玉米淀粉基脂肪模擬物性質的研究

◎ 武素云

（河南廣電計量檢測有限公司，河南 鄭州 450000）

裱花蛋糕與人們的生活息息相關，但裱花蛋糕所用的奶油的高熱量又讓消費者對裱花蛋糕望而卻步。因此，如何降低奶油中油脂的含量就成為科研工作者關注的熱點。脂肪模擬物的出現，既解決了上述問題，又保留了脂肪良好的風味和口感。本文以玉米淀粉為原料，采用酶法對玉米淀粉進行限制性水解，測定脂肪模擬物的性質。

1 國內外研究現狀

脂肪模擬物是指在食品中可模擬脂肪口感、黏度和組織狀態等物理特性，但不能等量代替脂肪的一類物質。脂肪模擬物是脂肪、蛋白質、碳水化合物的化學仿制品，一般根據原料來源不同分為兩類：脂肪替代品和脂肪模擬物[1]。脂肪替代品通常指脂肪基脂肪模擬物，其酯鍵不能被脂肪酶水解，所以不被人體消化。而脂肪模擬物是用熱量比脂肪低的蛋白質或碳水化合物為原料，通過酶解等方法制成類似脂肪的物質，其感官和物理性質與脂肪相似，但是提供的熱量較低，不完全等同于脂肪。以碳水化合物為主要原料制備的脂肪模擬物，在口感和外觀上都與脂肪類似，因其持水性較好，它吸水溶脹后形成的三維網狀結構，能截留大量的水，這些水流動性較好，可以形成與奶油相似的潤滑感和黏稠度。脂肪替代品的口感和風味等能否與產品中脂肪的口感、風味等相同或相近是衡量其性能優劣的重要指標。

國內對玉米淀粉基脂肪模擬物的研究很少。2006—2007年東北農業大學劉懷偉等人以玉米淀粉為原料，通過酶解的方法摸索制備脂肪模擬物的工藝條件，又通過質構儀等先進儀器對產品性質進行分析，為產品在食品中的應用奠定了基礎。

近年來，國外研究學者對以玉米淀粉為原料的脂肪模擬物也作了一定的研究。2003年荷蘭Avebe公司生產的Paselli SA-2型酶改性玉米淀粉，其葡萄糖值小于3，pH值在5.5～7.0，其濃縮水溶液在一定的條件下有類似油脂的滑膩口感，適用于多種食品。

2 研究目的和意義

脂肪作為食品主要成分之一，在給人體提供能量的同時，是脂溶性維生素、必需氨基酸的來源，對人體有重要的生理功能。攝入過量脂肪可能會引起各種疾病，如心血管疾病、肥胖癥等。因此，如何在兼顧營養與感官性狀的前提下降低食品中脂肪含量，日益引起食品科研人員的廣泛關注。

目前，脂肪替代品的價格比脂肪要高，因此，開發安全、價廉的低脂、無脂型脂肪替代品對我國的食品生產工業將有重要的意義。

現在全世界有140多個國家種植玉米，我國玉米產量是1.1億 t左右，是世界玉米第二生產大國。玉米淀粉是一種優質淀粉，具有一系列的獨特性能。玉米淀粉分子中的羥基自行締合的程度較大，剩下的其他能夠通過氫鍵與水分子相互結合的游離羥基的數目相對減少，因而玉米淀粉含水量低。玉米淀粉分子小，位阻小，易于自行締合；且玉米淀粉顆粒小，緊密，水分子不易進入內部，玉米淀粉的含水量較低。選擇較低的糊化溫度可以節約能源，有利于我國創建環境友好型社會。

3 試驗材料與方法

3.1 試驗材料與儀器

本實驗用到的材料有玉米淀粉和α-淀粉酶，儀器主要有SG-500高剪切乳化機、101-1AB電熱恒溫干燥箱、LG10-2.4A高速離心機、RE-52A旋轉蒸發器、T1XT2Ir物性儀等。

