脂肪替代品在烘焙行業中的研究進展

姚舒婷，智慧,3，沈欣怡，劉東紅,2，葉興乾,2*

1(浙江大學 生物系統工程與食品科學學院，浙江 杭州，310058)2(馥莉食品研究院，浙江 杭州，310058)3(哈爾濱商業大學，黑龍江 哈爾濱，150128)

近幾年，烘焙食品深受人們歡迎，不僅美味，還可為我們提供膳食纖維和其他營養物質，烘焙行業快速發展。但據世界衛生組織統計，2014年全世界有約39%的人口超重，約13%的人口肥胖，且肥胖率逐年上升，健康問題日益突出，低脂的健康飲食成為潮流。然而，大多數傳統烘焙食品具有高油、高糖、高卡路里、易肥胖等特點，并不屬于健康飲食，無法滿足人們對健康的需求，是現如今烘焙行業面臨的主要問題之一。故低脂的健康烘焙將成為烘焙行業發展的大趨勢之一，但烘焙食品中的脂肪在食品的質地和口感方面具有一定作用，若簡單地去除會對食物的品質造成嚴重影響，從而降低消費者對食物的可接受度。因此，脂肪替代品的開發與研究刻不容緩，目前已有部分學者對脂肪替代品進行了大量研究，本文將從脂肪在烘焙產品中的作用、脂肪替代品的分類及其應用這幾方面進行分析總結。

1 脂肪在烘焙產品中的作用

脂肪是由甘油和脂肪酸組成的三酰甘油酯，在面包、蛋糕和餅干等固態烘焙食品中通常存在于與固體基質分離的不規則分散相或連續相中。其中，起酥油是一系列由氫化植物油或動物脂肪制成的半固體脂肪，在烘焙產品制作過程中，起酥油與其他材料混合，液體部分與蛋白質和淀粉表面的水競爭，而固體脂肪晶體埋于蛋白質網絡中，分布在空氣-油或油-水界面[1]。烘烤后，液體和固體脂肪形成了連續或分散的油相，組成了食品的結構[2]。

在烘焙產品中，脂肪通過阻礙蛋白質和淀粉形成連續固體網絡，從而賦予食物柔軟的質地，當食物中的脂肪減少時，脂肪-脂肪、脂肪-蛋白質和脂肪-多糖之間的相互作用減少，改變食品的質構，固體網絡的彈性和脆性變大，產品將具有高硬度和彈性[3]。厚度、光滑度、油性和乳脂狀等感官特性以及食物的顏色、持水力、微觀結構特征和粒徑等均與食物中的脂肪密切相關[4]。

除此之外，食品中的脂肪可保存一定的親脂性特征風味和香氣，影響水相中味道化合物濃度的變化以及食物的苦味、澀味、酸味和咸味[5]。同時脂肪也會影響食物中的生化過程，比如對于需要發酵或后熟的食物(例如面包)，去除脂肪會導致特征性脂肪來源的香氣消失以及一些不良味道和氣味的產生[6]。

2 脂肪替代品的分類及應用

為了降低由脂肪減少所引起的食物感官特性的變化，許多學者用脂肪替代品來替代部分食物中的脂肪。脂肪替代品根據其化學組成和功能一般可分為兩類：脂肪替代物和脂肪模擬物。脂肪替代物通常指基于脂質的脂肪替代品，一般具有與三酰甘油酯類似的結構，且用于一對一地替代脂肪；而脂肪模擬物通常指基于蛋白質或碳水化合物的脂肪替代品，具有與脂肪相當的功能，且不一定通過一對一替代脂肪[7]，而不同脂肪替代品的替代機理根據PENG等[13]闡述的碳水化合物基替代機理并稍作修改，如圖1所示。

A-全脂體系；B-無脂體系；C-脂肪體系；D-不規則脂肪模擬體系；E-規則脂肪模擬體系；F-脂肪替代體系

2.1 脂肪替代物及其應用

脂肪替代物是以脂肪酸為基礎的酯化產品，其酯鍵能抵抗脂肪酶的催化水解，消化率低，因此能量較低或為0。如圖1-A～圖1-C所示，它的最大優點是具備類似油脂的物化特性。用脂肪替代物來替代食品中的部分或全部油脂，可顯著降低食品的能量且幾乎不會對食品的感官品質造成不良影響。同時這類化合物具有熱穩定性，在高溫油炸及焙烤食品中有獨特的優越性。目前常用的脂肪替代物為蔗糖聚酯、三烷氧基丙三羧酸酯、二元酸酯、羧酸酯、聚硅氧烷、霍霍巴油和丙氧基甘油酯等,如表1所示。

