Preparation of camellia oil oleogel and its application in an ice cream system
Xinyu Jing a,1 , Zihan Chen a,1 , Zonghui Tang a , Yuting Tao a , Qiuye Huang a , Yisu Wu a,b , Haiwei Zhang a , Xueling Li a , Jin Liang a , Zhengquan Liu a , Huimei Cai
a ,Hang Xiao c , Yue Sun a,*
a Anhui Engineering Laboratory for Agro-products Processing, State Key Laboratory of Tea Plant Biology and Utilization, School of Tea & Food Science, International Joint Laboratory on Tea Chemistry and Health Effects Anhui Agricultural University, Anhui Agricultural University, Hefei, China
b Anhui Province Key Laboratory of Analysis and Detection for Food Safety, Technical Center for Hefei Customs, Hefei, China
c Department of Food Science, University of Massachusetts, Amherst, MA, 01003, USA
ARTICLE INFO Keywords:
Camellia oil Oleogel Ice cream Fatty acids Response surface ABSTRACT
This research explored the use of oleogel which was comprised of camellia oil instead of solid fat in ice cream, and not only optimized the process of oleogel ice cream production by single factor response surface experiment, but also characterized it. By comparing
Điều chế oleogel dầu hoa trà và ứng dụng của nó trong hệ thống làm kem
Xinyu Jing a,1 , Zihan Chen a,1 , Zonghui Tang a , Yuting Tao a , Qiuye Huang a , Yisu Wu a,b , Haiwei Zhang a , Xueling Li a , Jin Liang a , Zhengquan Liu a , Huimei Cai a , Hang Xiao c , Yue Sun a,*
a Phòng thí nghiệm kỹ thuật chế biến nông sản An Huy, Phòng thí nghiệm trọng điểm cấp nhà nước về sinh học và sử dụng cây chè, Trường Khoa học chè & thực phẩm, Phòng thí nghiệm chung quốc tế về hóa học chè và ảnh hưởng sức khỏe Đại học nông nghiệp An Huy, Đại học nông nghiệp An Huy, Hợp Phì, Trung Quốc
b Phòng thí nghiệm trọng điểm về phân tích và phát hiện an toàn thực phẩm của tỉnh An Huy, Trung tâm kỹ thuật hải quan Hợp Phì, Hợp Phì, Trung Quốc
c Khoa Khoa học Thực phẩm, Đại học Massachusetts, Amherst, MA, 01003, USA
THÔNG TIN BÀI VIẾT Từ khóa:
Dầu hoa trà Oleogel Kem Axit béo Bề mặt đáp ứng TÓM TẮT
Nghiên cứu này khám phá việc sử dụng oleogel bao gồm dầu hoa trà thay vì chất béo rắn trong kem và không chỉ tối ưu hóa quy trình sản xuất kem oleogel bằng thí nghiệm bề mặt phản ứng một nhân tố, mà còn mô tả đặc điểm của nó. Khi so sánh kem oleogel với hai loại kem
oleogel ice cream to two ice creams (camellia oil ice cream and butter ice cream), the results showed that the overrun rate of oleogel ice cream was higher than camellia oil ice cream, and the melting rate was lower than that of butter ice cream. Besides, the hardness of camellia oleogel ice cream was moderate, and the first dropping time of oleogel ice cream was no significant difference with the butter ice creams, whereas longer than that of camellia oil ice cream. Both the viscosity and fat globule instability of the oleogel ice cream was the highest. The unsaturated fatty acids (UFA) content of the oleogel ice cream was significantly increased compared with the butter ice cream. Overall, the comprehensive properties of oleogel ice cream were the best. This research expanded the application of oil gel and provided a reference for the development of ice cream products.
1. Introduction
As a common summer dessert, ice cream is deeply loved by consumers for its delicate taste and flavor. The global ice cream market has reached near USD 50 billion in recent years, but the traditional ice cream often contains trans fatty acids (TFA), which is not suitable for the longterm consumption of sub-healthy people with hypertension, hyperlipidemia, hyperglycemia and coronary heart disease, etc. (Dawczynski & Lorkowski, 2016; Makarewicz-Wujec, Dworakowska, &
Kozlowska-Wojciechowska, 2018). In short, while ensuring the taste and quality of ice cream, the development of nutritional ice cream will become the trend of ice cream in the future. (Cruz, Antunes, Sousa, Faria, & Saad, 2009; Perera & Perera, 2021).
