脂肪替代品在冰淇淋中的應用研究進展

陳 龍 劉愛國 紀瑞慶 陳珍珍 李曉敏（1.天津市食品生物技術重點實驗室，天津 300134；2.天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津 300134；3.北京納米纖維素技術研發中心，北京 100022；4.中國國旅貿易有限責任公司，北京 100022）

脂肪替代品的發展首先起源于國外，到19世紀末相關產品的研究已經相當透徹，1989年美國市場上開始出現無脂冰淇淋［1］。中國對于脂肪替代品的探索開始于20世紀末，直到2000年后相關產品才零星出現，而在同時期的歐美國家，脂肪替代品已經實現了大規模的工業化生產。目前，中國對于脂肪替代品的應用研究主要集中在冷食［2］、肉食［3］和烘焙制品［4］等領域。

冰淇淋作為一種休閑式的冷飲制品，以其冰涼舒適，口感滑膩，易于消化吸收等特點，深受人們的喜愛。普通冰淇淋中脂肪含量約為8%～16%［5］，相比于普通冰淇淋，低脂冰淇淋的脂肪含量僅占其50%左右［6］。利用低能量的脂肪替代品替代冰淇淋中的油脂已成為健康飲食中的研究熱點，為新型健康冷飲食品的開發提供了新途徑。

1 碳水化合物為基質的脂肪替代品

碳水化合物基質脂肪替代品主要是通過多糖凝膠分子束縛一定量的水分子產生類似油脂的流變和質構特性，無論其外觀還是本身都跟油脂具有高度的相似性，能夠使冰淇淋漿料中的蛋白質、穩定劑充分發生水合作用，提高料液的黏度以及成品的膨脹率和保形性。此類脂肪替代品是應用研究最為廣泛的一類，除來源廣泛外，還具有替代率高、耐高溫、貨架期長等優點，尤其適合在冰淇淋中應用。但碳水化合物類脂肪替代品大部分帶有異味，使其用量受到限制。

1.1 淀粉類

淀粉類（starch）脂肪替代品可以分為抗性淀粉和低DE值麥芽糊精類，對前者的研究較少，麥芽糊精類是以各種作物粉為原料，經過物理、化學等方法將淀粉大分子分裂為糊精化的小分子，小糊精的大量堆積沖撞，使其感官和質構特性與油脂非常接近，聚合度小的糊精可以和長鏈的淀粉分子形成三維網狀結構，將流動的水分子截留在網狀結構中，大于70個葡萄糖殘基的直連淀粉分子和支鏈淀粉分子相互作用形成多結點的小冰晶，目前市場上有60多種淀粉為基質的脂肪替代品。

D.B.Aime等［7］用改性豌豆淀粉作為脂肪替代品分別生產輕脂（10%）、低脂（2.5%）、無脂（0.4%）冰淇淋，結果發現豌豆變性淀粉作為脂肪替代品應用于冰淇淋中效果良好。D.Meyr等［8］研究表明，當菊粉在低脂冰淇淋中的添加量為4%時，與正常冰淇淋的感官特征最為接近。Akin等［9］研究了菊粉對于益菌冰淇淋和血糖水平的影響，隨著菊粉的增加冰淇淋漿料的黏度和抗融性都有所增加，但對于感官和質構并不產生太大的影響。K.Schmidt等［10］發現淀粉為基質的脂肪替代品mimicker（替代量為2%～5%）使低脂冰淇淋漿料黏度大大增加，流動性能提高，成品的硬度略有降低。郭艷莉等［11］研究玉米淀粉基質脂肪替代品冰淇淋，發現隨著替代量的增加，膨脹率降低，抗融性逐漸提高，流變學特性上全脂冰淇淋漿料G″＞G′，當脂肪替代量為25%，50%，75%時的冰淇淋漿料在低頻區G″＞G′，在高頻區G″＜G′，無脂冰淇淋G″＜G′，冰淇淋的黏彈性隨著脂肪替代量的增加均有所增加。張春紅等［12］將經過酸法、酶法處理過的淀粉基脂肪替代品用于生產低脂冰淇淋，在確保冰淇淋感官特征的基礎上最終選取替代比例為70%。楊玉玲等［13］發現秈米基質脂肪替代品冰淇淋的品質良好，替代率不同的冰淇淋感官性質也發生了不同程度的改變，并且利用TA－XT2i型質構儀和AR1000型流變儀進行了相關性質的研究。結果表明，隨著脂肪替代量的增加，冰淇淋的硬度逐漸下降；當質構儀測定的冰淇淋硬度為8 000g時感官品質最為理想。淀粉類脂肪替代品能被人體完全消化，不會引起腹瀉、肛漏等不良反應。但將其作為脂肪替代品應用于低脂或無脂冰淇淋的生產，需要改進傳統配方。