表1 不同代脂肪的組成和生產公司

2.1.1 蔗糖聚酯

蔗糖聚酯(olestra)是蔗糖和食用油的酯化產物，結構類似于甘油三酯，蔗糖取代了甘油為核心，具有6～8個脂肪酸側鏈，可為食品提供脂肪風味和質構。由于olestra分子很大，幾乎不能被人體完全吸收，也不能被消化酶分解，故不產生能量。同時olestra具有熱穩定性，可替代焙烤產品和油炸食品等各類食物中的脂肪[8]。湯曉娟等[9]研究發現，蔗糖聚酯可替代休閑蛋糕中25%的油脂，對休閑蛋糕面糊流變特性和感官品質不產生影響。但休閑蛋糕的硬度和咀嚼度會隨蔗糖聚酯的增加而增加，所以脂肪替代率達到50%時，會對休閑蛋糕的質構產生很大影響。豆玉靜等[10]用蔗糖聚酯替代蛋糕中的黃油，可使蛋糕脂肪含量降低61.1%，熱量降低466 kJ/100g，且在彈韌性和感官評價上要優于普通蛋糕。大量動物和人體的研究表明，olestra可幫助人體減少膽固醇的吸收并增加其排泄，且已有約75項人體研究證實了olestra的安全性[8]。美國FDA于1996年批準了olestra在油炸小吃食品中的應用，而中國在 2010 年批準蔗糖聚酯為新資源食品。

2.1.2 Salatrim

salatrim是一類經過改性的三酰基甘油，富含如乙酸、丙酸和丁酸的短鏈脂肪酸和硬脂酸。由于短鏈脂肪酸所提供的熱量比長鏈脂肪酸少，且吸收性不好的硬脂酸比例很高，故salatrim的所提供的熱量低于傳統脂肪。根據美國法規salatrim的熱值約為21 kJ/g，根據歐盟法規，salatrim的熱值約為25 kJ/g，而傳統脂肪熱值為38 kJ/g。salatrim的物化性質與普通油脂非常相似，可在高脂食品中以任意比例替換普通油脂。PIMDIT等[11]用salatrim替代酥皮糕點中的起酥油，可使糕點的脂肪含量降低25%，在比容和脆性上2種糕點沒有顯著差異，但在亮度、外觀、香氣和風味上具有顯著差異。salatrim的安全性已經得到認可，于1994年通過美國FDA的安全審查，被批準為GRAS食品。

2.2 脂肪模擬物及其應用

由于脂肪模擬物的化學性質與脂肪完全不同，所以無法在分子水平上模擬脂肪。然而，蛋白質和碳水化合物主要通過這2種方法來模擬脂肪：一方面，如圖1-D所示，蛋白質和碳水化合物保持其原有的不規則形態，通過特有的物理化學和感官特性(例如黏度和厚度)來模擬脂肪；另一方面，如圖1-E所示，蛋白質和碳水化合物可加工成具有類似于脂肪球和乳液滴尺寸和形狀的微粒，從而模擬脂肪[12]。

2.2.1 碳水化合物基脂肪替代品

碳水化合物基脂肪替代品來源很多，包括淀粉膠體、纖維及其衍生物，但淀粉為主要來源。脂肪可通過與蛋白質相互作用從而阻礙蛋白質網絡的形成，產生柔軟的質地，而碳水化合物基脂肪替代品可通過破壞蛋白質固體網絡形成，產生脂肪般質地[13]。除此之外，大部分碳水化合物基脂肪替代物能被人體完全消化且不會產生副作用。

2.2.1.1 淀粉

淀粉在人體胃腸道中易消化，如表2所示，淀粉來源廣泛，天然淀粉平均提供4 cal/g的能量，遠低于脂肪。天然淀粉中與脂肪乳粒徑相似的淀粉可形成凝膠狀基質，潤滑且具有流動性，與脂肪性質類似，可模擬脂肪[14]。SERINYEL等[15]研究發現淀粉基脂肪替代品由于其良好的水結合性可以改善蛋糕的體積、對稱性、硬度和感官特性，是良好的低脂烘焙產品的脂肪替代品。YOUNGTACK等[16]分別用天然和改性淀粉(乙酰化和羥丙基化)來替代馬芬蛋糕和餅干中20%的黃油，發現低脂蛋糕和餅干與全脂蛋糕和餅干在體積、重量、密度、高度、顏色等物理變化以及外觀、風味、質地等感官性質方面沒有顯著性差異(P>0.05)。

