亲水胶体改善低脂乳化肉糜制品品质的研究进展

袁冬雪，殷永超，常婧瑶，孔保华，刘 骞

（东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨 150030）

乳化肉糜制品（例如法兰克福香肠、博洛尼亚香肠、维也纳香肠、肉糜类火腿肠等）在加工过程中蛋白质适度变性，能够最大限度地保持其原有的营养成分和风味，因此深受消费者青睐[1]。通常情况下，传统的乳化肉糜制品中动物脂肪含量在20%~30%，这些脂肪对产品的嫩度及多汁性起着重要的作用[2]。然而，动物脂肪中含有大量的饱和脂肪酸和胆固醇[3]，已有很多证据表明，过多的摄入饱和脂肪酸和胆固醇会对人体健康造成潜在的威胁[4]。因此降低乳化肉糜制品中的动物脂肪含量势在必行。然而，单纯地降低乳化肉糜制品中的动物脂肪含量，会对最终产品的品质造成不利的影响。Kwon 等[5]研究发现，与传统配方的香肠相比，低脂乳化肠的硬度、弹性等质构参数显著降低，蒸煮损失明显提高，乳化稳定性也有所下降。近年来，有很多专家学者选择用植物油来替代乳化肉糜制品中的动物脂肪，以达到降低产品中饱和脂肪酸和胆固醇含量的目的，但是在斩拌的过程中直接加入植物油，会对肉糜的流变特性产生显著的负面影响，同时也会降低肉糜本身的粘度。Youssef 等[6]研究表明，利用菜籽油完全替代牛脂肪虽然能明显地降低乳化肉糜制品中的饱和脂肪酸和胆固醇的含量，但是却出现严重的“漏油”现象，使得产品的质地坚硬，大大降低产品的整体可接受性。由此可见，在降低乳化肉糜制品脂肪含量的同时又能改善低脂产品的品质特性已经成为肉品科学领域亟待解决的问题。

近年来，人们不断尝试通过外源添加物（比如非肉类蛋白、淀粉、膳食纤维、亲水胶体等）或者利用新兴加工技术（比如高强度超声、超高压、脉冲电场等）来改善和提高低脂乳化肉糜类肉制品的品质特性[7−8]。然而，由于成本和技术安全问题，这些新兴技术目前仍不能广泛应用于实际的肉类加工。与此同时，随着我国食品添加剂工业的发展，亲水胶体（魔芋胶、海藻酸钠、卡拉胶、可得然胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶等）在肉类工业中得到了迅速发展以及广泛应用[9]。利用亲水胶体来降低乳化肉糜制品中的脂肪含量并改善其品质特性是一种最方便、有效、经济的方法[10]。亲水胶体添加到乳化肉糜类肉制品中，可以显著降低蒸煮损失、提高出品率、改善肉制品的持水性和多汁性[11]。目前鲜有文章对亲水胶体改善低脂乳化肉糜制品的品质现状进行总结。因此，本文全面综述了亲水胶体改善低脂乳化肉糜制品品质的机制，以及不同来源的亲水胶体改善低脂乳化肉糜制品品质特性的研究现状，为生产新型健康的低脂乳化肉糜制品提供理论依据。

