《Food Research International》：Modulating crystallization behavior and functional properties of diacylglycerol-based margarines through chilling temperature control
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本研究系统探究了不同冷却温度（-10℃至10℃）对棕榈油基DAG富含黄油结晶网络、流变学特性及功能性能的影响。结果表明，0℃冷却时形成高含量的β'-结晶（77.09%）和细针状晶体（Df>1.90），实现最佳发泡性能与结构稳定性。低温（-10℃）促进β-结晶（52.11%）形成致密网络，高温（10℃）则导致结晶尺寸减小和氢键断裂。研究揭示了冷却温度调控结晶行为的机理，为开发健康型黄油提供工艺参数依据。
作者：Wanting Ke、Xinzhe Liang、Yee-Ying Lee、Chin-Ping Tan、Hong Shyang Pei、Yong Wang、Zhen Zhang
中国-马来西亚油加工与安全一带一路联合实验室，济南大学，中国广东省广州市510632
摘要
富含二酰基甘油（DAG）的人造黄油相较于传统的三酰基甘油（TAG）产品具有显著的健康优势，但需要精确的控制结晶过程以获得理想的质地。本研究系统地量化了冷却温度（-10°C至10°C）如何影响棕榈油（PO）-DAG人造黄油（70:30 w/w）的结晶网络、流变性能和功能特性。结果表明，较低的温度（-10°C）可提高成核速率，形成以β-多晶型为主的致密晶体结构（占52.11%），增加固体脂肪含量，并提升储存模量（G′ > 10^5 Pa）；相反，较高的温度（10°C）则促进β'-多晶型的形成（占77.09%），导致晶体尺寸减小和氢键作用减弱。综合这些结晶特性可知，0°C是最佳冷却温度，因为它既能增加β'-多晶型的含量，又能促使形成细小的针状晶体（D_f < 1.90），同时保持均匀的晶体网络结构。从功能角度来看，在0°C下冷却处理的人造黄油具有更好的打发性能，其比重低于在10°C下处理的产品，这归因于空气掺入量的提高，同时仍保持了良好的储存稳定性。本研究为开发注重健康的人造黄油提供了科学依据和精确的加工参数，有助于制造出具有更强健康效益、更优质地和更好功能特性的新一代人造黄油。
引言
人造黄油是一种油包水乳液，通常由约20%（w/w）的水分散相和80%（w/w）的连续脂质相组成（Guenaoui等人，2025年；Rafanan & Rousseau，2019年）。作为食品应用中的关键特种脂肪，人造黄油的关键质量属性（如质地、涂抹性和热行为）主要受其组成成分三酰基甘油（TAG）的结晶行为控制。具体而言，脂质相的结晶动力学、多晶型形式和网络结构决定了产品的基本特性，如硬度、塑性和熔化特性。此外，这些结晶参数对乳液微结构的稳定性以及产品的保质期和消费者接受度也有重要影响（Wu等人，2025年）。因此，掌握脂质结晶过程不仅对人造黄油的生产至关重要，也对各种含脂肪食品（如烘焙食品、乳制品和糖果）的功能性开发具有重要意义。打发性和充气性是评估人造黄油的重要指标，这些食品需要包含大量空气，并在面糊中保持均匀的脂肪分布，以确保烘焙过程中的均匀膨胀和最终产品的均匀组织结构。
通过调整加工条件来优化人造黄油的结晶网络是一个重要的研究目标，这一需求源于消费者对更健康、更具功能性食品的追求。冷却温度是人造黄油生产中的关键控制变量，它通过调节脂肪结晶动力学直接影响产品的质地、稳定性和工艺效率（Nguyen等人，2021年）。在冷却过程中，熔融脂质混合物的快速冷却会引发TAG分子的成核和随后的晶体生长。研究表明，冷却温度会影响晶体成核速率，介导多晶型转变（例如α → β' → β），并决定最终的晶体尺寸分布，从而影响产品的宏观性质（Nguyen等人，2021年）。这种温度依赖性行为主要归因于冷却温度对过冷度的影响（Kharat & McClements，2019年）。较低的温度有利于快速成核，可能形成以高熔点β-晶体为主的致密网络；而较高的温度则有利于β'-多晶型的形成，产生更细小的晶体形态。然而，关于冷却温度与结晶动力学之间关系的全面表征，特别是热梯度对三维脂肪晶体网络结构的机制影响，仍需进一步研究。