1.2 纖維素和半纖維素類

纖維素和半纖維素（cellulose and hemicellulose）廣泛存在于各種植物之中，它們不僅可以促進冰淇淋中各種風味的釋放而且還能提高保形性。據測定［14］，纖維素類粒子的直徑普遍小于10μm，與脂肪微粒大小相當。纖維素粒子分散后與水分子通過物理鍵能作用形成三維網狀結構的弱凝膠，再通過一系列的物理化學作用改變纖維素、半纖維素的凝膠分子即可得到類似于油脂特性的脂肪替代品。

Tainara de Moraes Crizel等［15］將橘皮纖維作為脂肪替代品應用于冰淇淋的生產。結果表明替代率為70%時冰淇淋的顏色、質地和口感不會發生顯著變化，經消費者滿意度調查74%的消費者愿意購買此種脂肪替代品冰淇淋。Alejandra Regand等［16］將不同種類的穩定劑（其中包括纖維素類脂肪替代品CMC）添加到冰淇淋中利用熒光顯微鏡技術觀察其微觀結構，研究結晶與再結晶機理。結果表明，具有凝膠特性的穩定劑比不能形成凝膠的穩定劑更能抑制冰淇淋中重冰晶現象。Christos Soukoulis等［17］通過4種膳食纖維（燕麥、小麥、蘋果、菊粉）對冰淇淋混合模型的流變和熱性能進行研究，結果發現不溶性的纖維化合物能夠增加冰淇淋混合模型的黏度并且發生剪切稀變現象，然而水合纖維素和半纖維素形成的網狀結構雖然沒有顯著改變樣品的流變學性質但能抑制冰點降低和玻璃化轉變溫度的升高。上述研究表明無論是不溶性纖維化合物還是水溶性纖維素、半纖維素都有利于冰淇淋的生產。韓浩等［18］將微晶纖維素（MCC）作為穩定劑添加到冰淇淋中，并適當降低奶油的添加量。結果表明，冰淇淋的感官和質構特性以及溫度波動試驗結果都要明顯優于對照組；當MCC的添加量小于0.4%時，冰淇淋膨脹率和風味呈上升趨勢，超過這一比例膨脹率逐漸下降；添加量大于0.5%時風味亦呈現下降趨勢。王大為等［19］采用高壓蒸煮法和擠壓法處理玉米膳食纖維得到相關的脂肪替代品，發現當其在冰淇淋中替代率為6%時效果最好。纖維素類脂肪替代品幾乎不含熱量，被FDA認定為公認安全物質（GRAS），適用于傳統高熱量的冰淇淋產品，而且通過改變纖維素的粒徑、膠粒形狀可以得到不同性狀的脂肪替代品。

1.3 葡聚糖類

葡聚糖（dextran，glucan）又稱右旋糖酐，主要由D－吡喃葡萄糖以α，1→6鍵連接，支鏈點有1→2、1→3、1→4連接的。常見的β－葡聚糖廣泛存在于各種菌類與植物中，獨特的結構使其具有類似油脂的特性。特殊的結構賦予了葡聚糖黏度高的特性，在一定條件下可以形成弱凝膠，此外乳化性也是其被廣泛應用于冰淇淋的原因之一。

