一种以食用聚合物制备油莎豆油油凝胶的方法

技术领域

本发明属于食品技术领域，具体涉及一种以食用聚合物制备油莎豆油油凝胶的方法。

背景技术

因食品专用油脂可以改善烘焙类食品的口感、适口性、质地、风味和香气而被广泛应用于烘焙产品(如面包、蛋糕、饼干等)中。然而市场上的食品专用油脂多为氢化油脂，其中除含有大量的饱和脂肪酸外，还含有一定量的反式脂肪酸。经常食用饱和脂肪酸和反式脂肪酸较多的食物会增加心血管疾病、Ⅱ型糖尿病和冠心病等疾病的患病风险。因此，将植物油结构化使其形成油凝胶，以此替代市场上食品专用油脂成了新的研究方向。

油莎豆(学名：Cyperus esculentus L.)又称虎坚果、地下核桃、洋地栗等，属莎草科一年生草本植物，环境适应性极强，是一种高产、优质的综合利用价值极高的新型集粮、油、牧、饲于一体的经济作物。油莎豆出油率高达20-36％，研究表明，油莎豆油是一种极优质的保健食用油，同时油莎豆因其产量在目前油料作物中最高被誉为“油料作物之王”。油莎豆油脂肪酸组成及含量与橄榄油较为相似，不饱和脂肪酸含量一般在85％以上，主要是油酸(65.5-76.1％)，具有降低胆固醇、预防心血管疾病等功效。此外，油莎豆油也是植物甾醇、总酚、生育酚、角鲨烯等天然抗氧化成分的主要来源，具有降血脂、抗氧化等功效。

此外，目前油凝胶是以亲水性聚合物构建乳液，并以此为模板进行干燥剪切而形成，该方法绿色、温和，应用广泛。然而，该方法制备的油凝胶品质差，稳定性不高。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明旨在提供一种以食用聚合物制备油莎豆油油凝胶的方法，以食用聚合物为模板，构建富含高不饱和脂肪酸的油莎豆油油凝胶，以解决目前油凝胶稳定性差、品质差的问题，及油莎豆油易氧化，不易长期储存等问题。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种以食用聚合物制备油莎豆油油凝胶的方法，以油莎豆油为基料，以乳清分离蛋白为稳定剂，以多糖黄原胶为凝胶剂构建高内相乳液，并以此为模板制备油莎豆油油凝胶；

在高内相乳液体系中，所述乳清分离蛋白浓度为2.0wt％，所述多糖黄原胶浓度为0.2-0.4wt％，优选为0.4wt％；所述油莎豆油体积分数为75％。

进一步地，所述油莎豆油中不饱和脂肪酸含量大于85wt％。

进一步地，所述乳清分离蛋白以液体形式存在，制备方法为：将乳清分离蛋白溶于去离子水中，加入叠氮钠，磁力搅拌，将得到的悬浮液冷藏使其水化，调节pH至7，然后水浴加热，冷却至室温，形成乳清分离蛋白液体。

进一步地，所述多糖黄原胶以液体形式存在，制备方法为：将多糖黄原胶溶解于去离子水中充分水化，得到浓度为0.2wt％的黄原胶溶液，冷藏。

进一步地，所述高内相乳液的构建方法为：将乳清分离蛋白和黄原胶制成溶液后分别加水稀释并混合，然后加入油莎豆油中，在13000r/min转速下均质3min，形成高内相乳液。

进一步地，以高内相乳液为模板制备油凝胶的方法为：将高内相乳液干燥后进行破碎处理，然后在10000r/min转速下剪切2min，即得油凝胶。

本发明还提供一种利用上述方法制备得到的油莎豆油油凝胶。

乳清分离蛋白(Wheyprotein isolate,WPI)是生产干酪的副产物，精制后能够得到蛋白含量不低于90％的蛋白质，其含有多种氨基酸且组成合理，易消化吸收，具有良好的乳化特性。蛋白质的三级结构在热处理后会暴露出更多的疏水性氨基酸基团，更有利于在油水界面的结合，β-乳球蛋白加热后，其稳定的乳状液的粘性和弹性都有所增加。

