关键词：
调和牛油
理化特性
相容性
流变
数学模型
摘要：
牛脂肪作为肉牛屠宰加工产业的重要副产物,在食品工业中有着广阔的开发空间和潜在的经济价值。然而,牛脂肪的饱和度高、熔点高、硬度高等理化特征限制了其在食品加工中的应用。为了改善牛脂肪的上述缺点,各类牛油基复配油脂产品被开发出来。然而,尚未有研究系统阐明牛油基复配油脂的相容性和流变特性。因此,明晰牛油基复配油脂理化特征的变化对拓宽牛油在食品工业中的应用具有重要意义。
本研究选取鸡油、菜籽油和大豆油等三种食品工业常用的动植物油作为牛油复配油脂,探究了不同配比下的调和牛油的品质、相容性、结晶特性、流变特性等理化特征,构建了调和牛油黏度系数的变化规律数学模型,最后针对不同调和牛油的特性开发了两款适应性产品。主要研究结果如下:
(一)牛油与鸡油、菜籽油、大豆油二元复的理化特性及相容性研究:选取鸡油、菜籽油和大豆油作为复配原料油,分别与牛油复配后制备了牛油基二元复配油脂,并对其理化性质进行考察。结果表明,相较于牛油单体,二元复配油脂的理化性质均表现出显著性差异。具体地,三种二元复配油脂的熔点随着牛油占比的提高而显著提高(由15.8℃提升至42.94℃),酸价、过氧化值与牛油占比呈现正相关,而碘值与牛油占比呈现负相关。此外,调和牛油的晶型由复配前的β′型转向β型。流变特性分析结果显示,二元复配油脂的黏度与牛油占比、熔点、β晶型占比呈现正相关,黏度-剪切速率曲线显示为剪切稀释的特性。调和牛油在各温度下的固体脂肪含量(SFC)随着牛油占比的升高而升高。相容性分析结果显示,三种二元复配油脂的相容性优越级别顺序表现为鸡油/牛油>菜籽油/牛油>大豆油/牛油,其中鸡油与牛油最佳相容比例为9:1(m/m)。
(二)四种油脂三元复配调和牛油的理化特性及相容性研究:基于上述牛油/鸡油二元复配最优结果,本研究进一步通过在此最佳二元复配体系中分别加入菜籽油和大豆油制备牛油基三元复配油脂,并考察了三元复配样品的理化性质、晶型、相容性和流变特性。结果表明,与二元复配体系相比,三元复配体系的偏晶和共晶现象波动范围更小,变化次数更少,即相容性得到改善。其中,相容性最好的三元复配油脂为牛油/鸡油/菜籽油(1:3:6,m/m/m)和牛油/鸡油/大豆油(3:2:5,m/m/m)。随着高熔点油脂(牛油、鸡油)占比提高,三元复配油脂的熔点随之提高,且熔点受到油脂间相容性的影响较大。酸价、过氧化值、碘值和皂化值的整体变化趋势与二元复配体系相同。在晶型方面,与二元复配体系的结晶行为类似,三元复配油脂的β晶型增多,而β′晶型降低。在流变特性方面,所有三元复配体系表现为剪切稀释的非牛顿流体,黏度随着熔点的升高而增大。
(三)四元复配调和牛油的理化特性和相容性研究及流变模型的建立:本研究进一步将牛油、鸡油、菜籽油、大豆油进行复配制备牛油基四元复配油脂,考察了四元复配体系的理化性质、晶型、相容性、和流变特性,并构建了黏度系数模型。结果表明,相较于二元复配样品和三元复配样品,四元复配的ΔSFC值波动范围更小,且各组之间ΔSFC值的差距更小,相容性最好的四元复配结果为牛油/鸡油/大豆油/菜籽油(2:3:2:3,m/m/m/m)。结合二元、三元、四元复配体系的流变特性,对黏度-剪切速率曲线进行拟合后得到黏度系数K,发现牛油的占比对K值贡献较大,通过对K值构建非线性回归方程,得到K=-96.091+6.28*W+1.31*X+1.092*Y+1.239*Z-0.088*W*X-0.075*W*Y-0.083*W*Z-0.004*X*Y+0.065*X*Z-0.009*Y*Z-0.003*W*X*Z+0.001*W*Y*Z-0.003*X*Y*Z(式中:W代表牛油,X代表菜籽油,Y代表鸡油,Z代表大豆油)。
(四)调和牛油的产品开发及品质测定:根据当前火锅和酱料包的不同特性以及存在的问题,使用上述流变模型的组分参数逆向求解(构建本构方程、参数求解转化约束优化、Python实现求解),给定约束条件,得到大量配比组合。选择不同黏度的调和牛油并结合油脂间的相容性,开发上述两种产品,发现使用不同油脂的产品之间的色差、粘度和挂油率之间存在差异,相同的配方下产品的色差主要是由于油脂的颜色贡献。火锅菜品挂油率的趋势与粘度相同,二者呈现正相关关系,同时受到菜品表面的粗糙程度和褶皱影响较大。感官评分和风味方面,H1(牛油:鸡油=1:1,m/m)和S2(牛油:鸡油:大豆油:菜籽油=5:1:2:2,m/m/m/m)显示出最佳感官评分,风味最为浓郁。采用Schaal烘箱法及结合Arrhenius经典公式推算火锅油的货架期为12个月,酱料包货架期为11个月。
综上,本研究系统研究了二元、三元、四元牛油复配体系的理化性质和相容性,并初步建立了调和牛油流变数学模型,探究了牛油基复配油脂在火锅用油和酱料包中的应用潜力。研究结
