動物脂肪模擬物的研究進展

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將植物原料加以質構化，替代食品中的動物原料，是近年來食品加工領域的研究熱點，各種形式的植物肉正逐漸走出實驗室，走上人們的餐桌[1-2]。然而，與植物原料制造的模擬肉產品相比，模擬脂肪產品的研究和應用尚處于起步階段。脂類作為一大類天然有機化合物，與蛋白質和多糖并稱食品中三大營養素，典型的動物脂肪如豬油、牛油和黃油等，具備獨特的感官性狀和口感，是多種加工食品中的重要組成成分[3-4]。隨著國民生活水平的提高，脂類物質攝入過多，尤其是飽和脂肪酸和膽固醇含量較高的動物脂肪攝入過多，會增加人體總脂蛋白水平，尤其是低密度脂蛋白水平，從而增加II型糖尿病、心腦血管疾病以及癌癥等多種疾病的發病幾率[5-7]。除了對過量攝入飽和脂肪酸和膽固醇引發的健康憂慮之外，動物脂肪生產的可持續性也不斷受到質疑，此外，來自素食主義者以及特定宗教信仰人士的要求，也使得動物脂肪在食品工業中的使用變得更為繁瑣[2,8]。近年來，使用植物來源的食品原料替代動物來源的食品原料，是食品領域科研人員關注的熱點之一[1,9-10]。在使用植物來源的原料制備動物脂肪模擬物方面，國內外的研究人員主要通過產品原料之間的復配優化，或者乳液凝膠和油脂凝膠等食品膠體體系的結構優化等方法，對產品的理化特性和穩定性加以優化和提升[11-13]。本文從制備動物脂肪模擬物所采用的植物原料的類型，及其在食品加工領域的應用兩個方面展開論述，并探討動物脂肪模擬物理化穩定性的影響因素和機制。

1制備動物脂肪模擬物使用的植物原料

植物原料在自然界中來源廣泛，常用于制備動物脂肪模擬物的植物原料主要包括植物多糖、植物蛋白質和植物油脂三大類。它們一般通過規則的液滴或顆粒的形態模擬脂肪球，或者以不規則的組織化狀態形成與動物脂肪相似的質構來模擬脂肪[8,14-15]。

1.1植物多糖類

植物多糖是由重復的不同的葡萄糖或半乳糖等單糖單元構成的大分子多聚體，多聚體可以與水分子結合形成能夠截留大量水分的凝膠網絡，因此具有保水性和膠凝性，此外，多糖的添加還能夠增加產品的黏性[16]。以多糖類物質為基質的脂肪模擬物，大多通過在凝膠基質中加入水分來模擬脂肪的質構，這種結構可以在一定程度上像脂肪一樣適時地釋放水分[17-18]。植物多糖既可以單獨作為原料，也可以與其它類型的原料復合使用，來制備動物脂肪模擬物[19]。使用多糖制備的動物脂肪模擬物具有較低的能量密度，其質構性能穩定且耐熱性能良好，然而產品無法提供人體所需的必需脂肪酸，單獨添加使用時難以達到理想的口感，風味難以調控，且與動物脂肪相差較大。改性淀粉、植物膠類和植物纖維是最常見的作為動物脂肪模擬物原料的植物多糖。

1.1.1改性淀粉

淀粉的來源十分廣泛，可以從多種植物中分離獲得，其顆粒大小與脂肪乳狀液粒徑相差不大，并且可以形成凝膠狀基質截留水分，使被截留的水分具有一定的流動性，因此具有類似脂肪的口感，使用淀粉作為原料制備的動物脂肪模擬物具有涂抹性和類似于奶油的黏稠感和潤滑感[20-21]。在通常情況下，使用天然淀粉制備的脂肪模擬物溶解性和分散性均較差，不能形成良好的凝膠狀結構，而改性淀粉則具備較為優秀的生物相容性和生物降解性，并且可以根據淀粉原料來源或者改性方法的改變而產生富于變化的功能特性，因此能夠更好地適用于實際生產[22-23]。在諸多改性淀粉中，麥芽糊精作為動物脂肪模擬物的應用相對廣泛，根據植物來源以及酶解改性方法的不同，其持水性、持油性、乳化穩定性、凍融穩定性以及膠凝性也都有所不同，此外，麥芽糊精所形成的顆粒大小也會影響其所形成凝膠的強度和可塑性，這些都關系著其作為脂肪模擬物的使用效果[14,24-25]。