3.2 試驗方法

3.2.1 玉米淀粉基脂肪模擬物制備工藝流程

玉米淀粉→調漿（15%）→調pH至6.0～6.5→加淀粉酶→糊化→酶水解→滅酶→離心→干燥→脂肪模擬物。

3.2.2 玉米淀粉基脂肪模擬物性質的研究

3.2.2.1 水溶性測定

溶解性的測定：分別取7.0 g（m）玉米淀粉和脂肪模擬物，配成濃度為10%的溶液，搖勻后離心，離心后稱量上清液的重量m1。取10 g（m2）上清液于烘箱中烘干，記錄鋁盒中固形物的質量（m3）。

分別測定冷水(25 ℃)和熱水(70 ℃)中玉米淀粉和脂肪模擬物的溶解性。

上清液中總固形物X=（m1×m3）/m2溶解度%=（X/m）×100

3.2.2.2 持水性測定

取一定質量的玉米淀粉和脂肪模擬物，分別配制成濃度為15%和30%的溶液，混合均勻后以7 500 r/min離心15 min，稱量上清液的質量。

樣品水含量%=100×（樣品中水質量-上清液質量）/脂肪模擬物質量

3.2.2.3 凍融穩定性測定

分別稱取7.0 g玉米淀粉和脂肪模擬物加入100 mL水配制成濃度為7%的溶液，放入70 ℃恒溫水浴20 min，然后在-18 ℃冷凍24 h，取出自然解凍8 h，以3 000 r/min離心20 min。離心后觀察兩者的析水率，其與凍融穩定性成反比關系。

析水率=100×（漿液總質量-凝膠總質量）/漿液總質量

3.2.2.4 回生現象測定

分別稱取玉米淀粉和脂肪模擬物1.0 g，加入100 mL水配制成濃度為1.0%的淀粉乳溶液，于恒溫水浴鍋中加熱糊化15 min，然后取出冷卻至室溫，將糊化后的淀粉乳裝入50 mL帶塞離心管中，室溫下靜置，觀察記錄0、l、2、3、4、5、6 d后上清液的體積。上清液的體積反映了樣品的回生現象，上清液體積越大，回生現象越明顯。

3.2.2.5 凝膠性質的測定

在70 ℃條件下將玉米淀粉和脂肪模擬物分別配制成濃度為25%、30%的溶液，于4 ℃下放置一段時間，待成凝膠后，用儀器測定其凝膠硬度，同時做平行實驗。

4 試驗結果與討論

4.1 水溶性測定

冷水和熱水中玉米淀粉的水溶性均很低，冷水中水溶性為0.05%，熱水中水溶性為0.43%。脂肪模擬物的水溶性相對于玉米淀粉明顯增加，脂肪模擬物冷水和熱水中水溶性分別為6.45%、12.75%。

原淀粉溶液中玉米淀粉分子羥基之間的氫鍵作用及淀粉分子含葡萄糖殘基較多，決定了玉米淀粉分子顆粒的粒徑是自然界中較大的，即空間比表面積較小，所以吸水的面積也相應較小。而淀粉顆粒吸水溶脹后會發生沉淀，并且伴有水化熱的釋放，這個溶脹過程是不可逆的，故其水溶性較差。

在熱水中淀粉顆粒向水中擴散，形成膠體溶液，其支鏈部分構成連續有序的立體網狀結構，直鏈淀粉螺旋分子伸展成直線形分散于其中，形成固固溶液。當形成的膠體溶液冷卻后，直鏈淀粉即沉淀析出，不能再分散于熱水中，所以原淀粉在熱水中的溶解度也不高，但與在冷水中相比會稍大。

而經酶解后的脂肪模擬物，其粒徑很小，只有2～6 μm，而且結構脆弱，表面孔洞較多，因而比表面積也較原淀粉增加了許多。與水接觸時，有部分被溶解，溶解度增加。原淀粉和脂肪模擬物在熱水中都會形成三維網狀結構的凝膠，這些凝膠能截留大量的水，所以70 ℃下的水溶性比25 ℃下的水溶性增大了許多。

