脂肪替代物的研究進(jìn)展

魏新悅，劉甜甜，韓曉津，胡良焱，李 哲，路 飛

(沈陽(yáng)師范大學(xué) 糧食學(xué)院，沈陽(yáng) 110034)

脂肪是人體不可或缺的營(yíng)養(yǎng)元素，為人體提供能量和熱量，也是必須脂肪酸的主要來(lái)源。同時(shí)，脂肪使食品具有良好口感，帶給人愉悅的感官體驗(yàn)。但李詩(shī)義等發(fā)現(xiàn)，脂肪也會(huì)導(dǎo)致肥胖、高血壓、心血管等基礎(chǔ)疾病，甚至?xí)掳?。蘇婭寧等調(diào)查我國(guó)幾個(gè)人口大省的飲食結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)居民飲食普遍存在脂肪和膽固醇攝入過(guò)量的情況。如今，消費(fèi)者將健康屬性作為購(gòu)買(mǎi)食品的重要指標(biāo)之一。Cardonam等的研究支持這一觀點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)隨著食品脂肪含量的降低，消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)欲望更強(qiáng)。脂肪替代物具有低脂特性，完美契合目前的飲食觀念和健康理念，因此研究者開(kāi)始著手研究脂肪替代品。介紹對(duì)脂肪替代物的分類和研究進(jìn)展，綜述脂肪替代物在食品中的應(yīng)用效果，為新型低脂健康食品的研發(fā)提供借鑒。

1 脂肪替代物的分類與應(yīng)用

脂肪替代物是指采用物理、化學(xué)等方式以蛋白質(zhì)、碳水化合物為原料進(jìn)行加工變性，模擬食品中的脂肪特性，如口感、組織狀態(tài)等。2019年，楊明發(fā)現(xiàn)脂肪替代物優(yōu)點(diǎn)是比天然油脂更安全性、熱量更低，缺點(diǎn)是達(dá)到一定溫度會(huì)變性和焦糖化，不能溶解脂溶性維生素。受自身性質(zhì)制約，脂肪替代物一般不進(jìn)行高溫加工。脂肪替代物共有蛋白質(zhì)基質(zhì)、碳水化合物基質(zhì)、復(fù)合型基質(zhì)3種類型。不同類型脂肪替代物的特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 脂肪替代物的分類及特點(diǎn)Table 1 Classification and characteristics of fat substitutes

2 碳水化合物基質(zhì)脂肪替代物

碳水化合物的微粒結(jié)構(gòu)與水分子結(jié)合形成碳水化合物基質(zhì)脂肪替代物。張慧等認(rèn)為測(cè)定脂肪替代物性能的目的不是流動(dòng)性與脂肪是否相似，而是探討感官性質(zhì)是否相同或相近。2020年，余振宇通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，脂肪替代物的水相結(jié)構(gòu)特征可以改善三維結(jié)構(gòu)凝膠，達(dá)到截留大部分水的作用，改變后潤(rùn)滑感和粘稠度都與奶油無(wú)異，與傳統(tǒng)脂肪在質(zhì)感和口感上高度吻合。以淀粉為基質(zhì)的脂肪替代物還具有涂抹性，其味道在口腔中的保留的時(shí)間與傳統(tǒng)脂肪相同，能更好地模擬脂肪口感。

2.1 淀粉基質(zhì)脂肪替代物

2014年陳磊等發(fā)現(xiàn)，淀粉基質(zhì)脂肪替代物分為改性淀粉和低葡萄糖值的麥芽糊精兩種。同年，莫呈鵬等確認(rèn)淀粉基質(zhì)脂肪替代物會(huì)有凝膠結(jié)構(gòu)形成，可溶的直鏈淀粉和支鏈淀粉線性鏈均能產(chǎn)生該結(jié)構(gòu)。方艾虎等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉可以形成40～70個(gè)葡萄糖殘基的雙螺旋結(jié)構(gòu)，能結(jié)合聚合度大于6的短鏈并與支鏈淀粉的外側(cè)部分通過(guò)作用結(jié)合構(gòu)成微小晶體，微小晶體達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生凝膠的網(wǎng)絡(luò)性結(jié)構(gòu)。