1.1.2植物膠類

植物膠類作為動物脂肪模擬物使用時，其性能主要取決于它們獨特的化學結構組成，其含有的大量的具有親水能力的羥基，可以使它們穩定的與食品中的水分相結合，從而具備替代動物脂肪成為食品基質組成部分的可能[15]。植物膠類作為大分子聚合物還可以通過氫鍵、離子鍵或者疏水相互作用與蛋白質相互交聯形成凝膠狀的結構化三維網絡，它們形成交聯網絡并將水分固定在具有良好黏彈性的網格結構中，從而抑制水分的流失，并賦予食品基質以親水膠體所特有的黏彈性和韌性，所形成的滑潤和豐厚的口感類似于動物脂肪[26-28]。常用于制備脂肪模擬物的植物膠類品種豐富，包括阿拉伯膠、卡拉膠、黃原膠、瓜爾豆膠、刺槐豆膠和果膠等，與改性淀粉相比，植物膠類的適用性更為廣泛，它們可以與蛋白質形成復合物，從而更適合作為動物脂肪模擬物使用[29-31]。

1.1.3植物纖維

植物中的膳食纖維來源廣泛，在水果、蔬菜和谷物麩質中均廣泛存在，膳食纖維中含有羧基、羥基和氨基等多種親水基團，水分子可以通過靜電相互作用、氫鍵或范德華力等非共價鍵與之結合，其分子結構也存在著可以容納水分子的空隙，因此可以形成穩定的親水凝膠，從而在食品體系中維持特定的組織形態[32-33]。可溶性膳食纖維常被添加在肉制品、焙烤食品和冷凍甜品中，作為動物脂肪模擬物使用。然而，膳食纖維的過度添加會影響產品的正常口感，因此其常與蛋白質或植物膠類物質復合添加使用[14]。

1.2植物蛋白類

植物蛋白來源廣泛，價格便宜，且營養豐富，有研究表明，在膳食中以植物蛋白取代動物蛋白有助于延緩人體衰老[34]。蛋白質經適度改性處理可以改變其高級結構，使分子中的疏水和親水基團重新排布，減少了可以形成疏水相互作用等非共價鍵的位點，蛋白質微粒間的相互作用減弱，而蛋白質微粒與水分子之間的相互作用增強，從而可以模擬動物脂肪順滑細膩的口感特性[35-37]。使用蛋白質制備的動物脂肪模擬物的功能特性易于通過改性或與植物膠類多糖復配進行調節，然而蛋白質同樣無法提供人體所需的脂肪酸，且其耐熱性能通常難以滿足一般食品熱加工和日常烹飪的需求，適用范圍受到很大限制。常用于制備脂肪模擬物的植物蛋白主要有大豆蛋白和豌豆蛋白等豆類作物蛋白，以及花生蛋白、小麥蛋白和玉米醇溶蛋白等其它谷物蛋白[38]。來源于豆類作物的蛋白具有相對較好的功能特性，在多數條件下，可以直接作為功能性食品配料使用，而花生蛋白和小麥蛋白等非豆類作物來源的植物蛋白由于受到諸多功能特性的限制，常需要經過改性方可使用[39-40]。對于植物蛋白而言，僅僅具有良好的功能特性，不足以作為動物脂肪模擬物的原料，植物蛋白的基團間容易通過多種非共價鍵發生相互作用而形成結構堅韌且粗糙的聚集體，因此很難賦予食物以所需的順滑口感[37]。采用加熱處理結合高速剪切等物理改性方法可以改變蛋白質的聚集方式，使其形成具有剛性空間結構的微粒，并且蛋白質分子中的疏水基團在處理后，更傾向于分布在微粒內部，親水基團則分布在微粒表面，可以形成疏水相互作用等非共價鍵的位點減少，蛋白質微粒間的相互作用減弱，而蛋白質微粒與水分子之間的相互作用增強，從而可以模擬動物脂肪順滑細膩的口感[36-37,41]。谷物醇溶蛋白由于分子組成中含有較多的疏水氨基酸，與大多數植物蛋白相比具有獨特的高疏水性，因此以其作為原料制備脂肪模擬物時可以不經過改性處理，而是直接添加一定量的植物膠類與其復配后即可形成凝膠，從而作為動物脂肪模擬物使用[38,42]。與谷物醇溶蛋白相似，大豆蛋白也可以與植物膠類復配后，作為動物脂肪模擬物使用，然而在大豆蛋白中添加植物膠類則主要基于降低產品豆腥味從而提升風味品質的考量，黃原膠和卡拉膠常與大豆蛋白復配使用[43-44]。除了感官方面的原因外，植物蛋白通常與其它植物原料結合使用時還基于單純使用植物蛋白制備的脂肪模擬物在高溫下易發生變性，無法進行煎炸等一些必要加工而應用范圍受限，其它原料的復配有助于彌補其耐熱性的不足[45]。

