脂肪替代物在干酪中应用的研究进展

崔利敏，李彤，李玲玉，闫清泉，赵中华，宗学醒

内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司（呼和浩特 011500）

近年来越来越多的研究向我们证实，高脂肪饮食更易导致肥胖症的发生，而肥胖症往往是引发冠状动脉疾病、结肠癌、高血压和糖尿病等健康问题的重要因素[1-3]。联合国于2020年公布的《世界粮食安全和营养状况》中显示，过去几年中全球各区域的肥胖率都呈逐渐上升趋势。目前全球约有5.4%的5岁以下儿童和13.1%的成年人正在遭受着肥胖症的困扰[4]。在中国，这一数字则更加惊人。2020年国家疾病预防控制中心发布的《中国居民营养与慢性病状况报告》中披露，我国6岁以下及6~17岁儿童的肥胖率分别为19%和10.4%，成人的肥胖率更是超过半数[5]。因此，有健康意识的人群开始考虑不牺牲心理满足感的前提下减少脂肪摄入量，这导致人们对低脂或无脂、味道好的乳制品的需求不断增加。因此，食品行业开始将研究重点放在生产低脂肪或低热量的乳制品上。然而，对于干酪而言，减少脂肪会对产品风味、质地、色泽和功能特性产生诸多不良影响，例如风味缺乏、产生苦味、质地变硬、弹性不佳、色泽黯淡等[6-7]。

脂肪替代物是一类能够在功能特性上全部或部分替代脂肪、能使低脂或无脂食品具有全脂食品的物理或感官特性的物质，通常提供的能量极低[8]。脂肪替代物已经成功且十分广泛地应用于酸奶、冰淇淋、佐餐酱料的开发上，能在降低脂肪含量的同时给这些产品带来更好的感官体验。

在干酪中使用脂肪替代物以改善低脂干酪的品质，同时使低脂干酪保持与全脂干酪相同的功能和感官特性成为了研究的热门话题。

1 碳水化合物基的脂肪替代物

1.1 特点

碳水化合物基的脂肪替代物主要包含淀粉类（原淀粉、预糊化淀粉、抗性淀粉等）、胶体类（果胶、瓜尔胶、卡拉胶、黄原胶等）和纤维类（菊粉、β-葡聚糖等），这类脂肪替代物通常极少存在法规上的添加风险，价格相对较低，应用前景较好，相关研究比较充分[9-11]。碳水化合物基的脂肪替代物大多是以果糖或葡萄糖等单糖的小分子组成的长链物质，具有良好的保水性能，在干酪凝乳排出乳清的过程中能够结合更多的水分，从而赋予低脂干酪更柔软的质地和更润滑的口感。同时，长链还有助于酪蛋白网络的形成，可帮助改善低脂干酪的粗糙的质地[12]。

1.2 研究进展

麦芽糊精是一种淀粉的精加工产物，常作为干燥助剂应用于粉状食品中[13]。Nazari等[14]使用DE值为16的麦芽糊精作为脂肪替代物制作低脂Feta干酪。研究发现，麦芽糊精的加入能够显著提升干酪的水分含量和碳水化合物含量，使得凝乳酶和发酵剂的活性得到提升，在干酪60 d的成熟期内干酪的WSN/TN和NPN/TN水平较全脂干酪以及低脂干酪对照组而言有所上升。WSN/TN（水溶性氮）是主要的蛋白质水解标志物，包括乳清蛋白、大分子肽和中分子肽，主要由α-s1酪蛋白上的凝乳酶和β-酪蛋白的纤溶酶水解作用产生，发酵菌种的作用较小。NPN/TN（非蛋白氮）是一种次级蛋白水解标志物，包括短肽、氨基酸等，主要是在发酵剂乳酸菌和非发酵剂乳酸细菌（NSLAB）的肾素、蛋白酶和肽酶的影响下，在成熟过程中有高分子量肽水解产生的[15-16]。NPN/TN对于干酪独特风味的产生影响更深。从流变学角度分析，加入麦芽糊精后低脂干酪的流变特性得到了很大的改善，Amitraj等[17]在研究中也观察到相同的现象。随着成熟的进行，蛋白水解率增加，弹性降低，黏度占主导地位。在成熟期内实验组的松弛时间与全脂干酪对照组无显著差异。松弛时间能够显示了应力松弛试验中的应力降低率，能够反映样品的弹性。应力降低率越低，试样的弹性等级越高。相反，随着应力降低率的增加，样品的黏胶性质增加[18]。经感官评价分析，在麦芽糊精添加量为0.02%时干酪感官性能达到最佳。

