油脂凝膠在食品中的應用研究進展

屈巖峰，李星，魯梓浡，呂浪浪，趙晟鋅

1. 哈爾濱學院（哈爾濱 150086）；2. 黑龍江東方學院食品與環境工程學部（哈爾濱 150066）；3. 哈爾濱工業大學環境學院（哈爾濱 150006）

近年來，大眾對于食品的安全性和營養價值的追求逐步提高。脂類是人們日常生活所必須的營養物質之一，其中固體脂肪能夠增加食品的色澤、風味，并具有較好的可塑性，所以被廣泛使用。而目前大部分固態脂肪都是由植物油加氫催化而成，氫化得不徹底就會產生對人體有害的反式脂肪酸（TFAs），過多的攝入TFAs會增加人體患心腦血管疾病的風險，同時也有引起肥胖、癌癥以及糖尿病等慢性病的風險，并且還會干擾胎兒中樞神經系統的發育[1-2]。

因此，近年來消費者對減少食物中的TFAs有著迫切的需求，油脂凝膠應運而生，油脂凝膠是在液態植物油中添加凝膠劑所形成的一類固態脂肪，這種凝膠含微量或不含有TFAs，可用來替代傳統的固體脂肪添加到食品中，由于其獨特的優勢，提高了人們對油脂凝膠的研究熱情[3]。油脂凝膠是一種有機凝膠，可定義為低濃度（＜10%）的固體脂質物質，是一個熱可逆的三維網絡結構包圍液態油脂的一個體系[4]。其可用于替代人造奶油添加到食物中，用以降低其中的TFAs含量，從而降低人們患相關疾病的風險。

油脂凝膠是將凝膠劑加入到液態油脂中從而形成的具有三維網狀結構的脂質固形物，這種凝膠含有極少或不含有TFAs、根據凝膠劑的不同，其可分為低分子有機凝膠、聚合物凝膠和無機化合物凝膠。鑒于油脂凝膠的特殊結構及特性，其既具有固體脂肪的可塑性等特點，又不含有TFAs，所以可用于替代傳統固體脂肪在食品中進行應用。通過分析國內外相關報道，對油脂凝膠在不同食品中的應用研究進行闡述。

1 油脂凝膠概述

1.1 油脂凝膠中的凝膠劑

凝膠劑是指藥物與能形成凝膠的輔料制成溶液、混懸、乳狀液型的稠厚液體或半固體制劑，這類物質是合成油脂凝膠的主要添加物，并可被廣泛應用于食品和藥品中。凝膠劑的種類繁多，根據相對分子質量大小，分為高分子凝膠劑和小分子凝膠劑；其中只有乙基纖維素（EC）可以用來合成聚合物油脂凝膠，Laredo等[5]發現EC可用于油脂凝膠化，并且可以使凝膠具有長時間的物理穩定性；而脂肪酸類、脂肪醇類、蟲膠（多羥基直鏈醇和脂）、蠟、蠟酯、甘油酰一脂肪酸酯（MAG）等凝膠劑，甘油酰二脂肪酸酰酯（DAG）、失水山梨醇、植物甾醇、谷甾醇/谷維素（Sit/Ory）、卵磷脂/山梨醇單硬脂酸酯（SMS/Lec）、卵磷脂/山梨醇三硬脂酸酯（STS/Lec）等凝膠劑，則可以用來形成超分子油脂凝膠[6-7]。

1.2 油脂凝膠的分類及研究進展

油脂凝膠是以液態植物油為原料，添加凝膠劑后形成的一類固態的具有可塑性的可添加到食品中的一種脂類混合物。大多數凝膠都是通過機械纏繞形成的三維網狀結構，那么根據凝膠劑的分子結構不同，油脂凝膠可分五類[8]：第一類是油脂和結晶顆粒與油脂形成的油脂凝膠，如MAG、DAG、脂肪酸類、蠟酯/山梨醇單硬脂酸酯（Wax/SMS）、神經酰胺、STS/Lec，可與油脂形成此類油脂凝膠；第二類是油脂和結晶纖維形成的油脂凝膠，如谷甾醇/谷維素混合物，可與油脂形成此類油脂凝膠。12-羥基硬脂酸和反式蓖麻酸也可與油脂形成此類油脂凝膠，但是此類凝膠為不可食用性凝膠；第三類是油脂和聚合物鏈形成的油脂凝膠，此類凝膠包括利用共價鍵形成的化學凝膠和非共價鍵形成的物理凝膠，但是目前為止相關的研究還相對較少；第四類是油脂和顆粒填充網絡形成的油脂凝膠，如花生醬中的花生油就是通過50%的固態非脂肪顆粒進行結構化的；第五類是油脂和液晶形成的油脂凝膠。