4.2 持水性測定

玉米原淀粉的持水能力較差，濃度為15%和30%的原淀粉持水性分別為2.918 2%、2.909 8%。濃度為15%和30%的脂肪模擬物的持水性同原淀粉一樣有減小的趨勢，但變化不大。但脂肪模擬物的持水性比原淀粉的持水性增加明顯。

脂肪模擬物持水性明顯高于原淀粉的持水性，這與其吸水溶脹后形成的三維網狀弱凝膠是分不開的。三維網狀弱凝膠能截留大量的水，而原淀粉由于分子間氫鍵作用形成的大顆粒和束狀結構，不利于與水分子結合，故持水性較差。

脂肪模擬物持水性的高低還與其濃度有密切關系，濃度降低會使溶液黏性降低，從而截留的水也會減少，所以濃度為15%的脂肪模擬物的持水性比30%略有增加，但幅度不大。淀粉持水性相對降低還有一個原因就是淀粉水解出部分還原糖，這是還原糖溶解于水中導致的。

持水性好，相應的潤滑感和黏稠度也好，在口感和外觀上也與脂肪更接近。所以，脂肪模擬物能夠很好地模擬脂肪，具有很好的涂抹性和口感。

4.3 凍融穩定性測定

脂肪模擬物的凍融穩定性較原淀粉有所上升，有以下3方面的原因：①玉米原淀粉在高溫下糊化，冷卻后形成的凝膠包裹了大量的水分，即使解凍離心這些水分也不會析出。②與直鏈淀粉的含量和易發生凝沉現象有關。原淀粉的直鏈淀粉含量較脂肪模擬物高，因此原淀粉更易發生凝沉現象，其凍融穩定性就比脂肪模擬物差一些。③制備脂肪模擬物過程中淀粉水解，直鏈部分被破壞，以致脂肪模擬物直鏈含量減少。

脂肪模擬物的凍融穩定性良好，說明其生產的產品在解凍離心后水分析出也會較少，產品仍能保持較多的水分，其模擬脂肪的特性良好。

4.4 回生現象測定

淀粉糊溶液不穩定，容易發生凝沉老化，故玉米淀粉的回生現象明顯。而脂肪模擬物的凝沉性有下降的趨勢。凝沉作用主要是由于直鏈淀粉分子間的羥基以氫鍵結合形成較大的顆粒或束狀結構，當體積增大到一定程度時，就形成了凝沉。淀粉乳受熱，淀粉顆粒吸水溶脹破裂，進而成為淀粉糊。稀淀粉糊放置一段時間后，淀粉分子之間自然締合并形成局部緊密結構，從而淀粉糊渾濁分層。直鏈淀粉的比例越大越易老化。支鏈淀粉分子不易發生，因其有支叉結構。

脂肪模擬物不易發生凝沉現象是因為其在制備時直鏈部分被破壞，直鏈含量減少，較難重新排列和締合，這有利于延長脂肪模擬物的保質期。

4.5 凝膠性質

實驗中25%和30%的淀粉形成凝膠較好，25%和30%的脂肪模擬物未形成凝膠。因為淀粉分子重新締合時就產生凝膠現象，含直鏈淀粉多的淀粉生成凝膠的過程較迅速，不同直鏈淀粉含量的淀粉，其凝膠性質不同。脂肪模擬物是玉米淀粉經酶解后的產物，其直鏈淀粉斷裂，脂肪模擬物的直鏈淀粉含量較少，所以脂肪模擬物的凝膠強度較原淀粉明顯減少。

5 結語

玉米淀粉經酶法水解改性后，所制得的脂肪模擬物具有以下基本性質：玉米原淀粉的水溶性很低，而脂肪模擬物的水溶性明顯增加；濃度為15%和30%的脂肪模擬物的持水性有減小的趨勢，但變化不大，且其持水性與原淀粉相比，增加明顯。脂肪模擬物的凍融穩定性較原淀粉有所上升；脂肪模擬物的凝沉性比原淀粉有所改善，凝沉性越弱，變得更不易老化；脂肪模擬物的凝膠強度很小，幾乎不能形成凝膠。玉米淀粉基脂肪模擬物的水溶性、持水性、凍融穩定性較好，凝膠性相對較差。