玉米淀粉基脂肪模拟物性质的研究

◎ 武素云

（河南广电计量检测有限公司，河南 郑州 450000）

裱花蛋糕与人们的生活息息相关，但裱花蛋糕所用的奶油的高热量又让消费者对裱花蛋糕望而却步。因此，如何降低奶油中油脂的含量就成为科研工作者关注的热点。脂肪模拟物的出现，既解决了上述问题，又保留了脂肪良好的风味和口感。本文以玉米淀粉为原料，采用酶法对玉米淀粉进行限制性水解，测定脂肪模拟物的性质。

1 国内外研究现状

脂肪模拟物是指在食品中可模拟脂肪口感、黏度和组织状态等物理特性，但不能等量代替脂肪的一类物质。脂肪模拟物是脂肪、蛋白质、碳水化合物的化学仿制品，一般根据原料来源不同分为两类：脂肪替代品和脂肪模拟物[1]。脂肪替代品通常指脂肪基脂肪模拟物，其酯键不能被脂肪酶水解，所以不被人体消化。而脂肪模拟物是用热量比脂肪低的蛋白质或碳水化合物为原料，通过酶解等方法制成类似脂肪的物质，其感官和物理性质与脂肪相似，但是提供的热量较低，不完全等同于脂肪。以碳水化合物为主要原料制备的脂肪模拟物，在口感和外观上都与脂肪类似，因其持水性较好，它吸水溶胀后形成的三维网状结构，能截留大量的水，这些水流动性较好，可以形成与奶油相似的润滑感和黏稠度。脂肪替代品的口感和风味等能否与产品中脂肪的口感、风味等相同或相近是衡量其性能优劣的重要指标。

国内对玉米淀粉基脂肪模拟物的研究很少。2006—2007年东北农业大学刘怀伟等人以玉米淀粉为原料，通过酶解的方法摸索制备脂肪模拟物的工艺条件，又通过质构仪等先进仪器对产品性质进行分析，为产品在食品中的应用奠定了基础。

近年来，国外研究学者对以玉米淀粉为原料的脂肪模拟物也作了一定的研究。2003年荷兰Avebe公司生产的Paselli SA-2型酶改性玉米淀粉，其葡萄糖值小于3，pH值在5.5～7.0，其浓缩水溶液在一定的条件下有类似油脂的滑腻口感，适用于多种食品。

2 研究目的和意义

脂肪作为食品主要成分之一，在给人体提供能量的同时，是脂溶性维生素、必需氨基酸的来源，对人体有重要的生理功能。摄入过量脂肪可能会引起各种疾病，如心血管疾病、肥胖症等。因此，如何在兼顾营养与感官性状的前提下降低食品中脂肪含量，日益引起食品科研人员的广泛关注。

目前，脂肪替代品的价格比脂肪要高，因此，开发安全、价廉的低脂、无脂型脂肪替代品对我国的食品生产工业将有重要的意义。

现在全世界有140多个国家种植玉米，我国玉米产量是1.1亿 t左右，是世界玉米第二生产大国。玉米淀粉是一种优质淀粉，具有一系列的独特性能。玉米淀粉分子中的羟基自行缔合的程度较大，剩下的其他能够通过氢键与水分子相互结合的游离羟基的数目相对减少，因而玉米淀粉含水量低。玉米淀粉分子小，位阻小，易于自行缔合；且玉米淀粉颗粒小，紧密，水分子不易进入内部，玉米淀粉的含水量较低。选择较低的糊化温度可以节约能源，有利于我国创建环境友好型社会。

3 试验材料与方法

3.1 试验材料与仪器

本实验用到的材料有玉米淀粉和α-淀粉酶，仪器主要有SG-500高剪切乳化机、101-1AB电热恒温干燥箱、LG10-2.4A高速离心机、RE-52A旋转蒸发器、T1XT2Ir物性仪等。

