脂肪替代物稳定性及其提升技术研究进展

邬思思，张紫帆，唐绍峰，马铁铮

（北京工商大学食品与健康学院 北京市食品添加剂工程技术研究中心食品添加剂与配料北京高校工程研究中心 北京 100048）

脂肪是食物中最重要的能量物质之一，可作为脂溶性营养物质的溶剂，还能赋予特征性的质构和风味。然而，动物脂肪含有较高含量的饱和脂肪酸和胆固醇[1]。大量研究表明，过多的饱和脂肪酸和胆固醇的摄入会提高罹患冠心病、动脉粥样硬化、高血糖等慢性疾病的风险[2-4]。研发动物脂肪替代物成为食品行业的热点。脂肪替代物不仅可以降低食品中饱和脂肪酸和胆固醇含量水平，含有油脂组分的脂肪替代物还能够优化脂肪酸的配比，从而达到健康膳食的目的[5]。

多糖、蛋白质和脂类等食品级原料是食品结构化所必需的天然高分子物质，在现代食品工业中发挥着重要的作用。它们在一定条件下可形成乳液或凝胶等结构化形态，是脂肪替代物的主要构成成分[6]。近年来，随着科研人员的不断努力和探索，部分脂肪替代物已应用于商业化生产。目前，商业化生产的广义脂肪替代物主要包括蛋白质基类、脂肪基类、碳水化合物基类以及混合基类4 个大类[7]。然而，能够起到优化脂肪酸配比作用的脂肪替代物只包括脂肪基类和含有油脂组分的混合基类两种。它们含有油脂组分，不仅可以从质构和口感方面模拟动物脂肪，而且在膳食组成方面可以取代动物脂肪，被视为功能更为全面的脂肪替代物。

当脂肪替代物的外部环境条件发生变化，其内部分子间相互作用减弱，并使自身趋于分解状态，能够抵抗外部环境变化而不引起分解的能力就称为脂肪替代物的稳定性，包括贮藏稳定性、烹饪/热加工稳定性和冻融稳定性等[8]。贮藏稳定性主要是指低温或常温条件下，脂肪替代物分子结构在较长时间对外部环境变化所导致的分解趋势的抵抗能力[9]。烹饪/热加工稳定性主要是指高温条件下，脂肪替代物分子结构在较短时间对外部环境变化所导致的分解趋势的抵抗能力[10]。冻融稳定性是指在跨越冰点的温度范围，脂肪替代物分子结构对温度波动变化所导致的分解趋势的抵抗能力[11]。温度和时间的变化都可能导致脂肪替代物在氧化稳定性和质构特性的变化，进而影响产品品质。稳定性不好将严重限制产品的应用范围。现有商业化生产的脂肪替代物大多只能在低温或蒸煮条件下使用，在油炸条件下难以使用，特别是在蛋白质基类或含有蛋白质原料的混合基类脂肪替代物，其耐热性能难以应用于油炸的高温条件[12-14]。多数脂肪替代物大多只能在低温乳制品等有限的产品中作为食品配料成分使用[15]。

为探究脂肪替代物稳定性机理，拓展其应用范围，本文围绕氧化和质构稳定性论述脂肪替代物的研究现状，探讨提高其稳定性的方法，旨在为脂肪替代物稳定性的评价和控制提供理论参考，并展望脂肪替代物的研究和应用前景。

1 脂肪替代物的氧化稳定性

氧化稳定性是指物质抵抗氧气或其它具有氧化性的物质作用而保持性质不发生变化的能力，脂肪替代物的氧化稳定性是影响其产品品质的最重要的因素，在脂肪替代物中加入不饱和程度较高的植物油脂，可以降低肉制品中饱和脂肪酸含量，然而也会导致产品氧化稳定性的下降[16]。许多研究通过监测过氧化物、初级或次级氧化产物的变化以及测定TBARS 等指标来评价脂肪替代物的氧化稳定性，见表1。