1 亲水胶体对低脂乳化肉糜制品品质的改善

1.1 亲水胶体改善低脂乳化肉糜制品保水、保油性

乳化肉糜制品的保水、保油性是影响产品的感官特性、蒸煮损失以及出品率的重要因素。保水、保油性较高的产品会降低产品的蒸煮损失，提高出品率，这在一定程度上降低了食品企业的生产成本[12]。脂肪作为乳化肉糜制品中的肌原纤维蛋白凝胶网络结构的填充物质，可以使网络结构变得更加稳定致密[13]。当脂肪含量降低时，肌原纤维蛋白的凝胶网络结构会产生许多蜂窝状的空腔，从而导致水分和液体油滴流失，产品的多汁性及感官接受性大大降低，并且增加最终产品的蒸煮损失[14−15]。亲水胶体可以代替脂肪填充肌原纤维蛋白凝胶网络结构的孔洞使其变得更加均匀、致密[16]，从而束缚住更多的水分和油滴，增加低脂乳化肉糜制品的多汁性和乳化稳定性[17]。另外，亲水胶体自身具有很强的水合性和凝胶性[18]，当亲水胶体在乳化肉糜中发生溶胀或凝胶化时，分子中的游离的羟基与水相互作用，截留更多的水分，并在一定程度上降低产品的蒸煮损失，提高出品率[19]。据相关文献报道，肌原纤维蛋白的持水能力也取决于肌球蛋白的变性或者高度水合蛋白的聚集速度，在低脂乳化肉糜模型系统中，亲水胶体的加入可以在一定程度上促进肌球蛋白和肌动蛋白链的展开，提高肌原纤维蛋白的保水性，从而提高最终产品的乳化稳定性[20]。Morin 等[21]研究β-葡聚糖对低脂早餐香肠的理化特性及微观结构的影响，发现含有β-葡聚糖的低脂早餐香肠的保水性明显高于对照组，而且与单纯降低脂肪含量的早餐香肠相比，含有β-葡聚糖的香肠的蒸煮损失明显降低。通过分析扫描电子显微镜的结果，如图1 所示，脂肪球作为分散相能够完整地嵌入肌原纤维蛋白凝胶网络结构当中，当降低早餐香肠的脂肪含量时，肌原纤维蛋白的网络结构出现明显的空腔，而β-葡聚糖可以填充这些空腔，呈现出更致密的基质和体积更小的孔洞，因此能够截留更多的水分。亲水胶体可以作为填充物质填充因降低脂肪而产生的肌原纤维蛋白凝胶网络空腔，使得乳化肉糜的乳化稳定性增强，进而提高产品的多汁性和出品率。

图1β-葡聚糖对低脂早餐香肠微观结构的影响Fig.1 Effect ofβ-glucan on the microstructure of low-fat breakfast sausage

1.2 亲水胶体改善低脂乳化肉糜制品质构特性

乳化肉糜制品的质构特性例如硬度、弹性、咀嚼性等，在一定程度上取决于肉糜中肌原纤维蛋白凝胶结构的强弱以及其填充物分子的结构[22]。脂肪在乳化肉糜制品中不仅能够作为填充物质使肌原纤维蛋白结构变得致密，而且能够物理包埋在肌原纤维蛋白基质中，使得蛋白凝胶网络结构变得更加稳定有序[23]。当降低乳化肉糜制品中的脂肪含量时，肌原纤维蛋白的凝胶网络结构变得疏松，使得最终产品的质构参数和感官接受度有所下降[24]。当向低脂乳化肉糜制品中加入亲水胶体时，肌原纤维蛋白与亲水胶体通过静电力、二硫键、氢键或疏水相互作用形成微孔状的蛋白质-亲水胶体复合凝胶网络结构[25−26]，更加稳定紧凑的复合网络结构能增加凝胶结构的完整性，形成一个相对均匀的分散相，极大程度地改善低脂乳化肉糜制品的硬度、弹性以及咀嚼性等质构特性[27]。另外，在低脂乳化肉糜模型系统中，更加致密的微孔状网络结构能够结合更多的水分和油滴[28]，所以即使在降低乳化肉糜制品中脂肪含量的情况下，也能极大程度地保持脂肪状的质地，这对产品的质构特性起着积极的作用[29]。Maria 等[30]研究菊粉等益生元成分对低脂博洛尼亚香肠的微观结构的影响，如图2 所示，发现对照组的脂肪球悬浮在蛋白质网络中，显示出较为粗糙和多孔的结构，低脂博洛尼亚香肠的蛋白网络结构的连续性较差，而且显示出更多更大的孔洞，而含有菊粉的肌肉蛋白凝胶网络结构更加连续、致密，从而改善低脂博洛尼亚香肠的质构特性。总之，亲水胶体可以与低脂乳化肉糜制品中的蛋白质通过分子间的相互作用力产生更加稳定致密的凝胶网络结构，以达到改善产品的质构特性的目的。

