脂肪替代物在干酪中應用的研究進展

崔利敏，李彤，李玲玉，閆清泉，趙中華，宗學醒

內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司（呼和浩特 011500）

近年來越來越多的研究向我們證實，高脂肪飲食更易導致肥胖癥的發生，而肥胖癥往往是引發冠狀動脈疾病、結腸癌、高血壓和糖尿病等健康問題的重要因素[1-3]。聯合國于2020年公布的《世界糧食安全和營養狀況》中顯示，過去幾年中全球各區域的肥胖率都呈逐漸上升趨勢。目前全球約有5.4%的5歲以下兒童和13.1%的成年人正在遭受著肥胖癥的困擾[4]。在中國，這一數字則更加驚人。2020年國家疾病預防控制中心發布的《中國居民營養與慢性病狀況報告》中披露，我國6歲以下及6~17歲兒童的肥胖率分別為19%和10.4%，成人的肥胖率更是超過半數[5]。因此，有健康意識的人群開始考慮不犧牲心理滿足感的前提下減少脂肪攝入量，這導致人們對低脂或無脂、味道好的乳制品的需求不斷增加。因此，食品行業開始將研究重點放在生產低脂肪或低熱量的乳制品上。然而，對于干酪而言，減少脂肪會對產品風味、質地、色澤和功能特性產生諸多不良影響，例如風味缺乏、產生苦味、質地變硬、彈性不佳、色澤黯淡等[6-7]。

脂肪替代物是一類能夠在功能特性上全部或部分替代脂肪、能使低脂或無脂食品具有全脂食品的物理或感官特性的物質，通常提供的能量極低[8]。脂肪替代物已經成功且十分廣泛地應用于酸奶、冰淇淋、佐餐醬料的開發上，能在降低脂肪含量的同時給這些產品帶來更好的感官體驗。

在干酪中使用脂肪替代物以改善低脂干酪的品質，同時使低脂干酪保持與全脂干酪相同的功能和感官特性成為了研究的熱門話題。

1 碳水化合物基的脂肪替代物

1.1 特點

碳水化合物基的脂肪替代物主要包含淀粉類（原淀粉、預糊化淀粉、抗性淀粉等）、膠體類（果膠、瓜爾膠、卡拉膠、黃原膠等）和纖維類（菊粉、β-葡聚糖等），這類脂肪替代物通常極少存在法規上的添加風險，價格相對較低，應用前景較好，相關研究比較充分[9-11]。碳水化合物基的脂肪替代物大多是以果糖或葡萄糖等單糖的小分子組成的長鏈物質，具有良好的保水性能，在干酪凝乳排出乳清的過程中能夠結合更多的水分，從而賦予低脂干酪更柔軟的質地和更潤滑的口感。同時，長鏈還有助于酪蛋白網絡的形成，可幫助改善低脂干酪的粗糙的質地[12]。

1.2 研究進展

麥芽糊精是一種淀粉的精加工產物，常作為干燥助劑應用于粉狀食品中[13]。Nazari等[14]使用DE值為16的麥芽糊精作為脂肪替代物制作低脂Feta干酪。研究發現，麥芽糊精的加入能夠顯著提升干酪的水分含量和碳水化合物含量，使得凝乳酶和發酵劑的活性得到提升，在干酪60 d的成熟期內干酪的WSN/TN和NPN/TN水平較全脂干酪以及低脂干酪對照組而言有所上升。WSN/TN（水溶性氮）是主要的蛋白質水解標志物，包括乳清蛋白、大分子肽和中分子肽，主要由α-s1酪蛋白上的凝乳酶和β-酪蛋白的纖溶酶水解作用產生，發酵菌種的作用較小。NPN/TN（非蛋白氮）是一種次級蛋白水解標志物，包括短肽、氨基酸等，主要是在發酵劑乳酸菌和非發酵劑乳酸細菌（NSLAB）的腎素、蛋白酶和肽酶的影響下，在成熟過程中有高分子量肽水解產生的[15-16]。NPN/TN對于干酪獨特風味的產生影響更深。從流變學角度分析，加入麥芽糊精后低脂干酪的流變特性得到了很大的改善，Amitraj等[17]在研究中也觀察到相同的現象。隨著成熟的進行，蛋白水解率增加，彈性降低，黏度占主導地位。在成熟期內實驗組的松弛時間與全脂干酪對照組無顯著差異。松弛時間能夠顯示了應力松弛試驗中的應力降低率，能夠反映樣品的彈性。應力降低率越低，試樣的彈性等級越高。相反，隨著應力降低率的增加，樣品的黏膠性質增加[18]。經感官評價分析，在麥芽糊精添加量為0.02%時干酪感官性能達到最佳。

Monira等[19]研究了變性淀粉作為脂肪替代物對低脂Halloumi干酪的影響。研究結果表明，隨變性淀粉添加量的增加，干酪的凝乳得率和凝乳強度增高，凝乳時間顯著下降。較高的凝乳得率和適宜的凝乳時間是衡量干酪工業化生產經濟價值的重要因素。變性淀粉的加入能夠起到類似增稠劑的效果，增加連續相的黏度[20]，從而減少蛋白質與脂肪凝聚所需的時間。添加變性淀粉后由于淀粉的高吸水能力導致糊化過程中更多水分被截留，凝乳時被網絡在酪蛋白結構當中。從質構特性上來看，隨變性淀粉添加量的增加，干酪的硬度和咀嚼性升高，彈性及內聚性降低，導致這一變化的原因可能是由于淀粉顆粒與蛋白質基質之間產生了一定交聯作用，這與Trivedi等[21]的研究結果一致。感官評定結果顯示，Halloumi干酪在添加變性淀粉后外觀、口感和質地略有改善，雖然風味會受到一定的不利影響，但仍在可接受的范圍內。當變性淀粉添加量為2%時總體的感官評分較高，對低脂干酪的改善效果最好。