黄原胶(Xanthan gum,XG)是一种天然的微生物胞外阴离子多糖，具有良好的溶解性、凝胶性以及对热和酸碱性的稳定性，可进一步提高乳液的稳定性。

以高内相乳液(High internal phase emulsion,HIPE)为模板可以减少干燥过程对油凝胶品质的影响，并能增强油凝胶的稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

油莎豆油中不饱和脂肪酸含量占85wt％以上，且其中还含有维生素E、植物甾醇等，以油莎豆油为基料油，以健康营养的乳清分离蛋白和黄原胶来构建高内相乳液，并以此为模板制备油凝胶，可有效提高油凝胶的营养价值及稳定性，为乳液模板法构建油凝胶的发展提供了理论基础。

本发明制备的油凝胶触变恢复能力强，温度稳定性高，质量好不易氧化变质，便于长期储存。

本发明构建的乳清分离蛋白-多糖油莎豆油油凝胶形成稳定的三维网络结构，可以高效束缚油莎豆油脂，持油能力好，便于长期储存，此操作方法简单，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为不同浓度WPI和XG制备的HIPE乳液滴粒度分布曲线及平均液滴大小(D

图2为不同浓度WPI和XG制备的HIPE的宏观图；

图3为不同浓度WPI和XG制备的HIPE的微观形态；

图4为不同浓度WPI和XG制备的HIPE的频率扫描曲线(A，B，C)和剪切粘度变化曲线(D，E，F)；

图5为不同浓度WPI和XG制备的HIPE离心后的宏观状态图；

图6为不同浓度WPI和XG制备的油凝胶的宏观状态图；

图7为不同浓度WPI和XG制备的油凝胶的微观形态图；

图8为不同浓度WPI和XG制备的油凝胶的稳定性；

图9为不同浓度WPI和XG制备的油凝胶的频率扫描(A，B)及剪切粘度变化曲线(C，D)；

图10为不同浓度WPI和XG制备的油凝胶时间扫描(A，B)和温度扫描(C，D)曲线。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

一种以食用聚合物制备油莎豆油油凝胶的方法，以油莎豆油为基料，以乳清分离蛋白为稳定剂，以多糖黄原胶为凝胶剂构建高内相乳液，并以此为模板制备油莎豆油油凝胶；

在高内相乳液体系中，所述乳清分离蛋白浓度为2.0wt％，所述多糖黄原胶浓度为0.2-0.4wt％，优选为0.4wt％；所述油莎豆油体积分数为75％。

进一步地，所述油莎豆油中不饱和脂肪酸含量大于85wt％。

进一步地，所述乳清分离蛋白以液体形式存在，制备方法为：将乳清分离蛋白溶于去离子水中，加入0.02％(w/v)叠氮钠，磁力搅拌2h，将得到的悬浮液在4℃环境下冷藏12h使其水化，使用0.1mol/L NaOH将悬浮液pH调节至7，然后在85℃条件下水浴加热30min，使其完全变性，热处理后冷却至室温，形成乳清分离蛋白液体。

进一步地，所述多糖黄原胶以液体形式存在，制备方法为：将多糖黄原胶溶解于去离子水中充分水化，得到浓度为0.2wt％的黄原胶溶液，4℃冷藏。

进一步地，所述高内相乳液的构建方法为：将乳清分离蛋白和黄原胶制成溶液后分别加水稀释并混合，然后加入油莎豆油中，在13000r/min转速下均质3min，形成高内相乳液。