Monira等[19]研究了变性淀粉作为脂肪替代物对低脂Halloumi干酪的影响。研究结果表明，随变性淀粉添加量的增加，干酪的凝乳得率和凝乳强度增高，凝乳时间显著下降。较高的凝乳得率和适宜的凝乳时间是衡量干酪工业化生产经济价值的重要因素。变性淀粉的加入能够起到类似增稠剂的效果，增加连续相的黏度[20]，从而减少蛋白质与脂肪凝聚所需的时间。添加变性淀粉后由于淀粉的高吸水能力导致糊化过程中更多水分被截留，凝乳时被网络在酪蛋白结构当中。从质构特性上来看，随变性淀粉添加量的增加，干酪的硬度和咀嚼性升高，弹性及内聚性降低，导致这一变化的原因可能是由于淀粉颗粒与蛋白质基质之间产生了一定交联作用，这与Trivedi等[21]的研究结果一致。感官评定结果显示，Halloumi干酪在添加变性淀粉后外观、口感和质地略有改善，虽然风味会受到一定的不利影响，但仍在可接受的范围内。当变性淀粉添加量为2%时总体的感官评分较高，对低脂干酪的改善效果最好。

李红娟等[22]研究了以菊粉作为脂肪替代物对部分脱脂Mozzarella干酪基本组分、流变学特性、黏弹性模量变化、微观结构等的影响。结果表明，加入2%菊粉后部分脱脂干酪的水分含量、蛋白质含量以及pH均与对照组有显著性差异（P＜0.05）。作为脂肪替代物的菊粉能显著提升干酪的水分含量，同时蛋白质含量则相对的有所降低。菊粉是一种由果糖和葡萄糖分子链接而成的长链纤维，在水相中能够形成一种微晶[23]，在相互作用形成小团块后能够结合大量的水。也有一些研究表明，菊粉的加入有助于酪蛋白网络的立体交联，能够提升低脂的凝乳得率并降低排乳清过程中蛋白质的损失率[24]。从蛋白二级结构角度来看，添加菊粉后干酪的β-折叠占比降低，α-螺旋和β-转角均有所增加。β-折叠结构常见于蛋白质内部折叠区域，其含量与蛋白质热变性的程度有关[25]。Mozzarella干酪在加工过程中会经历热烫拉伸工艺，此时热作用会导致酪蛋白胶束内部疏水基团暴露而使其表面疏水作用力增强。同时由于热作用会使蛋白质形成热聚集体，分子间的β-折叠结构易转变为β-转角结构[26]。添加菊粉能够使得减脂干酪的蛋白质二级结构更加稳定，有助于改善其粗糙的口感。另外，菊粉还被视作是可溶性膳食纤维和益生元，能够赋予减脂干酪更高的营养属性。

2 蛋白质基的脂肪替代物

2.1 特点

基于蛋白质的脂肪替代物主要包含乳蛋白类（乳清蛋白、酪蛋白等）、植物蛋白类（豌豆蛋白、小麦蛋白、大米蛋白等）、其他蛋白类（鸡蛋蛋白等）等，它们能够提供类似奶油的润滑口感，很少会导致风味方面的缺陷，在酸奶、冰淇淋等中已得到相当广泛的商业化应用[27-29]。蛋白质基的脂肪替代物通常分子量较小，能够其通过与酪蛋白或碳水化合物的交联作用结合在干酪的酪蛋白基质上[30]，利用其乳化稳定性乳帮助干酪水——油界面的稳定[31]。

