脂肪替代物對(duì)人造奶油物性品質(zhì)的影響

徐群英，趙錦妝

（1.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023；2.通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510700）

人造奶油的發(fā)展已經(jīng)有較長的歷史，由于其價(jià)格優(yōu)廉、產(chǎn)量大，作為天然奶油的替代品在食品工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，例如蛋糕、餅干、面包等。但近年來，隨著健康意識(shí)的提高，人們逐漸了解到人造奶油在其膽固醇及高飽和脂肪上的問題。過高的脂肪攝入會(huì)造成許多人為健康病癥[1]，例如高血壓、高血脂、動(dòng)脈血管堵塞、青少年肥胖等。因此，如何取代食品中的高熱量油脂已經(jīng)成為了熱門的研究方向。National Starch & Chemical Corp公司生產(chǎn)的木薯淀粉麥芽糊精[2]，可用來生產(chǎn)無脂肪冷凍食品和低脂食品，應(yīng)用在人造奶油、布丁等食品中。

降低脂肪雖然會(huì)起到降低熱量的作用，但是單純從產(chǎn)品中去除脂肪會(huì)對(duì)產(chǎn)品的物理外觀、質(zhì)地特性、風(fēng)味特征甚至貯存穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響[3]，這樣難以滿足消費(fèi)者的需求，因此，制備出低脂且不影響口感的產(chǎn)品是近年來的研究熱點(diǎn)。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)用麥芽糊精、葡聚糖等作為脂肪替代物應(yīng)用在奶油中，可以起到降低脂肪的作用，還能改善奶油的口感[4]。

脂肪替代物一般分為脂肪基脂肪替代物、蛋白質(zhì)基脂肪替代物和碳水化合物基脂肪替代物[5]。應(yīng)用在人造奶油中的脂肪替代物一般是蛋白質(zhì)基脂肪替代物及碳水化合物基脂肪替代物，但蛋白質(zhì)基脂肪替代物作為脂肪替代物應(yīng)用在食品中時(shí)，對(duì)工藝的要求較高。相對(duì)于以蛋白質(zhì)為基質(zhì)的脂肪替代物而言，果膠由于其本身具有黏稠性，能較好地模擬脂肪的口感，且持水性、持水穩(wěn)定性等均較好[6]，近年來被用作脂肪替代物的應(yīng)用逐漸增多。Min等[7]將果膠應(yīng)用在餅干配方中替代30%的起酥油。

果膠是一種結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的酸性雜多糖[8]，具有良好的膠凝性和乳化穩(wěn)定作用[9]，近年來在食品工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。果膠可以作為膠凝劑，應(yīng)用在果凍、果醬、軟糖[10]等生產(chǎn)中；作為穩(wěn)定劑[11]，應(yīng)用在飲料生產(chǎn)中。果膠作為脂肪替代物還被應(yīng)用在低脂肪法蘭克福香腸[12]及低脂冰淇淋[13]中；甚至在醫(yī)藥方面，也有人發(fā)現(xiàn)果膠的攝入可使血漿中的膽固醇吸收下降[14]。而羧甲基纖維素（carboxymethyl cellulose，CMC）的加入能提高凝膠體系的黏性與彈性，同時(shí)還能提高凝膠形成速度，從而顯著提高復(fù)配體系的穩(wěn)定性[15-17]。因此本實(shí)驗(yàn)以果膠和CMC復(fù)配的脂肪替代物應(yīng)用在人造奶油中，以期得到最佳替代比，使之在降低脂肪的同時(shí)也能增加產(chǎn)品的風(fēng)味。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高酯橘皮果膠 美國丹尼斯克公司；CMC 美國Sigma公司；蔗糖、檸檬酸 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；花旗雪白油 益海嘉里食品有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TAXT. plus物性測(cè)試儀 英國Stable Micro Systems公司；Kinexus pro+多功能流變儀 英國馬爾文儀器有限公司；LGJ-10D冷凍干燥機(jī) 北京四環(huán)科學(xué)儀器廠；S-3000N掃描電鏡 日本日立公司；Q10型差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀 美國TA公司；7000型X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）儀日本島津制作所；70N臺(tái)式振蕩培養(yǎng)箱 上海知楚儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 人造奶油樣品的制備