1.3植物油脂類

植物油脂品種繁多，來源廣泛，常用于替代或部分替代動物脂肪的品種包括大豆油、橄欖油、葵花籽油、菜籽油以及玉米油等，由于不飽和度顯著高于動物脂肪，并含有更多的必需脂肪酸且不含膽固醇，植物油脂的添加使用可以改善食品中的脂肪酸組成，更有益于人體健康[46]。植物油脂油滴的直徑遠小于動物脂肪顆粒，其油滴擁有較大的比表面積，這會影響其與食品體系中其它大分子間的相互作用，因此，如果在肉制品的加工過程中使用植物油脂直接替代動物脂肪，將導致產品的質地異常堅硬，并伴隨嚴重的“漏油”現象，這些都是由于肉制品中的網格結構過于致密導致，改變了體系的質構特性，并降低了體系的持油和持水能力[47-48]。使用蛋白質作為乳化劑，將植物油脂制備成分散體系可以模擬動物脂肪，由于油脂比表面積的增加，部分改善了添加植物油脂給質構造成的不良影響，然而由于分散體系中龐大的油水界面的存在，氧氣以及金屬離子等促氧化物質會加速油脂的氧化，作為乳化劑的蛋白質還對環境pH值較為敏感，從而易于發生絮凝和分層，因此這種動物脂肪模擬物的理化穩定性均不夠理想[49-50]。近年來，采用油脂凝膠和乳液凝膠這兩種固態結構化植物油脂替代動物脂肪的研究受到諸多研究人員的關注[51-52]。在油脂凝膠中，凝膠劑通過氫鍵、π-π堆積力、范德華力、靜電相互作用和偶極-偶極相互作用等非共價鍵形成特定的三維結構，將植物油脂包裹于其中并使其失去流動性，從而形成具有一定黏彈性和機械強度的網絡結構，所制得的油脂凝膠是一種含油量較高的軟固體物質，可以在特定的尺寸范圍內匹配脂肪球的尺寸分布從而模擬動物脂肪的質構特性[53-56]。目前，常用于油脂凝膠的凝膠劑種類相對有限，主要有米糠蠟、小燭樹蠟等植物蠟，以及β-谷甾醇和γ-谷維素等，植物蠟的分子組成十分復雜，不同來源的植物蠟呈現出不同的物理化學特性，在食品領域應用時性能差異較大，因而適應性較差，而β-谷甾醇和γ-谷維素的凝膠能力嚴重受到體系水分含量的影響，因此它們也難以適用于復雜的食品體系[57-58]。獲得使用批準的食品級凝膠劑數量較少，并且在實際應用時還會受到用量的限制，這些都導致油脂凝膠在食品中的應用存在局限[51,59]。乳液凝膠是以油脂作為分散相，將乳化的油滴填充在凝膠基質中形成的軟固體物質，其凝膠基質一般由蛋白質或多糖為原料，也可由兩者共同組成[60-61]。在以蛋白質作為基質的乳液凝膠網絡結構中，油滴與蛋白質基質之間的靜電相互作用增強了凝膠的儲能模量，從而可以確保凝膠結構的穩固性，結構的硬度和彈性可以通過調整油脂與蛋白質的比例加以調節（圖1）[19,62-63]。而在以多糖作為基質的乳液凝膠網絡結構中，油脂的羰基與水或多糖分子之間可以形成氫鍵并產生膠束，從而有較為穩固的結構[64-65]。與蛋白質或多糖單獨作為基質相比，二者混合作為基質的乳液凝膠通常擁有更好的界面活性和更加致密的網絡結構，這對于含有較多不飽和脂肪酸的植物油脂而言十分有利[52,66]。目前，如需制備具有良好理化穩定性的乳液凝膠，其基質材料仍然難以避免使用明膠蛋白、酪蛋白和乳清蛋白等動物蛋白，且產品的應用范圍也尚且局限于酸奶、沙拉醬和香腸等傳統發酵食品[52,67]。