2.2 研究进展

Kadpe等[32]加入不同脂肪替代物（蛋白质基脂肪替代物Simplesse®D-100和卡拉胶）生产低脂Quarg干酪，并与全脂干酪对照组和低脂干酪对照组相对比，研究脂肪替代物对低脂干酪的影响。试验结果表明，添加0.5%脂肪替代物时能够获得最佳的感官评定分数。优化后的Quarg干酪在颜色和外观、体和质地、铺展性、风味和总体可接受性方面的得分分别为8.45±0.03，8.50±0.06，8.30±0.05，8.40±0.03和8.39±0.02分。Simplesse®D-100是一种微粒化浓缩乳清蛋白，蛋白经微粒化处理后粒径平均在1 μm左右，与脂肪球的大小类似[33]。加入蛋白质基脂肪替代物使能低脂干酪的蛋白质含量得到提升，同时分子量极小的蛋白够镶嵌在凝乳的酪蛋白网络中，作为类似乳脂球的填充物使网络结构的孔隙变小[34]，从而阻碍乳清的排出，截留更多水分，提升凝乳强度和凝乳得率。除此之外，Simplesse®D-100还纠正了低脂干酪的外观缺陷，使其表面的光泽度提升，颜色也有所加深，并增加了类似奶油的风味。主要原因可能是粒径较小的蛋白质基脂肪替代物可以作为光散射中心，从而使奶酪的不透明性增加[35]。

徐乙文等[36]研究了经蛋白酶酶解处理的改性乳清蛋白作为脂肪替代物对低脂Mozzarella干酪的影响，并通过49 d成熟期内干酪品质测定确定了脂肪替代物的最适添加量。蛋白水解度测定结果显示，随成熟时间的延长各组干酪的pH 4.6-SN和12% TCA-SN数值均呈上升趋势，且随脂肪替代物添加量的增加而增长。干酪在生产时加入的发酵菌种和凝乳酶以及残存在乳中的天然酶系等的综合作用下会逐渐发生水解，水解程度对于干酪的风味、组织状态等有很大影响。其中，pH 4.6-SN的比例代表酪蛋白水解的广度，主要由额外加入的凝乳酶作用产生[37]；12% TCA-SN用于代表酪蛋白水解的深度，主要在残留于干酪中的凝乳酶和发酵菌种细胞中肽酶的作用下产生[38]。蛋白水解度的变化趋势表明改性乳清蛋白的加入降低了干酪排乳清时的失水率，使得低脂干酪水分含量上升，蛋白水解的反应速度提高，这有助于低脂干酪风味的释放。另外，蛋白水解率的提升还低脂使干酪在成熟期间的碳键断裂、蛋白质胶束结构变弱，使得低脂干酪的硬度与弹性变化均与脂肪替代物添加量呈现负相关趋势[39]。通过感官评定结果分析，改性乳清蛋白添加量为1.5%时低脂Mozzarella干酪的功能特性最好，此时干酪在风味上随与全脂对照组有一定差异，但亦可以满足消费者所需。

植物蛋白是许多油类作物、粮食作物的加工副产物，具有低敏性、来源广泛等特点[40]。对植物蛋白的研究有助于提升农作物的附加价值，促进农产品副产物综合利用的发展。Paximada等[41]研究了大米蛋白和南瓜籽蛋白及作为脂肪替代物对低脂干酪的影响。试验结果显示，三种蛋白质基脂肪替代物的加入都能够显著提高低脂干酪的凝乳得率，且凝乳得率与加入的蛋白种类无关。提升凝乳得率对于产品的成本至关重要。添加大米蛋白和南瓜籽蛋白能够显著提升低脂干酪的水分含量，这使得干酪的内部结构变的更加柔软和有弹性，硬度值显著降低，缓解了低脂干酪质地干硬的缺陷。Rinaldoni等[42]在研究过程中也观察到了相同的现象。从烘焙特性上来看，两种脂肪替代物的加入都能显著降低低脂干酪的析油率，可能是因为蛋白质大分子能起到减少脂肪和蛋白质网络之间的相互作用的效果[43]。还有研究表明，植物蛋白的聚集体与生产干酪时加入的CaCl2等盐类还存在一些相互作用，能够促进凝胶化过程，促进整个体系的稳定[44]。

