脂肪替代物對人造奶油物性品質的影響

徐群英，趙錦妝

（1.武漢輕工大學食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023；2.通標標準技術服務有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510700）

人造奶油的發展已經有較長的歷史，由于其價格優廉、產量大，作為天然奶油的替代品在食品工業中得到了廣泛的應用，例如蛋糕、餅干、面包等。但近年來，隨著健康意識的提高，人們逐漸了解到人造奶油在其膽固醇及高飽和脂肪上的問題。過高的脂肪攝入會造成許多人為健康病癥[1]，例如高血壓、高血脂、動脈血管堵塞、青少年肥胖等。因此，如何取代食品中的高熱量油脂已經成為了熱門的研究方向。National Starch & Chemical Corp公司生產的木薯淀粉麥芽糊精[2]，可用來生產無脂肪冷凍食品和低脂食品，應用在人造奶油、布丁等食品中。

降低脂肪雖然會起到降低熱量的作用，但是單純從產品中去除脂肪會對產品的物理外觀、質地特性、風味特征甚至貯存穩定性產生不利的影響[3]，這樣難以滿足消費者的需求，因此，制備出低脂且不影響口感的產品是近年來的研究熱點。有學者發現用麥芽糊精、葡聚糖等作為脂肪替代物應用在奶油中，可以起到降低脂肪的作用，還能改善奶油的口感[4]。

脂肪替代物一般分為脂肪基脂肪替代物、蛋白質基脂肪替代物和碳水化合物基脂肪替代物[5]。應用在人造奶油中的脂肪替代物一般是蛋白質基脂肪替代物及碳水化合物基脂肪替代物，但蛋白質基脂肪替代物作為脂肪替代物應用在食品中時，對工藝的要求較高。相對于以蛋白質為基質的脂肪替代物而言，果膠由于其本身具有黏稠性，能較好地模擬脂肪的口感，且持水性、持水穩定性等均較好[6]，近年來被用作脂肪替代物的應用逐漸增多。Min等[7]將果膠應用在餅干配方中替代30%的起酥油。

果膠是一種結構非常復雜的酸性雜多糖[8]，具有良好的膠凝性和乳化穩定作用[9]，近年來在食品工業中得到了廣泛應用。果膠可以作為膠凝劑，應用在果凍、果醬、軟糖[10]等生產中；作為穩定劑[11]，應用在飲料生產中。果膠作為脂肪替代物還被應用在低脂肪法蘭克福香腸[12]及低脂冰淇淋[13]中；甚至在醫藥方面，也有人發現果膠的攝入可使血漿中的膽固醇吸收下降[14]。而羧甲基纖維素（carboxymethyl cellulose，CMC）的加入能提高凝膠體系的黏性與彈性，同時還能提高凝膠形成速度，從而顯著提高復配體系的穩定性[15-17]。因此本實驗以果膠和CMC復配的脂肪替代物應用在人造奶油中，以期得到最佳替代比，使之在降低脂肪的同時也能增加產品的風味。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高酯橘皮果膠 美國丹尼斯克公司；CMC 美國Sigma公司；蔗糖、檸檬酸 國藥集團化學試劑有限公司；花旗雪白油 益海嘉里食品有限公司。

1.2 儀器與設備

TAXT. plus物性測試儀 英國Stable Micro Systems公司；Kinexus pro+多功能流變儀 英國馬爾文儀器有限公司；LGJ-10D冷凍干燥機 北京四環科學儀器廠；S-3000N掃描電鏡 日本日立公司；Q10型差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀 美國TA公司；7000型X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）儀日本島津制作所；70N臺式振蕩培養箱 上海知楚儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 人造奶油樣品的制備

通過前期預實驗制備出了以果膠為基質的脂肪替代物，并以質量分數0%、5%、10%、15%、20%、25%添加到人造奶油中，替代對應體積的人造奶油，相應編號為A1、A2、A3、A4、A5、A6。樣品混合均勻后置于燒杯中并用保鮮膜覆蓋，放置在常溫下待測。

1.3.2 質構特性測定

將人造奶油樣品趁熱轉移至鋁盒（65 mm×35 mm）中，樣品深度約15 mm，然后將樣品置于25 ℃恒溫培養箱中熟化5 d后進行硬度測試。硬度測試條件為P5探頭，下壓模式，測前速率2 mm/s，測中速率1 mm/s，測后速率2 mm/s，觸發力2 g，下壓深度8 mm[18]。