进一步地，将高内相乳液干燥后进行破碎处理，然后在10000r/min转速下剪切2min，即得油凝胶。

本发明还提供一种利用上述方法制备得到的油莎豆油油凝胶。

以下实施例中，WPI及XG浓度均为质量浓度。

实施例1

1.1乳清分离蛋白(WPI)储备液的制备

取WPI溶于去离子水中制备12％WPI溶液，并加入0.02％(w/v)的叠氮钠，室温下磁力搅拌2h，得到悬浮液；将悬浮液在4℃环境冷藏12h使WPI完全水化，然后使用0.1mol/LNaOH将悬浮液调至pH＝7，再在85℃条件下水浴加热30min，使其完全变性，热处理结束后迅速冷却至室温，形成WPI储备液，备用。

1.2黄原胶(XG)溶液的制备

将XG粉末溶解于去离子水中形成浓度为8％的多糖溶液，充分水化，然后放于4℃冰箱冷藏，备用。

1.3高内相乳液(HIPE)的制备

将制备的WPI储备液、XG溶液和热去离子水加入油莎豆油中，使用高速剪切乳化机13000r/min均质3min形成HIPE。使得到的最终体系为以下两种情况：

一、HIPE体系中油相(油莎豆油)体积分数为75％，WPI储备液浓度分别为0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5wt％，XG溶液浓度为0.2wt％；

二、HIPE体系中油相(油莎豆油)体积分数为75％，WPI储备液浓度为2.0wt％，XG溶液浓度分别为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5wt％。以两个体系进行试验，同时以单独添加WPI和单独添加XG制备样品作为对照。

1.4油凝胶的制备

取30.0g HIPE平铺于平皿中，置于鼓风干燥箱中，40℃烘干至恒重形成软固体状样品，经过搅拌破碎处理后，再利用剪切乳化机以10000r/min转速剪切2min得到油凝胶，置于4℃冰箱冷藏备用。

1.5HIPE的表征

1.5.1粒度大小及分布的测定

采用激光粒度分析仪测定HIPE乳液滴平均粒径及其分布。测试条件：在室温条件下，分散相和连续相的相对折射率分别为1.469和1.330，将少量HIPE乳液滴稀释后分散于流动的去离子水中，使遮光率达到10％左右进行测定。

1.5.2宏观及微观形态

将新鲜制备的HIPE(5g)装入样品瓶中，观察并拍照记录，从宏观上进行评价。通过光学显微镜进一步观察微观结构，取少量样品于载玻片上，盖上盖玻片轻轻压平后在400×(目镜10×，物镜40×)倍数下进行拍摄。

1.5.3物理稳定性

取25g新鲜样品(HIPE)在常温条件下，以8000r/min离心20min，观察乳液分离情况并立即拍照，测定离心稳定性。

1.5.4流变学特性

通过DHR-1流变仪测定HIPE样品剪切粘度(剪切速率范围为0.1s

1.6油凝胶的表征

1.6.1油损失的测定

采用离心法测定油凝胶的油损失(Oil loss,OL)。具体方法为：离心管先在烘箱中烘干至恒重(m

1.6.2宏观与微观形态

将制备的新鲜油凝胶等量(5g)装入样品瓶中，观察并拍照记录，从宏观上进行评价。

使用激光共聚焦显微镜观察样品的微观结构，扫描模式像素512×512；扫描频率400Hz，使用尼罗红对油脂进行染色，激发波长514nm；使用荧光增白28对XG进行染色，激发波长405nm；使用尼罗蓝对WPI溶液染色，激发波长633nm。将1μL样品置于载玻片上，分别加入尼罗红、荧光增白28、尼罗蓝各20μL，染色30min后，盖上盖玻片观察并记录样品微观结构。

1.6.3流变学特性

通过DHR-1流变仪测定HIPE样品剪切粘度(剪切速率范围为0.1s

时间扫描用于测量样品的触变恢复能力，样品在交替剪切速率(0.1s

1.6.4氧化稳定性测定

样品的氧化诱导时间采用Oxitest油脂氧化分析仪进行测定。称取5.00g油凝胶于样品盘中，加密封圈密封，油莎豆油在恒温90℃，反应仓氧压6Bar条件下进行测定，使用仪器自带软件计算氧化诱导时间。