通常，天然或未改性淀粉由于其在各種溫度、pH和剪切條件下的不穩定性而在食品中的應用受限。但對淀粉進行化學、物理、酶處理和基因等方法的修飾可使其獲得更理想的功能特性[17]。化學改性是生產變性淀粉的主要途徑，吳俊等[18]用親酯改性的微細化淀粉替代餅干中的油脂，制作成的低脂壓縮餅干口感細膩、成型良好、連食性強。交聯淀粉與天然淀粉相比，具有更低的溶脹度、溶解度和消化率，更高的糊穩定性和耐蒸煮剪切，對溫度和低pH值的敏感度更低，產生的卡路里更低[19]， RODRIGUEZ-SANDOVAL等[20]研究發現可用交聯木薯淀粉替代馬芬蛋糕中8%的油脂，實驗組和對照組在重量損失、比容、面包含水量、水分活度、黏性、質構和色澤方面沒有顯著差異。而用辛烯基琥珀酸鈉(octenyl succnic anhydride，OSA)來改良天然淀粉，可增強淀粉顆粒的乳化性質從而更好地模擬脂肪，BALIC等[21]用小麥和木薯OSA改性淀粉替代面包中的起酥油，發現OSA改性淀粉可改善面團的糊化特性、凝膠硬度、黏性、混合性和面團強度，且木薯OSA改性淀粉比小麥OSA改性淀粉效果好。

2.2.1.2 麥芽糖糊精

麥芽糖糊精是通過淀粉的部分酶酸水解獲得的，是具有低聚合度(degree of polymerization，DP)的α-D葡聚糖。麥芽糖糊精通常用其葡萄糖當量(dextrose equivalent，DE)值標記，DE值通常不超過20。DE值越大，水溶性和甜味強度越大。如表2所示，低DE值麥芽糊精可形成柔軟、可伸展、熱可逆的凝膠，有利于提高產品的順滑感、柔軟性、持水性、黏稠性從而替代脂肪。為了達到更好地脂肪替代效果，可以將低DE麥芽糖糊精加工成成直徑為1～3 μm的不規則形狀的微凝膠[22]，含有20%～25%(質量分數)麥芽糖糊精，且提供的能量(4.2 J/g)比干麥芽糖糊精(16.7 J/g)低得多。除此之外，不同植物來源也會對麥芽糖糊精的功能產生影響。例如，用蠟質玉米淀粉形成的麥芽糖糊精微凝膠比馬鈴薯淀粉更適合替代氫化植物油。

SERIN等[23]分別用菊粉、聚葡萄糖和麥芽糖糊精代替土耳其傳統烘焙產品中的油脂，研究發現用麥芽糖糊精和聚葡萄糖制備糕點的感官評價比菊粉的分數高，麥芽糖糊精可以替代糕點中30%的脂肪，總卡路里降低約22%，且對糕點品質不產生影響。CHYSIRICHOTE等[24]用麥芽糖糊精凝膠和菊粉凝膠用作脂肪替代品，開發低脂的中式糕點，結果表明麥芽糖糊精凝膠替代脂肪的效果沒有菊粉凝膠好。李東霞等[25]研究了低DE值麥芽糖糊精替代部分蘇式月餅皮中的豬油，結果表明，低DE值麥芽糖糊精可替代水油皮面團中30%的豬油而不會對產品感官品質造成影響，但低DE值麥芽糊精不能替代油酥皮面團中的豬油。

2.2.1.3 聚葡萄糖

聚葡萄糖是在檸檬酸作用下由葡萄糖和山梨醇合成的一種高分子糖類化合物，其平均DP(約12)低于大多數碳水化合物聚合物(例如淀粉、樹膠和纖維)。如表2所示，葡萄糖和山梨糖醇單元之間的隨機交聯使聚葡萄糖對人體消化酶具有抗性，因此聚葡萄糖的能量很低(1 J/g)[26]，且聚葡萄糖具有復雜的結構和較強的持水性，有利于保持烘焙食品的柔軟度，改善組織結構和延緩淀粉老化糊化等。除此之外，聚葡萄糖具有調節腸道、血糖血脂等作用，是一種功能性水溶膳食纖維。