Silva等［20］研究發現菊糖具有脂肪替代品的性質是基于其特有的流變學特性，使產品具有類似脂肪的滑膩口感，替代傳統冰淇淋中的奶油，適合于開發新的低脂無脂冰淇淋。H.Vaikousi等［21］將β－葡聚糖添加到冰淇淋中，并分析其流變學性質。結果表明，冰淇淋的黏度、膨脹率都有不同程度地提高，感官上并不發生大的變化。宮艷艷等［22］以啤酒廢酵母泥為原料，利用不同提取方法生產酵母葡聚糖，并將其應用于低脂冰淇淋的生產。結果表明，隨著替代量的增加冰淇淋漿料的黏度和冰淇淋硬化后的硬度增加，膨脹率和抗融性也略有提高；感官評定表明40%以內的替代量是可以接受的。何強等［23］對低脂菊糖冰淇淋的流變、質構及感官特性進行了研究。結果表明，菊糖添加量的增加提高了冰淇淋中漿料的黏度，以及硬化后產品的硬度和成品的抗融性；加入5%菊糖的低脂冰淇淋感官最接近全脂冰淇淋。董吉林等［24］研究表明，在低脂冰淇淋配方中，加入0.2%燕麥β－葡聚糖能明顯提高冰淇淋的膨脹率和料液的黏度，大大增加冰淇淋的抗融性。李曉東等［25］采用正交試驗對大豆低聚糖基質的低脂冰淇淋配方進行優化篩選。結果表明，當大豆低聚糖替代量低于4.0%時，冰淇淋的感官特性未發生改變，此時大豆低聚糖保留量達到94.7%。葡聚糖類脂肪替代品具有良好的營養保健功能，將其應用于冰淇淋中不僅能夠降低冰淇淋的熱量，而且具有一定的保健功能，是一類非常值得期待的脂肪替代品。

1.4 膠體類

膠體類（colloid）脂肪替代品多為高分子量的多糖類物質，通過極性鍵、氫鍵、離子鍵、分子間力把水分割為強烈水化的結合水、鄰近水、多層水、游離水和截留水。強烈水化的結合水只能跟隨膠體大分子運動，鄰近水、多層水的運動速度也受到影響，游離水和截留水仍然可以自由運動，使原來的料液黏度得到提高，產生類似油脂的特性［26］。

M.bahram Parvar等［27］將κ－角叉菜膠和3種穩定劑加入到冰淇淋。結果表明，隨著κ－角叉菜膠含量的改變，冰淇淋的黏度，低脂冰淇淋的感官特性也隨之發生改變。J.V.Patmore等［28］將刺槐豆膠和瓜爾豆膠作為穩定劑加入到冰淇淋中，發現具有凝膠性的多糖穩定劑和蛋白質多糖不兼容，影響冰淇淋的結晶和再結晶過程。S.Bolliger等［29］研究了在冰淇淋中穩定劑的添加與冰晶的生長之間的關系，通過改變瓜爾豆膠的添加量，研究冰晶的生長狀況，結果發現瓜爾豆膠能夠抑制冰晶的生長，除了抑制冰晶，瓜爾豆膠的添加還可以降低冰淇淋中脂肪的添加量。Maryam Bahram Parvar等［30］選取羅望子膠、CMC、瓜爾豆膠3種穩定劑的混合物，分別在0.15%和0.35%2個濃度下進行混合設計研究。結果表明，混合物中羅望子膠的比例越高冰淇淋的表觀黏度增加越明顯且融化率下降越快。黏度的增加是因為當強烈水化的凝膠性膠體大分子的濃度達到臨界濃度以上，并聚集到可以強烈相互作用的程度形成立體網狀結構時，可以物理截留一部分水，提高溶液黏度，這些膠體常常作為增稠劑、穩定劑和凝膠劑用于冰淇淋的生產，此外還能起到抑制冰晶的作用，其用量通常較少（0.1%～0.5%）。

2 蛋白質為基質的脂肪替代品

蛋白質（protein）為基質的脂肪替代品是以天然蛋白質為原料，經過物理、化學處理后所得到的柔軟細膩的似水乳體系來模擬油脂相關特性。蛋白質在經過變性條件變性后，大分子中的疏水集團暴露在分子集團表面，與水分子形成對立狀態，產生類似油脂的疏水特性，經過均質作用的蛋白質會發生水合作用，蛋白質微粒分散在水相中，形成平均直徑小于10μm的超微蛋白質顆粒，遠遠小于舌頭識別的閾值，因而能夠很好模擬脂肪潤滑、細膩的口感。蛋白質為基質的脂肪替代品對食品的持水性及乳化性有所改善，特別適用于冰淇淋等冷飲制品中。