图2 菊粉对低脂博洛尼亚香肠微观结构的影响Fig.2 Effect of inulin on the microstructure of low-fat bologna sausage

2 不同来源的亲水胶体改善低脂乳化肉糜制品品质的应用

亲水胶体按照来源的不同可分为植物源亲水胶体、动物源亲水胶体、微生物源亲水胶体和合成亲水胶体[31]。不同来源的亲水胶体的结构和功能特性不同，因此其改善低脂乳化肉糜制品品质的应用现状也不尽相同。其中，植物源和微生物源亲水胶体种类繁多，在低脂乳化肉糜制品中的应用也最为广泛；而动物源和合成亲水胶体种类较少[32]。表1 总结了不同来源的亲水胶体改善低脂乳化肉糜制品品质的应用情况，为研发出满足消费者健康需求的低脂乳化肉糜制品提供理论指导。

表1 不同来源亲水胶体改善低脂乳化肉糜制品的品质研究Table 1 Hydrocolloids from different sources improve the quality of low-fat emulsified meat products

2.1 植物源亲水胶体在低脂乳化肉糜制品中的应用

植物源亲水胶体是指从陆生植物和海藻中提取的胶体[54]。相比于其他来源的亲水胶体，植物源亲水胶体占有的数量最多，种类丰富，加工工艺简单，成本较低，因此在低脂乳化肉糜制品中得到了广泛的应用。魔芋胶是从魔芋的块茎中提取出的中性多糖，含有丰富的羟基，是一种水溶性的高分子多糖，通常以水合的方式添加到低脂乳化肉糜制品中，以达到更好地改善质构的效果[55]。Chin 等[33]研究魔芋胶对低脂博洛尼亚香肠的功能及理化特性的影响，结果发现，含有魔芋胶的低脂香肠的蒸煮产率明显提高，硬度、弹性及咀嚼性等质构特性得到明显的改善，这是因为魔芋胶在低脂博洛尼亚肉糜中吸收水分，形成热稳定的凝胶结构，从而改善最终产品的质构特性。海藻酸钠是从褐藻中提取的阴离子多糖，通常与Ca2+形成黏度较高的酸性凝胶，其在低脂乳化肉糜制品中具有稳定、乳化以及增稠等作用[16]。王伟等[34]将不同分子质量的海藻酸钠添加至脂肪含量为10%的乳化肠中，研究海藻酸钠对低脂乳化肠的凝胶特性的影响，结果发现，海藻酸钠能显著提高低脂乳化肠的持水性、降低乳化肠的蒸煮损失，而且随着海藻酸钠的分子质量越大，产品的持水性也越强。Kang 等[35]利用海藻酸钠替代法兰克福香肠中不同水平的脂肪（0%、25%、50%、75%、100%），通过研究产品的理化及感官特性，发现脂肪替代水平为50%的法兰克福香肠的硬度、弹性等质构特性明显优于全脂产品，出品率也显著提高。可见，海藻酸钠对低脂乳化肉糜制品的品质特性具有积极的作用。卡拉胶是从红藻中提取的一种阴离子多糖，由于其具有较强的增稠和胶凝的特性已经在低脂乳化肉糜制品中得到了广泛的应用，通常在肉质品中的添加量为0.2%[56]。Garcia等[36]将κ-卡拉胶和刺槐豆胶添加到低脂乳化香肠中，通过研究产品的出品率和质地，发现κ-卡拉胶和刺槐豆胶能明显改善低脂乳化香肠的质构特性，提高产品的持水能力，这是因为刺槐豆胶能改变κ-卡拉胶的结构特征，减少脱水收缩，二者具有较强的协同作用。菊粉是从菊芋、菊苣等天然植物中提取出的一种亲水胶体。菊粉中含有大量的羟基，具有较强的结合水分的能力，因此将其应用于低脂乳化肉糜制品中能够提高产品的保水性[57]。宋小叶等[37]研究不同添加量（0%、2%、4%、6%、8%、10%）的菊粉对低脂羊肉乳化香肠的理化及感官特性的影响，研究结果表明，添加菊粉能增强低脂羊肉乳化香肠的持水能力，改善产品的硬度和咀嚼性，提高香肠的感官品质，并且确定低脂羊肉乳化香肠的最适菊粉添加量为6%。Méndez-Zamdra 等[38]研究菊粉和果胶对低脂法兰克福香肠的持水能力、质构及感官接受度的影响，最终发现菊粉和果胶能增强低脂法兰克福香肠的持水能力，提高产品的出品率，虽然菊粉和果胶的添加使得产品的硬度、粘性等质构参数有所降低，但最终的感官接受度与传统配方产品相当，其中添加了15%的菊粉的法兰克福香肠的感官接受度最高。总之，植物源亲水胶体不仅可以降低乳化肉糜制品中的脂肪含量，而且能改善产品的理化特性，提高产品的品质，因此可以作为乳化肉糜制品中脂肪的天然替代物来满足人们对健康的追求。