Oleogel, which are solid fat with a three-dimensional network structure obtained by adding a gelling agent to liquid oil, are one of the hot spots of oil processing and utilization in recent years. (Jang, Bae, Hwang, Lee, &
Lee, 2015). It was reported that oleogel could replace solid fats in the food industry (Adili, Roufegarinejad, Tabibiazar, Hamishehkar, & Alizadeh, 2020). For example, different types of oleogels were prepared by several gelators, respectively. Their applications in cookies were also compared. (Li et al., 2021). Espert et al. used oleogels to replace oil in chocolate to reduce the
(kem dầu hoa trà và kem bơ), kết quả cho thấy tỷ lệ chảy quá của kem oleogel cao hơn kem dầu hoa trà và tỷ lệ tan chảy thấp hơn so với kem bơ. kem. Bên cạnh đó, độ cứng của kem dầu hoa trà ở mức trung bình, thời gian đông đặc lần đầu của kem dầu hoa trà không khác biệt nhiều so với kem bơ, ngược lại lâu hơn kem dầu hoa trà. Cả độ nhớt và sự không ổn định của hạt chất béo của kem oleogel là cao nhất. Hàm lượng axit béo không bão hòa (UFA) của kem oleogel tăng đáng kể so với kem bơ. Nhìn chung, các đặc tính toàn diện của kem oleogel là tốt nhất. Nghiên cứu này đã mở rộng ứng dụng của oleogel và cung cấp tài liệu tham khảo để phát triển các sản phẩm kem.
1. Giới thiệu
Là một món tráng miệng phổ biến trong mùa hè, kem được người tiêu dùng vô cùng yêu thích vì hương vị thơm ngon và tinh tế. Thị trường kem toàn cầu đã đạt gần 50 tỷ USD trong những năm gần đây, nhưng kem truyền thống thường chứa axit béo chuyển hóa (TFA), không phù hợp để sử dụng lâu dài cho những người có sức khỏe kém bị tăng huyết áp, tăng lipid máu, tăng đường huyết và bệnh mạch vành. bệnh tim, v.v. (Dawczynski & Lorkowski, 2016; Makarewicz-Wujec, Dworakowska, & Kozlowska- Wojciechowska, 2018). Tóm lại, vừa đảm bảo hương vị và chất lượng của kem, việc phát triển kem dinh dưỡng sẽ trở thành xu hướng của kem trong tương lai. (Cruz, Antunes, Sousa, Faria, & Saad, 2009; Perera & Perera, 2021).
Oleogel, là chất béo rắn với cấu trúc mạng ba chiều thu được bằng cách thêm chất tạo gel vào dầu lỏng, là một trong những điểm nóng của quá trình chế biến và sử dụng dầu trong những năm gần đây. (Jang, Bae, Hwang, Lee, & Lee, 2015). Có báo cáo rằng oleogel có thể thay thế chất béo rắn trong ngành công nghiệp thực phẩm (Adili, Roufegarinejad, Tabibiazar, Hamishehkar, &
Alizadeh, 2020). Ví dụ, các loại oleogel khác nhau đã được chuẩn bị bởi một số chất tạo gel tương ứng. Các ứng dụng của họ trong cookie cũng được so sánh. (Li và cộng sự, 2021). Espert et al. đã sử dụng oleogels để thay thế dầu trong sô cô la nhằm giảm hàm lượng axit béo bão hòa
content of saturated fatty acids (SFA) (Espert, Hernandez, Sanz, & Salvador, 2021). Additionally, Boteza et al. explored the potential application of rice bran wax oleogel to replace solid fat in ice cream. Silva et al. found that oleogels obtained from the microfluidization of whey and high oleic palm oil were viable for the replacement of cream in the production of ice cream (Botega, Marangoni, Smith, & Goff, 2013;
Silva-Avellaneda, Bauer-Estrada, Prieto-Correa, &
Quintanilla-Carvajal, 2021).
