不同油脂原料制备技术在食品工业中的应用

不同油脂原料制备技术在食品工业中的应用

人类的牛奶油出现在1869年，历时100多年。它可以根据各类食品的不同要求选择合适的配方,进行科学的加工,使制品酥松、可口,同时兼顾制品的营养、卫生和安全,满足食品工业的各种要求。与天然奶油相比,人造奶油的胆固醇含量明显降低,可以满足特殊疾病患者的功能性特殊要求。随着中西交流的增多,饮食文化也随之相互影响、相互贯通,面包、西点类产品逐渐受到我国人民的青睐,人造奶油作为现代食品工业中新型食用油脂制品得到迅猛的发展,消费量逐渐增大。目前,我国专用油脂的市场容量约为60万t,其中起酥油、奶油、煎炸油、速冻油等通用油脂达到30万t。1酯交换法人造奶油的主要原料是油脂,因此,原料油脂的的化学组成和性质是决定人造奶油性能及产品质量的关键。人造奶油在创制之初主要使用牛油的软质部分为原料,之后把猪油、羊脂等动物油脂及海产动物脂作为原料添加合成。但是动物油脂存在氧化稳定性差、结晶颗粒粗大、酪化性差等缺陷,并且胆固醇含量较高,对人体健康不利。19世纪末出现的植物油加氢硬化技术,以及后来发展起来的酯交换技术,使各种各样的植物油脂作为人造奶油制作原料在技术上成为可能。由于氢化过程中会产生一定量的反式脂肪酸,危害人体健康,而酯交换技术不会改变天然脂肪酸的结构。酯交换技术通过改变甘油三酯中脂肪酸的位置分布而改变油脂的物理性质和化学性质,获得具有特定熔点的饱和和不饱和脂肪酸的混合脂肪,提高油脂稳定性,是改善脂肪功能特性的有效手段,并且不会产生反式脂肪酸,是一种效果较好且更为健康的加工技术。因此该技术逐渐引起人们的关注,成为国际研究热点。迄今为止,已有使用不同油脂原料通过酯交换制备人造奶油的研究报道。2先进的油脂制备技术人们对人造奶油质量的要求越来越高,现代油脂工业为了适应多种规格人造奶油的需求,目前主要采用一些先进的油脂制备技术如油脂分提、油脂氢化及油脂酯交换等来改变天然油脂的性能。2.1干法分提工艺油脂分提是一种可逆的物理改性方法,它将油脂加温溶解后,根据油脂中不同组分熔点的差异,使其中高熔点组分冷却产生结晶,然后经过滤或离心分离结晶部分与液体部分,得到不同熔点不同用途的组分,以利于满足人们对食品风味日益增长的需求,增强油脂在食品工业中的应用。在工业化应用中有干法分提(自然分提)、表面活性剂分提、溶剂分提3种方法。干法分提是利用油脂中不同甘油三酯熔点的不同,使油脂熔化后再冷却结晶,使高熔点部分结晶析出,再用过滤等方法将晶、液分离。这是一种不附加其他措施的分提工艺。干法分提操作简单、安全,可以加工任何原料,不需任何溶剂,产品质量好,成本低。干法分提可分为4个步骤:预处理、用冷却法形成晶核、晶体增长极成熟、用过滤法把软脂从固体分离出来,如附图所示。朱向菊等以猪油为原料利用干法分提生产起酥油,经干法分提获得的高熔点猪油,具有良好的可塑性,可作为起酥油的配方原料油;分提获得的中等熔点的猪油,晶体细小细腻,适宜加工高级奶油蛋糕。干法分提是最简单最经济的分提工艺。且过程中,无反式酸生成、不用添加剂、无催化剂、不污染环境,能源消耗低,操作方便。但不足之处是其为间歇式生产,受膜污染及膜使用期的影响,有待于工艺和设备的改进。表面活性剂分提工艺又称为乳化分提或湿法分提,它是经油脂冷却结晶后,添加表面活性剂,改善油与脂的表面张力,借助脂与表面活性剂间亲和力,形成脂在表面活性剂中呈悬浮液,促进脂晶离析的工艺称为表面活性剂分提工艺。这种分提方法工艺得率比干法分提高,与溶剂法比较,因不使用溶剂,比较安全,设备费用低,操作方便,用途广,适于大规模生产;但由于工艺成本高,且表面活性剂对产品污染问题不能令人满意。溶剂分提法是经油脂溶解于丙酮或己烷等溶剂中,经冷却、结晶析出固体脂,再经过滤分出固体脂,从滤液中回收溶剂得到液体油,溶剂可回收循环使用。该法液体油得率高、分离效果好,但因加入有机溶剂,设备要求密封,投资费用较大,安全管理要求严格。