2.2 动物源亲水胶体在低脂乳化肉糜制品中的应用

动物源亲水胶体的种类相对较少，主要包括壳聚糖、甲壳素、明胶等，其中在乳化肉糜制品中应用较多的是明胶和壳聚糖[10,58]。明胶通常是通过碱或酸催化水解从胶原蛋白中获得的一种亲水胶体，目前已经广泛地应用于配方食品中[16]。Lee 等[39]研究不同添加量（0.5%、1.0%、1.5%）的明胶对低脂乳化香肠的理化特性和质构特性的影响，最终结果表明，含有明胶的低脂乳化香肠的保水性和质构特性得到明显的改善，然而随着明胶含量的增加，产品的蒸煮损失呈现上升的趋势，这是由于明胶具有热可逆性[59]，部分明胶在加热过程中融化，而没有与香肠中的蛋白质相互作用。Niu 等[40]将明胶与黑豆皮膳食纤维制成的凝胶粉加入到不含脂肪的肉丸中，通过分析肉丸的理化特性和营养特性，发现最终产品的蛋白质及灰分含量显著增加，色泽及弹性得到明显的改善，但是出品率却有所降低，这与Lee[39]的研究结果一致。但由于明胶可以改善产品的理化及营养特性，因此在未来的研究中可以考虑利用明胶与其他亲水胶体进行复配以降低乳化肉糜制品的脂肪含量。壳聚糖是节肢动物中甲壳质脱乙酰化得到的多糖，其聚阳离子性质能与微生物的带负电荷的表面成分相互作用，导致细胞的破坏和死亡，因此，区别于其他亲水胶体，壳聚糖最大的特点是具有较强的抑菌功能[60]。Deborah等[41]向低脂乳化羊肉香肠中添加了2%的壳聚糖，并对最终产品的持水能力、质构特性、脂质氧化情况及整体可接受度进行分析，发现壳聚糖能明显地抑制微生物的生长和脂质的氧化，从而更好地保持产品的质量并延长货架期，与此同时，含有壳聚糖的香肠的色泽和质构得到明显的改善，并增加最终产品的整体可接受性，因此，壳聚糖可以作为脂肪替代物来改善低脂乳化肉糜制品的品质特性。总之，动物源亲水胶体对于降低乳化肉糜制品中的脂肪并改善低脂产品的品质特性具有极大的潜力，但相比于植物源亲水胶体，动物源亲水胶体生产成本较高，而且部分动物源亲水胶体具有热可逆性，所以仍需进一步研究和开发。