Compared with the traditional solid fats, oleogels retain a large number of UFA which showed higher nutritional value, and also has lower TFA and improved product quality. Therefore, the addition of oleogels to food systems instead of solid fats has certain advantages.
Camellia oil, olive oil, coconut oil, and palm oil, are known as the four major woody plant oils in the world.
Camellia oil is also promoted by the International Food and Agriculture Organization (Wang, Zeng, Verardo, &
del Mar Contreras, 2017), camellia oil is rich in UFA, and has a large number of natural antioxidants including squalene, phytosterols, polyphenols, lipid-soluble vitamins, etc. They can help to regulate blood glucose and reduce triglycerides and cholesterols (Bumrungpert, Pavadhgul, & Kalpravidh, 2016).Camellia oil has become one of the most popular edible oils in the market because of its high-quality and nutrition, and it has broad application prospects in the food industry. Moreover, the application and development of camellia oil injects power into the connection between poverty alleviation and rural revitalization. However, the stability of camellia oil is low during storage, and the original flavor is not easy to be accepted by most people, all of which greatly limits its utilization in food products. Therefore, the development of delicious and healthy food with camellia oil has a broad market prospect.
Camellia oil and beeswax were used to prepare oleogels in this research. On the basis of a single factor experiment, the optimal process of oleogel ice cream production was determined by the response surface method. In addition, the obtained oleogel ice cream was compared with traditional butter ice cream. The aim of this research was to explore the feasibility of using camellia oleogel instead of traditional fats in ice cream
(SFA) (Espert, Hernandez, Sanz, & Salvador, 2021).
Ngoài ra, Boteza et al. khám phá ứng dụng tiềm năng của oleogel sáp cám gạo để thay thế chất béo rắn trong kem.
Silva và cộng sự. phát hiện ra rằng oleogel thu được từ quá trình vi lỏng hóa váng sữa và dầu cọ có hàm lượng oleic cao là khả thi để thay thế kem trong quá trình sản xuất kem (Botega, Marangoni, Smith, & Goff, 2013;
Silva-Avellaneda, Bauer-Estrada, Prieto-Correa , &
Quintanilla-Carvajal, 2021).
So với các chất béo truyền thống, oleogels giữ lại một lượng lớn UFA cho thấy giá trị dinh dưỡng cao hơn, đồng thời có TFA thấp hơn và chất lượng sản phẩm được cải thiện. Do đó, việc bổ sung oleogel vào hệ thống thực phẩm thay vì chất béo rắn có những lợi thế nhất định.
Dầu hoa trà, dầu ô liu, dầu dừa và dầu cọ được biết đến là bốn loại dầu thực vật thân gỗ chính trên thế giới.
Dầu hoa trà cũng được Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Quốc tế quảng bá (Wang, Zeng, Verardo, & del Mar Contreras, 2017), dầu hoa trà rất giàu UFA và có một lượng lớn chất chống oxy hóa tự nhiên bao gồm squalene, phytosterol, polyphenol, lipid -các vitamin hòa tan, v.v.
Chúng có thể giúp điều chỉnh lượng đường trong máu, giảm chất béo trung tính và cholesterol (Bumrungpert, Pavadhgul, & Kalpravidh, 2016). Dầu hoa trà đã trở thành một trong những loại dầu ăn phổ biến nhất trên thị trường vì chất lượng cao và dinh dưỡng, và nó có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm. Hơn nữa, việc ứng dụng và phát triển dầu hoa trà tạo ra sức mạnh cho mối liên hệ giữa xóa đói giảm nghèo và phục hồi nông thôn. Tuy nhiên, độ ổn định của dầu hoa trà thấp trong quá trình bảo quản và hương vị ban đầu không dễ được hầu hết mọi người chấp nhận, tất cả những điều này hạn chế rất nhiều việc sử dụng nó trong các sản phẩm thực phẩm. Do đó, việc phát triển các món ăn ngon và tốt cho sức khỏe với dầu hoa trà có triển vọng thị trường rộng lớn.