表1 脂肪替代物氧化稳定性的评价指标Table 1 Evaluation index for the oxidative stability of animal fat substitutes

1.1 氧化稳定性的影响因素

脂肪替代物氧化稳定性的劣化会导致食品风味和感官等食用品质丧失。其中所含油脂组分氧化，会生成多种具有毒性的氧化产物，危害消费者的身体健康。

脂肪替代物的氧化稳定性受两个因素的影响：一是由于储存时间长（低温、长时），导致脂肪替代物无法保持油脂化学性质稳定，即油脂本身的稳定性不佳；二是由于烹饪/热加工（高温短时）、冻融处理（温度跨越冰点波动）导致油脂氧化速度加快所造成的氧化稳定性劣化[11]。许多脂肪替代物被作为配料成分添加到肉制品中，它们通常会历经冷冻-融化的过程，而这一过程会使得其中油脂组分的氧化稳定性下降，进而影响产品的质量[22]。与烹饪或热加工所造成的劣化相比，脂肪替代物在冷冻-解冻过程中的氧化稳定性易被人忽略，因此，冻融条件下的氧化稳定性作为评价脂肪替代物在冷冻食品中适用性能指标非常重要[23]。

1.2 氧化稳定性的提高方法

为了提高油脂的氧化稳定性，通常在加工和储存过程中采用避光、避氧，降低环境温度，调节水分含量和添加抗氧化剂等措施，或者采用改良加工方式以提高产品中抗氧化物质含量的方法[24-25]。对于脂肪替代物而言，提高其氧化稳定性的方法一般包括：1）选用含有抗氧化能力强的原料[26]；2）额外添加适当的具有抗氧化功能的成分[27]；3）通过改良体系的结构和组分间的耦合或交联等作用来增强氧化稳定性[28]。

1.2.1 原料的选取 选用具有较好抗氧化性能的油脂或组织化结构成分为原料制备脂肪替代物，可使产品具有较好的氧化稳定性。Barros等[29]发现使用海藻油和小麦胚芽油制备的脂肪替代物的TBARS 较低，这是由于两种油脂中所含α-生育酚含量较高，能够延缓油脂的氧化。De Souto等[20]发现大豆分离蛋白中含具有抗氧化活性的多肽，使脂肪替代物产品具有较低的次级氧化产物和挥发性化合物含量，此外，大豆分离蛋白的乳化作用还影响橄榄油乳化体系的粒径，从而延缓自由基传导的链式反应的进行。此外，原料的抗氧化性能与其在脂肪替代物中的形态有关。Pintado等[19]发现与使用奇亚籽相比，使用奇亚籽粉为原料制备的脂肪替代物具有更好氧化稳定性，作者认为这主要归因于奇亚籽粉比表面积大，其内部的抗氧化性成分与油脂的作用更加充分。同样的，选取具有抗氧化性能的乳化剂也能达到提升氧化稳定性的效果。Li等[30]发现与使用酪氨酸钠和Tween80 相比，以茶多糖偶联物为乳化剂制备的玉米油乳化体系，能在高温下更有效抑制油脂成分的氧化降解，作者认为这主要归因于茶多糖偶联物中偶联酚基团的抗氧化活性作用。原料的抗氧化能力及形态都影响脂肪替代物的氧化稳定性。