2動物脂肪模擬物在食品中的應用現狀

在食品工業領域，動物脂肪在肉制品、乳制品以及焙烤制品等多種加工食品中都是不可或缺的主要組成成分，其在產品營養、風味和口感等諸多方面發揮重要作用，同時還可以作為脂溶性香料以及維生素等功能性配料的載體[68-69]。在上述3類食品中，使用動物脂肪模擬物替代動物脂肪主要是為了減少食品中的飽和脂肪酸和膽固醇含量，改善膳食結構并降低總能量的攝入，而對全植物來源脂肪模擬物有特別要求的食品，主要包括素食仿肉制品、無乳添加的代乳制品以及某些焙烤制品[5,8,54]。

2.1在肉制品中的應用

從降低總能量攝入的角度考量，添加多糖尤其是膳食纖維作為動物脂肪模擬物是十分適合的，例如：黑麥纖維和燕麥纖維由于較強的膠凝性，良好的感官接受程度，以及可以承受短時高溫處理的耐熱能力，適合添加到香腸和肉丸等肉制品中使用[70-71]。燕麥麩由于在被加熱時具有的較高的膠凝能力，十分適合添加于低溫香腸中，而在肉丸中，加入燕麥麩時，其脆性顯著變低，這并不是產品宜需的屬性；而黑麥麩則更適合添加到肉丸中，由于肉丸的膠凝特性不如香腸重要，且黑麥麩的顆粒性狀更適合于模擬肉丸中的脂肪組分，且在煎炸后，含黑麥麩的肉丸的緊實程度良好且顯著高于添加燕麥麩的產品[70]。乳液凝膠具有類似動物脂肪組織的形態特征，常被添加于多種肉制品中，現有研究基于產品貨架期等多方面的因素，常采用以橄欖油等單不飽和脂肪酸為主要成分的植物油脂作為原料，有時甚至還會添加氫化植物油，由于多不飽和脂肪酸含量較低，這樣制得的產品很難滿足多不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸攝入量的推薦比例（>0.4），添加氫化植物油可能引入反式脂肪酸，從而造成更為嚴重的健康風險[72-75]。將植物油脂與多糖復合使用并加以質構化，則可以避免上述問題，將橄欖油分別和奇亞籽或燕麥復合后，制得的乳液凝膠可用來代替香腸中的動物脂肪，從而改善產品的脂肪酸組成，并且由于多糖的添加，優化了營養成分，特別是在添加奇亞籽復合制得乳液凝膠的香腸中，α-亞麻酸的含量有所提升[76]。