Dầu hoa trà và sáp ong đã được sử dụng để chuẩn bị oleogel trong nghiên cứu này. Trên cơ sở thí nghiệm đơn nhân tố, quy trình sản xuất kem oleogel tối ưu được xác định bằng phương pháp bề mặt phản ứng. Ngoài ra, kem oleogel thu được được so sánh với kem bơ truyền thống.
Mục đích của nghiên cứu này là khám phá tính khả thi của việc sử dụng dầu hoa trà thay cho chất béo truyền thống trong các sản phẩm kem. Các kết quả thí nghiệm có
products. The experimental results could provide theoretical support for the study of oleogel and expand its application in the food industry.
2. Materials and methods
2.1. Materials
Camellia oil, purchased from Da Tuanjie Agricultural Co., Ltd. (China); Beeswax, purchased from Changge Jutou Trading Co., Ltd. (China); Xanthan Gum, purchased from Shandong Fufeng Fermentation Co., Ltd. (China); Carboxymethyl Cellulose sodium, purchased from Zhejiang Yinuo Biotechnology Co., Ltd.
(China); sodium alginate, purchased from Henan Qiaoshou Food Additives Co., Ltd. (China); guar gum, purchased from Zhejiang Yinuo Biotechnology Co., Ltd.
(China)); milk powder, purchased from Saputo Dairy Co., Ltd. (China); butter, purchased from Angel Yeast Co., Ltd. (China).
2.2. Ice cream single factor experiment and response surface method experiment
2.2.1. Oleogel and ice cream preparation The specific preparation method of camellia oleogel was as follows: Appropriate amount of camellia oil and 7% white beeswax was stirred with a magnetic stirrer (RHTB-2, Janke & Kunkel) and mixed for about half an hour at the parameters of 100
◦C and 500 r/min, so that the white beeswax was melted and fully mixed with camellia oil.
thể cung cấp hỗ trợ lý thuyết cho nghiên cứu về oleogel và mở rộng ứng dụng của nó trong ngành công nghiệp thực phẩm.
2. Nguyên liệu và phương pháp
2.1. Nguyên liệu
Dầu hoa trà, mua của Da Tuanjie Agricultural Co., Ltd. (Trung Quốc); Sáp ong, mua của Changge Jutou Trading Co., Ltd. (Trung Quốc); Xanthan Gum, mua từ Shandong Fufeng Fermentation Co., Ltd. (Trung Quốc);
Carboxymethyl Cellulose natri, mua từ Zhejiang Yinuo Biotechnology Co., Ltd. (Trung Quốc); natri alginat, mua của Henan Qiaoshou Food Additives Co., Ltd.
(Trung Quốc); guar gum, mua từ Zhejiang Yinuo Biotechnology Co., Ltd. (Trung Quốc)); sữa bột mua của Công ty TNHH Saputo Dairy (Trung Quốc); bơ, mua của Công ty TNHH Angel Yeast (Trung Quốc).
2.2. Thử nghiệm nhân tố đơn kem và thử nghiệm phương pháp bề mặt đáp ứng
2.2.1. Chuẩn bị oleogel và kem
Phương pháp chuẩn bị cụ thể của dầu hoa trà như sau: Một lượng dầu hoa trà thích hợp và 7% sáp ong trắng được khuấy bằng máy khuấy từ (RHTB-2, Janke &
Kunkel) và trộn trong khoảng nửa giờ ở nhiệt độ 100 ◦C và 500 vòng/phút để sáp ong trắng tan chảy và trộn đều với dầu hoa trà. Sau khi trộn đều theo tỷ lệ, nguyên liệu thô được trộn, khử trùng (85 ◦C, 15 phút) và đồng nhất hóa (16.000 vòng/phút) bằng chất nhũ hóa phân tán cắt cao (JS18, Công ty Thiết bị Điện cơ Geshimai Thượng
After mixing evenly in proportion, the raw materials were mixed, sterilization (85 ◦C, 15 min), and homogenization (16,000 r/min) by high shear dispersion emulsifier (JS18, Shanghai Geshimai Electromechanical Equipment Company) for 10 min, the ice cream emulsion was obtained. The ice cream emulsion was cooled and aged at 4 ◦C. After the aging, the ice cream emulsion was poured into the ice cream machine (BL1000A, Zhongshan Banny Rabbit Electric Company, China) for freezing, and hardened
− 18 ◦C for 48 h after molding to obtain the final product (Jardines et al., 2020).
