脂肪替代品在冰淇淋中的應(yīng)用研究進(jìn)展

陳 龍 劉愛(ài)國(guó) 紀(jì)瑞慶 陳珍珍 李曉敏（1.天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300134；2.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134；3.北京納米纖維素技術(shù)研發(fā)中心，北京 100022；4.中國(guó)國(guó)旅貿(mào)易有限責(zé)任公司，北京 100022）

脂肪替代品的發(fā)展首先起源于國(guó)外，到19世紀(jì)末相關(guān)產(chǎn)品的研究已經(jīng)相當(dāng)透徹，1989年美國(guó)市場(chǎng)上開(kāi)始出現(xiàn)無(wú)脂冰淇淋［1］。中國(guó)對(duì)于脂肪替代品的探索開(kāi)始于20世紀(jì)末，直到2000年后相關(guān)產(chǎn)品才零星出現(xiàn)，而在同時(shí)期的歐美國(guó)家，脂肪替代品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。目前，中國(guó)對(duì)于脂肪替代品的應(yīng)用研究主要集中在冷食［2］、肉食［3］和烘焙制品［4］等領(lǐng)域。

冰淇淋作為一種休閑式的冷飲制品，以其冰涼舒適，口感滑膩，易于消化吸收等特點(diǎn)，深受人們的喜愛(ài)。普通冰淇淋中脂肪含量約為8%～16%［5］，相比于普通冰淇淋，低脂冰淇淋的脂肪含量?jī)H占其50%左右［6］。利用低能量的脂肪替代品替代冰淇淋中的油脂已成為健康飲食中的研究熱點(diǎn)，為新型健康冷飲食品的開(kāi)發(fā)提供了新途徑。

1 碳水化合物為基質(zhì)的脂肪替代品

碳水化合物基質(zhì)脂肪替代品主要是通過(guò)多糖凝膠分子束縛一定量的水分子產(chǎn)生類似油脂的流變和質(zhì)構(gòu)特性，無(wú)論其外觀還是本身都跟油脂具有高度的相似性，能夠使冰淇淋漿料中的蛋白質(zhì)、穩(wěn)定劑充分發(fā)生水合作用，提高料液的黏度以及成品的膨脹率和保形性。此類脂肪替代品是應(yīng)用研究最為廣泛的一類，除來(lái)源廣泛外，還具有替代率高、耐高溫、貨架期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合在冰淇淋中應(yīng)用。但碳水化合物類脂肪替代品大部分帶有異味，使其用量受到限制。

1.1 淀粉類

淀粉類（starch）脂肪替代品可以分為抗性淀粉和低DE值麥芽糊精類，對(duì)前者的研究較少，麥芽糊精類是以各種作物粉為原料，經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)等方法將淀粉大分子分裂為糊精化的小分子，小糊精的大量堆積沖撞，使其感官和質(zhì)構(gòu)特性與油脂非常接近，聚合度小的糊精可以和長(zhǎng)鏈的淀粉分子形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將流動(dòng)的水分子截留在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，大于70個(gè)葡萄糖殘基的直連淀粉分子和支鏈淀粉分子相互作用形成多結(jié)點(diǎn)的小冰晶，目前市場(chǎng)上有60多種淀粉為基質(zhì)的脂肪替代品。