2.2在乳制品中的應用

脂肪模擬物廣泛應用于低脂乳制品中，可減少乳脂肪的含量。在替代乳脂肪的脂肪模擬物中，以多糖為原料的情況相對較多，有研究表明，與全脂酸奶相比，添加化學改性玉米淀粉作為乳脂肪模擬物的攪拌型酸奶，其凝膠體系流動性和黏彈性更為穩定[77]。還有研究表明，在酸奶中添加菊粉可以在降低產品脂肪含量和維持質構穩定性的同時，延緩雙歧桿菌活力的衰退，從而提高產品的益生元性能[78]。在干酪中添加以豌豆淀粉為原料制得的脂肪模擬物，對所得的低脂干酪與全脂干酪進行比較，結果表明，二者的硬度、彈性和內聚性等與質地相關的指標以及感官品評的得分均沒有顯著差異，低脂干酪的蛋白質含量較之全脂干酪還有所增加[79-80]。由有機膠凝劑與植物油脂結合制得的油脂凝膠也被用于添加到干酪產品中，產品的總脂肪含量下降了25%，且由于不飽和脂肪部分替代了飽和脂肪，產品的脂肪酸結構得到優化，在質構方面除黏合性略低外，其它均與全脂產品差異不大[81]。與干酪相似，在冰淇淋中加入脂肪模擬物同樣可以改善其脂肪酸組成和功能性質。以多糖為原料的脂肪模擬物顯示了較高的黏彈性和硬度，而以蛋白質為原料的脂肪模擬物的產品與全脂冰激凌產品在質構方面相似度更高[82-83]。到目前為止，冰淇淋中以植物多糖作為單一原料的脂肪模擬物應用相對較多，如表1所示。然而，以蛋白質為原料的脂肪模擬物目前多使用乳清蛋白等動物蛋白，單獨使用植物蛋白作為動物脂肪模擬物的研究和應用都較少，常與植物蛋白復合在低脂冰激凌中使用的是植物多糖，例如：小麥蛋白與可溶性大豆多糖可以復合制備小麥蛋白基顆粒（SWP），其作為脂肪模擬物應用于冰淇淋中不僅能降低脂肪的攝入量，還不會影響冰淇淋的理化性質和感官品質[89]2.3在焙烤食品中的應用烘焙食品中通常需要添加起酥油或黃油等動物脂肪，目前在焙烤食品中應用較為廣泛的動物脂肪模擬物是以植物多糖為原料的脂肪模擬物或結構化植物油，以蛋白質為原料的脂肪模擬物由于耐熱性欠佳，在高溫處理時容易凝固硬化，喪失宜需的順滑口感，且容易發生美拉德反應，進而影響產品的外觀，因此，以蛋白質為原料的脂肪模擬物在烘培類食品中的應用相對較少[90]。在以多糖為原料的脂肪模擬物中，菊粉在烘焙食品中的應用最為廣泛，其可以添加在餅干、蛋糕和松餅產品中，以降低產品的脂肪含量[91]。特別是在餅干中，菊粉形成的微晶結構可以與水分互作聚集成凝膠網絡，這種凝膠可以替代起酥油，潤滑餅干中干燥的組分，從而很好地替代動物脂肪對餅干質構的貢獻[92]。麥芽糊精雖然不能如菊粉一樣代替餅干中的起酥油，但它可以代替傳統中式糕點中的動物脂肪，有研究表明，以低DE值的麥芽糊精部分替代蘇式月餅皮中的豬油使用時，基本不會影響其產品的感官品質[93]。以不同多糖作為復合原料制備的脂肪模擬物，可以模擬出更加多樣化的感官品質，因而在烘焙食品中的應用范圍更廣。使用抗性淀粉和聚葡萄糖共同作為原料制備的脂肪模擬物替代餅干中的起酥油，可以使餅干中起酥油含量降低46.3%，產品的脆度雖有所上升但并未影響消費者對產品的接受程度[94]。與在肉制品中的情況相似，將植物油脂與多糖復合使用并加以質構化同樣可以在焙烤食品中替代動物脂肪，從而降低飽和脂肪的含量，使用基于菊粉和橄欖油制備的乳液凝膠，在酥餅中替代黃油可以為產品提供更多的微小氣孔，與此同時，消費者對產品的接受程度并不會發生變化[95]。有研究表明，植物蠟作為凝膠劑構建的油脂凝膠應用于面團時，其密度、微觀結構以及流變學等特性與使用全脂原料的對照組有著不同程度的差異，然而其烘焙成品的質構性能和感官特性與對照組成品基本相當[96-98]。一些研究人員發現，雖然油脂凝膠可以在蛋糕中替代全部的動物脂肪，但是當其使用量超過原有動物脂肪的50%時，可能導致在生產過程中的困難[97,99]。