2.3 微生物源亲水胶体在低脂乳化肉糜制品中的应用

微生物源亲水胶体是指由微生物分泌作为其次级代谢产物的胶体，与植物源或动物源相比，微生物源亲水胶体的生产周期更短，最终产品的质量更容易控制[61]。因此，它们在肉品科学等领域越来越受到重视。可得然胶作为一种微生物胞外多糖，既可以形成热可逆凝胶也可以形成热不可逆凝胶，当加热温度达到80 ℃及以上时，可得然胶能够形成稳定的热不可逆凝胶，且其强度随着温度的升高而增加[62]。Lee等[42]研究不同添加量（0、0.5%、1.0%、1.5%）的可得然胶对低脂乳化香肠的品质特性的影响，通过分析最终产品的理化及质构特性，发现可得然胶的添加使低脂乳化香肠的蒸煮损失显著降低，当可得然胶的含量为1%时蒸煮损失降至最低，且含有可得然胶的低脂乳化香肠的硬度等质构特性得到明显的改善。结冷胶是一种阴离子线性多糖，在水中加热搅拌可形成稳定的凝胶，故通常以水合的方式添加到低脂乳化肉糜制品中[47]。Alfonso 等[45]向低脂乳化肉糜产品中加入结冷胶及阳离子并研究分析产品的质构和出品率等品质特性，发现含有结冷胶的低脂产品的弹性及粘结性等质构参数都显著增加，出品率也明显提高。张雪花等[46]通过添加不同量（0、0.3%、0.5%、0.7%）的结冷胶来降低猪肉糜中的脂肪含量，并研究产品的蒸煮得率、质构及感官特性，结果表明当结冷胶的添加量为0.3%和0.5%时，其产品的质构特性和蒸煮得率与传统配方产品无异，而当结冷胶含量为0.3%时，产品的感官评定结果最好，由此可见，肉类工业在生产的过程中可以利用合适比例的结冷胶来降低乳化肉糜制品中的脂肪含量。黄原胶是一种由黄单胞菌发酵产生的阴离子微生物亲水胶体，具有良好的抗氧化能力。在低脂乳化肉糜制品中，黄原胶可以有效地抑制蛋白质和脂肪的氧化，延长产品的货架期[63]。Rather 等[48]向印度传统乳化香肠中添加黄原胶使产品的脂肪含量降低至原来的50%，通过分析产品的质构、微观结构、蛋白质氧化稳定性及感官性质，发现加入黄原胶的低脂产品的弹性明显高于正常脂肪含量的产品，而且随着黄原胶的浓度的增加而增加，但是其硬度有所下降；扫描电镜结果表明，黄原胶使肉糜形成更多的凝胶网络，容纳更多的水，从而提高产品的持水能力，而且含有黄原胶的低脂产品的羰基含量也明显减少。此外，Rather 等[49]研究评估黄原胶对低脂乳化香肠的脂肪酸及胆固醇氧化物含量的影响，最终结果表明，添加黄原胶的产品的胆固醇及其氧化物的含量明显减少，而且当黄原胶的含量为1.5%时，形成的胆固醇氧化产物的量最少，由此可见，利用黄原胶来降低乳化肉糜制品中的脂肪含量具有很大的营养优势，但是黄原胶会使得产品的硬度下降，在未来的研究中，可以考虑将其与其它亲水胶体进行复配。细菌纳米纤维素是由几种不同的细菌生产的带状原纤维亲水胶体，与水相互作用产生具有水结合特性的水合纳米纤丝网络[64]。细菌纳米纤维素已经作为增稠剂、稳定剂和品质改良剂广泛地应用于食品领域中。Marchetti 等[50]向乳化肠中加入细菌纳米纤维素来降低产品的脂肪含量，通过分析产品的加工和品质特性，发现当细菌纳米纤维素的含量为0.3%时，产品的持水性明显增加，硬度、粘结性和咀嚼性等质构特性得到明显的改善，此时产品在真空冷藏下的保质期为45 d，可见细菌纳米纤维素可以作为乳化肉糜制品中脂肪的替代物。总之，微生物源亲水胶体在降低乳化肉糜制品中脂肪含量的同时，还能改善产品的品质特性，并且使最终的产品具有一定的营养优势，这对低脂乳化肉糜制品的生产加工具有积极的意义。