D.B.Aime等［7］用改性豌豆淀粉作為脂肪替代品分別生產(chǎn)輕脂（10%）、低脂（2.5%）、無(wú)脂（0.4%）冰淇淋，結(jié)果發(fā)現(xiàn)豌豆變性淀粉作為脂肪替代品應(yīng)用于冰淇淋中效果良好。D.Meyr等［8］研究表明，當(dāng)菊粉在低脂冰淇淋中的添加量為4%時(shí)，與正常冰淇淋的感官特征最為接近。Akin等［9］研究了菊粉對(duì)于益菌冰淇淋和血糖水平的影響，隨著菊粉的增加冰淇淋漿料的黏度和抗融性都有所增加，但對(duì)于感官和質(zhì)構(gòu)并不產(chǎn)生太大的影響。K.Schmidt等［10］發(fā)現(xiàn)淀粉為基質(zhì)的脂肪替代品mimicker（替代量為2%～5%）使低脂冰淇淋漿料黏度大大增加，流動(dòng)性能提高，成品的硬度略有降低。郭艷莉等［11］研究玉米淀粉基質(zhì)脂肪替代品冰淇淋，發(fā)現(xiàn)隨著替代量的增加，膨脹率降低，抗融性逐漸提高，流變學(xué)特性上全脂冰淇淋漿料G″＞G′，當(dāng)脂肪替代量為25%，50%，75%時(shí)的冰淇淋漿料在低頻區(qū)G″＞G′，在高頻區(qū)G″＜G′，無(wú)脂冰淇淋G″＜G′，冰淇淋的黏彈性隨著脂肪替代量的增加均有所增加。張春紅等［12］將經(jīng)過(guò)酸法、酶法處理過(guò)的淀粉基脂肪替代品用于生產(chǎn)低脂冰淇淋，在確保冰淇淋感官特征的基礎(chǔ)上最終選取替代比例為70%。楊玉玲等［13］發(fā)現(xiàn)秈米基質(zhì)脂肪替代品冰淇淋的品質(zhì)良好，替代率不同的冰淇淋感官性質(zhì)也發(fā)生了不同程度的改變，并且利用TA－XT2i型質(zhì)構(gòu)儀和AR1000型流變儀進(jìn)行了相關(guān)性質(zhì)的研究。結(jié)果表明，隨著脂肪替代量的增加，冰淇淋的硬度逐漸下降；當(dāng)質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定的冰淇淋硬度為8 000g時(shí)感官品質(zhì)最為理想。淀粉類脂肪替代品能被人體完全消化，不會(huì)引起腹瀉、肛漏等不良反應(yīng)。但將其作為脂肪替代品應(yīng)用于低脂或無(wú)脂冰淇淋的生產(chǎn)，需要改進(jìn)傳統(tǒng)配方。

1.2 纖維素和半纖維素類

纖維素和半纖維素（cellulose and hemicellulose）廣泛存在于各種植物之中，它們不僅可以促進(jìn)冰淇淋中各種風(fēng)味的釋放而且還能提高保形性。據(jù)測(cè)定［14］，纖維素類粒子的直徑普遍小于10μm，與脂肪微粒大小相當(dāng)。纖維素粒子分散后與水分子通過(guò)物理鍵能作用形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的弱凝膠，再通過(guò)一系列的物理化學(xué)作用改變纖維素、半纖維素的凝膠分子即可得到類似于油脂特性的脂肪替代品。

Tainara de Moraes Crizel等［15］將橘皮纖維作為脂肪替代品應(yīng)用于冰淇淋的生產(chǎn)。結(jié)果表明替代率為70%時(shí)冰淇淋的顏色、質(zhì)地和口感不會(huì)發(fā)生顯著變化，經(jīng)消費(fèi)者滿意度調(diào)查74%的消費(fèi)者愿意購(gòu)買此種脂肪替代品冰淇淋。Alejandra Regand等［16］將不同種類的穩(wěn)定劑（其中包括纖維素類脂肪替代品CMC）添加到冰淇淋中利用熒光顯微鏡技術(shù)觀察其微觀結(jié)構(gòu)，研究結(jié)晶與再結(jié)晶機(jī)理。結(jié)果表明，具有凝膠特性的穩(wěn)定劑比不能形成凝膠的穩(wěn)定劑更能抑制冰淇淋中重冰晶現(xiàn)象。Christos Soukoulis等［17］通過(guò)4種膳食纖維（燕麥、小麥、蘋果、菊粉）對(duì)冰淇淋混合模型的流變和熱性能進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不溶性的纖維化合物能夠增加冰淇淋混合模型的黏度并且發(fā)生剪切稀變現(xiàn)象，然而水合纖維素和半纖維素形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)雖然沒(méi)有顯著改變樣品的流變學(xué)性質(zhì)但能抑制冰點(diǎn)降低和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的升高。上述研究表明無(wú)論是不溶性纖維化合物還是水溶性纖維素、半纖維素都有利于冰淇淋的生產(chǎn)。韓浩等［18］將微晶纖維素（MCC）作為穩(wěn)定劑添加到冰淇淋中，并適當(dāng)降低奶油的添加量。結(jié)果表明，冰淇淋的感官和質(zhì)構(gòu)特性以及溫度波動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果都要明顯優(yōu)于對(duì)照組；當(dāng)MCC的添加量小于0.4%時(shí)，冰淇淋膨脹率和風(fēng)味呈上升趨勢(shì)，超過(guò)這一比例膨脹率逐漸下降；添加量大于0.5%時(shí)風(fēng)味亦呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。王大為等［19］采用高壓蒸煮法和擠壓法處理玉米膳食纖維得到相關(guān)的脂肪替代品，發(fā)現(xiàn)當(dāng)其在冰淇淋中替代率為6%時(shí)效果最好。纖維素類脂肪替代品幾乎不含熱量，被FDA認(rèn)定為公認(rèn)安全物質(zhì)（GRAS），適用于傳統(tǒng)高熱量的冰淇淋產(chǎn)品，而且通過(guò)改變纖維素的粒徑、膠粒形狀可以得到不同性狀的脂肪替代品。