样品的氧化起始温度采用DSC 250差示扫描量热仪测量油莎豆油样品的氧化起始及峰顶温度。将4mg样品装在专用液体坩埚中，氮气流速50mL/min，样品从室温升至100℃维持1min，之后以10℃/min升至300℃。

结果与分析：

2.1HIPE的表征

2.1.1HIPE的粒径及粒度分布

HIPE乳液滴的粒径大小及粒度分布是影响乳液稳定性的关键指标。如图1中A及D可以看出，随着WPI溶液浓度的增加，仅由WPI构建的HIPE乳液滴的体积粒度分布曲线均为单峰分布，且各曲线具有更高的峰值，均向更小方向移动，D

2.1.2HIPE的宏观及微观状态

不同浓度WPI和XG制备的HIPE的外观如图2所示，可以看出，仅由XG构建的HIPE，在所有试验浓度下均不能形成HIPE，而由WPI或WPI和XG共同构建的HIPE，在所有试验条件下均能形成完整体系，且倒置不流动，具有较强的稳定性。

图3显示了不同浓度WPI和XG制备的HIPE的微观结构，可以看出，随着WPI浓度的增加，HIPE乳液滴尺寸均逐渐变小，乳液滴均匀的分布在整个系统中，且添加0.2％XG制备的HIPE乳液滴尺寸显著小于仅由WPI制备的HIPE乳液滴的尺寸，乳液滴分布更加紧密，与前面粒径研究结果相一致。即添加一定浓度多糖能降低乳液滴尺寸。由2.0％WPI和0.1％XG制备的HIPE乳液滴尺寸明显小于由0.5％WPI和0.2％XG制备的HIPE，原因在于其出现了的局部漏油现象，可能是由于光学显微镜观察时制片力量过大导致的。

从所有微观结构图可以看出，由2.0％WPI和0.5％XG制备的HIPE乳液滴尺寸是最小的，D

2.1.3HIPE的流变学特性

图4为不同浓度WPI和XG制备的HIPE的频率扫描曲线(A，B，C)和剪切粘度变化曲线(D，E，F)。图A和B显示了未添加和添加0.2％XG后，WPI的浓度变化对HIPE的弹性模量(G')和粘性模量(G”)的影响，可以看出，所有样品的G'均远高于相应G”，说明由WPI、WPI和XG制备的HIPE具有弹性凝胶行为。在试验的频率范围内，G'和G”值均与频率显示较弱的依赖关系，且G'及G”值未出现交点，证明其结构没有破坏，未发生相转变(凝胶-溶胶)。在同等WPI浓度下，添加0.2％XG后，能明显增加G'及G”值，这表明添加XG能够提高HIPE的粘弹性，这可能是由于WPI和XG的络合，在紧密的乳液滴间形成稳定的凝胶网络，从而使其具有更高的粘弹性。图C是在WPI浓度固定为2.0％情况下，XG浓度变化对HIPE频率扫描的影响，可以看出，在试验的频率范围，G'及G”随频率变化趋势与上述(A、B)相同，其中高浓度(0.4％和0.5％)XG制备的HIPE的G'之间差异较小，变化程度不及WPI浓度变化的影响大，说明XG浓度较高则不能使HIPE刚性显著增加。