2.4 合成亲水胶体在低脂乳化肉糜制品中的应用

合成亲水胶体是指利用天然亲水胶体经过化学改性（例如硫酸化、甲基化、羧甲基化、乙酰化、硒化和醚化）而制成的一类胶体，这类胶体的生产工艺复杂，成本较高[65]。由于其具有独特的结构和功能特性，在改善低脂乳化肉糜制品的品质特性方面取得了一定的进展。羧甲基纤维素是由碱纤维素和一氯乙酸反应后得到的一种亲水胶体[66]。Lin 等[51]研究不同分子质量和不同取代度的羧甲基纤维素对低脂法兰克福香肠的品质特性的影响，最终结果表明，除弹性和粘结性外，添加羧甲基纤维素降低了法兰克福香肠的质构参数，但不同分子质量和不同取代度对质构的影响不显著，而且肉糜的乳化稳定性会随着羧甲基纤维素的分子质量的增大而增强，因此，选择合适的分子质量的羧甲基纤维素来降低乳化肉糜制品中脂肪含量尤为重要。Shai 等[52]分别研究羧甲基纤维素和微晶纤维素对低脂法兰克福香肠品质的影响，通过分析产品的质构、色泽及感官特性等，发现两种纤维素均可提高法兰克福香肠的保水能力，但添加羧甲基纤维素的低脂香肠的自由水的含量较多。另外，两种纤维素显著改善低脂产品的硬度、脆性、胶粘性和咀嚼性等质构特性，而且最终产品的总体可接受度与传统配方没有明显区别，证明羧甲基纤维素和微晶纤维素均可作为乳化肉糜制品中脂肪的理想替代物。再生纤维素是微晶纤维素的衍生物，可以通过酸溶解和水再生的改性方法生产。与微晶纤维素相比，再生纤维素具有较高的凝胶特性、水结合能力和乳液稳定性。此外，凝胶状的再生纤维素具有与动物脂肪相似的外观和口感，被认为是乳化肉糜制品中动物脂肪的潜在替代品[67]。Zhao 等[53]向乳化香肠中分别加入浓度为0、0.4%、0.8%和1.2%的再生纤维素使香肠中的脂肪含量由原来的30%降至20%，通过分析低脂乳化肠的品质及感官特性，发现含有再生纤维素的低脂乳化肠的脂质氧化程度显著降低，而且随着再生纤维素的含量的增加，生面糊粘度增加，香肠的乳化稳定性增强，硬度、胶粘性和咀嚼性等质构特性得到明显的改善，当再生纤维素含量为0.8%时，低脂乳化香肠的总体可接受度最高。因此，利用再生纤维素来降低乳化香肠的脂肪含量的策略是可行的。总之，合成亲水胶体具有改善低脂乳化肉糜制品品质特性的功能，可以作为乳化肉糜制品中的动物脂肪替代物进行进一步研究和开发。

3 结论与展望

随着人们健康意识的提高，肉类工业亟待寻找一种既能降低乳化肉糜制品中脂肪的含量又能改善低脂产品的品质特性的方法。在众多降脂策略中，向乳化肉糜制品中添加亲水胶体受到了学者的广泛研究和应用。亲水胶体可以通过分子间的相互作用力与肌原纤维蛋白形成稳定的复合凝胶网络结构，并且可以作为填充物使得乳化肉糜模型系统的网络结构变得更加致密，从而改善低脂乳化肉糜制品的品质特性。目前，利用亲水胶体来改善低脂乳化肉糜制品的品质特性也已经取得了一定的进展。比较不同来源的亲水胶体，植物源和微生物源亲水胶体因其种类丰富，价格低廉，在低脂乳化肉糜制品中得到了广泛的应用；而动物源和合成亲水胶体成本相对较高，制造工艺复杂，故在低脂乳化肉糜制品中的应用较少。因此在未来的研究中，可以考虑将不同来源的亲水胶体进行复配，以降低肉类工业的生产成本；除此之外，由于部分亲水胶体自身带有颜色，这会对产品的色泽产生不良的影响，所以在未来的研究中，应该将亲水胶体进行进一步纯化，并考虑采用新型复配方式（例如乳液凝胶、油凝胶）解决低脂乳化肉糜制品的色泽、风味以及贮藏期间氧化等问题，但还需进一步的研究。