1.3.3 滯后環測定

觸變環的測定：采用兩步Steady State Flow程序使剪切速率先從0 s-1上升到100 s-1，在100 s-1保持120 s后，立即以同樣的變化速率從100 s-1下降到0 s-1，記錄整個過程的剪切應力、黏度隨剪切速率的變化情況[19]。

1.3.4 DSC測定

采用DSC儀對樣品進行差示掃描熱分析，以空的坩鍋作為對照，稱取一定量打發好的人造奶油置于DSC坩鍋中，加蓋密封，溫度從10 ℃加熱到60 ℃，升溫速率為5 ℃/min，然后通過軟件計算吸熱峰的起點、終點、放熱最大峰值以及焓值[20]。

1.3.5 XRD測定

通過XRD對樣品進行晶型和結晶度分析。取適量的樣品平鋪在檢測片上，測試條件：Cu-Kα放射源（波長λ=1.540 56 ?），工作電壓45 kV，工作電流40 mA，發射狹縫1/8°，防反射狹縫1/2°，2θ角掃描范圍1°～50°，掃描步長0.026°。通過布拉格公式2dsinθ=nλ計算晶距d值，其中θ為衍射半角，λ為入射波長，n取1[21]。

1.3.6 掃描電鏡測定

將制得的樣品冷凍干燥48 h，待完全干燥后，浸入-196 ℃的液氮中冷凍2～3 min，取出樣品后放入干燥箱保存，通過掃描電鏡，用離子濺射法，使樣品的表面鑲一層均勻的金箔顆粒形貌，然后通過雙面膠貼在銅制的樣品上[22]。測定電壓15 kV。

2 結果與分析

2.1 樣品的質構特性測定結果

由表1可看出，隨著替代比例的提高，人造奶油的硬度、稠度及黏性都隨之降低。而硬度太低的奶油不適合食品加工，因此需要選擇替代比例較低的奶油用于加工，在不影響質地口感的前提下，起到降低脂肪的作用。

表 1 不同工藝條件對樣品質構的影響Table 1 Effect of fat substitute on texture of margarine

人造奶油的硬度、稠度及黏性指標可用于模擬口腔對食品的感受，人造奶油的硬度是影響其口感的最重要的因素之一[23]，與其涂抹型、口感等息息相關，太軟則容易倒塌不易成型，而過硬則可塑性低，因此需要尋找一個合適的替代比例。具體的替代比例只通過質構測定不能很好的確定，需要進行其他實驗，總結確定最佳的替代比例。

2.2 樣品的滯后環測定結果

觸變性是用來描述物料經過剪切從凝膠狀態變為溶膠狀態，而靜置一段時間后，又重新稠化的一種現象。在流動曲線中，常見兩條曲線，一個為上行曲線，另一個為下行曲線，兩者環繞所形成的面積就是一個觸變性的度量，叫做滯后環面積[24]。

用不同脂肪替代物替代奶油對人造奶油觸變性的影響見圖1，其滯后環面積見表2。其中0 s-1上升到100 s-1的曲線，對應圖中上行曲線，100 s-1下降到0 s-1的曲線，對應著圖中的下行曲線。由圖1可得，隨著剪切速率的提高，曲線呈快速上升的趨勢，而由表2可以看出，隨著替代比例的增加，滯后環面積也隨之增大。

圖 1 不同工藝參數對樣品觸變性的影響Fig. 1 Effect of fat substitute on thixotropy of margarine

表 2 不同工藝參數的滯后環面積Table 2 Effect of fat substitute on hysteresis loop area of margarine

奶油的穩定性與軟硬程度均與其滯后環面積呈顯著性關系[25]。滯后環的面積越大，說明外力作用下的體系在撤去外力之后，樣品恢復到初始狀態所需要的時間也越長，即穩定性越差[26]。滯后環的面積越小則反映其具有良好的塑性特點，更有利于在食品加工中的應用。同時，滯后環如果沒有也影響其口感，導致口感變差[27]。Laca等[28]研究表明滯后環小的食品可以防止沉淀等現象的發生。結果顯示，替代比例從5%增加到15%時，滯后環面積增加量較少。而當替代比例增大到20%時，滯后環的面積顯著增大，說明此時人造奶油的穩定性較差。因此，本實驗認為人造奶油中脂肪替代比例在小于15%時，穩定性較好。

2.3 樣品的熱分析

圖 2 不同工藝參數的DSC曲線Fig. 2 Differential scanning calorimetry curves of margarine with different levels of added fat substitute

