脂肪替代物在低脂人造黄油中的应用研究进展

李 君 崔怀田 刘瑞琦 李怡莹 候 昱 崔 哲 朱丹实 杨春梅 杨丹妮 刘 贺

(渤海大学食品科学与工程学院；生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心1，锦州 121013)(宁夏宁杨食品有限公司2，吴忠 751100)

人造黄油一般是以食用油脂加水以及其他辅料乳化后，经速冷捏合制成的可塑性或流动性产品[1]。人造黄油本是西方饮食文化的产物，但随着中西文化交流的不断深入，西方的饮食习惯也不断影响着国民的消费选择，加之现代食品科学技术的飞速发展，使得人造黄油的需求量也随之增加。传统人造黄油脂肪质量分数高达80%，脂肪不仅作为人体热能的重要来源，其在体内还是构成身体组织和生物活性物质的重要组成部分，如细胞膜的主要成分，形成磷脂、糖脂等，并且脂肪还有保持体温的作用。但是摄入过多的脂肪很有可能会导致一系列健康问题如高血脂、高血压等发生。美国外科医生协会曾建议,在总的膳食热量中将脂肪质量分数降至30%，同时饱和脂肪酸低于10%，多不饱和脂肪酸少于10%，而单不饱和脂肪酸为10%～15%。食品与药物管理局(FDA)也通过了大量条款以促进和发展那些低脂食品。所以，适当降低人造黄油中的脂肪含量，不仅符合当前食品低脂、低热量的发展趋势，也对消费者身体健康具有一定保护作用，但是单纯地减少脂肪含量, 会对产品的物理外观、质地特性、风味特征甚至贮存稳定性产生不利的影响，需要在降低脂肪含量的同时添加脂肪替代物来保持其原有的特性。因此脂肪替代物的出现对于改变食品中脂肪含量，研发新式低脂和无脂食品具有重要意义。

1 脂肪替代物

“脂肪替代物”是指一种物质具有某种它所代替的脂肪所具有的令人满意的物理或有机特性，而没有任何令人不快的特性[4]。理想的脂肪替代物应有如下几个特点：①与天然脂肪相类似的口感；②没有所用原料的味道或者其他杂味、杂色；③不与其他食品组分发生反应，阻碍营养成分的吸收或利用；④能保持较长时间的稳定性；⑤不对人体新陈代谢产生不利影响[5]。在现代食品工业中,蛋白质、脂肪以及碳水化合物作为三大能量物质被广泛的应用在脂肪替代物的开发研究中，并且随着科技工作者的不断探索，化学合成类脂肪替代物以及复合型脂肪替代物也出现在市场上。但是脂肪基替代物主要应用在肉制品方面，在低脂人造黄油开发方面应用较少，其他几种脂肪替代物的相关研究较多。

2 脂肪替代物在低脂人造黄油中的应用

低脂人造奶油相对于传统的奶油而言，脂肪含量的降低是其根本性的变化。郑建仙[6]曾表示低脂奶油的脂肪含量和能量大大低于普通奶油，脂肪质量分数在47%～56%的奶油为低脂奶油。王化林[7]则以棕榈油及菜籽油为基料油制备出20%脂肪含量的低脂涂抹脂，相较于20世纪60年代在美国被首次引进的含有40%的脂肪的低脂涂抹脂而言，其脂肪的降低程度更高。Jensen[8]则通过调配不同的乳化剂制备出脂质质量分数仅为10%的低脂涂抹油。由此可见低脂奶油最终的脂肪含量因脂肪取代量的不同而略有差别，同时还要考虑制备过程中因降低脂肪量而导致的油水两相的乳化程度的差异。但总体来讲，现阶段利用脂肪替代物来生产低脂人造奶油，其脂肪质量分数一般都处于50%以下，有的甚至可以达到无脂的程度。

添加脂肪替代物的低脂人造黄油在满足低脂健康要求的同时还要具备人造黄油本身的一些基本性质，譬如一定的涂抹性、口融性以及良好的感官品评，这也是添加脂肪替代物之后的低脂人造黄油质量优劣的评判标准，表1是人造黄油的质量属性指标。