1.3 葡聚糖類

葡聚糖（dextran，glucan）又稱右旋糖酐，主要由D－吡喃葡萄糖以α，1→6鍵連接，支鏈點(diǎn)有1→2、1→3、1→4連接的。常見(jiàn)的β－葡聚糖廣泛存在于各種菌類與植物中，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其具有類似油脂的特性。特殊的結(jié)構(gòu)賦予了葡聚糖黏度高的特性，在一定條件下可以形成弱凝膠，此外乳化性也是其被廣泛應(yīng)用于冰淇淋的原因之一。

Silva等［20］研究發(fā)現(xiàn)菊糖具有脂肪替代品的性質(zhì)是基于其特有的流變學(xué)特性，使產(chǎn)品具有類似脂肪的滑膩口感，替代傳統(tǒng)冰淇淋中的奶油，適合于開(kāi)發(fā)新的低脂無(wú)脂冰淇淋。H.Vaikousi等［21］將β－葡聚糖添加到冰淇淋中，并分析其流變學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明，冰淇淋的黏度、膨脹率都有不同程度地提高，感官上并不發(fā)生大的變化。宮艷艷等［22］以啤酒廢酵母泥為原料，利用不同提取方法生產(chǎn)酵母葡聚糖，并將其應(yīng)用于低脂冰淇淋的生產(chǎn)。結(jié)果表明，隨著替代量的增加冰淇淋漿料的黏度和冰淇淋硬化后的硬度增加，膨脹率和抗融性也略有提高；感官評(píng)定表明40%以內(nèi)的替代量是可以接受的。何強(qiáng)等［23］對(duì)低脂菊糖冰淇淋的流變、質(zhì)構(gòu)及感官特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，菊糖添加量的增加提高了冰淇淋中漿料的黏度，以及硬化后產(chǎn)品的硬度和成品的抗融性；加入5%菊糖的低脂冰淇淋感官最接近全脂冰淇淋。董吉林等［24］研究表明，在低脂冰淇淋配方中，加入0.2%燕麥β－葡聚糖能明顯提高冰淇淋的膨脹率和料液的黏度，大大增加冰淇淋的抗融性。李曉東等［25］采用正交試驗(yàn)對(duì)大豆低聚糖基質(zhì)的低脂冰淇淋配方進(jìn)行優(yōu)化篩選。結(jié)果表明，當(dāng)大豆低聚糖替代量低于4.0%時(shí)，冰淇淋的感官特性未發(fā)生改變，此時(shí)大豆低聚糖保留量達(dá)到94.7%。葡聚糖類脂肪替代品具有良好的營(yíng)養(yǎng)保健功能，將其應(yīng)用于冰淇淋中不僅能夠降低冰淇淋的熱量，而且具有一定的保健功能，是一類非常值得期待的脂肪替代品。

1.4 膠體類

膠體類（colloid）脂肪替代品多為高分子量的多糖類物質(zhì)，通過(guò)極性鍵、氫鍵、離子鍵、分子間力把水分割為強(qiáng)烈水化的結(jié)合水、鄰近水、多層水、游離水和截留水。強(qiáng)烈水化的結(jié)合水只能跟隨膠體大分子運(yùn)動(dòng)，鄰近水、多層水的運(yùn)動(dòng)速度也受到影響，游離水和截留水仍然可以自由運(yùn)動(dòng)，使原來(lái)的料液黏度得到提高，產(chǎn)生類似油脂的特性［26］。