淀粉基質(zhì)脂肪替代物廣泛用于人造黃油、沙拉調(diào)味品、奶油、沙司等。2020年張建強(qiáng)發(fā)現(xiàn)麥芽糖糊精是由玉米淀粉或土豆淀粉部分水解制成的，由其制成的食品的結(jié)構(gòu)，口感，穩(wěn)定性、外形等與高脂肪食品相似。2020年NEUS等發(fā)現(xiàn)葡聚糖是一種由葡萄糖、山梨醇、檸檬酸或磷酸生成的聚合物，常用于烘烤食物中，但過(guò)多的攝入葡聚糖可能導(dǎo)致腹瀉。周士琪等發(fā)現(xiàn)對(duì)含有15 g及以上葡聚糖食品敏感的人，過(guò)度攝取本產(chǎn)品可能引起輕微腹瀉。2021年，李夢(mèng)倩等發(fā)現(xiàn)蔗糖聚酯蛋糕的能量為1 086 kJ/100 g，比傳統(tǒng)蛋糕少1/3。蔗糖聚酯蛋糕所含有的脂肪含量較傳統(tǒng)蛋糕少61.1%，為7.0 g/100 g。

2021年，馬蘭雪發(fā)現(xiàn)玉米皮膳食纖維與油基脂肪均可以減少膽固醇吸收和增加排泄。2021年姜麗華等研究以淀粉為基質(zhì)的脂肪替代物，并給出在面包中使用食品添加劑的意見(jiàn)和建議，避免由食品添加劑使用不合理產(chǎn)生后續(xù)效應(yīng)。2017年葛林麗等對(duì)淀粉脂肪替代物原理、分類進(jìn)行詳細(xì)闡述和展開(kāi)研究。2021年高濤等采用在制備川明參粗多糖時(shí)使用超聲輔助水提醇沉法，并經(jīng)纖維素柱層析和凝膠柱分離純化得到川明參多糖主要成分。測(cè)定各階段消化產(chǎn)物對(duì)消化酶活性的影響，證明該物質(zhì)具備作為脂肪替代物的物理化學(xué)條件。

2.2 纖維基脂肪替代物

纖維素作為一種天然高分子物質(zhì)，在再利用方面得到可持續(xù)發(fā)展。楊明認(rèn)為纖維素基質(zhì)模擬脂肪的機(jī)理為：纖維素多元醇的共有結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)吸收水分變稠增大，形成類似脂肪的口感，由于人體內(nèi)缺乏纖維素酶，不能將纖維素轉(zhuǎn)化為能量值，因此可以降低能量攝入。邱爽認(rèn)為纖維基質(zhì)在持水性和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)優(yōu)異。任梅君發(fā)現(xiàn)纖維素能促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)和減少腸道不良刺激，對(duì)預(yù)防腸道癌有一定作用。