3.2 试验方法

3.2.1 玉米淀粉基脂肪模拟物制备工艺流程

玉米淀粉→调浆（15%）→调pH至6.0～6.5→加淀粉酶→糊化→酶水解→灭酶→离心→干燥→脂肪模拟物。

3.2.2 玉米淀粉基脂肪模拟物性质的研究

3.2.2.1 水溶性测定

溶解性的测定：分别取7.0 g（m）玉米淀粉和脂肪模拟物，配成浓度为10%的溶液，摇匀后离心，离心后称量上清液的重量m1。取10 g（m2）上清液于烘箱中烘干，记录铝盒中固形物的质量（m3）。

分别测定冷水(25 ℃)和热水(70 ℃)中玉米淀粉和脂肪模拟物的溶解性。

上清液中总固形物X=（m1×m3）/m2溶解度%=（X/m）×100

3.2.2.2 持水性测定

取一定质量的玉米淀粉和脂肪模拟物，分别配制成浓度为15%和30%的溶液，混合均匀后以7 500 r/min离心15 min，称量上清液的质量。

样品水含量%=100×（样品中水质量-上清液质量）/脂肪模拟物质量

3.2.2.3 冻融稳定性测定

分别称取7.0 g玉米淀粉和脂肪模拟物加入100 mL水配制成浓度为7%的溶液，放入70 ℃恒温水浴20 min，然后在-18 ℃冷冻24 h，取出自然解冻8 h，以3 000 r/min离心20 min。离心后观察两者的析水率，其与冻融稳定性成反比关系。

析水率=100×（浆液总质量-凝胶总质量）/浆液总质量

3.2.2.4 回生现象测定

分别称取玉米淀粉和脂肪模拟物1.0 g，加入100 mL水配制成浓度为1.0%的淀粉乳溶液，于恒温水浴锅中加热糊化15 min，然后取出冷却至室温，将糊化后的淀粉乳装入50 mL带塞离心管中，室温下静置，观察记录0、l、2、3、4、5、6 d后上清液的体积。上清液的体积反映了样品的回生现象，上清液体积越大，回生现象越明显。

3.2.2.5 凝胶性质的测定

在70 ℃条件下将玉米淀粉和脂肪模拟物分别配制成浓度为25%、30%的溶液，于4 ℃下放置一段时间，待成凝胶后，用仪器测定其凝胶硬度，同时做平行实验。

4 试验结果与讨论

4.1 水溶性测定

冷水和热水中玉米淀粉的水溶性均很低，冷水中水溶性为0.05%，热水中水溶性为0.43%。脂肪模拟物的水溶性相对于玉米淀粉明显增加，脂肪模拟物冷水和热水中水溶性分别为6.45%、12.75%。

原淀粉溶液中玉米淀粉分子羟基之间的氢键作用及淀粉分子含葡萄糖残基较多，决定了玉米淀粉分子颗粒的粒径是自然界中较大的，即空间比表面积较小，所以吸水的面积也相应较小。而淀粉颗粒吸水溶胀后会发生沉淀，并且伴有水化热的释放，这个溶胀过程是不可逆的，故其水溶性较差。

在热水中淀粉颗粒向水中扩散，形成胶体溶液，其支链部分构成连续有序的立体网状结构，直链淀粉螺旋分子伸展成直线形分散于其中，形成固固溶液。当形成的胶体溶液冷却后，直链淀粉即沉淀析出，不能再分散于热水中，所以原淀粉在热水中的溶解度也不高，但与在冷水中相比会稍大。

而经酶解后的脂肪模拟物，其粒径很小，只有2～6 μm，而且结构脆弱，表面孔洞较多，因而比表面积也较原淀粉增加了许多。与水接触时，有部分被溶解，溶解度增加。原淀粉和脂肪模拟物在热水中都会形成三维网状结构的凝胶，这些凝胶能截留大量的水，所以70 ℃下的水溶性比25 ℃下的水溶性增大了许多。