2.2.2. Ice cream single factor experiment design The amount of milk powder was 10%, white granulated sugar was 15%, mixed stabilizer (xanthan gum: Guar gum: sodium alginate: sodium carboxymethyl cellulose = 1:1:1:1) was 0.4%. The influence of oil addition, aging time, and freezing time on the quality of ice cream was detected. The optimal production process of preparing camellia oleogel ice cream was determined by the comprehensive score of ice cream overrun rate, melting rate, and sensory analysis. Overrun rate account for 30% of the total (100%), melting rate account for 30%, and sensory analysis account for 40%.
2.2.3. Response surface methods design
According to the Box-Behnken test principle and response surface analysis method, the Design-Expert software was used to optimize the production process of camellia oleogel ice cream, and the comprehensive score was used as the response value to determine the optimal production process of camellia oleogel ice cream.
2.3. Ice cream characterization
2.3.1. Physical properties and sensory analysis of ice cream
The ice cream was hardened at − 18 ◦C for 48 h, then the overrun rate, melting rate,
Hải) trong 10 phút, làm đá thu được nhũ tương kem.
Nhũ tương kem được làm lạnh và ủ ở 4 ◦C. Sau khi lão hóa, nhũ tương kem được đổ vào máy làm kem (BL1000A, Zhongshan Banny Rabbit Electric Company, China) để đông lạnh và làm cứng ở -18 ◦C trong 48 giờ sau khi đổ khuôn để thu được sản phẩm cuối cùng (Jardines et al. , 2020).
2.2.2. Thiết kế thí nghiệm nhân tố kem đơn Lượng sữa bột là 10%, đường cát trắng là 15%, hỗn hợp chất ổn định (xanthan gum: Guar gum: natri alginate: natri carboxymethyl cellulose = 1:1:1:1) là 0,4%. Đã phát hiện ảnh hưởng của việc bổ sung dầu, thời gian lão hóa và thời gian đông cứng đến chất lượng kem. Quy trình sản xuất tối ưu để chuẩn bị kem oleogel hoa trà được xác định bằng điểm toàn diện về tốc độ chảy tràn của kem, tốc độ tan chảy và phân tích cảm quan. Tỷ lệ tràn chiếm 30% tổng số (100%), tỷ lệ tan chảy chiếm 30% và phân tích cảm quan chiếm 40%.
2.2.3. Thiết kế phương pháp bề mặt đáp ứng Theo nguyên tắc thử nghiệm Box-Behnken và phương pháp phân tích bề mặt phản ứng, phần mềm Design-Expert đã được sử dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất kem oleogel hoa trà và điểm số toàn diện được sử dụng làm giá trị phản hồi để xác định quy trình sản xuất kem hoa trà tối ưu kem oleogel.
2.3. Đặc tính của kem
2.3.1. Tính chất vật lý và phân tích cảm quan của kem
Kem được làm cứng ở -18 ◦C trong 48 giờ, sau đó đo tốc độ chảy tràn, tốc độ tan chảy, thời gian nhỏ giọt đầu tiên, độ cứng và phân tích cảm quan của kem này. Tỷ lệ quá hạn được đo bằng cách so sánh trọng lượng của kem trước và sau khi đông lạnh ở cùng một thể tích (Samakradhamrongthai và cộng sự, 2021). Một cốc phẳng 100 mL được cân bằng a. Cốc chứa đầy nhũ
first dropping time, hardness, and sensory analysis of this ice cream was measured. The overrun rate was measured by comparing the weight of the ice cream before and after freezing at the same volume (Samakradhamrongthai et al., 2021). A 100 mL flat beaker was weighed as a. This beaker filled with ice cream emulsion before freezing was weighed as b, then it was weighed as after freezing. The overrun rate was calculated by the following equation below:
Overrun rate(%) = b−c b−a×100
Weighed near 30 g of hardened ice cream as a, then put the ice cream on a sieve, a dish was under the sieve to collect the melted ice cream, the weight of the dish was b.The ambient temperature was set to 35 ◦C. After 30 min, the weight of the dish and the melted ice cream was c. Themelting rate was calculated by the following equation below (Perera & Perera, 2021).