M.bahram Parvar等［27］將κ－角叉菜膠和3種穩(wěn)定劑加入到冰淇淋。結(jié)果表明，隨著κ－角叉菜膠含量的改變，冰淇淋的黏度，低脂冰淇淋的感官特性也隨之發(fā)生改變。J.V.Patmore等［28］將刺槐豆膠和瓜爾豆膠作為穩(wěn)定劑加入到冰淇淋中，發(fā)現(xiàn)具有凝膠性的多糖穩(wěn)定劑和蛋白質(zhì)多糖不兼容，影響冰淇淋的結(jié)晶和再結(jié)晶過(guò)程。S.Bolliger等［29］研究了在冰淇淋中穩(wěn)定劑的添加與冰晶的生長(zhǎng)之間的關(guān)系，通過(guò)改變瓜爾豆膠的添加量，研究冰晶的生長(zhǎng)狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)瓜爾豆膠能夠抑制冰晶的生長(zhǎng)，除了抑制冰晶，瓜爾豆膠的添加還可以降低冰淇淋中脂肪的添加量。Maryam Bahram Parvar等［30］選取羅望子膠、CMC、瓜爾豆膠3種穩(wěn)定劑的混合物，分別在0.15%和0.35%2個(gè)濃度下進(jìn)行混合設(shè)計(jì)研究。結(jié)果表明，混合物中羅望子膠的比例越高冰淇淋的表觀黏度增加越明顯且融化率下降越快。黏度的增加是因?yàn)楫?dāng)強(qiáng)烈水化的凝膠性膠體大分子的濃度達(dá)到臨界濃度以上，并聚集到可以強(qiáng)烈相互作用的程度形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)，可以物理截留一部分水，提高溶液黏度，這些膠體常常作為增稠劑、穩(wěn)定劑和凝膠劑用于冰淇淋的生產(chǎn)，此外還能起到抑制冰晶的作用，其用量通常較少（0.1%～0.5%）。

2 蛋白質(zhì)為基質(zhì)的脂肪替代品

蛋白質(zhì)（protein）為基質(zhì)的脂肪替代品是以天然蛋白質(zhì)為原料，經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)處理后所得到的柔軟細(xì)膩的似水乳體系來(lái)模擬油脂相關(guān)特性。蛋白質(zhì)在經(jīng)過(guò)變性條件變性后，大分子中的疏水集團(tuán)暴露在分子集團(tuán)表面，與水分子形成對(duì)立狀態(tài)，產(chǎn)生類似油脂的疏水特性，經(jīng)過(guò)均質(zhì)作用的蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生水合作用，蛋白質(zhì)微粒分散在水相中，形成平均直徑小于10μm的超微蛋白質(zhì)顆粒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于舌頭識(shí)別的閾值，因而能夠很好模擬脂肪潤(rùn)滑、細(xì)膩的口感。蛋白質(zhì)為基質(zhì)的脂肪替代品對(duì)食品的持水性及乳化性有所改善，特別適用于冰淇淋等冷飲制品中。

Ayse Sibel Akalm等［31］用4%的乳清蛋白分離物（WPI）和4%的菊粉作為脂肪替代品來(lái)生產(chǎn)低脂冰淇淋，結(jié)果發(fā)現(xiàn)WPI改變了冰淇淋的流變學(xué)特性，提高了表觀黏度、稠度，此外硬度和抗融化性也顯著增加。Gustavo das Gracas Pereira等［32］將大豆提取物作為冰淇淋配料來(lái)減少脫脂乳粉的量，結(jié)果顯示冰淇淋的抗融性增強(qiáng)，產(chǎn)生了大量的小冰晶，溫度波動(dòng)以及再結(jié)晶時(shí)間縮短，其替代物用量最高可達(dá)脂肪量的20%。J.M.Chauhan等［33］將乳清濃縮蛋白添加到冰淇淋中，研究其對(duì)冰淇淋風(fēng)味的影響。結(jié)果表明，當(dāng)WPC的添加量為10%時(shí)，低脂冰淇淋的效果較為理想。Rajes k.Bund等［34］以冰晶大小和冰淇淋抗融性為指標(biāo)，將乳清蛋白粉（DLP）和親乳劑作為混合物應(yīng)用到低脂冰淇淋，發(fā)現(xiàn)當(dāng)其比例為30︰70時(shí)冰淇淋的感官特性最為理想。盧蓉蓉等［35］以乳清蛋白WPC－80為基質(zhì)生產(chǎn)低脂冰淇淋，替代中脂冰淇淋中25%的脂肪，隨著替代量的增加，產(chǎn)品漿料黏度和膨脹率升高，抗融性和硬度下降，質(zhì)構(gòu)和流變檢測(cè)發(fā)現(xiàn)得到的低脂冰淇淋的品質(zhì)與普通冰淇淋相似。劉婷婷等［36］研究表明，以玉米蛋白為基質(zhì)來(lái)模擬冰淇淋中的油脂，既可以降低產(chǎn)品的熱量，減少生產(chǎn)冰淇淋的成本，又能提高玉米的附加值；玉米蛋白脂肪模擬物的最適添加量為8%。蛋白質(zhì)為基質(zhì)的脂肪替代品在冰淇淋中可部分或全部替代脂肪，其具有良好的乳化和滯水作用，使冰淇淋的質(zhì)地更加均勻細(xì)膩，防止冰晶過(guò)大帶來(lái)的沙粒感。此外還能提高冰淇淋的抗融性，蛋白質(zhì)為基質(zhì)的脂肪替代品通常為乳及其相關(guān)制品，因此這類產(chǎn)品在冰淇淋中較其它脂肪替代品有更好的應(yīng)用前景。