表1 人造黄油质量指标

2.1 蛋白基脂肪替代物

蛋白基脂肪替代物早在20世纪80年代后期脂肪替代物出现时就应运而生，它是以优质蛋白为基质，通过物理或化学方法对底物蛋白进行处理来改变其凝胶性、乳化性及持水性等特点来使其更加接近脂肪的结构。由于这种类型的脂肪替代品能够被人体消化吸收、提供脂肪的口感且能提供较低能量，因此很多产品已经得到了消费者的认可。蛋白质模拟脂肪的方式主要有3种[9]：①凝胶化，将胶类物质与蛋白质混合处理形成凝胶，它能够提供类似脂肪的质构和功能特性；②微粒化技术，经过微粒化之后的蛋白质能够像小球一样提供脂肪的滑腻感：③使用相对分子质量较低的蛋白质来模拟脂肪，能够使蛋白产品的性质如质构发生变化。蛋白质的微粒化技术以及高剪切技术的联合应用是目前制备蛋白基脂肪替代物的最主要的途径[10]。微粒化就是利用剪切力使食品中的蛋白变成具有类似脂肪的口感和结构特性的凝胶结构，其粒度一般都在10 μm以下，由于微粒化处理后的蛋白质变的非常微小，因此在口腔中会像液体一样具有一定的流动性。但是这类替代物通常不能应用于需高温处理(如油炸)的食品中，这主要是由于蛋白质的热不稳定性所导致，因此也限制了其应用的范围[11]。目前以蛋白质为原料开发的脂肪替代物主要产品如表2所示。

2.1.1 动物蛋白

常见的动物蛋白如奶蛋白、鸡蛋蛋白以及乳清蛋白等作为优质蛋白都在脂肪替代物的研究开发中应用较多，优质蛋白的氨基酸模式与人体蛋白质的氨基酸模式相类似，更易被人体消化吸收，也就使得其在脂肪替代物中比较常见。有公司以鸡蛋蛋白和乳清蛋白作为主要生产原料，对蛋白质进行微粒化处理，开发出一款脂肪代替品Simplesse， Simplesse经过微粒化后非常细微且含有乳化性物质，在添加到人造黄油中后可以使油-水界面更加稳定，同时它还具有良好的拟油性，可以很好的模拟天然油脂的口感与物理性质，因此添加Simplesse的人造黄油不仅能够达到低脂的目标还可以使人造黄油整体更加均一稳定，不影响人造黄油原有的口感[12, 16]。也有研究表明乳清蛋白经过调节pH后凝胶微粒化可以应用在人造黄油中，主要是由于微粒化后的乳清蛋白颗粒与固体脂肪具有相似的性质，添加到人造黄油中后可以很好的与水相结合使人造黄油更加稳定，同时使人造黄油脂肪含量更少，达到低脂的需求[17]。

表2 蛋白基脂肪替代物主要技术或产品[2，12-15]

胶原蛋白是生物高分子，动物结缔组织中的主要成分，具有很强的延伸力以及良好的保水性和乳化性，由动物皮、韧带和骨头联合熬制后可以得到水溶性蛋白的混合物-明胶，能产生奶油般的质构，可以应用到人造黄油产品的开发中。据有关报道称10%～15%的胶原蛋白就可以给予产品一定的质构特性，能够显著的增强产品黏弹性并且保持细腻柔嫩的口感[9]。

2.1.2 植物蛋白

国内市场上以植物蛋白质为基质开发的脂肪替代物种类很多，这也与我国农业的发展与进步息息相关，这其中比较常用的植物蛋白有豆类蛋白(大豆蛋白以及豌豆蛋白等)和谷物蛋白(小麦蛋白以及玉米醇溶蛋白等)[18]。张英华等[14]用酶法改性提高玉米蛋白的乳化性，水解后玉米蛋白可作为脂肪替代物制备低脂涂抹产品。蒋将等[19]则利用木瓜蛋白酶对豌豆蛋白进行改性，制备出一款可以添加到奶油中的脂肪替代物，研究发现当脂肪质量分数为17%～18%时，添加2%改性豌豆蛋白的奶油的脂肪聚集率与含脂20%的对照样较为接近，结合稳定性以及感官评定等可以确定此添加量可以满足低脂的要求。张艳荣等[13]以玉米醇溶蛋白为基质，以蛋白质微粒化技术为核心，联合分散乳化技术成功的制备出半固体状态的脂肪模拟品。实验结果表明此模拟物的拟油性与拟脂性较高，具有天然奶油的滑润细腻口感以及理想的物理性状。王宇[2]对豌豆蛋白进行碱处理后添加到植脂黄油中，在一定程度上可以促进脂肪球聚集，从而使泡沫的稳定性与奶油的起泡性得到增强，通过对比发现处理后的豌豆蛋白可以替代2%的脂肪，以此生产的低脂植脂奶油品质优良，并获得了较好的感官品质。