聚葡萄糖能替代烘焙產品中的糖和脂肪，并通過其獨特的功能來維持低脂產品的品質。AGGARWAL等[27]研究發現聚葡萄糖能替代餅干中30%的油脂，并對餅干的感官特性不產生影響。KOCER等[28]用聚葡萄糖來替代蛋糕中的脂肪和糖，發現聚葡萄糖可替代25%的脂肪和22%的糖，從而使蛋糕卡路里降低了22%。ZOULIAS等[29]用聚葡萄糖來替代餅干中的脂肪，可替代20%的油脂，且對餅干的硬度幾乎沒有影響。同時，聚葡萄糖對人體不存在毒性，糧農組織/世界衛生組織食品添加劑聯合專家委員會沒有限制聚葡萄糖的每日攝入量。

2.2.1.4 膠體

天然膠體的來源廣泛，如植物來源(瓜爾豆和果膠等)、樹源(薔薇科分泌膠等)、細菌來源(黃原膠和葡聚糖膠等)和藻類來源(褐藻膠等)等。膠體是一組天然存在的多糖，被廣泛用作膠凝劑、增稠劑、乳化劑、涂層劑和穩定劑。膠體中存在大量羥基，具有一定的親水能力，其中許多膠體是由聚合物組成，可形成交聯網絡并將水固定在黏彈性系統中[30]。如表2所示，膠體可使油和水穩定地混合，同時可穩定食品中結合水等組分并抑制水分流失，增加產品的稠度，提供與脂肪類似的口感，因此它們被廣泛應用在低脂食品中。

HU等[31]用秋葵膠替代香蕉面包中50%、75%和100%的脂肪，發現所有的低脂面包與普通面包相比，在風味、質地、顏色和總體可接受度上沒有顯著差異。SALEHI等[32]研究發現在蛋糕中加入膠體后，蛋糕糊的黏度和蛋糕體積顯著增加了，蛋糕密度從344 kg/m3降至321 kg/m3，蛋糕質地更加柔軟了。HAJMOHAMADI等[33]認為將黃原膠(質量分數0.4%為佳)加入到海綿蛋糕中，有利于改善蛋糕質地并且可延長保質期。在50多年的廣泛應用中，基本上沒有臨床或可靠的科學證據表明食用膠會對人體的健康造成威脅。

2.2.1.5 纖維素類

纖維素是一種在自然界大量存在的可再生的生物聚合物。植物來源纖維素脂肪替代品主要通過機械研磨(例如，粉末纖維素)、化學解聚、濕機械崩解(例如，微晶纖維素/纖維素凝膠)和化學衍生(例如羧甲基纖維素鈉/纖維素膠， 甲基纖維素/改性植物膠和羥丙基甲基纖維素/碳水化合物膠)等獲得[34-35]。如表2所示，纖維素大都不能被人體消化吸收，故不能轉化為能量，能量為0～16.75 J/g。纖維素類粒子的直徑通常小于10 μm，與脂肪微粒大小差不多，纖維素粒子可通過物理鍵能的作用與水分子形成三維網狀結構的弱凝膠從而獲得類似于脂肪的特性[36]。

LAGUNA等[37]分別用菊粉和羥丙基甲基纖維素取代餅干中的脂肪，研究發現最高可替代餅干中15%的脂肪，并且羥丙基甲基纖維素模擬脂肪的效果要比菊粉好。OH等[38]將羥丙基甲基纖維素(hydroxypropyl methlcellulose，HPMC)和向日葵油加工成HPMC油凝膠，替代馬芬蛋糕中的起酥油。研究結果表明，HPMC油凝膠可以有效地替代高達50%起酥油，且不會對馬芬蛋糕的品質造成影響。SANZ等[39]用不同的纖維素醚乳液(羥丙基甲基纖維素HPMC，甲基纖維素MC和具有更大甲氧基取代的甲基纖維素MCH)來替代餅干中的起酥油，其中MCH乳液替代起酥油的效果最好，與普通餅干的品質相似，最受人歡迎。食品中的纖維素不僅能替代脂肪，降低食物的卡路里，還具有提高人體免疫力，預防癌癥、糖尿病和心血管疾病等功能[40]。

表2 不同脂肪模擬物及其功能

2.2.2 蛋白質基脂肪替代品

蛋白質基脂肪模擬物是以天然高分子蛋白質為原料，通過熱處理、酶解等方法而獲得的能夠模擬脂肪特性的脂肪替代品。其來源廣泛，比如雞蛋、牛奶、乳清、大豆、明膠和小麥面筋等。可通過熱作用剪切使蛋白質基脂肪模擬物微粒化，從而形成可變形的圓形微顆粒來模擬脂肪的質地和口感；也可通過物理化學等方法使其變性，使分子中的疏水基團暴露在分子表面，從而模擬油脂的疏水性狀。雖然大部分蛋白質基脂肪模擬物是非熱穩定性的不能用于油炸，但部分蛋白質基脂肪模擬物可替代超高溫食物的脂肪。