Ayse Sibel Akalm等［31］用4%的乳清蛋白分離物（WPI）和4%的菊粉作為脂肪替代品來生產低脂冰淇淋，結果發現WPI改變了冰淇淋的流變學特性，提高了表觀黏度、稠度，此外硬度和抗融化性也顯著增加。Gustavo das Gracas Pereira等［32］將大豆提取物作為冰淇淋配料來減少脫脂乳粉的量，結果顯示冰淇淋的抗融性增強，產生了大量的小冰晶，溫度波動以及再結晶時間縮短，其替代物用量最高可達脂肪量的20%。J.M.Chauhan等［33］將乳清濃縮蛋白添加到冰淇淋中，研究其對冰淇淋風味的影響。結果表明，當WPC的添加量為10%時，低脂冰淇淋的效果較為理想。Rajes k.Bund等［34］以冰晶大小和冰淇淋抗融性為指標，將乳清蛋白粉（DLP）和親乳劑作為混合物應用到低脂冰淇淋，發現當其比例為30︰70時冰淇淋的感官特性最為理想。盧蓉蓉等［35］以乳清蛋白WPC－80為基質生產低脂冰淇淋，替代中脂冰淇淋中25%的脂肪，隨著替代量的增加，產品漿料黏度和膨脹率升高，抗融性和硬度下降，質構和流變檢測發現得到的低脂冰淇淋的品質與普通冰淇淋相似。劉婷婷等［36］研究表明，以玉米蛋白為基質來模擬冰淇淋中的油脂，既可以降低產品的熱量，減少生產冰淇淋的成本，又能提高玉米的附加值；玉米蛋白脂肪模擬物的最適添加量為8%。蛋白質為基質的脂肪替代品在冰淇淋中可部分或全部替代脂肪，其具有良好的乳化和滯水作用，使冰淇淋的質地更加均勻細膩，防止冰晶過大帶來的沙粒感。此外還能提高冰淇淋的抗融性，蛋白質為基質的脂肪替代品通常為乳及其相關制品，因此這類產品在冰淇淋中較其它脂肪替代品有更好的應用前景。

3 脂肪為基質的脂肪替代品

脂肪為基質的脂肪替代品種類繁多，大多采用化學方式制備，它們以脂肪酸為基礎經過酯化作用形成，起到降低食品熱量的作用，由于特殊的結構，使它們與天然脂肪具有相似的物理性質，同時還能為食品提供特殊的風味和質構特性，在高溫油炸和烘焙產品中具有獨特的優越性。國外對于脂肪為基質的脂肪替代品的研究較為廣泛，開發應用于冰淇淋的產品很多，諸如 Carprenin、Salatrim、MCT、Olestra、DDM、EPG＊等。

田龍等［37］將馬鈴薯淀粉中提取的天然淀粉磷酸酯作為增稠劑、穩定劑用于冰淇淋的生產。結果表明，當磷酸酯淀粉添加量為3.5%，海藻酸鈉添加量為0.05%，明膠添加量為0.1%時冰淇淋品質最佳。夏清風［38］將琥珀酸早秈米淀粉酯應用于低脂冰淇淋產品中。結果表明，添加3.2%琥珀酸早秈米淀粉酯的無脂冰淇淋效果最好，而相同量的原淀粉則達不到此效果，說明琥珀酸早秈米淀粉酯適合作為脂肪替代品應用到無脂冰淇淋。鑒于脂肪基質類脂肪替代品在人體內獨特的消化吸收方式，其可作為一種最為理想的低脂、無脂替代品應用于冰淇淋生產。但是由于化學合成過程中形成的酯鍵能抵抗人體消化酶的催化水解，因此很難被人體消化吸收，過量食用會導致滲透性腹瀉、肛漏，因此，使用時應注意控制其用量。

4 問題與展望

作為休閑食品，冰淇淋深受人們的喜愛。但高熱量的傳統冰淇淋又影響人們的身體健康，利用脂肪替代品部分或全部替代冰淇淋中的油脂是一種必然趨勢。發展前景雖好，但現實中還存在很多問題：① 產品本身問題。一些脂肪替代品異味較大，流動性差，感官特性不理想，脂肪替代率低，甚至是沒有經過毒理性試驗等；② 市場監管問題。一款合格的脂肪替代品被推向市場之前是否經過相關政府部門的安全性驗收，企業是否嚴格按照相關標準來使用，相關法制法規也有待進一步健全。脂肪替代品的發展前景很大程度上取決于上述問題的解決，可以說機會與挑戰并存，脂肪替代品在冰淇淋中的應用前景將更加廣闊。

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