Melting rate(%)=b−c a ×100
To measure the first dropping time, about 30 g of hardened ice cream was put on a sieve which was at 35◦C, and the first dropping time of ice cream from the sieve was observed (Yan et al., 2021).
The hardness of ice cream was determined using a texture analyzer (TA, Stable Micro Systems, UK). The parameters of the texture analyzer were set as follows:
P5 probe was selected, the pre-measurement velocity was 1.0 mm/s, the mid-measurement velocity was 0.5 mm/s, the post-measurement velocity was 10.0 mm/s, the puncture depth was 20 mm, and the trigger force was 5.0 g. The experiment was repeated three times for each sample, and the average value was obtained.
The sensory analysis panel was composed of undergraduate and graduate students majoring in food, who had passed the food sensory analysis course, using centesimal system method. The ice cream was scored from four aspects: color, fat sensation, organization structure, and flavor (The scoring criteria are shown in Table 1.). The results were averaged.
tương kem này trước khi đông lạnh được cân là b, sau đó được cân như sau khi đông lạnh. Tỷ lệ vượt mức được tính theo phương trình sau:
Tỷ lệ vượt mức(%) = b−c b−a×100
Cân gần 30 g kem đã đông cứng như a, sau đó cho kem lên rây, dưới rây có một đĩa để hứng kem đã tan chảy, trọng lượng của đĩa là b. Nhiệt độ môi trường được đặt ở 35 ◦C . Sau 30 phút, trọng lượng của đĩa và kem tan chảy là c. Tốc độ tan chảy được tính theo phương trình sau (Perera & Perera, 2021).
T ố c đ ộ nóngc hả y(%)=b−c a ×100
Để đo thời gian rơi đầu tiên, khoảng 30 g kem đã đông cứng được đặt trên một cái sàng ở nhiệt độ 35 ◦C và quan sát thấy thời gian rơi đầu tiên của kem ra khỏi sàng (Yan và cộng sự, 2021).
Độ cứng của kem được xác định bằng máy phân tích kết cấu (TA, Stable Micro Systems, UK). Các thông số của máy phân tích kết cấu được cài đặt như sau: Đầu dò P5 được chọn, vận tốc đo trước là 1,0 mm/s, vận tốc giữa đo là 0,5 mm/s, vận tốc sau đo là 10,0 mm/s, độ sâu đâm là 20 mm và lực kích hoạt là 5,0 g. Thí nghiệm được lặp lại ba lần cho mỗi mẫu và lấy giá trị trung bình.
Hội đồng phân tích cảm quan gồm các sinh viên đại học và cao học chuyên ngành thực phẩm, đã qua khóa học phân tích cảm quan thực phẩm, sử dụng phương pháp hệ thống centesimal. Kem được cho điểm theo bốn khía cạnh: màu sắc, cảm giác béo, cấu trúc tổ chức và hương vị (Tiêu chí chấm điểm được trình bày trong Bảng 1.). Các kết quả được tính trung bình.
2.3.2. Mũi điện tử
Mùi thơm của các mẫu kem lần lượt được đo bằng mũi điện tử (PEN3, AIR SENSE, Đức) (Miettinen, Piironen, Tuorila, & Hyvonen, 2002). 10 mL nhũ tương kem lâu năm được cho vào một chai khoảng trống để đo mũi điện tử. Các thông số mũi điện tử được đặt là thời gian làm sạch 100 giây, thời gian đo 100 giây, tốc độ dòng buồng cảm biến là 400 mL/phút và tốc độ dòng tiêm ban đầu là 400 mL/phút. Mỗi nhóm mẫu được lặp