3結論與展望

動物脂肪由于具備特定的質構特性、風味特征以及營養價值，是不可或缺的食品配料成分之一，然而動物脂肪的過量攝入也給人們健康帶來了風險，而動物脂肪模擬物的應用則可以在很大程度上降低乃至避免上述的健康風險。長期以來，使用植物來源的食品原料替代動物來源的食品原料都是食品工業領域的研究熱點，并催生出了人造奶油、植物蛋黃醬以及植物蛋白肉等一系列產品，在緩解動物來源的食物原料短缺方面有著很大的貢獻，并帶動了食品工業領域中一系列關聯產業的發展。使用植物來源的食品原料制備動物脂肪模擬物的研究也屬于上述研究領域，并已成為肉品加工和糧油加工等多個細分領域科研人員關注的焦點，本文分類綜述了近年來植物原料制備動物脂肪模擬物的研究和應用現狀。結合近年來的發展趨勢可以推斷本領域在未來數年的研究方向將著力于以下幾個方面：1）產品耐熱性能的提升。現有動物脂肪模擬物除少數僅由植物多糖構成的產品外，其理化穩定性特別是耐熱性能均難以適應食品工業中熱加工和日常烹飪的要求，適用范圍嚴重受限，這有待于基礎研究和應用研究的結合，解決植物原料耐熱性欠佳的問題。2）全營養組成成分產品的開發。由植物蛋白和植物多糖單獨或共同參與構成的動物脂肪模擬物，無法滿足人們對脂肪酸攝入的需求，而現有植物油脂參與構成的動物脂肪模擬物產品，無法在保證氧化穩定性的同時，滿足較高多不飽和脂肪酸含量的需求，這有待于包含有植物油脂在內的新型重組脂肪體系的創建。3）植物蛋白功能特性的增強。由于乳化性、膠凝性和持油性等多種功能特性的限制，植物蛋白目前尚且無法完全替代明膠蛋白及酪蛋白等動物蛋白在動物脂肪模擬物中的使用，這有待對功能特性和改性潛力良好的植物蛋白資源的發掘和有針對性的改良研究。4）脂肪質構特性的還原。由于現有動物脂肪模擬物產品的質構特性與動物脂肪之間還存在著不同程度的差異，特別是與以植物蛋白為主要原料的人造肉復合時的質構更為復雜多變，這有賴于模擬物復合體系的結構改良和質構特性優化。5）配方產品貨架期的延長。作為加工食品的配料，構成動物脂肪模擬物的原料蛋白質、多糖和油脂的復雜混合體系的質構穩定性以及其中植物油脂的氧化穩定性都會對其產品的貨架期造成直接影響，這有待于食品工藝學等應用學科與物理化學等基礎學科領域研究的深度結合。

參考文獻：

[3]丁澤敏，劉渝港，夏會平，等．豬油和單甘酯含量對菜籽油凝膠油性質的影響研究[J]．中國油脂，2020，4