3 脂基的脂肪替代物

3.1 特点

基于脂肪的脂肪替代物主要指经化学修饰的脂肪酸或各类改性脂肪，例如通过改变甘油分子上的脂肪酸而改变构型[45]。这类脂肪替代物通常化学结构与脂肪相近，但其酯键能对抗人体脂肪酶的作用，故不易消化且不参与代谢产生能量，或产生的能量极少[46]。添加脂基的脂肪替代物能够达到在结构和功能上模拟脂肪但不会摄入过多能量的目的。

3.2 研究进展

Olestra®（蔗糖脂肪酸聚酯）是典型的脂基脂肪替代物之一，它是一种蔗糖六酯、七酯和八酯的混合物，是使用常见双糖——蔗糖与植物油（例如大豆油、花生油）的脂肪酸发生酯化反应制得的。Olestra的蔗糖核心可与多达八个脂肪酸进行酯化，故其属于长链脂肪酸的一种，物理特性与甘油三酯类似，但因为其体积过大，不能被人体内的脂肪酶消化，故无法被肠道吸收，也就不会贡献能量[47]。Olestra®由美国宝洁公司发明，首先被应用于薯片的煎炸介质当中，以降低这类食品的热量值。但在后续的研究过程中，研究人发现长期摄入这种大分子的脂肪酸可能会存在导致腹泻等其他肠胃疾病的隐患[46]。Salatrim®是另一种典型的脂肪替代物。它是一种三酰甘油，由长链脂肪酸和短链脂肪酸混合组成，其中短链脂肪酸主要是乙酸、丙酸和丁酸，长链脂肪酸主要为硬脂酸[48]。Salatrim®与等量乳脂相比提供的热量更少，主要是由于大量的短链脂肪酸与大量的长链脂肪酸相比热值更低，且其中含有的硬脂酸的比例很高，吸收率很低[49]。

近年来，随着对植物基产品研究的兴起，一些研究人员也开始研究利用植物油全部或部分替代干酪中的乳脂，以达到改善终产品的脂肪酸组成，调整饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸比例以使产品符合消费者的健康需求[50-52]。Rehab等[53]研究了不同水平的霍霍巴油部分或全部替代乳脂对Domiati干酪在6 ℃冷藏45 d期间的营养、理化和感官特性的影响。霍霍巴油中约98%的成分是蜡酯（长链单不饱和脂肪酸和长链单不饱和脂肪醇的组合物），还含有少量的游离脂肪酸、甾醇、维生素以及少数甘油酯、黄酮类、酚类和氰化物[54]。由于其特殊的长直链结构，人体内负责消化绝大部分脂类的胰脂肪酶无法将其水解，故摄入霍霍巴油后大部分热量不会被人体吸收[55]，可以用于替换干酪中的部分乳脂以达到降低产品热量的目的。试验结果表明，使用霍霍巴油按不同比例替换乳脂后干酪的水分、酸度等理化特性值并未发生显著性变化，成熟期间的蛋白水解率与对照干酪几乎相同，干酪的产率也基本一致。由于霍霍巴油中几乎不存在短链脂肪酸，故干酪的总挥发性脂肪酸含量随霍霍巴油替代比例的增加而降低。由于挥发性脂肪酸与奶酪的香气密切相关，这表明植物油替代乳脂比例过高时可能会对干酪的风味造成不利影响。通过对干酪进行脂肪酸组成分析，研究人员发现随霍霍巴油替代比例的上升，胆固醇、过氧化物和硫代巴比妥酸含量均逐渐下降，这显示出霍霍巴油作为脂肪替代物在降低热量的同时还能增加干酪的营养价值和氧化稳定性，这与Farag等[56]的研究结果一致。

4 结语

干酪的营养丰富、风味多样，近年来已受到越来越多国内消费者的喜爱。2022年9月，中国奶业协会组织制定了《奶酪创新发展助力奶业竞争力提升三年行动方案（2023——2025年）》，确定了我国干酪产业的未来三年的发展目标：到2025年全国奶酪产量达到50万吨，全国奶酪零售市场规模突破300亿元[57]。干酪脂肪替代物的研究与应用能够降低干酪产品的热量，改善低脂干酪产率偏低、口感粗糙、风味不足等缺点，有助于提升产品的营养价值与经济价值，有利于干酪产业的健康化、差异化。能够有力促进我国的干酪产业不断健康向好发展。