这3种分提工艺,溶剂分提法的分提效率和产品质量较好,其次是表面活性剂分提法,干法分提效率最低。但是,干法分提的经济成本较低,并且与表面活性剂分提和溶剂分提不同,干法分提只是单纯物理操作,近年来经不断收进,已发展成为一种绿色环保工艺。因此,从产品应用和环境保护实际出发,人们更看好简单、实用、成本低、有利于环境保护的干法分提法。2.2高级食用硬化油的作用随着人们生活水平的提高,对食用油脂以及食品加工行业需用的油脂的品质和质量都提出了更高的要求,尤其是对油脂质量要求较高的专用油脂行业更是如此。传统的简单的将不同的油脂进行配比已经不能满足人们的要求。而油脂氢化技术可以将动植物油脂选择性的氢化,改善天然油脂的结构,使其中的不饱和脂肪酸部分达到饱和,从而使氢化后油脂具有一定的可塑性,满足人们对高级食用硬化油的要求,并且油脂硬化以后便于运输,便于加工,氢化后油脂的抗氧化能力和热稳定性大大提高,便于保管和储存,氢化后油脂的色泽、香气和味道大为改善,可以增进人们的食欲。刘多敏等以自制镍催化剂催化葵花籽油选择性氢化制备食用氢化油,考察了常压及低压下氢化的工艺,氢化后的油脂熔点升高,色泽纯白,无臭无异味,适于在专用油脂中使用。许仁在较低压强下,通过提高反应温度(在170℃以上)增加蓖麻油氢化的选择性,制备出用于人造奶油、起酥油的氢化油脂。油脂氢化技术的开发使来源广泛的动、植物油为原料,生产出符合要求的各种固体脂,从根本上解决了人造奶油和起酥油的原料来源问题。但氢化油脂中的亚油酸、亚麻酸等人体必需脂肪酸的含量明显降低,从而使油脂的营养价值降低,并且不完全氢化油脂中含一定量的对人体有害的反式脂肪酸。其难以被人体接受、消化,引发一系列生理功能障碍,导致记忆力降低、肥胖、冠心病、血栓等疾病的发生,并且会影响人体的生长发育等。这些都与人们提倡的健康生活相悖,因此,寻找降低油脂中反式脂肪酸含量的途径势在必行。2.3准酯交换工艺酯交换技术是通过改变甘油三酯中的脂肪酸的位置分布而改变油脂的物理性质和化学性质,获得适宜熔点形态的饱和不饱和脂肪酸的混合脂肪,提高油脂稳定性,是改善脂肪功能特性的有效手段,也是降低食品中反式脂肪酸最有效的措施。酯交换反应除了在不同油脂间进行脂肪酸基的交换和转移之外,还包括油脂和脂肪酸之间发生的酸解反应,以及油脂和醇之间的醇解反应。对于人造奶油和起酥油的原料油脂加工来说,酯交换反应主要是应用油脂之间的酯交换反应。与氢化反应一样,油脂酯交换反应也是食用油脂改性的重要手段。根据所用催化剂的不同,酯交换反应可以分为化学酯交换和酶法酯交换。化学酯交换的催化剂通常为碱类物质,根据酯交换目的和反应温度的不同,采用不同的催化剂。氢氧化钾、氢氧化钠等本身难溶于油脂,一般在120—160℃的高温下使用,与甘油共用可提高催化效果。裘文杰等以氢氧化钠与甘油混合物催化猪油酯交换反应的研究,酯交换程度达97.6%;在低温下常采用钾、钠及其醇化物,如甲醇钠,通常甲醇钠在50—70℃较低温度下反应。在化学酯交换反应过程中,所有甘三酯分子随机重排,最终按概率规则达到一个平衡状态。化学催化剂使用时可以直接使用干粉或者是将干粉溶解到溶剂中再使用均可,操作简单、价格便宜。但是水分或其他过氧化物是能使催化剂中毒的,因此原料油脂在使用前必须严格精制与干燥。传统的酯交换目前已成为一种重要的标准酯交换工艺,柴丹以甲醇钠为化学酯交换的催化剂对大豆油为原料制备零反式脂肪酸人造奶油/起酥油进行了研究,酯交换后油脂的饱和甘三酯和三不饱和甘三酯的量都明显下降,而双不饱和甘三酯(UUS)和单不饱和甘三酯(SSU)的量显著增加,其热性质、结晶习性和晶型都表明适合作为人造奶油的基料油。但是化学酯交换也具有一系列缺点,如化学酯交换影响产品风味、所用催化剂具有一定的危险性、环保性能不佳等。酶法酯交换是采用生物酶作为催化剂的定向酯交换反应,根据酶的种类不同,可有针对性地改变脂肪酸的种类和位置,比化学酯交换具有更多的优势。