植物細(xì)胞壁中的纖維素和半纖維素具有共存關(guān)系，纖維素全部由葡萄糖單位聚合而成，而半纖維素是一種雜聚多糖，可在水中形成若凝膠結(jié)構(gòu)，若采取不同的處理方式，便可模擬出脂肪效果。張斌在低脂食品開(kāi)發(fā)中引入麥麩纖維素，并將其與SPI制備成混合凝膠替代20%的奶油，得到一款口感最佳的產(chǎn)品。趙文紅等對(duì)麥麩纖維素進(jìn)行提取得到脂肪替代品，用于制作穩(wěn)定較高的食品。葡聚糖作為脂肪替代品，具有分子量高、提高體液免疫、清除游離基、抗輻射、溶解膽固醇等特點(diǎn)，可補(bǔ)充食品營(yíng)養(yǎng)，以及制成抗衰老、抗輻射的功能性食品。趙孟良等的研究發(fā)現(xiàn)，菊粉在食品加工中結(jié)合自由水的能力強(qiáng)，能夠保留食品風(fēng)味并延長(zhǎng)貨架期。張漫莉通過(guò)試驗(yàn)論證酵母葡聚中最佳的添加量為0.5%，有效改善低脂乳口感，使其細(xì)膩可口、風(fēng)味飽滿。呂振岳等通過(guò)小鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)菊粉中?-葡聚糖能改善小鼠腸道菌群，良好代謝對(duì)消除肥胖有積極作用。余依敏探究豬肉乳化腸品質(zhì)特性的影響因素，采用KGM-CUD共混凝膠代替乳化腸脂肪時(shí)，可以使乳化腸的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和品質(zhì)得到提高。

3 蛋白質(zhì)基質(zhì)脂肪替代物

蛋白質(zhì)基質(zhì)脂肪替代物分子將疏水基團(tuán)暴露于分子表面，在改變溫度條件、酸堿條件、金屬鹽溶液濃度等條件時(shí)，蛋白質(zhì)基質(zhì)不斷變性后體現(xiàn)出油脂模擬物的結(jié)構(gòu)。ERICK等將蛋清、明膠原料加熱，蛋白質(zhì)變性后形成小微粒，經(jīng)分離、干燥、破碎工藝形成直徑小于10μm的蛋白質(zhì)微滴，成為適宜的奶油狀脂肪替代物，感官特征綿密，光滑性與脂肪無(wú)異。張斌用電鏡進(jìn)行掃描后發(fā)現(xiàn)，凝膠顆粒有小球狀和大球狀兩種顆粒。大顆粒包含厚厚的蛋白質(zhì)外層和較薄的內(nèi)部空洞區(qū)域，內(nèi)部空洞臨界于直徑大于0.5μm和小于1.0 μm粒子中。但何桀發(fā)現(xiàn)這個(gè)界限并不明確，主要由較大蛋白質(zhì)固體膠粒人為分割成較小顆粒。LI等利用高強(qiáng)度超聲波改善雞肌纖維蛋白的乳化性能，提高乳液的流變性能和穩(wěn)定性，獲得良好的蛋白替代物。

研究人員不斷探索蛋白脂肪替代物。α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、免疫球蛋白、血清白蛋白等，在加熱到72～75℃會(huì)發(fā)生變性，其中乳清蛋白有較好的溶解性、乳化性和凝膠性，在食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用。鄭博妍發(fā)現(xiàn)乳清蛋白質(zhì)通過(guò)兩種方法被膠化和微粒化：一種方法是調(diào)節(jié)pH，另一種方法是加熱。乳清蛋白在加熱變性條件先變性展開(kāi)再黏合，最終蛋白質(zhì)凝聚成大顆粒。蛋白質(zhì)凝集粒子為15～175μm，這種大小無(wú)法再現(xiàn)脂肪的感官特征。所以研究人員在變性、凝集的過(guò)程中增加高速剪切工序，阻止形成大凝集粒子而保留0.1～2.0μm粒子，使其感覺(jué)特性與脂肪高度相似。張慧等將一定濃度的蛋清基脂肪添加到冰淇淋中，可很好地代替動(dòng)物脂肪。

大豆蛋白氨基酸含有豐富的植物蛋白，為動(dòng)物蛋白的理想替代品。孫英杰發(fā)現(xiàn)加工后的大豆蛋白根據(jù)蛋白質(zhì)含量，分為大豆蛋白粉、大豆?jié)饪s蛋白、SPI三種。其中，大豆?jié)饪s蛋白和SPI表現(xiàn)出良好的功能特性和生物學(xué)價(jià)值，在脂肪替代品的開(kāi)發(fā)中占重要席位；在低脂乳制備中，大豆蛋白的乳化性、分散性、膠凝性優(yōu)勢(shì)明顯，在減少乳化劑的同時(shí)減少脂肪含量。