通過前期預(yù)實(shí)驗(yàn)制備出了以果膠為基質(zhì)的脂肪替代物，并以質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%、5%、10%、15%、20%、25%添加到人造奶油中，替代對(duì)應(yīng)體積的人造奶油，相應(yīng)編號(hào)為A1、A2、A3、A4、A5、A6。樣品混合均勻后置于燒杯中并用保鮮膜覆蓋，放置在常溫下待測(cè)。

1.3.2 質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定

將人造奶油樣品趁熱轉(zhuǎn)移至鋁盒（65 mm×35 mm）中，樣品深度約15 mm，然后將樣品置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中熟化5 d后進(jìn)行硬度測(cè)試。硬度測(cè)試條件為P5探頭，下壓模式，測(cè)前速率2 mm/s，測(cè)中速率1 mm/s，測(cè)后速率2 mm/s，觸發(fā)力2 g，下壓深度8 mm[18]。

1.3.3 滯后環(huán)測(cè)定

觸變環(huán)的測(cè)定：采用兩步Steady State Flow程序使剪切速率先從0 s-1上升到100 s-1，在100 s-1保持120 s后，立即以同樣的變化速率從100 s-1下降到0 s-1，記錄整個(gè)過程的剪切應(yīng)力、黏度隨剪切速率的變化情況[19]。

1.3.4 DSC測(cè)定

采用DSC儀對(duì)樣品進(jìn)行差示掃描熱分析，以空的坩鍋?zhàn)鳛閷?duì)照，稱取一定量打發(fā)好的人造奶油置于DSC坩鍋中，加蓋密封，溫度從10 ℃加熱到60 ℃，升溫速率為5 ℃/min，然后通過軟件計(jì)算吸熱峰的起點(diǎn)、終點(diǎn)、放熱最大峰值以及焓值[20]。

1.3.5 XRD測(cè)定

通過XRD對(duì)樣品進(jìn)行晶型和結(jié)晶度分析。取適量的樣品平鋪在檢測(cè)片上，測(cè)試條件：Cu-Kα放射源（波長λ=1.540 56 ?），工作電壓45 kV，工作電流40 mA，發(fā)射狹縫1/8°，防反射狹縫1/2°，2θ角掃描范圍1°～50°，掃描步長0.026°。通過布拉格公式2dsinθ=nλ計(jì)算晶距d值，其中θ為衍射半角，λ為入射波長，n取1[21]。

1.3.6 掃描電鏡測(cè)定

將制得的樣品冷凍干燥48 h，待完全干燥后，浸入-196 ℃的液氮中冷凍2～3 min，取出樣品后放入干燥箱保存，通過掃描電鏡，用離子濺射法，使樣品的表面鑲一層均勻的金箔顆粒形貌，然后通過雙面膠貼在銅制的樣品上[22]。測(cè)定電壓15 kV。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品的質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定結(jié)果

由表1可看出，隨著替代比例的提高，人造奶油的硬度、稠度及黏性都隨之降低。而硬度太低的奶油不適合食品加工，因此需要選擇替代比例較低的奶油用于加工，在不影響質(zhì)地口感的前提下，起到降低脂肪的作用。

表 1 不同工藝條件對(duì)樣品質(zhì)構(gòu)的影響Table 1 Effect of fat substitute on texture of margarine

人造奶油的硬度、稠度及黏性指標(biāo)可用于模擬口腔對(duì)食品的感受，人造奶油的硬度是影響其口感的最重要的因素之一[23]，與其涂抹型、口感等息息相關(guān)，太軟則容易倒塌不易成型，而過硬則可塑性低，因此需要尋找一個(gè)合適的替代比例。具體的替代比例只通過質(zhì)構(gòu)測(cè)定不能很好的確定，需要進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)，總結(jié)確定最佳的替代比例。