近年來，國外對油脂凝膠的研究越來越深入，從最初用單個凝膠因子（脂肪酸、脂肪醇、植物蠟等）直接添加到植物液態油中，在高溫下制備油脂凝膠，到發現混合凝膠因子（Sit/Ory、SMS/Lec、STS/Lec）在制備油脂凝膠是具有協同增效的作用，再到近期利用混合凝膠因子，再添加親水性蛋白質以及多糖，構建性質更加完美的油脂凝膠。凝膠因子的種類多、可再生，且許多是可直接用于食品中的添加劑，發展前景非常廣闊。近年來我國學者對其研究熱度也在不斷提升，其中江南大學、河南工業大學以及華南理工大學等高校科研團隊在此領域均有較多研究。

2 油脂凝膠在食品中的應用

2.1 油脂凝膠用于替代人造奶油

人造奶油是一種具有可塑性的油脂制品，是包水的乳狀液體，發明并生產于1869年。早期在食品中使用動物脂肪為原料進行生產，但因為存在成本較高、保質期短、可塑性差等缺點，所以逐漸被改性的植物油脂所取代。用于生產人造奶油的植物油主要包括大豆油、玉米油、棕櫚油以及菜籽油等，這些植物油經常需要與氫化油脂和棕櫚硬脂等固體油脂調配使用[9]。人造奶油具有可塑性且風味獨特、口感細膩，加入到食品中可使食物松軟可口，因此常被應用于一些焙烤食品和乳制品中，深受廣大消費者的喜愛。但人造奶油中的TFAs的含量較高，所以促進了其替代品的研發。Stortz等[10]將復合凝膠劑（2%單硬脂酸山梨醇酯與6%乙基纖維素）和植物油在高溫條件下混勻，料液冷卻后再與氫化棕櫚油混合，得到新型產品。Hwang等[11]研制出了植物蠟型的油脂凝膠，與人造奶油相比，油脂凝膠的熔點顯著提高，同時極大降低了產品中TFAs的含量。

2.2 油脂凝膠在冰淇淋中的應用

冰淇淋是采用新鮮牛奶或脫脂奶粉為主要原料，另外添加奶油、白砂糖及一些復配原料，制成的口感細膩、質感好、奶油感強的一類冰飲[12]。冰淇淋最早出現在1942年以前的英國及其他一些歐洲國家，1960年在美國普及。冰淇淋因其醇厚的牛奶味以及獨特的冰涼的口感而深受人們的喜愛，目前大多數冰淇淋中都添加一些固體脂肪，用以增加其質感。劉日斌等[13]在冰淇淋的研制過程中，用葵花籽油脂凝膠替換了固體脂肪，這種冰淇淋不論是在口感上、質感上還是在膨脹率及融化率等物理特性上，均保證了產品的品質，同時避免了由于固體脂肪的添加引起的TFAs對人體的危害。Zulim等[14]對油脂凝膠替代固體脂肪加入冰淇淋中進行了研究，結果發現，90%高油酸向日葵油和10%的米糠蠟形成的油脂凝膠，使冰淇淋具有高的膨脹率，產生較多較大的氣泡。

2.3 油脂凝膠在烘焙食品中的應用

烘焙食品是以面粉為主要原料，添加酵母、食鹽、砂糖、油脂、乳品、雞蛋等輔料，經過一系列復雜的工藝手段烘焙而成的一類方便食用的面點制品。這類食品既能夠滿足人們對食物的需要，讓人有飽腹感，又具有豐富的營養，且種類繁多，可以作為飯前或飯后的茶點，也可以作為主食。Jang等[15]以油菜籽油為原料、蠟為凝膠因子制備出油脂凝膠，用來替代起酥油制作曲奇餅干，由此制作的曲奇餅干中不飽和脂肪酸含量達到90%以上。Mert等[16]以葵花籽油為原料，同樣以蠟基為凝膠因子制備油脂凝膠，用以制作餅干，但是發現與傳統固體脂肪相比，用油脂凝膠制作的餅干質地稍硬。