2.2 碳水化合物基脂肪替代物

碳水化合物型脂肪替代物之所以能够模拟脂肪的性质，主要是通过原料特有的吸水保水性形成特定的凝胶结构，依靠凝胶性截留并且稳定部分水分来产生一定的流动性，使其具有类似脂肪的润滑性以及感官属性[20]。常用于碳水化合物基脂肪替代物的原料主要是淀粉，还包括一些果胶、纤维等。碳水化合物基脂肪替代物的安全性是所有脂肪替代物中最高的，可以放心食用[22]。这一类脂肪替代物在国外市场上比较常见，表3是碳水化合物基脂肪替代物的主要产品。

表3 碳水化合物基脂肪替代物主要技术或产品[15]

2.2.1 淀粉基

在我国，淀粉的来源广泛且产量丰富，有将近40种淀粉可以作为基质，同时以淀粉为基质的脂肪替代物安全性能高且具有良好的模拟效果，因此淀粉基脂肪替代物也是目前种类最多的一类脂肪替代物。此类脂肪替代物是以淀粉为原料，通过糊精化、酶解、交联化等方法进行改性处理，改性后的淀粉能形成以双螺旋形式相互缠绕的凝胶。凝胶是以三维网络状的结构存在，特殊的网络结构使凝胶能够截留住一定的水分，良好的持水性能够提供一定的流动性，因而其口感与脂肪非常类似[23]；除此之外，该脂肪替代物的拟脂拟油性较高且有一定的涂抹性能，这使其在添加到食品中后能够像天然脂肪为食品提供润滑性以及黏稠度，因而可以很好的模拟天然脂肪的感官特性。

淀粉基脂肪替代物的原料主要是马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉等，这些原材料价格低廉，制备的产品性能良好，国内外皆有所研究。一款名为Maltrin MO40的脂肪替代品是玉米淀粉经有限水解喷雾干燥而制得的麦芽糊精，在热水中能完全溶解，冷却后形成热不可逆胶体，具有天然脂肪的感官属性其口感润滑，能够作为低脂食品中的部分替代物添加到如人造黄油、涂抹脂等食品中[24,27]。N-oilⅠ和N-oilⅡ是两个系列的木薯淀粉麦芽糊精，热值低性能好，可以在人造黄油类涂抹食品和人造酸奶油中使用[24]。马铃薯淀粉糊精Paseiil As2也具有类似油脂的优良品质，能够替代50%以上的脂肪[28]。Zhao[29]等采用酶解的方法对马铃薯淀粉经行处理得到麦芽糊精，溶于水后对其进行流变学指标的测试，发现其与天然脂肪的流变学性质相近且与奶油的口感类似。罗双群[30]将燕麦糊精添加到液体奶油中，制备的低脂奶油具有良好的可塑性且口融性极佳，经检测低脂奶油的热量和乳脂含量较普通奶油均有所降低，而起泡性以及乳化性等则比普通奶油有所提高。汪礼杨[31]以木薯淀粉和马铃薯淀粉为原料，采用控制降解法，研制出轻度变性淀粉(糊精)作为油脂的代用品，代替人造黄油中50%的油脂，开发在口感、内在质量等诸多方面都可接受的替代物，取得较好的效果。还有研究以去除蛋白质后的籼米淀粉为原料，用生淀粉酶对籼米淀粉进行预处理，经过洗涤灭酶、离心、干燥、干法超微粉碎等步骤制得籼米淀粉基质脂肪替代品，可以替代植脂鲜奶油裱花中30%的脂肪，其口感效果与植脂鲜奶油裱花相同[32]。