其反应条件更为温和,操作简单,不会产生有害的化学副产物,并且可确切的获知与掌握酯交换的程度使反应在指定的时间内停止等。尤其是近几年发展起来的固定化酶催化酯交换,它基本上能得到与化学酯交换相似的产物,并且催化酯交换反应后还能够回收重复利用,有力地降低了生产成本,提高了产品的品质。因此,固定化酶催化油脂酯交换反应成为研究的一个热点。许多研究人员对酯交换反应进行了研究,K.Long等比较了酯交换对棕榈硬脂与亚麻籽油、棕榈油与亚麻籽油熔点的影响。实验证明,棕榈硬脂与亚麻籽油酶催化酯交换后油脂的熔点降低了,而棕榈油与亚麻籽油酯交换后油脂的熔点升高了41%—48%;并且酯交换后在所有温度下棕榈硬脂与亚麻籽油的固体脂肪含量(SFC)都降低了,而棕榈油与亚麻籽油体系的固体脂肪含量(SFC)比酯交换前都有增高,尤其是在10℃时增高更明显。酯交换前后油脂混合物中的脂肪酸没有发生明显的变化。由于不同油脂酯交换后效果各异,所以要根据需求的不同选择合适的体系,进一步研究以达到特定的效果,M.A.Alim等选棕榈硬脂与米糠油体系进行酯交换反应来制备固体脂,对水分含量、反应温度、反应时间和摩尔比等反应参数进行了研究,并通过响应面分析法优化了反应条件,得到特定熔点的固体脂。为以后的酯交换的深入研究提供了基础数据。物理性质的变化,往往是由其化学组分的变化引起的,因此有人开始研究油脂中甘三酯的变化以对酯交换过程进行深入研究。S.Ghosh等利用棕榈硬脂分别与葵花籽油、大豆油和米糠油进行酯交换反应,对酯交换后油脂的熔点,固体脂肪含量(SFC)和甘三酯的等效碳原子数进行了分析,棕榈硬脂分别与葵花籽油、大豆油和米糠油酯交换后油脂的熔点分别为37.5℃、38.9℃和39.6℃,SFC在10℃时为30%—35%,20℃时为17%—19%,30℃时为6%—10%,并且发现甘三酯的组分也发生了明显的变化,所有得到的酯交换产物都适于用做零/低反式脂肪酸、不饱和脂肪酸丰富的人造奶油和起酥油的基料油。R.C.Rodriguez等对棕榈硬脂和大豆油为反应底物,在无溶剂体系中酶法催化酯交换反应进行了研究,酯交换后油脂中全饱和和多不饱和干三酯含量降低,单/双不饱和干三酯的含量以相似的速度增加。温度低于15℃时,固体脂肪含量(SFC)含量有一定程度的增加,在较高的温度时,油脂变得比较柔软。有人进一步深入研究了酯交换过程中油脂各个组分的变化以及不同的反应条件对组分含量变化的影响。Vimon等用SP435脂肪酶催化猪油与高油酸含量的葵花籽油进行酯交换反应,对不同油-脂比例酯交换产物进行比较,随着葵花籽油含量的增加,产物中甘油三酯的含量降低,甘二酯、单甘脂和游离脂肪酸的含量增加。结果证明,当猪油与葵花籽油的比例为40∶60时,产物中游离脂肪酸的含量最高,以这个比例反应时,发生水解现象最严重,当底物比例为60∶40时,酯交换混合物能满足软质人造奶油的要求。H.Zhang等研究了棕榈硬脂和椰子油为反应底物,酶法催化制备人造奶油,考察了反应条件对酯交换效果的影响,当反应时间为6h时,温度从55℃升高到80℃对反应的程度没有太大的影响,但是,会对游离脂肪酸的含量有轻微的影响。酶的含水量在3%—6%时,对酶本身的催化活性没有影响,但是,产物中的甘二酯和游离脂肪酸的含量会大幅度降低。这些研究为酶催化酯交换制备人造奶油基料油的实际应用提供了基本参数,奠定了实验基础。通过广泛深入的研究合作,ADM公司于2002年首批产品上市,到2005年该公司已经生产了超过6810t的酯交换油,并且生产规模还在进一步扩大。此外,随着基因工程等生物技术的发展,越来越多的产酶菌株被筛选培育出来,酶的纯度提高,价格降低,这也进一步降低了酶促酯交换的成本,增加了其经济效益和社会效益,为酶催化酯交换工业提供了更广阔的前景。3人造奶油业的生产技术随着人们生活水平的提高和消费观念的改变,传统的通用型人造奶油、起酥油产品已经不能满足人们的需求,并且