3 脂肪為基質(zhì)的脂肪替代品

脂肪為基質(zhì)的脂肪替代品種類繁多，大多采用化學(xué)方式制備，它們以脂肪酸為基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)酯化作用形成，起到降低食品熱量的作用，由于特殊的結(jié)構(gòu)，使它們與天然脂肪具有相似的物理性質(zhì)，同時(shí)還能為食品提供特殊的風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)特性，在高溫油炸和烘焙產(chǎn)品中具有獨(dú)特的優(yōu)越性。國(guó)外對(duì)于脂肪為基質(zhì)的脂肪替代品的研究較為廣泛，開(kāi)發(fā)應(yīng)用于冰淇淋的產(chǎn)品很多，諸如 Carprenin、Salatrim、MCT、Olestra、DDM、EPG＊等。

田龍等［37］將馬鈴薯淀粉中提取的天然淀粉磷酸酯作為增稠劑、穩(wěn)定劑用于冰淇淋的生產(chǎn)。結(jié)果表明，當(dāng)磷酸酯淀粉添加量為3.5%，海藻酸鈉添加量為0.05%，明膠添加量為0.1%時(shí)冰淇淋品質(zhì)最佳。夏清風(fēng)［38］將琥珀酸早秈米淀粉酯應(yīng)用于低脂冰淇淋產(chǎn)品中。結(jié)果表明，添加3.2%琥珀酸早秈米淀粉酯的無(wú)脂冰淇淋效果最好，而相同量的原淀粉則達(dá)不到此效果，說(shuō)明琥珀酸早秈米淀粉酯適合作為脂肪替代品應(yīng)用到無(wú)脂冰淇淋。鑒于脂肪基質(zhì)類脂肪替代品在人體內(nèi)獨(dú)特的消化吸收方式，其可作為一種最為理想的低脂、無(wú)脂替代品應(yīng)用于冰淇淋生產(chǎn)。但是由于化學(xué)合成過(guò)程中形成的酯鍵能抵抗人體消化酶的催化水解，因此很難被人體消化吸收，過(guò)量食用會(huì)導(dǎo)致滲透性腹瀉、肛漏，因此，使用時(shí)應(yīng)注意控制其用量。

4 問(wèn)題與展望

作為休閑食品，冰淇淋深受人們的喜愛(ài)。但高熱量的傳統(tǒng)冰淇淋又影響人們的身體健康，利用脂肪替代品部分或全部替代冰淇淋中的油脂是一種必然趨勢(shì)。發(fā)展前景雖好，但現(xiàn)實(shí)中還存在很多問(wèn)題：① 產(chǎn)品本身問(wèn)題。一些脂肪替代品異味較大，流動(dòng)性差，感官特性不理想，脂肪替代率低，甚至是沒(méi)有經(jīng)過(guò)毒理性試驗(yàn)等；② 市場(chǎng)監(jiān)管問(wèn)題。一款合格的脂肪替代品被推向市場(chǎng)之前是否經(jīng)過(guò)相關(guān)政府部門的安全性驗(yàn)收，企業(yè)是否嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)使用，相關(guān)法制法規(guī)也有待進(jìn)一步健全。脂肪替代品的發(fā)展前景很大程度上取決于上述問(wèn)題的解決，可以說(shuō)機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)并存，脂肪替代品在冰淇淋中的應(yīng)用前景將更加廣闊。

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