1.2.2 辅助成分的选取 与选用天然含有抗氧化成分的原料类似，加入抗氧化性成分同样能够提高脂肪替代物的氧化稳定性，常用于添加的成分包括茶多酚、生育酚、绿茶提取物和抗坏血酸等[31]。曹云刚等[32]选用菜籽油制备的乳化体系，在猪肉香肠中替代猪脊膘，结果添加100 mg/kg 的绿茶提取物能有效抑制贮藏过程中的油脂氧化。Freire等[33]将角豆果中提取的单宁成分添加到由多不饱和脂肪酸制备的凝胶化乳液中，有效降低了体系中油脂的氧化。李立敏等[34]发现添加茶多酚除了可以抑制脂肪替代物体系中大豆油的氧化外，还能延缓蛋白质的降解。De Carvalho等[35]发现姜黄提取物不仅可以提高脂肪替代物中油脂的氧化稳定性，还能延缓挥发性化合物的生成，改善产品的感官品质。Pintado等[36]发现，葡萄籽中提取的酚类物质可以提高脂肪替代物在冷冻储藏过程中的氧化稳定性。由此可见，适当添加辅助成分也是提高脂肪替代物氧化稳定性的有效方法。

1.2.3 结构的优化 乳液体系中油滴的适当分散可以阻隔自由基的传递，从而阻断油脂氧化的链式反应，双重乳液相比普通乳液具有更好的氧化稳定性[26]。Kumar等[37]发现豌豆荚纤维与芦荟胶复合而成的脂肪替代物，比仅含有豌豆荚纤维的产品具有更好的氧化稳定性，作者认为这是由于芦荟胶和豌豆荚纤维相互作用，产生更强的抗氧化屏障。Abbasi等[38]发现添加1%黄蓍胶的低脂香肠具有更好的氧化稳定性，作者认为多糖与蛋白质在油脂液滴周围形成非共价复合膜结构，抑制了油脂的氧化。由于可以通过共价或非共价相互作用与多酚形成偶联物或复合物，因此乳清蛋白常用于参与脂肪替代物结构的优化和抗氧化性能的提升[39-41]。通过对脂肪替代物的宏观和微观结构的优化，提升其氧化稳定性。

2 脂肪替代物的质构稳定性

脂肪替代物的质构稳定性同样是影响产品质量的重要因素。脂肪替代物的替代使用通常会改变产品的质构，因此需要优化使其质构与使用动物脂肪的产品更加接近[42]。脂肪替代物不仅需要具备特定的质构特性，还需在热处理条件下仍能保持这种质构特性，也就是具备质构稳定性[43]。许多研究通过感官评价和蒸煮损失等宏观指标以及显微结构等微观指标评价脂肪替代物的氧化稳定性，见表2。

表2 脂肪替代物质构稳定性的评价指标Table 2 Evaluation index for the textural stability of animal fat substitutes

2.1 质构稳定性的影响因素

许多食品在加工或烹饪过程中都要经过热处理环节，如杀菌和加热等，这可能会改变不同组分的结构及其相互作用，脂肪替代物的热力学行为与真实动物脂肪相差甚远，这些都会影响脂肪替代物的质构稳定性[45-47]。此外，产品在常温贮藏时，其质构随时间的推移也会逐渐改变[25]。脂肪替代物的质构稳定性不仅会影响产品的食用品质，还会妨碍其成品率，从而增加生产的成本。提高脂肪替代物的质构稳定性对于食品工业来说具有重要的意义。

影响脂肪替代物的质构稳定性同样受到两方面因素的影响：一是热处理（高温短时）或冻融处理中水分的相变使其结构崩塌，所引发的不可逆变化所导致质构稳定性丧失；二是长时间储存（低温长时）导致脂肪替代物的大分子组分发生物理或化学变化，进而使脂肪替代物无法维持其质构稳定性。

2.2 提高质构稳定性的方法

直接在产品中加入植物油来代替动物脂肪会导致产品质地的软化和质构稳定性的劣化[48]。食品工业多通过结构化植物油脂来制备脂肪替代物，然而这同样会对质构产生影响[49]。脂肪替代物在食品基质中形成的网络，以及其与水和脂肪的相互作用都会影响质构稳定性[37]。对于脂肪替代物而言，提高质构稳定性的方法一般包括：1）筛选或通过改性等得到有助于结构稳定的主辅料[50-51]；2）通过改良体系中组分间的相互作用[37]；3）通过体系宏观或微观结构以及配方的优化[26]。