二酰基甘油（DAG）是植物油中天然存在的微量成分。与含有三个脂肪酸基团的TAG不同，DAG仅由甘油和两个脂肪酸组成（Zou等人，2026年）。DAG具有独特的代谢特性，例如能够抑制体脂积累（Kim等人，2017年）、降低餐后血清TAG水平（Lee等人，2019年；Ma等人，2022年）以及缓解系统性炎症疾病（Wang等人，2016年）。由于这些独特的代谢特性，DAG已成为替代传统TAG的理想选择，广泛应用于人造黄油、起酥油和 whipped cream 等产品中（Xie等人，2026年）。然而，DAG与TAG在结构上的差异导致其结晶动力学和网络形成方式存在显著差异，这给开发具有理想质地特性的DAG基人造黄油带来了挑战。尽管目前的人造黄油研究主要集中在TAG体系上，但我们对DAG结晶行为的理解仍然有限。以往的研究尝试通过混合高熔点脂肪（如PO）和低熔点DAG来平衡健康效益与加工性能（Ke等人，2025年）。这类多组分系统的结晶行为更为复杂，因为冷却温度的变化可能会放大TAG和DAG分子之间的共结晶效应或相分离倾向。例如，过快的冷却速率可能导致组分局部分离，形成不规则的晶体聚集体，从而影响产品的涂抹性（Gao等人，2022年）。因此，阐明冷却温度在调控这些多相脂质混合物结晶和微观结构中的机制作用对于开发饱和脂肪酸含量较低的人造黄油至关重要。
为填补关于DAG在受控热处理条件下结晶行为的知识空白，本研究分析了三种样品（PO-GDAG、PO-CDAG 和 PO-FDAG）的固体脂肪含量和结晶动力学。其中PO-GDAG被选为模型样品，并在不同冷却温度（-10°C、-5°C、0°C、5°C 和 10°C）下研究了其结晶行为和流变特性，包括热稳定性、多晶型、氢键能、微观结构和颗粒尺寸。功能特性通过打发程度和储存稳定性进行评估。这些发现为工业冷却过程的精确控制提供了理论基础，并为开发新型、更健康的人造黄油产品建立了技术框架。
材料
棕榈油（PO）由广州亿海嘉丽粮油食品有限公司提供。花生油DAG（GDAG）、玉米油DAG（CDAG）和亚麻籽油DAG（FDAG）由我们实验室自行合成（DAG含量为40–50%）。单硬脂酸甘油酯（GMS）由广州美晨生物科技有限公司提供。n-己烷和丙酮（纯度>99.5%）等试剂购自天津富宇化学有限公司。所有其他化学品和溶剂也均由该公司提供。
人造黄油基础油的SFC和结晶动力学
SFC反映了给定温度下脂肪中结晶物质的比例（Braipson-Danthine & Deroanne，2004年）。如图1A所示，比较了PO-GDAG、PO-CDAG 和 PO-FDAG 的SFC随温度的变化情况。随着温度的升高，SFC呈现一致的单调下降趋势，这是脂质结晶网络热行为的典型特征。这种下降是由于高熔点脂肪的晶格稳定性受到破坏所致。
结论
本研究探讨了冷却温度（-10°C至10°C）如何影响基于DAG的人造黄油的结晶行为、微观结构和功能特性，确定0°C是平衡结构完整性和性能的最佳条件。较低的温度（-10°C）会导致较高的过冷度，加速成核过程，形成以β-多晶型为主的致密网络，具有较高的熔化稳定性和出色的硬度保持能力；相反，较高的温度则...
作者贡献声明
Wanting Ke：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、实验设计。Xinzhe Liang：撰写 – 审稿与编辑、数据验证、数据分析。Yee-Ying Lee：撰写 – 审稿与编辑、数据验证、数据分析。Chin-Ping Tan：指导、软件使用、数据分析。Hong Shyang Pei：撰写 – 审稿与编辑、数据分析。Yong Wang：撰写 – 审稿与编辑、资源协调。Zhen Zhang：初稿撰写、指导、方法设计、实验设计、概念构思。
未引用参考文献
Jia, Chen, Sun 和 Orlien, 2022
Chai 等人, 2018
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（项目编号2024YFE0214900）、国家自然科学基金（项目编号32472249）、中国国家重点研发计划（项目编号2023YFD2100401）以及广东省重点领域研发计划（项目编号2025B0202130004）的支持，特此表示感谢。
