月桂酸型塑性脂肪结晶网络表征及其结构特性研究

发布时间：2020-06-07 11:01

【摘要】：月桂酸型塑性脂肪因其具有好的氧化稳定性、结晶特性以及优越的物理结构特性而广泛应用在食品中。而脂肪食品的物理性质如质地、风味和口感等,在很大程度上会受脂肪结晶网络的影响。因此,了解脂肪结晶网络的各个结构因素有助于通过结构控制调控塑性脂肪的结构特,从而改善脂肪食品的品质。本文以月桂酸型塑性脂肪为原料,基于脂肪结晶网络结构层次,从分子、纳米和中尺度结构等方面,建立塑性脂肪结晶网络的表征方法,并研究了外界因素对脂肪结晶网络结构的影响,同时对脂肪结晶网络的结构性质进行了考察,并建立了微观结构与宏观特性之间的关系。论文的主要研究内容和结果包括:(1)建立了月桂酸型塑性脂肪结晶网络的表征方法。分子结构中,全氢化棕榈仁油以月桂酸和三月桂酸甘油三酯为主,是典型的月桂酸型油脂。等温结晶发现,随着结晶时间的延长全氢化棕榈仁油的晶型发生了转化,从α晶型逐渐转为β'晶型。广角X衍射(WXRD)进一步证实了其晶型为β'晶型,并通过小角X衍射(SXRD)得出全氢化棕榈仁油结晶样品的纳米片晶的厚度为15.75nm,实现了脂肪结晶网络分子层面尺寸的表征。Cryo-TEM结果显示脂肪结晶网络的纳米结构呈片状结构,长度主要尺寸范围在900 nm～1199 nm,宽度主要尺寸在700 nm-899 nm之间,其长宽比大约为1.5:1;同步辐射小角X散射(SAXS)结果表明,纳米片晶散射体的回旋半径为41.54 nm,纳米片晶散射体的平均尺寸为214.12nm,实现了脂肪结晶网络纳米结构的观察和尺寸的表征。PLM结果显示,全氢化棕榈仁油脂肪结晶网络的微观结构呈球形颗粒状,随着结晶时间的延长,晶体数量增多,晶体尺寸也在不断的增大。并采用分形维数对脂肪结晶网络微观分形特性进行了表征,实现了微观尺寸的定量分析。(2)研究了月桂酸型塑性脂肪中微量成分对脂肪结晶网络的影响。采用柱层析法对全氢化棕榈仁油和全氢化椰子油进行纯化,对比考察了月桂酸型塑性脂肪中微量成分(甘一酯、甘二酯、游离脂肪酸)对脂肪结晶网络的影响。结果表明,脂肪中微量成分并不影响脂肪甘油三酯的组成,却能提高塑性脂肪的滑动熔点和结晶成核起始温度。由结晶动力学研究结果可知,脂肪中微量成分能够减低成核表观活化能,缩短成核诱导时间,但是抑制脂肪结晶生长,降低了脂肪结晶生长速率。X衍射和微观结构表明,脂肪中与甘油三酯分子结构相似的微量成分能够参与到结晶位点,促进晶型转化,降低纳米片晶厚度,并促进脂肪结晶网络的微观结构的改变,即由粗糙的晶体结构转变成晶体细腻,分布均匀,具有较高分形维数的微观结构。(3)考察了脂肪结晶网络中液油的扩散行为及其内在影响因素。基于荧光漂白恢复技术和共聚焦显微镜,建立了脂肪结晶网络中液态油流动行为的评价方法,并考察了脂肪结晶网络微观和纳米结构对脂肪结晶网络中液油扩散行为的影响。结果表明,油脂在脂肪结晶网络中的扩散系数受固体脂肪含量(SFC)和微观纳米结构的影响。有效扩散系数(Deff)和脂肪结晶网络中可流动部分的体积分数(Mf)随着SFC的减少而增大,随微观结构致密程度的增大而降低。对各个结构因素进行综合分析,结果发现,SFC越低,分形维数越小,晶体厚度越大,平均晶体颗粒直径越大,渗透因子越高,液油扩散越快。(4)研究了脂肪结晶网络中液油微观粘度的变化及其潜在的影响机制。采用分子转子法研究了脂肪结晶网络中液油微观粘度的变化行为,并分析了其内在的影响因素。研究表明,脂肪结晶网络中液油微粘度受固体脂肪含量(SFC)、纳米和微观结构的共同影响。较高的SFC导致更密集的晶体网络,从而产生较高的微粘度。而且,纳米片晶越小,分形维数越大,脂肪结晶网络中的填充度越高,从而产生较高的微粘度;研究结果也表明,油脂的宏观粘度并不是脂肪晶体网络中包埋液油的实际粘度。通过数学拟合结果发现,FHRSO/SO混合体系的纳米片晶临界厚度小于PKS/SO混合体系的临界厚度。然而,不同的脂肪结晶网络中,其分形维数的临界值相同,都为1.86。最终分析表明,脂肪结晶网络中的微粘度受到两个因素的影响,即液油分子之间摩擦引起的流体本身的体积粘度,以及由晶体网络约束引起的油和脂肪晶体之间的摩擦引起的粘度。(5)研究了脂肪结晶网络的分型特性及其与宏观特性之间的关系。采用小变形流变机制研究了基料油脂肪结晶网络的分形维数,并分析微观因素和宏观特性之间的关系。结果表明,甘油三酯组成的变化可导致塑性脂肪的固体脂肪含量、微观结构、硬度和储存模量的改变。再者,混合样品的脂质组成、结晶温度(4～30℃)和SFC的变化引起了流变特性的改变。其中,储存模量与样品中饱和脂肪酸含量呈正相关;不同温度下脂肪结晶网络的质量分形维数随结晶温度的升高而减小。分形模型分析发现,脂肪的储存模量(G')的变化主要是由于SFC和脂肪晶体网络微观结构的共同作用导致的。较小的平均晶体颗粒直径、较高的SFC和分形维数可使得塑性脂肪较高的储存模量。
【图文】：

