乳脂肪的物理改性方法及其应用探讨

乳脂肪产品包括稀奶油、奶油、无水奶油等，多应用于烘焙产品、冰淇淋、巧克力和糖果中。为了适合更多食品应用，通常需要对乳脂肪熔融性和流变性进行修改，通过各种加工方式进行干预，如分提、选择性混合、质构化，以及使用化学改性或酶改性生产特种乳脂肪。

乳脂肪的物理改性是通过乳脂肪分级或者将部分乳脂肪与其他油和脂肪混合来改变其甘油三酯组成，但乳脂肪中的脂肪酸保持其在甘油三酯分子中的原始位置。

改性可通过在工艺上设计返工或者在黄油中掺入空气。在稀奶油结晶过程中，将稀奶油快速冷却至4～8℃，以在形成黄油前形成结晶，得到更软的黄油。保持短暂时间后，将稀奶油加热至20℃，在该温度下大部分高熔点的甘油三酯结晶，然后冷却至搅拌温度，以进一步结晶熔融的甘油三酯。乳脂肪的揉搓破坏了晶体之间的相互作用，但是在冷藏贮存过程中，返工的黄油硬度增加。随后的捏合可以软化黄油，但是由于持续的重结晶过程，黄油的塑变值再次增加。

（一）混合

乳脂肪有一个成本较低改变脂肪组成的方法就是混合，即添加植物油，例如棉籽油、大豆油、菜籽油或葵花籽油。这类产品在一些国家在售，但是最为消费者认知的是瑞典产品Bregott，产品含有80%乳脂肪和20%大豆油。

用这种方法生产的产品很少有技术问题。植物油通常在搅打前加入到稀奶油中，也有在生产中奶油呈颗粒时加入。在生产黄油时加入大豆油，混合后的平均熔化温度降低，同一温度下混合物的液体脂肪含量增加。添加5%、10%、20%大豆油后，黄油的涂抹性发生变化。当大豆油添加量由5%升至20%时，低温下黄油的硬度降低了35%；而高温下黄油变得非常软且有明显的油析出。所以这类产品特别需要耐油材料包装。

考虑到乳脂肪一般应用到食品加工工业，所以也要求比正常的黄油脂肪要硬。这就可以通过与牛油混合达到目的。Timms曾研究过相关的方法，通过乳脂肪与牛油或牛油分提物混合，可以得到很满意的物理性能。

（二）分提

乳脂肪由具有不同物理性质的、许多不同的甘油三酯组成，因此可以被分成具有不同组成和熔点的各种馏分。乳脂肪熔点范围很宽（约在-40～40℃）。牛奶脂肪分成一系列具有不同化学成分和物理性质的馏分，扩大了其应用范围。分提技术包括干法分提、溶剂分提、超临界萃取和短程蒸馏。

单一的分馏不如预想的理想。分离不完全[图3-5（1）]，因为相当小的晶体网络内还存在液态脂肪。可以确定的是，可以通过缓慢地冷却脂肪形成大的晶体。这会导致球粒的形成。球粒是球形的晶体，但是它们是由大量的分支、辐射状针形物组成，球粒之间存在液态脂肪。一种更好的分提方法是从丙酮中结晶脂肪，但这是一种昂贵的方法；而且不允许在食品中使用这种产品。

进一步说，不同部分的融解曲线的差别令人失望[图3-5（2）]。这至少部分源于乳脂肪形成复合晶体的趋势。

图3-5 乳脂肪的分提

（1）不同的固化温度对分离的液态脂肪含量的影响（曲线a）、在脂肪中实际存在的液态脂肪含量（曲线b）；（2）不同的融化温度对固形物含量的影响；“固态”部分的固形物含量（曲线d）、“液态”部分的固形物含量（曲线e）、25℃分提获得的部分（曲线c）

干法分提是在期望温度下融化乳脂肪，控制冷却和熔融乳脂肪结晶，并将晶体与液相分离。干法分提是工业中最常用的乳脂肪分提方法。商业化的干法分提主要有特泰奥克斯工艺（Tirtiaux Fractionation），然后是迪斯梅特（De Smet Fractionation）工艺，两种工艺都是将乳脂肪升温至60～80℃，显著高于熔点，以确保甘油三酯全部融化，然后快速冷却结晶。两种干法分提工艺的主要不同是结晶阶段，特泰奥克斯工艺的在相对较小的热交换面积与体积比的大绝缘罐中进行温和结晶。而迪斯梅特工艺使用具有相当大的热交换表面与体积比和更强烈搅拌的同心结晶器。特泰奥克斯工艺中，在熔点附件形成β′结晶体，分提温度在28～18℃之间，形成非常均匀尺寸的晶体，便于过滤分离。在分离前大约需要16～20h。迪斯梅特工艺中，在多个预先计算的步骤中冷却，以将温度在数小时内降至分提温度，形成的晶体尺寸大小不一。(www.xing528.com)