2.2 樣品的滯后環(huán)測(cè)定結(jié)果

觸變性是用來描述物料經(jīng)過剪切從凝膠狀態(tài)變?yōu)槿苣z狀態(tài)，而靜置一段時(shí)間后，又重新稠化的一種現(xiàn)象。在流動(dòng)曲線中，常見兩條曲線，一個(gè)為上行曲線，另一個(gè)為下行曲線，兩者環(huán)繞所形成的面積就是一個(gè)觸變性的度量，叫做滯后環(huán)面積[24]。

用不同脂肪替代物替代奶油對(duì)人造奶油觸變性的影響見圖1，其滯后環(huán)面積見表2。其中0 s-1上升到100 s-1的曲線，對(duì)應(yīng)圖中上行曲線，100 s-1下降到0 s-1的曲線，對(duì)應(yīng)著圖中的下行曲線。由圖1可得，隨著剪切速率的提高，曲線呈快速上升的趨勢(shì)，而由表2可以看出，隨著替代比例的增加，滯后環(huán)面積也隨之增大。

圖 1 不同工藝參數(shù)對(duì)樣品觸變性的影響Fig. 1 Effect of fat substitute on thixotropy of margarine

表 2 不同工藝參數(shù)的滯后環(huán)面積Table 2 Effect of fat substitute on hysteresis loop area of margarine

奶油的穩(wěn)定性與軟硬程度均與其滯后環(huán)面積呈顯著性關(guān)系[25]。滯后環(huán)的面積越大，說明外力作用下的體系在撤去外力之后，樣品恢復(fù)到初始狀態(tài)所需要的時(shí)間也越長，即穩(wěn)定性越差[26]。滯后環(huán)的面積越小則反映其具有良好的塑性特點(diǎn)，更有利于在食品加工中的應(yīng)用。同時(shí)，滯后環(huán)如果沒有也影響其口感，導(dǎo)致口感變差[27]。Laca等[28]研究表明滯后環(huán)小的食品可以防止沉淀等現(xiàn)象的發(fā)生。結(jié)果顯示，替代比例從5%增加到15%時(shí)，滯后環(huán)面積增加量較少。而當(dāng)替代比例增大到20%時(shí)，滯后環(huán)的面積顯著增大，說明此時(shí)人造奶油的穩(wěn)定性較差。因此，本實(shí)驗(yàn)認(rèn)為人造奶油中脂肪替代比例在小于15%時(shí)，穩(wěn)定性較好。

2.3 樣品的熱分析

圖 2 不同工藝參數(shù)的DSC曲線Fig. 2 Differential scanning calorimetry curves of margarine with different levels of added fat substitute

由圖2可知，隨著溫度的升高，人造奶油中復(fù)雜的成分相繼融化，形成對(duì)應(yīng)的融化吸熱峰。其中融化溫度范圍大致在20～50 ℃之間，每個(gè)樣品都是在25 ℃左右出現(xiàn)一個(gè)峰，在45 ℃時(shí)出現(xiàn)一個(gè)峰。Minato等[29]研究發(fā)現(xiàn)，POP-POO的甘油三酯混合體系無法形成分子復(fù)合物，會(huì)發(fā)生甘油三酯聚集，造成DSC融化曲線中形成POP和POO 2 個(gè)融化特征峰。

表 3 不同工藝參數(shù)下人造奶油的峰溫及結(jié)晶熱Table 3 Effect of fat substitute on peak temperature and heat of crystallization of margarine

由于脂肪替代比例不同，體系出峰位置也有所偏離。由表3可知，A1樣品為不添加脂肪替代物的人造奶油，其第1個(gè)融化特征峰為31.49 ℃，而隨著脂肪替代比例逐漸加大，融化特征峰向低溫移動(dòng)的趨勢(shì)越明顯。脂肪替代比例為25%的A6樣品，第1個(gè)融化特征峰已經(jīng)左移至21.69 ℃，這個(gè)溫度表明夏天室溫就會(huì)導(dǎo)致融化現(xiàn)象發(fā)生，不利于生產(chǎn)應(yīng)用，圖2a、b、c在第1個(gè)融化特征峰時(shí)差別不大，且峰形平緩，說明融化過程平緩，香味散發(fā)持久；融化的溫度范圍大，說明其融化性質(zhì)較好。