4.2 持水性测定

玉米原淀粉的持水能力较差，浓度为15%和30%的原淀粉持水性分别为2.918 2%、2.909 8%。浓度为15%和30%的脂肪模拟物的持水性同原淀粉一样有减小的趋势，但变化不大。但脂肪模拟物的持水性比原淀粉的持水性增加明显。

脂肪模拟物持水性明显高于原淀粉的持水性，这与其吸水溶胀后形成的三维网状弱凝胶是分不开的。三维网状弱凝胶能截留大量的水，而原淀粉由于分子间氢键作用形成的大颗粒和束状结构，不利于与水分子结合，故持水性较差。

脂肪模拟物持水性的高低还与其浓度有密切关系，浓度降低会使溶液黏性降低，从而截留的水也会减少，所以浓度为15%的脂肪模拟物的持水性比30%略有增加，但幅度不大。淀粉持水性相对降低还有一个原因就是淀粉水解出部分还原糖，这是还原糖溶解于水中导致的。

持水性好，相应的润滑感和黏稠度也好，在口感和外观上也与脂肪更接近。所以，脂肪模拟物能够很好地模拟脂肪，具有很好的涂抹性和口感。

4.3 冻融稳定性测定

脂肪模拟物的冻融稳定性较原淀粉有所上升，有以下3方面的原因：①玉米原淀粉在高温下糊化，冷却后形成的凝胶包裹了大量的水分，即使解冻离心这些水分也不会析出。②与直链淀粉的含量和易发生凝沉现象有关。原淀粉的直链淀粉含量较脂肪模拟物高，因此原淀粉更易发生凝沉现象，其冻融稳定性就比脂肪模拟物差一些。③制备脂肪模拟物过程中淀粉水解，直链部分被破坏，以致脂肪模拟物直链含量减少。

脂肪模拟物的冻融稳定性良好，说明其生产的产品在解冻离心后水分析出也会较少，产品仍能保持较多的水分，其模拟脂肪的特性良好。

4.4 回生现象测定

淀粉糊溶液不稳定，容易发生凝沉老化，故玉米淀粉的回生现象明显。而脂肪模拟物的凝沉性有下降的趋势。凝沉作用主要是由于直链淀粉分子间的羟基以氢键结合形成较大的颗粒或束状结构，当体积增大到一定程度时，就形成了凝沉。淀粉乳受热，淀粉颗粒吸水溶胀破裂，进而成为淀粉糊。稀淀粉糊放置一段时间后，淀粉分子之间自然缔合并形成局部紧密结构，从而淀粉糊浑浊分层。直链淀粉的比例越大越易老化。支链淀粉分子不易发生，因其有支叉结构。

脂肪模拟物不易发生凝沉现象是因为其在制备时直链部分被破坏，直链含量减少，较难重新排列和缔合，这有利于延长脂肪模拟物的保质期。

4.5 凝胶性质

实验中25%和30%的淀粉形成凝胶较好，25%和30%的脂肪模拟物未形成凝胶。因为淀粉分子重新缔合时就产生凝胶现象，含直链淀粉多的淀粉生成凝胶的过程较迅速，不同直链淀粉含量的淀粉，其凝胶性质不同。脂肪模拟物是玉米淀粉经酶解后的产物，其直链淀粉断裂，脂肪模拟物的直链淀粉含量较少，所以脂肪模拟物的凝胶强度较原淀粉明显减少。

5 结语

玉米淀粉经酶法水解改性后，所制得的脂肪模拟物具有以下基本性质：玉米原淀粉的水溶性很低，而脂肪模拟物的水溶性明显增加；浓度为15%和30%的脂肪模拟物的持水性有减小的趋势，但变化不大，且其持水性与原淀粉相比，增加明显。脂肪模拟物的冻融稳定性较原淀粉有所上升；脂肪模拟物的凝沉性比原淀粉有所改善，凝沉性越弱，变得更不易老化；脂肪模拟物的凝胶强度很小，几乎不能形成凝胶。玉米淀粉基脂肪模拟物的水溶性、持水性、冻融稳定性较好，凝胶性相对较差。