由圖2可知，隨著溫度的升高，人造奶油中復雜的成分相繼融化，形成對應的融化吸熱峰。其中融化溫度范圍大致在20～50 ℃之間，每個樣品都是在25 ℃左右出現一個峰，在45 ℃時出現一個峰。Minato等[29]研究發現，POP-POO的甘油三酯混合體系無法形成分子復合物，會發生甘油三酯聚集，造成DSC融化曲線中形成POP和POO 2 個融化特征峰。

表 3 不同工藝參數下人造奶油的峰溫及結晶熱Table 3 Effect of fat substitute on peak temperature and heat of crystallization of margarine

由于脂肪替代比例不同，體系出峰位置也有所偏離。由表3可知，A1樣品為不添加脂肪替代物的人造奶油，其第1個融化特征峰為31.49 ℃，而隨著脂肪替代比例逐漸加大，融化特征峰向低溫移動的趨勢越明顯。脂肪替代比例為25%的A6樣品，第1個融化特征峰已經左移至21.69 ℃，這個溫度表明夏天室溫就會導致融化現象發生，不利于生產應用，圖2a、b、c在第1個融化特征峰時差別不大，且峰形平緩，說明融化過程平緩，香味散發持久；融化的溫度范圍大，說明其融化性質較好。

而對于第2個峰，脂肪替代比例對其融化特征峰沒有明顯的改變。而在A3與A4樣品相比，第1個融化特征峰有了較大的降低。因此，考慮到實際生產應用與健康，將脂肪替代比例定為10%，即A3樣品為較優替代比例。

2.4 樣品的晶型分析

XRD分析廣泛應用于研究甘油三酯的同質多晶，主要包括α型、β’型、β型晶型。α型結晶在22°附近有一個強峰，α型最不穩定，熔點較低；β’晶型在21°和24°附近出現兩個強峰，其晶型穩定性介于α和β晶型之間；β晶型在19°附近有一個非常強的峰，β晶型結構最為穩定，熔點也是3 種晶體類型中最高的[30-32]。由圖3可看出，替代比例為5%及10%的人造奶油在結構上與原料的人造奶油類似，而隨著替代比例的提高，對奶油結構存在一定影響。其中0%、5%及10%替代比例的人造奶油樣品的短間距主要在4.4、4.2、3.8 ?，表明樣品中主要包含的是β’型和β型2 種晶型；而隨著脂肪替代物替代量的提高，短間距主要集中在4.6、4.3、4.2、3.8 ?左右，其中4.6?附近的吸收峰代表的是β型晶型，吸收峰增強表示替代比例增大后，樣品以β晶型為主。而β晶型形狀粗大，且容易聚集增大，引起“起砂”這一品質劣變，對產品的功能特性不利。對于人造奶油來說，理想的形態是β’型晶型，因為β’型晶體較小，可形成穩定的網狀結晶結構包裹油脂，從而使產品擁有細膩柔滑的口感與外觀，也可以避免“起砂”等劣化現象[33]。

圖 3 不同工藝參數下樣品的XRD圖譜Fig. 3 XRD patterns of margarine with different levels of added fat substitute

綜合考慮，脂肪替代物率為10%時，XRD分析的晶型結果與未添加脂肪替代物的人造奶油晶型類似，可以保證替代后的人造奶油的綜合品質。

2.5 樣品微觀網絡結構分析

圖 4 不同工藝參數的樣品掃描電鏡圖（×500）Fig. 4 Scanning electron micrographs of margarine with different levels of added fat substitute (× 500)

由圖4可得，不同脂肪替代比例的人造奶油樣品中，替代比例越少的樣品內部結構更加緊密，而從掃描電鏡圖中沒有看到明顯的脂肪替代物即果膠凝膠結構，可能是與觀察背景相結合，沒有明顯表現出來。替代比例為25%的人造奶油樣品中，有一結構比較大的凸起輪廓，可能是產生聚集的脂肪替代物顆粒或聚集增大的β晶型。產品的微觀結構會影響產品的口感與質地，其中結構越致密，口感越“硬”，這與之前的實驗結構相符，產品結構疏松，質地較軟的話不利于食品加工，綜合前面的實驗結果，脂肪替代比例選擇10%。

3 結 論

以市售人造奶油為原料，添加不同比例以果膠為基質的脂肪替代物，通過物性分析儀、流變儀、DSC儀、掃描電鏡等分析發現，隨著脂肪替代物替代量的提高，樣品的硬度、稠度與黏性都隨之降低，滯后環面積隨之增大，樣品的晶型從β’型向β型轉換的趨勢則越明顯，結構逐漸變得松散，綜合實驗結果表明脂肪替代物的最佳替代比例為10%。