2.2.2 胶体基

胶体基脂肪替代物主要是以植物果胶、瓜尔胶及黄原胶等胶体为基质，通过其胶凝增稠的性能来增强食品的黏稠度与凝胶性，可以很好的模拟天然脂肪的物理特性，且持水性和稳定性方面均较好[33]。因此近些年来胶体类脂肪替代物的研究应用也越来越多，不过主要应用集中在肠类、奶制品方面，如Ruiz-Capillas等[34]利用魔芋胶作为脂肪替代物应用在发酵香肠中，经研究表明添加一定量的魔芋胶脂肪替代物可以有效降低发酵香肠的热值；Saleh[35]则将亲水胶体成功的运用在Labneh浓缩酸奶产品上，开发的低脂Labneh的纹理和感官属性超过了Labneh的全脂属性；Ningtyas[36]发现β-葡聚糖和植物甾醇酯具有协同改善低脂奶油干酪质构的潜力。另外在低脂猪肉丸、乳化肠、蛋黄酱等方面也有大量研究。在低脂人造黄油方面胶体类研究不多但也有部分报道，徐群英等[44]将以果胶为基质的脂肪替代物按照不同比例添加到人造黄油中来替代相应体积的脂肪，研究发现，当脂肪替代物的替代比例为10%时，样品的硬度、稠度与黏性都处于可接受范围内，样品整体情况良好。赵锦妆[45]将高酯桔皮果胶作为脂肪替代物添加到人造黄油中，通过对人造黄油进行质构特性、流变学性质、热力学性质、微观结构以及感官品评多方面的检测，显示当果胶的添加量在10%的脂肪替代比例时人造黄油的各方面指标均保持良好，感官品评最佳。

2.2.3 纤维素基

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，也是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖。纤维素经过处理后可以以微粒的形式均匀的分散在溶剂中形成胶体溶液，可以产生类似脂肪的口感并且还能模拟脂肪的流变学性质。通过调整添加量、微粒大小等参数可以获得不同性质及用途的脂肪替代物[24]。Garcia等[46]对以谷物纤维为基质的脂肪替代性展开过有关研究，实验表明1.5%谷物纤维就可以保持传统高脂食品类似的质构性且口感品评与高脂产品差别甚微。荆晓飞[47]以玉米皮膳食纤维为基料，通过改性手段制备脂肪替代物。纤维素基脂肪替代物比较常见的原料是菊粉，菊粉易溶于热水，其溶解度随温度的升高而明显加大，通过与水相结合使其在水中形成极细小的晶体，微晶体之间相互作用能够形成一种顺滑的奶油状结构且整体会有类似脂肪的润滑口感。胡娟[48]以菊粉为基质作为脂肪替代物添加到搅打稀奶油中，通过打发率、触变性、泡沫稳定性以及感官品评等几个方面对添加菊粉的人造奶油进行研究测定，结果表明当菊粉替代奶油中将近50%的脂肪时，各方面的检测结果都显示出此时低脂奶油具有与全脂奶油相类似的性质。

2.3 化学合成类脂肪替代物

化学合成类脂肪替代物主要是通过化学合成的方法制备的，与其他脂肪替代物不同的是它可以100%替代食品中的脂肪。但是由于其很难被人体消化，不被消化的油脂使小肠的渗透压剧增，过量食用易导致腹泻。韩立娟[49]以精炼大豆油为基料油，β-谷甾醇和卵磷脂等比例混合物作为复合凝胶剂，制备得到凝胶油基人造黄油，具有低饱和脂肪酸和零反式脂肪酸的双重优势。研究结果表明当水分体积分数提高时，人造黄油的硬度和弹性也随之增大，同时结晶度增加，使人造黄油的微观三维网络结构更加完整，油-水两相接触面积变大，最终使得人造黄油体系结构更加的均匀和稳定。谢淑丽[50]利用淀粉及其衍生物与辛烯基琥珀酸酐在碱性条件下反应生成了辛烯基琥珀酸淀粉酯(OSAS)，研究不同添加量对人造黄油的影响，结果表明当辛烯基琥珀酸淀粉酯在人造黄油中的脂肪替代率为12%时既能有效替代人造黄油中的油脂，又可以最大程度的保留黄油特性，并且此时的人造黄油晶型较小，质构、触变性等都处于最优状态且感官品评最佳。李楠楠[51]也对辛烯基琥珀酸淀粉酯在人造黄油中的应用做了有关研究，实验表明超微细化OSAS的添加可以改善人造黄油的质地口感，降低脂质融化温度，提高冰凉感，有利于提高人造黄油的综合品质。此外由Frito-Lay公司生产的DDM(二烃基乙二基癸基丙二酸酯)以及Best Foods公司生产的TATCA(三烷氧基丙三羧酸酯)均有拟油特性，应用在人造黄油中可以显著降低脂肪含量及热量，这主要是由于其不能被人体消化吸收，故不产生热量[15]。