夏明靜等在大豆蛋白和木材纖維素合成溶液中加入沒(méi)食子酸，兩者在肉末生產(chǎn)中具有較高的硬度、凝聚力、咀嚼性、附著力和彈性，適用性良好。楊明在大豆油中加入大豆蛋白，用來(lái)替代奶酪中的乳脂，脂肪的減少使延展性質(zhì)地更加堅(jiān)實(shí)，低脂奶酪中的蛋白質(zhì)與多糖相互作用，質(zhì)地柔軟和附著力強(qiáng)，能改善奶酪的結(jié)構(gòu)特性。雷愛(ài)玲等制備大豆分離蛋白時(shí)，與魔芋葡甘聚糖復(fù)配制成脂肪替代物，其質(zhì)構(gòu)和色度與脂肪沒(méi)有明顯差異；同時(shí)，大豆蛋白與多糖復(fù)合配方的熱穩(wěn)定性更好。

4 復(fù)合型脂肪替代物

復(fù)合型脂肪替代物包括單一基質(zhì)復(fù)合型脂肪替代物(蛋白質(zhì)基質(zhì)、碳水化合物基質(zhì))和兩種基質(zhì)復(fù)合型脂肪替代物。單一基質(zhì)復(fù)合型脂肪替代物是將牛乳復(fù)合配方雞蛋蛋白微粒化后，得到以牛乳蛋白為基礎(chǔ)的產(chǎn)品。此外，乳糖、檸檬酸、乳化劑和復(fù)合抗絮凝劑等多種組分共同作用，對(duì)改善物理和口感特性起到良好的作用。

郭暢等的課題研究小組以蛋白質(zhì)為基質(zhì)，通過(guò)復(fù)配制備一種復(fù)合脂肪替代品，其不僅具有油脂的外觀，且持水、持油、乳化性等表現(xiàn)俱佳，是一種理想的脂肪替代品。脂肪替代物復(fù)合型基質(zhì)比單一基質(zhì)具有更好的模擬效果。兩種基質(zhì)復(fù)合型脂肪替代物通過(guò)蛋白質(zhì)和碳水化合物的合理搭配，在功能上形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。脂肪替代品種及其復(fù)配比對(duì)食品加工和感官特性的影響，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

5 結(jié)論和展望

近年來(lái)，我國(guó)的食品行業(yè)迅速發(fā)展，但在其美味口感的背后是高熱量的脂肪。富含脂肪的食品因口感良好而深受人們喜愛(ài)，但其熱量高，且所含油脂類食品極易氧化變質(zhì)，不符合現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)健康的消費(fèi)理念。脂肪替代物按照其基質(zhì)可分為碳水化合物類、蛋白質(zhì)類以及兩者的復(fù)合類型：碳水化合物類的脂肪替代物主要表現(xiàn)為增稠性和親水性，應(yīng)用于淀粉和增稠產(chǎn)品中；蛋白質(zhì)經(jīng)微?；幚砗缶哂芯d密的感官特性，通常被應(yīng)用于奶油產(chǎn)品中，但脂肪替代物在較高溫下容易變性和發(fā)生焦糖化反應(yīng)，不適合用于高溫處理食物。

目前，脂肪替代物產(chǎn)品的安全性和穩(wěn)定性已能得到初步保證。今后努力的方向應(yīng)是，通過(guò)改進(jìn)應(yīng)用技術(shù)將更多的脂肪替代物應(yīng)用到食品中，研發(fā)更多口味的脂肪替代物。與傳統(tǒng)的食品生產(chǎn)相比，脂肪替代物產(chǎn)品是一個(gè)全新領(lǐng)域，市場(chǎng)開(kāi)發(fā)潛力巨大，具有較好的發(fā)展前景。