2.4 油脂凝膠在法蘭克福香腸中的應用

法蘭福克香腸是乳化型香腸，起源于德國，主要是由豬肉制成，也可添加牛肉，俗稱“熱狗”。此類香腸具有很好的彈性、韌性且含有輕微的煙熏味以及飽滿的腸體，因其獨特的風味及良好的口感而深受大眾喜愛[17]。Zetzl等[18]用乙基纖維素分別與大豆油、菜籽油及亞麻籽油制成油脂凝膠用以替換動物脂肪，添加到法蘭克福香腸中。結果發現，當乙基纖維素含量低于12%時不易形成凝膠，而用亞麻籽油制成的凝膠生產的法蘭克福香腸硬度是其他兩種凝膠的3倍。Wolfer等[19]以米糠蠟和大豆油制備的油脂凝膠替代法蘭克福香腸中的豬肉脂肪。用油凝膠制作出的香腸與用動物脂肪制作出的香腸相比，品質上并無明顯差異。

2.5 油脂凝膠在其他食品中的應用

油脂凝膠可以用在糖果的制作中，在糖果產品中經常會因為不適宜的貯藏溫度而生脂肪遷移，從而影響糖果的品質，油脂凝膠比其他同類型的脂類產品具有更好的穩定性，可以用來降低脂肪遷移。另外，油脂凝膠在涂抹醬中也有應用，在芝麻醬和花生醬的存放過程中最容易析出油脂，而添加過量的穩定劑容易影響產品的口味，所以用油脂凝膠替代生產中所需的部分人造奶油可以在增加穩定性的同時降低產品中TFAs的含量。油脂凝膠還可以應用于餡料的生產，將油脂凝膠和棕櫚仁油混合后，用作巧克力夾心中的夾心油，這種夾心油不僅具有高含量的不飽和脂肪酸、低油脂遷移率，并且還具有較高的穩定性。油脂凝膠在其他食品中的應用也有報道[20-21]。

3 油脂凝膠在食品中應用的局限性及展望

雖然油脂凝膠可在某種程度上用于替代固體脂肪，但是將油脂凝膠添加到食品和藥品中，卻有一些缺陷，從而限制了油脂凝膠的使用。卵磷脂/山梨醇單硬脂酸酯（SMS/Lec）和卵磷脂/山梨醇三硬脂酸酯（STS/Lec）只有在一定高的濃度下，或者存在一點水時才能形成凝膠；大部分蠟也不允許添加到食品中；另外，用植物甾醇形成的凝膠的纖維網絡和膠狀脂肪甘三酯的網絡結構存在很大差異，即使是最有發展前景的谷甾醇-谷維素混合物，在應用到食品加工時，凝膠體系想要達到期望的形態及特性卻很困難[22]。目前來說，油脂凝膠商業化面臨的最大的難題，就是找到理想的可食用的凝膠劑，并能生產出符合標準、擁有較好的熔化特性及流變性的油脂凝膠。

從理論上講，油脂凝膠是在液態植物油中添加凝膠因子形成的固態脂肪，產品中具有高含量的不飽和脂肪酸，且含有極少或不含有TFAs。但是要將油脂凝膠應用于食品的工業生產，仍需要市場推廣以及深入研究。首先，需要找到符合食品級要求的凝膠因子，制備出理想的油脂凝膠，并對油脂凝膠的性能和安全性與傳統的脂肪進行進一步的對比分析，為實際應用做準備。其次，雖然油脂凝膠相較于傳統脂肪具有許多的優點，但是要用油脂凝膠完全成為傳統脂肪的替代物，還要進一步考慮油脂凝膠與傳統脂肪的相融問題。最后，從現有的研究成果來看，利用混合凝膠因子所制備的油脂凝膠更具有實用價值，所以尋找和研發更廉價、適宜的凝膠因子進行商業化生產將是未來研究的熱點之一。

4 結語

雖然油脂凝膠在食品中的應用尚存在一定的局限性，但油脂凝膠在冰淇淋、焙烤食品、法蘭克福香腸等產品中均有應用，且復合凝膠劑制備的油脂凝膠比用單個凝膠劑制備的油脂凝膠更具有穩定性，在食品的實際生產中更加具有優勢。利用油脂凝膠替代傳統脂肪所生產出的食品，不論是在口感、色澤、物理性質還是品質上均未產生不良影響，且具有較好的穩定性，同時利用油脂凝膠生產的產品中不含TFAs或含量極低，其在食品中有著廣泛的應用前景。