晶体从溶液中分离是特别困难的，并且分离过程的效率比使用溶剂时低得多。原理是通过程序冷却促进合适的结晶，之后通过过滤或离心将晶体与溶液分离；或通过程序冷却促进组合，之后通过过滤或离心将晶体与熔体分离；或通过这些方法的组合。冷却温度和结晶速率显著影响脂肪晶体的组成，冷却速率影响结晶脂肪的量和晶体的大小。

Black比较了几种结晶分离的方法，推荐真空过滤以及过滤和离心混用的方法，使用这些过滤方法的生产能力是相当有限的。但是通过应用“Lipofrae”方法，在加入含有表面活性物质的水后，将部分结晶脂肪进行离心，工业规模上也可以分馏牛乳脂肪。脂肪晶体在水相中浓缩，并在离心过程中分离，之后脂肪晶体可以熔化并重新乳化。将形成的乳液再次离心，并用水洗涤脂肪相，最后干燥。表面活性剂通常使用十二烷硫酸钠和氯化胆碱，在加工过程中这些物质大部分会被洗涤除去，但许多国家法规还是禁止使用表面活性剂的。

脂肪分提物的组成和物理特性取决于冷却结晶步骤和脂肪晶体与液体脂肪分离的效率。Fiaervoll使用工业“Lipofrae”方法，发现分提液体和固体成分之间软化点的差异在15～20℃，而碘值的差异为5～6gI₂/100g。

为了改善奶油的塑性，将奶油的分提液油加入到稀奶油中，然后再搅打生产奶油，结果发现最多添加33%的分提液油，在较低温度时黄油的涂抹性有了很大的改善。奶油中如果液体脂肪含量增加，挺度就会降低，温度升高后导致油析出。为了避免这种情况发生，新西兰发明了另一种分提乳脂肪的方法，通过去除中间馏分使得黄油的物理特性与人造奶油相似，这意味着当从冰箱升温至环境温度时，奶油几乎不发生熔化。

溶剂分提是通过乳脂肪在有机溶剂中因组分熔点不同而结晶分离。这些液体包括丙酮、乙醇、己烷、戊烷、乙酸乙酯和异丙醛等。乳脂肪的相态和结晶动力学取决于分提的选择的溶剂。研究表明使用极性溶剂比非极性溶剂更有优势，因为在极性溶剂中乳脂肪形成棒状晶体，而在非极性溶剂中形成凝胶状结构而不易分离。Van Aken等比较了通过丙酮分提和干法分提获得的乳脂肪成分。丙酮分提产生富含高熔点的C _16:0和C _18:0的甘油三酯，并且降低了短链脂肪酸和不饱和脂肪酸的含量。尽管与干法分提法相比较而言，溶剂分提结晶速率更快，结晶效果更好，但溶剂分离过程中导致风味损失、操作成本、毒理学以及环境问题等，溶剂分提法尚未工业规模应用。

脂肪在有机溶剂（如乙醇或丙酮）中的分提在实验室中很容易使用。脂肪晶体的分离容易，所得馏分可以容易地重结晶并纯化。然而，有机溶剂的应用不适合于食品，因此不存在明显的技术优势。

超临界萃取是利用二氧化碳来代替化学溶剂来分选乳脂肪，将无水奶油分提成具有特定性质的组分，以提高其利用率。这种分提技术利用了乳脂肪成分在二氧化碳临界点附件的溶解度不同而分离。图3-6显示了中试规模的连续超临界萃取系统，在超临界萃取中，将乳脂肪分提成富集短链、中链和长链的甘油三酯组分，可以改变乳脂肪的分提加工条件以获得不同的组分。Kaufmann等在80℃下使用20MPa的压力将乳脂肪分提成两部分，浓缩出低熔点的C₄～C₁₀的短链脂肪酸，其熔点为20℃，而普通乳脂肪的熔点为37℃。在50～80℃下使用10～35MPa的压力分提到8个组分，熔点为9.7～38.8℃。表3-6比较了干法分提与超临界萃取的乳脂肪成分的理化成分。

图3-6 连续超临界萃取系统示意图

1—无水乳脂（AMF）2—无水乳脂泵 3—CO₂泵 4—CO₂循环 5—流回路 6—夹带容器7—观察仓 8—分离器1 9—分离器2 10—分离器3 11—分离器4 12—CO₂计 13—干式测试仪

表3-6 干法分提与超临界萃取的乳脂肪成分的理化成分 单位：%

注：①不饱和脂肪酸或饱和脂肪酸；②24h后的固体脂肪含量。

分提是成本很高的加工手段，且技术上并非十分成熟，不能完全分离得到物理特性区别很大的硬脂和软脂。通过添加植物油改变脂肪组成这种方法便宜且有效，但许多国家的法规并不允许。