2.2.1 使用有助于结构稳定的主、辅料 脂肪替代物的质构特性受脂肪类型的影响，选用性质更稳定的原料以及热不可逆的原料可以更好抵抗温度变化对质构的破坏作用[50]。Cheetangdee等[52]发现以不同蛋白质为乳化剂的脂肪替代物具有不同的质构稳定性，以鱼肉分离蛋白为乳化剂制备的脂肪替代物加入香肠可提升其质构稳定性，降低烹饪损失，而以酪蛋白酸钠为乳化剂制备的脂肪替代物加入香肠后反而降低了产品的质构稳定性。Biller等[53]发现不同喷雾干燥温度处理的乳清蛋白制备的低脂蛋黄酱质构稳定性不同，作者发现喷雾干燥温度为180 ℃时，乳清蛋白质变性程度较高且乳化性能更好，赋予体系更好的质构稳定性。然而，Werlang等[54]发现对于燕麦淀粉的热改性处理并没有起到增强低脂蛋黄酱质构稳定性的效果。总之，筛选对质构支撑效果更好的原辅料，或者以适当的方式对原料进行改性，从而优化脂肪替代物的质构特性，都可提升产品的质构稳定性。

2.2.2 通过组分的相互作用 通过改变并利用蛋白质和多糖等原料大分子在脂肪替代物中的相互作用，可以增强产品的质构稳定性[55]。Serdarogˇlu等[56]发现明胶和菊粉在所形成牛肉脂肪替代物中的相互作用，有助于提高体系的质构稳定性，将其离心后置于4 ℃下贮藏7 d 仍能保持良好的质构稳定性。Ghribi等[57]发现大豆分离蛋白和k-卡拉胶制备的乳脂肪替代物在低脂鲜奶油中使用时显示出良好的质构稳定性，作者认为大豆分离蛋白和k-卡拉胶形成的三维网络结构赋予体系中气泡界面膜良好的刚性，从而避免气泡凝结导致的体系失稳。Dos Santos等[58]发现膳食纤维和猪皮凝胶间的相互作用会延缓水分在所形成乳液凝胶体系中的迁移，从而提高产品的质构稳定性。综上，可以通过蛋白质和多糖等大分子间相互作用的调控来提升脂肪替代物的质构稳定性。

2.2.3 通过宏观和微观结构优化 通过优化脂肪替代物的宏观和微观结构，可以增强脂肪替代物的质构稳定性。将预乳化体系构建的脂肪模拟物应用于香肠产品中，能够减少加工过程中产品质构稳定性的损失[17]。

脂肪替代物中的大分子物质主要是蛋白质和多糖，它们构成的混合体系的相行为是十分复杂的，而相行为可以决定复合凝胶体系的微观结构和物理性质，进而影响体系的质构稳定性[59]。通过蛋白质与多糖体系的配方优化，提高它们所构建的脂肪替代物体系的质构稳定性。Zhuang等[60]研究不同比例的不溶性膳食纤维、魔芋胶和改性淀粉与肌原纤维蛋白复配制备的凝胶体系的质构特性，发现多糖的相行为和水分稳定性显著影响凝胶体系的质构特性和微观结构，如图1 所示，形成“阻隔”结构的蛋白质和多糖能截留水分，从而更好地模拟脂肪的质构，并具有良好的质构稳定性。Yang等[61]使用海藻酸盐和魔芋葡甘露聚糖制备乳液凝胶，发现二者质量比低于6∶4 时凝胶在水中相容性良好，而二者质量比例相同时制备的凝胶具有良好的质构稳定性，适合在低脂蛋黄酱中作为脂肪替代物使用。综上，通过制备工艺或配方的调整，单独或协同优化脂肪替代物的宏观和微观结构，可以有效提升产品的质构稳定性。