而對(duì)于第2個(gè)峰，脂肪替代比例對(duì)其融化特征峰沒有明顯的改變。而在A3與A4樣品相比，第1個(gè)融化特征峰有了較大的降低。因此，考慮到實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用與健康，將脂肪替代比例定為10%，即A3樣品為較優(yōu)替代比例。

2.4 樣品的晶型分析

XRD分析廣泛應(yīng)用于研究甘油三酯的同質(zhì)多晶，主要包括α型、β’型、β型晶型。α型結(jié)晶在22°附近有一個(gè)強(qiáng)峰，α型最不穩(wěn)定，熔點(diǎn)較低；β’晶型在21°和24°附近出現(xiàn)兩個(gè)強(qiáng)峰，其晶型穩(wěn)定性介于α和β晶型之間；β晶型在19°附近有一個(gè)非常強(qiáng)的峰，β晶型結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定，熔點(diǎn)也是3 種晶體類型中最高的[30-32]。由圖3可看出，替代比例為5%及10%的人造奶油在結(jié)構(gòu)上與原料的人造奶油類似，而隨著替代比例的提高，對(duì)奶油結(jié)構(gòu)存在一定影響。其中0%、5%及10%替代比例的人造奶油樣品的短間距主要在4.4、4.2、3.8 ?，表明樣品中主要包含的是β’型和β型2 種晶型；而隨著脂肪替代物替代量的提高，短間距主要集中在4.6、4.3、4.2、3.8 ?左右，其中4.6?附近的吸收峰代表的是β型晶型，吸收峰增強(qiáng)表示替代比例增大后，樣品以β晶型為主。而β晶型形狀粗大，且容易聚集增大，引起“起砂”這一品質(zhì)劣變，對(duì)產(chǎn)品的功能特性不利。對(duì)于人造奶油來說，理想的形態(tài)是β’型晶型，因?yàn)棣隆途w較小，可形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)包裹油脂，從而使產(chǎn)品擁有細(xì)膩柔滑的口感與外觀，也可以避免“起砂”等劣化現(xiàn)象[33]。

圖 3 不同工藝參數(shù)下樣品的XRD圖譜Fig. 3 XRD patterns of margarine with different levels of added fat substitute

綜合考慮，脂肪替代物率為10%時(shí)，XRD分析的晶型結(jié)果與未添加脂肪替代物的人造奶油晶型類似，可以保證替代后的人造奶油的綜合品質(zhì)。

2.5 樣品微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

圖 4 不同工藝參數(shù)的樣品掃描電鏡圖（×500）Fig. 4 Scanning electron micrographs of margarine with different levels of added fat substitute (× 500)

由圖4可得，不同脂肪替代比例的人造奶油樣品中，替代比例越少的樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，而從掃描電鏡圖中沒有看到明顯的脂肪替代物即果膠凝膠結(jié)構(gòu)，可能是與觀察背景相結(jié)合，沒有明顯表現(xiàn)出來。替代比例為25%的人造奶油樣品中，有一結(jié)構(gòu)比較大的凸起輪廓，可能是產(chǎn)生聚集的脂肪替代物顆?；蚓奂龃蟮摩戮?。產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)影響產(chǎn)品的口感與質(zhì)地，其中結(jié)構(gòu)越致密，口感越“硬”，這與之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)相符，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)疏松，質(zhì)地較軟的話不利于食品加工，綜合前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，脂肪替代比例選擇10%。

3 結(jié) 論

以市售人造奶油為原料，添加不同比例以果膠為基質(zhì)的脂肪替代物，通過物性分析儀、流變儀、DSC儀、掃描電鏡等分析發(fā)現(xiàn)，隨著脂肪替代物替代量的提高，樣品的硬度、稠度與黏性都隨之降低，滯后環(huán)面積隨之增大，樣品的晶型從β’型向β型轉(zhuǎn)換的趨勢(shì)則越明顯，結(jié)構(gòu)逐漸變得松散，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明脂肪替代物的最佳替代比例為10%。