图D和E为未添加和添加0.2％XG后，WPI的浓度变化对HIPE表观粘度的影响，可以看出，所有样品的表观粘度均随着剪切速率的增加而减小，具有假塑性行为，属于非牛顿流体。同时，相同剪切速率下，表观粘度与WPI浓度成正比，这可能是因为随着WPI浓度的增加，HIPE乳液滴粒径变小，乳液滴之间排列更加紧密，进而增加了剪切阻力。与单独WPI制备的HIPE相比，XG的加入使表观粘度显著增加，这归因于XG的加入增加了连续相的粘度及乳液滴间的相互作用，且添加XG的HIPE受剪切速率影响较小，说明XG可以增强HIPE的稳定性。从图F中可以看出，不同XG浓度的HIPE表观粘度随剪切速率变化规律与上述(A、B)相同，表现出非牛顿流体的假塑性行为。此外，在相同剪切速率下，表观粘度随着XG浓度增加而增加。

2.1.4HIPE的离心稳定性分析

离心稳定性试验用来评估WPI和XG浓度对HIPE稳定性的影响。可以用其证明凝胶网络结构的强弱，只有足够强的凝胶网络结构才能形成足够稳定的HIPE，这是制备物理特性稳定油凝胶的先决条件。由图5可以看出，经过高速离心后，仅由较低浓度WPI(0.5％及1.0％)制备的HIPE有较少水分出现，且在乳液的上层出现黄色部分，分析原因可能是出现漏油情况所导致的。在添加0.2％XG后未发现水分释放，说明XG的加入增强了凝胶网络结构，能够抵御离心过程中的形变。此外，随着WPI和XG浓度的增加，HIPE的外观形态也更加致密、厚实。

2.2油凝胶的表征

2.2.1油凝胶的宏观及微观结构

油凝胶宏观及微观状态如图6-7所示，从图6中可以看出，在较高WPI或XG浓度下，油凝胶的外观更像固体，有更好的成型性，极少漏油或者根本不会漏油。与仅由WPI制备的HIPE模板油凝胶相比，XG的加入极大程度地改善了油凝胶漏油情况，这与HIPE研究结果趋势一致。由微观状态图7可以看出，仅由1.0％WPI制备的HIPE模板油凝胶，油脂部分被包裹在WPI的网状结构中，且有较多油脂泄漏情况；在WPI浓度为2.0％时，油脂被均匀分散在WPI网状结构中，表面油脂泄露减少，这表明随着WPI浓度增加使油凝胶漏油情况减少，这与宏观状态结果相符；在XG加入后，油凝胶并非以纯绿色存在，是因为绿色与WPI显现出的蓝色出现叠加，油脂泄露和聚集情况得到改善，尤其是以2.0％WPI和0.2％XG共同制备的HIPE模板油凝胶，其油脂被均匀分散在WPI及XG构成的三维网络中。

2.2.2油凝胶的稳定性

以油凝胶的OL表示其稳定性，OL低则表示油凝胶样品具有较好的持油能力。从图8可以看出，单独由WPI制备的HIPE模板油凝胶的OL与WPI浓度成反比例，在较低浓度WPI形成的网络结构中不足以保留油脂，而添加XG样品的OL明显降低。在较低WPI浓度(0.5-1.5％)与0.2％XG制备HIPE模板油凝胶时，HIPE是稳定的状态，而油凝胶在(14.49±1.38)-(32.14±1.77)％之间出现较大漏油情况，这可能是因为干燥过程使界面膜受损，或是界面膜不够强导致在剪切干燥物时对大部分结构造成破坏导致的。油凝胶在XG浓度较高(0.3-0.5％)时，OL之间差异不显著(P<0.05)，在XG浓度为0.5％时OL最小。这表明XG的加入显著减少了OL，且在一定浓度下OL会趋于稳定，这与相关研究结果一致。