图1 多糖通过水分稳定性和相行为影响肌原纤维蛋白凝胶特性的模型示意Fig.1 Schematic model of polysaccharides influenced the myofibrillar protein gel properties through moisture stability and phase behavior

3 脂肪替代物氧化和质构稳定性的相互作用

脂肪替代物的氧化稳定性和质构稳定性并非相互独立，在提升脂肪替代物的氧化稳定性的同时，其质构稳定性会发生不同趋向的变化。Yogesh等[26]发现芦荟凝胶的添加可以一并提高低脂肉制品体系的氧化和质构稳定性，这是由于芦荟凝胶本身具有抗氧化能力，属于胶体物质，能够提高质构稳定性。然而，两种稳定性的变化并非具有趋同性。曹云刚等[32]在肌原纤维蛋白和多糖制备的脂肪替代物体系中添加高含量的绿茶提取物，虽然可以提升氧化稳定性，但是蛋白质和多糖间发生不良聚集，降低了内聚性，从而影响质构稳定性[34]。

随着脂肪替代物储藏时间的延长，体系中产生的氧化产物可能对脂肪替代物的质构特性产生不良影响。Lu等[17]发现采用葵花籽油、鸡肝蛋白和黄原胶制备的脂肪替代物添加到香肠中时，具有良好的质构和氧化稳定性，然而贮藏40 d 后，油脂氧化破坏了多糖和蛋白质构成的网络结构。除油脂氧化外，脂肪替代物中蛋白质氧化也会导致硬度等质构特性的变化。De Carvalho等[35]认为这可能与体系中羰基含量的变化有关。综上，优化脂肪替代物体系的氧化稳定性可能对其质构稳定性的提升具有协同性。

脂肪替代物体系中，影响氧化稳定性和质构稳定性的因素众多，这些因素间有复杂的关系，如协同性、互斥性，目前对这些因素的影响研究较少。通过研究解明多重因素对氧化和质构稳定性的影响机制，对于脂肪替代物在食品行业的应用具有重大意义。

4 总结与展望

随着人们对膳食营养与健康的重视，以及国家可持续发展战略对降低农产品生产能耗的要求，使用植物油脂替代动物脂肪，研发低脂肪和无脂肪产品是食品行业未来的发展趋势之一。然而，目前脂肪替代物因氧化稳定性和质构稳定性不佳，在食品工业领域的应用受到很大的限制。质构和氧化稳定性是衡量脂肪替代物稳定性的重要标准，二者有紧密的联系。然而，目前对脂肪替代物稳定性的研究还不够深入，对其氧化稳定性与质构稳定性间的关系研究较为欠缺。深入研究脂肪替代物稳定性，有利于其在肉制品、烘焙制品和乳制品等领域的应用。

结合近年来脂肪替代物的发展，推断相关领域未来的研究方向可能包括以下的方面：

1）新型脂肪替代物体系的创建 现有脂肪替代物体系大多基于凝胶或乳液等连续或分散体系，它们的氧化和质构稳定性各有短长，导致应用范围受限，这有待于食品物理化学等领域基础研究的创新。

2）新型辅助成分的筛选和应用 天然抗氧化成分和新型食品级乳化剂和胶凝剂的开发和应用研究是食品领域的研究重点，然而应用于脂肪替代物的特定辅助成分的研究还不够深入。

3）大分子原料精准改性技术的应用 现有物理、化学和酶法改性等技术改变食品中大分子功能特性的研究虽然较多，但是仍然缺乏针对具体脂肪替代物类型的精准大分子改性方法。

4）大分子互作机制研究 现有研究多聚焦于蛋白质和多糖之间的互作机制对于脂肪模拟物品质的影响，而蛋白质或多糖与油脂之间的互作机制的影响研究尚且较少。

5）氧化稳定性和质构稳定性的协同效应研究：两种稳定性的协同机制涉及物理化学、食品化学和食品物性学等多学科领域，解明两种稳定性的协同效应需要多学科之间的深度交叉和融合研究。