏感性。此外，不同油脂之间的脂肪球部分聚结差异可能源于其脂肪酸组成和结晶性质的不同。PKS、FHPKO与POS由于含有长链饱和脂肪酸而形成致密的结晶网络，并且在解冻温度下的SFC较高，高SFC会使脂肪球界面上的晶体变得粗糙，从而提高晶体刺破脂肪球界面膜的可能性。而PKO富含月桂酸和油酸导致脂肪结晶能力弱和晶体热稳定差，解冻时晶体融化，这种特性使得PKO体系的乳液在冻融循环中的稳定性相对较好。

3.2 粒径和黏度

乳液液滴大小是评估奶油乳液稳定性的重要指标。如图5A所示，随着冻融循环次数的增加，所有乳液的粒径均有所增大，表明冻融循环对乳液稳定性产生了不利影响。在4 种油脂体系的对照组中，POS体系的粒径最大，而其余3 种油脂制备的乳液粒径在1 μm左右。表明结晶能力强的油脂（POS）形成粗大的脂肪晶体降低界面膜的稳定性，从而为脂肪球碰撞刺破界面膜的过程提供有利条件，导致乳液粒径增大。相比之下，结晶能力弱的油脂（PKO）所形成的脂肪结晶对界面膜的影响小，即使经过多次冻融循环，其乳液的粒径仍相对较小，显示出良好的稳定性。

黏度是影响搅打奶油品质的重要指标。研究表明，高黏度可以延缓并阻止脂肪球的下沉以及搅打奶油的析水，从而提高奶油的贮存稳定性。然而，过高的黏度会阻碍空气的进入，降低奶油的打发倍数。如图5B所示，在对照组中POS体系的黏度最大，这与其粒径结果一致，表明液滴粒径与乳液黏度之间存在高度的相关性。所有样品的黏度在冻融循环期间迅速增加，说明乳液经历冻融循环后发生了一系列不稳定过程，如部分聚结、聚集等，使乳液中脂肪球聚集体的增加，导致黏度的增加。冻融5 次后，POS的粒径与黏度低于PKS，可能是由于在冻融循环过程中油脂会发生重结晶现象，PKS结晶形成的脂肪结晶对乳液界面膜的影响高于POS，造成FT5-PKS（56.03%）的部分聚结率高于FT5-POS（46.72%），而高脂肪部分聚结率对应大的粒径和黏度。

3.3 乳液TSI

利用多重光散射分析仪对装在专用玻璃管中的乳液进行扫描分析，可以直观地评估乳液的稳定性。在相同条件下，TSI越大则表示乳液的稳定性越低，反之亦然。此外，由于奶油乳液属于不透明液体，样品的BS可用于反映乳液稳定性随时间变化的趋势。如图6所示，随着冻融循环次数的增加，中部的BS强度随着时间的延长而降低，曲线发生平移，表明乳液中的液滴发生聚结，且粒径发生变化。根据BS强度的变化，进一步计算乳液的TSI。结果显示，PKO与FHPKO体系的TSI随着冻融循环次数的增加而变大，表明乳液的稳定性呈现逐渐降低的趋势。而PKS和POS体系的TSI则表现出先上升后下降的趋势，其在冻融3 次时达到最大。这可能是由于乳液经过5 次冻融之后，液滴发生聚结现象增大乳液的黏度，使得流动性受到限制，反而增强了液滴的稳定性。

04

植脂奶油的搅打性能分析

搅打时间是评估奶油乳液形成泡沫体系所需时间的参数。由表3可知，PKS、FHPKO和POS体系的搅打时间随着冻融循环次数的增加呈逐渐延长趋势，而PKO体系的搅打时间则呈现下降趋势。这些变化的原因在于不同脂肪酸组成的油脂脂肪晶体网络存在差异，导致乳液在冻融循环过程中发生不同程度的部分聚结，聚结的脂肪球增大了乳液的黏度，过高的黏度使空气进入乳液变得更加困难，从而延长达到搅打终点所需的时间。