2.2.3油凝胶的流变特性

油凝胶的粘弹性及表观粘度受构建油凝胶的聚合物种类及浓度的影响(如图9)。从图9中的A和B可以看出，在整个频率下，除单独由WPI制备的油凝胶，其余样品均为G”大于G'，表现出弹性特性。仅由0.5％WPI制备的油凝胶的G”大于G'，其主要发生粘性形变，表现为液体流动状态，这一点从油凝胶的宏观图也可看出(图7)。而XG的加入，使其状态发生转变，G'和G”对频率的依赖性逐渐变小，粘弹性随着WPI浓度的增加而增加，表明凝胶强度有所增加。在WPI浓度恒定，而XG浓度变化情况下，G'和G”在XG浓度为0.1％时，对频率依赖性较大，而高浓度下几乎没有依赖性，因为HIPE干燥后，原本在HIPE中支撑的网络结构附着在油滴表面，因此随着XG浓度的增加，粘弹性相应增加，导致XG浓度对油凝胶粘弹性有明显影响。图C和D显示出，油凝胶均表现出剪切变稀情况，随着WPI及XG浓度增加，其表观粘度也增加，未添加XG样品的表观粘度明显较低，对高浓度XG(0.3-0.5％)影响较小。因此，样品中XG的存在、WPI和XG的浓度均能影响粘弹性能及表观粘度。

油凝胶在实际加工应用中，主要取决于它的触变恢复能力及热稳定性能。对不同WPI和XG浓度样品进行时间扫描及温度扫描，结果如图10所示。以第三段剪切速率下表观粘度与第一段剪切速率下的比值表征触变恢复能力。从图A和B可以看出，在整个时间扫描范围内，单独由0.5％WPI制备的油凝胶随着时间增加表观粘度变化程度较小，表现出较强的触变恢复能力，这可能是因为稳定剂在其内部未形成较多网状结构保护油脂，使其接近液态油状态。而其余各组样品均表现出缓慢降低，且触变恢复能力在70-80％之间。WPI和XG浓度对油凝胶的触变恢复能力影响较大，均随着浓度的增加而增强，但在较高XG浓度下触变恢复能力增加不明显。

从图C和D可以看出，在整个温度变化范围下，样品均未随温度的变化而改变，表现出弹性凝胶特性(除单独由WPI制备的样品外)，说明其内部网络结构保持良好，表现出对温度的稳定性。在XG浓度恒定，WPI浓度变化情况下，G'及G”在降温过程中基本恢复，表明温度在5-80℃范围内，不会对油凝胶内部结构造成破坏。在WPI浓度恒定，XG浓度变化情况下，G'及G”在降温过程中恢复效果较好，表现出较好的稳定性，这可能是由于XG对温度不敏感，而WPI经过热变性处理内部结构发生又发生了不可逆的改变，因此，在5-80℃温度范围下，温度对WPI已形成的结构不会造成较大影响。

2.2.4油凝胶的氧化稳定性

表1为不同组别油莎豆油凝胶氧化起始及峰顶温度、氧化诱导时间。

表1

注：组别命名格式为WPI浓度+XG浓度。

氧化起始及峰顶温度是说明油脂氧化稳定性的又一重要指标，其数值越大表明油脂越稳定，可以利用DSC对其进行检测。从表1可以看出，不同组别油莎豆油凝胶氧化起始及峰顶温度与氧化诱导时间表现出的趋势相同，WPI浓度2.0+XG浓度0.2样品氧化起始及峰顶温度最大分别为(196.53)、(217.82)℃，WPI浓度1.0+XG浓度0.0样品最小分别为(179.55)、(201.12)℃，继而说明当乳清分离蛋白(WPI)浓度为2.0wt％，所述黄原胶(XG)浓度为0.2wt％，所述油莎豆油体积分数为75％，制备的油莎豆油凝胶最稳定。

综上所述，WPI和XG在一定浓度下共同制备的HIPE模板油凝胶，可以表现出良好的触变恢复能力及温度稳定性，这将使油凝胶在食品方面有更加广泛的应用。

3结论

通过WPI和XG制备HIPE，并以此HIPE为模板制备油凝胶，对其性质及稳定性进行研究，结果表明，随着WPI浓度的增加，HIPE的平均粒径减小，粒度分布范围更窄，微观结构的变化与D

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。