2.4 复合型脂肪替代物

复合型脂肪替代物的原料来源比较广泛，较常见的组成成分包括一些动植物蛋白、植物油、淀粉以及纤维等[11]，通过一定的技术手段将这些基质以一定的比例相互混合使其协同发挥脂肪替代作用。Mariagrazia Giarnetti等[52]研究评估了以菊粉和特级初榨橄榄油(EVOO)为基础的乳液填充凝胶(EFG)代替酥饼中的50%和100%黄油，与对照组相比，用基于菊粉和EVOO的EFG代替50%的黄油对产品的微观结构没有显著影响；刘承初[53]以鸡蛋清蛋白、明胶、干酪素和大豆分离蛋白为基料开发出一款无脂黄油，在搅打下可以形成巨大的泡沫群使黄油具有一定的可塑性和涂抹性，入口之后由于受热和口腔的挤压导致泡沫破裂可以给人以舒适的口熔感。Wipawan[54]以明胶为基础，分别添加大豆油、米糠油、菜籽油进行低脂人造黄油的替代品开发，研究表明以米糠油为原料配制的明胶-油乳液凝胶具有与人造黄油相当的质地特性，尤其是硬度和黏性方面。

3 小结

脂肪替代物在低脂人造黄油的应用已经非常普遍，科研人员利用不同的原料、不同的生产工艺开发出不同类型的脂肪替代物来替代人造黄油中的部分脂肪，在保持原有风味和口感的前提下使人造黄油的脂肪含量尽可能的降低。应用在低脂人造黄油中的不同类型的脂肪替代物的归纳总结见表4。

目前关于人造黄油中脂肪替代物的选择大多集中在蛋白基和碳水化合物基两种脂肪替代物中，而化学合成及复合型相对较少，前两种类型的脂肪替代物功能主要是能够模拟脂肪的性质以及具有一定的凝胶性和持水性，这使得它们在添加到黄油中之后能够维持替换掉的脂肪的功能并保持原有的特性，获得理想的物理性状以及维持良好的口感品质。而后两种类型脂肪替代物虽然也可以模拟油脂的性质，并且化学合成类脂肪替代物还能够百分百的模拟脂肪，但是其食用后对人体健康有一定的影响，难以消化致使腹泻等症状的发生，这也是其不能大量食用的根本原因。复合型脂肪替代物作为脂肪替代物的未来发展选择目前还存在一定的短板，如何使不同类型的原料复合之后模拟出脂肪的性质并能够很好的维持其原有形态，这是首先要解决的问题。其次蛋白基以及碳水化合物基脂肪替代物的原料来源广泛、价格低廉、不含胆固醇且其生产工艺已经非常成熟，相对其他两种类型的替代物可能需要一定的前处理如改性、酶解等比较繁琐，这在一定程度上也促进了其发展，不过随科技的进步如固定化酶、超临界萃取等技术的发展，脂肪替代物的研发也会相对来讲简便许多。

表4 低脂人造黄油中不同类型的脂肪替代物技术或产品

4 展望

从20世纪60年代开始，国外针对脂肪替代物的开发展开相关研究，经过半个多世纪的发展，到目前各种各样脂肪替代物的问世，各种无脂和低脂食品的市场份额也在逐年增多，无不证明脂肪替代物得到了广大消费者的认可与支持。理想的脂肪替代品应当是安全，功能多样，在口感与功能性上与脂肪相似的。因此在今后在脂肪替代物的开发方面应当注意如下几个问题，一是食品内部其他组分同脂肪之间的相关影响，倘若过分追求减少脂肪含量，很有可能会损害油脂原本应展现出来的各种基本功能，如此得不偿失；其次是安全性问题，目前有许多以化学产品为基料合成的脂肪替代物，若长期大量食用这种类型的脂肪替代物，其潜在安全性尚不清楚等，这些都是需要科研工作者进一步研究和探讨的。相信随着人们对于健康的不断追求以及安全意识的提高，低脂食品的需求将会越来越大，应用脂肪替代物生产的低脂人造黄油也将会有广阔的市场前景。