打发倍数和奶油硬度分别反映乳液包裹空气的能力以及奶油内部结构的强度和泡沫稳定性，这两者是评估搅打奶油质量的常用参数。如表3所示，PKO体系经过冻融循环后整体的打发倍数较高且硬度最小，并且在冻融循环次数增加的过程中均未出现明显变化，表明结晶能力较弱的脂肪受到冻融循环的影响较小。尽管FHPKO体系的打发倍数虽然呈下降趋势，但经过5 次冻融循环后，仍保持在200%以上，满足一般市售搅打奶油的要求。而PKS体系的打发倍数则从224.40%（CG）骤降至119.16%（FT5-PKS），同时在相同冻融循环次数下，其硬度为所有体系中最高。经过冻融循环后的POS体系打发倍数低于157.98%，未能满足消费者的需求。结果表明，不同脂肪酸组成油脂的脂肪结晶特性存在显著差异，导致不同程度的聚结，适度的脂肪球部分聚结有助于缩短奶油的搅打时间，但过度聚结不仅阻碍空气进入泡沫结构，还会导致不稳定的泡沫网络结构形成，从而延长搅打时间并增加奶油硬度。

05

裱花性能分析

图7展示了搅打奶油乳液的裱花性能与外观，所有样品均可成功打发。然而，PKS与POS体系的搅打奶油在0 min和30 min时均出现表面粗糙且无软尖峰的现象。此外，当奶油放置6 h后，经过3 次与5 次冻融循环的样品出现析水现象，表明其网络结构不稳定。相反，PKO与FHPKO体系随着冻融循环次数的增加均能形成软尖峰，但在放置6 h后，PKO体系奶油高度明显下降。

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奶油微观结构分析

如图8所示，随着冻融循环次数的增加，PKO体系中气泡之间的间距增大，大气泡的比例较高，这也是导致PKO体系打发倍数高，而贮存一段时间后奶油裱花高度明显下降的原因。对于PKS和POS体系，随着冻融次数的增加，气泡间隙中出现了聚集的脂肪球团簇，而FHPKO体系则显示出均匀的气泡分布，形成了更致密的网络结构，使得泡沫结构更加稳定。

07

结 论

本实验研究了不同种类油脂的脂肪酸组成和结晶性质对经过冻融循环后搅打奶油的乳液稳定性和搅打特性的影响。结果表明，PKO、PKS、FHPKO和POS制备的奶油乳液在经过冻融循环后均受到不同程度的破坏，奶油的搅打性质下降。月桂酸型油脂制备的搅打奶油经历冻融循环后，乳液的稳定性和搅打特性整体上优于棕榈酸型油脂。具体而言，对于月桂酸型油脂，PKO由于含有18.37%的油酸（C18:1），形成的脂肪结晶热稳定性差，经过冻融循环后，脂肪结晶对脂肪球界面蛋白影响小，乳液界面膜稳定，脂肪球不易聚集从而具有良好的乳液稳定性，但其结晶稳定性差导致乳液打发后形成的脂肪球网络结构包裹气泡的稳定性差。FHPKO与PKS的SFC相似，但PKS含有23.70%豆蔻酸（C14:0），形成的脂肪晶体网络稀疏，且晶体聚集形成发射状态的脂肪微观结构，经过相同的冻融循环后，其脂肪球界面蛋白含量占比最小，界面膜最不稳定，导致乳液的脂肪球部分聚结率、粒径和黏度均达到最大，奶油搅打性能差。而FHPKO含有25.63%的硬脂酸（C18:0），形成了更密集的脂肪结晶网络，其脂肪晶体细小，经过冻融循环后，结晶对界面影响小，界面蛋白含量占比高，乳液稳定性好，且部分聚结率适中，因此打发倍数最高，且经过5 次冻融循环后仍能保持稳定的泡沫结构。对于棕榈酸型油脂，POS含有80.60%的棕榈酸（C16:0），因其高含量的长碳链脂肪酸，油脂形成粗大的脂肪结晶，冻融循环对其乳液影响最为显著，具有高乳液黏度、脂肪部分聚结程度的特点，聚集的脂肪球团簇填充在气泡之间，导致打发倍数低且奶油的稳定性差。这些研究结果可为高冻融稳定性的充气乳液，特别是在搅打奶油的设计和应用方面提供新的见解。

本文《冻融循环中不同脂肪酸组成的油脂对植脂搅打奶油稳定性的影响》来源于《食品科学》2025年46卷第9期69-79页，作者：皇甫秋灵，柴秀航，韩宛君，刘元法，杨巍*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241018-123。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：普怡然；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

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