NutraSweet Kelco公司開發的simplesse是由乳清蛋白濃縮物經微粒化加工而來的，其干基的卡路里為4 kJ/g，使用時與水形成凝膠可減少卡路里。雖然simplesse能提供脂肪般的質感，但與其他蛋白質基模擬物一樣，會掩蓋食物原有的風味[34]。ZOULIAS等[29]用基于蛋白質和碳水化合物的5種脂肪替代品去替代曲奇中的脂肪，發現simplesse的添加能使餅干變軟，適合應用于低脂軟曲奇。用蛋白質基脂肪替代品替代烘焙產品中的脂肪還能顯著提高食品中蛋白質含量。AKESOWAN等[41]用m(小麥粉)∶m(魔芋粉)∶m(大豆分離蛋白)=89.5∶0.5∶10的混合物來加工蛋糕，并用水替代50%～70%的油，蛋糕中水分和蛋白質含量顯著提高，蛋糕的硬度和咀嚼性顯著降低。PIMDIT等[43]用不同來源的脂肪替代品替代酥皮糕點中的脂肪，研究表明，脂肪基脂肪替代物Salatrim能使酥皮糕點的外觀與普通相似但同時產生一種令人不悅的氣味，使用碳水化合物基和蛋白質基脂肪替代品能使酥皮糕點的質地更致密，其中添加麥芽糖糊精的酥皮糕點的感官評價分最高，但仍無法完全替代脂肪。

2.3 復合型脂肪替代物以及應用

目前，沒有一種單一的脂肪替代品能夠完全模擬脂肪的功能和感官特性。因此人們將不同基質來源的脂肪替代品按照一定比例混合在一起，形成復合型脂肪替代物，如圖1所示，利用脂肪替代物、碳水化合物基和蛋白質基脂肪模擬物各自的特性來協同模擬脂肪的特性。CHUGH等[43]用聚葡萄糖和瓜爾膠作為脂肪替代品優化開發低脂餅干，最終得到的最優配方為面粉100 g、糖24 g、油10.5 g、聚葡萄糖24.2 g、瓜爾膠0.3 g、碳酸氫銨2 g、水24 mL，可替代餅干中70%的油脂，且比普通餅干具有更強的氧化穩定性。MORIANO等[45]用聚葡萄糖和抗性淀粉替代餅干中的油脂，經優化得到的最終配方如下：12.38 g/100g起酥油，10.69 g/100g聚葡萄糖，33.64 g/100g小麥粉，4.81 g/100g抗性淀粉，11.54 g/100g蔗糖，1.23 g/100g發酵劑，0.08 g/100g鹽和25.63 g/100g水，餅干中起酥油含量降低了46.3%，且對品質沒有顯著影響。FORKER等[46]用單一脂肪替代物(玉米纖維、麥芽糖糊精和羽扇豆提取物)或二元組合來替代餅干中的油脂，研究發現玉米纖維和羽扇豆提取物以1∶1的比例替代餅干中30%油脂得到的低脂餅干品質最佳。復合型脂肪替代物可以是人為混合的，也可以是從天然產物中提取的混合物。NAMIR等[47]從番茄渣中提取乙醇不溶性基質TAIS來替代海綿蛋糕中的油脂，研究發現TAIS具有很強的膨脹、持水和持油能力，可替代海綿蛋糕中25%的油脂從而獲得低脂高營養價值的海綿蛋糕。

3 展望

近幾年來，隨著肥胖率的不斷升高，人們越來越重視健康飲食。烘焙產品雖深受大眾歡迎，但脂肪含量過高，不宜過多食用，開發低脂烘焙產品是未來的趨勢。但目前已有的脂肪替代物大都不能完全替代脂肪在食品中的作用，滿足產品開發需求。單一的脂肪替代品由于其功能特性有限無法模擬脂肪的所有功能和感官特性，故一方面應尋找新的脂肪替代來源，另一方面需在復合型脂肪替代品方面還進行更深入的研究。由于烘焙產品大都會經過高溫處理，故需要開發具有熱穩定性、高持水性、低熱量和營養安全的脂肪替代品。