晶型,片晶,甘油三酯,纳米

之间形成的键或相互作用就会越多，晶型就越稳定，晶体密度越大，其熔点和熔化焓也逡逑就越高［３｜］。脂肪中常见的晶型有三种，ａ，邋Ｐ＇和Ｐ。其亚晶胞结构分别呈六方晶系、斜方逡逑晶系和三斜晶系（图１－３）【３２］。其中，ａ晶型最不稳定，熔点最低，Ｐ晶型最稳定，熔点逡逑最高，（Ｖ晶型的稳定性介于ａ和Ｐ之间。在结晶条件下，通常ａ晶型先出现，并在一定逡逑条件下转化成Ｐ和Ｐ晶型［３（Ｕ３］。此外，根据甘油三酯分子中脂肪酸的种类的不同，会以逡逑二倍链长或三倍链进行排列。关于晶体晶型的测定技术己经很成熟

技术路线图,课题,扩散行为,微环境

第一章绪论逡逑（３）考察了脂肪结晶网络中液油的扩散行为及其内在影响因素。基于荧光漂白复法对脂肪结晶网络结构中液油的扩散行为进行表征，并通过研宄脂肪结晶网络微观纳米结构，考察了结构因素对脂肪结晶网络中液油的扩散行为的影响。逡逑（４）根据外源性焚光分子（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｒｏｔｏｒｓ）在不同微环境条件下，其分子内旋逡逑转程度的变化而导致其自身荧光发射强度的改变的原理，表征脂肪结晶网络中液油微逡逑观粘度微环境的变化，，并研宄分析其内在的影响因素。逡逑（５）采用小变形机制研究基料油脂脂肪结晶网络的分形维数，从而建立并分析观因素和宏观特性之间的关系。逡逑技术路线如图１－５所示。逡逑
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS221

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