李紅娟等[22]研究了以菊粉作為脂肪替代物對部分脫脂Mozzarella干酪基本組分、流變學特性、黏彈性模量變化、微觀結構等的影響。結果表明，加入2%菊粉后部分脫脂干酪的水分含量、蛋白質含量以及pH均與對照組有顯著性差異（P＜0.05）。作為脂肪替代物的菊粉能顯著提升干酪的水分含量，同時蛋白質含量則相對的有所降低。菊粉是一種由果糖和葡萄糖分子鏈接而成的長鏈纖維，在水相中能夠形成一種微晶[23]，在相互作用形成小團塊后能夠結合大量的水。也有一些研究表明，菊粉的加入有助于酪蛋白網絡的立體交聯，能夠提升低脂的凝乳得率并降低排乳清過程中蛋白質的損失率[24]。從蛋白二級結構角度來看，添加菊粉后干酪的β-折疊占比降低，α-螺旋和β-轉角均有所增加。β-折疊結構常見于蛋白質內部折疊區域，其含量與蛋白質熱變性的程度有關[25]。Mozzarella干酪在加工過程中會經歷熱燙拉伸工藝，此時熱作用會導致酪蛋白膠束內部疏水基團暴露而使其表面疏水作用力增強。同時由于熱作用會使蛋白質形成熱聚集體，分子間的β-折疊結構易轉變為β-轉角結構[26]。添加菊粉能夠使得減脂干酪的蛋白質二級結構更加穩定，有助于改善其粗糙的口感。另外，菊粉還被視作是可溶性膳食纖維和益生元，能夠賦予減脂干酪更高的營養屬性。

2 蛋白質基的脂肪替代物

2.1 特點

基于蛋白質的脂肪替代物主要包含乳蛋白類（乳清蛋白、酪蛋白等）、植物蛋白類（豌豆蛋白、小麥蛋白、大米蛋白等）、其他蛋白類（雞蛋蛋白等）等，它們能夠提供類似奶油的潤滑口感，很少會導致風味方面的缺陷，在酸奶、冰淇淋等中已得到相當廣泛的商業化應用[27-29]。蛋白質基的脂肪替代物通常分子量較小，能夠其通過與酪蛋白或碳水化合物的交聯作用結合在干酪的酪蛋白基質上[30]，利用其乳化穩定性乳幫助干酪水——油界面的穩定[31]。

2.2 研究進展

Kadpe等[32]加入不同脂肪替代物（蛋白質基脂肪替代物Simplesse?D-100和卡拉膠）生產低脂Quarg干酪，并與全脂干酪對照組和低脂干酪對照組相對比，研究脂肪替代物對低脂干酪的影響。試驗結果表明，添加0.5%脂肪替代物時能夠獲得最佳的感官評定分數。優化后的Quarg干酪在顏色和外觀、體和質地、鋪展性、風味和總體可接受性方面的得分分別為8.45±0.03，8.50±0.06，8.30±0.05，8.40±0.03和8.39±0.02分。Simplesse?D-100是一種微粒化濃縮乳清蛋白，蛋白經微粒化處理后粒徑平均在1 μm左右，與脂肪球的大小類似[33]。加入蛋白質基脂肪替代物使能低脂干酪的蛋白質含量得到提升，同時分子量極小的蛋白夠鑲嵌在凝乳的酪蛋白網絡中，作為類似乳脂球的填充物使網絡結構的孔隙變小[34]，從而阻礙乳清的排出，截留更多水分，提升凝乳強度和凝乳得率。除此之外，Simplesse?D-100還糾正了低脂干酪的外觀缺陷，使其表面的光澤度提升，顏色也有所加深，并增加了類似奶油的風味。主要原因可能是粒徑較小的蛋白質基脂肪替代物可以作為光散射中心，從而使奶酪的不透明性增加[35]。

徐乙文等[36]研究了經蛋白酶酶解處理的改性乳清蛋白作為脂肪替代物對低脂Mozzarella干酪的影響，并通過49 d成熟期內干酪品質測定確定了脂肪替代物的最適添加量。蛋白水解度測定結果顯示，隨成熟時間的延長各組干酪的pH 4.6-SN和12% TCA-SN數值均呈上升趨勢，且隨脂肪替代物添加量的增加而增長。干酪在生產時加入的發酵菌種和凝乳酶以及殘存在乳中的天然酶系等的綜合作用下會逐漸發生水解，水解程度對于干酪的風味、組織狀態等有很大影響。其中，pH 4.6-SN的比例代表酪蛋白水解的廣度，主要由額外加入的凝乳酶作用產生[37]；12% TCA-SN用于代表酪蛋白水解的深度，主要在殘留于干酪中的凝乳酶和發酵菌種細胞中肽酶的作用下產生[38]。蛋白水解度的變化趨勢表明改性乳清蛋白的加入降低了干酪排乳清時的失水率，使得低脂干酪水分含量上升，蛋白水解的反應速度提高，這有助于低脂干酪風味的釋放。另外，蛋白水解率的提升還低脂使干酪在成熟期間的碳鍵斷裂、蛋白質膠束結構變弱，使得低脂干酪的硬度與彈性變化均與脂肪替代物添加量呈現負相關趨勢[39]。通過感官評定結果分析，改性乳清蛋白添加量為1.5%時低脂Mozzarella干酪的功能特性最好，此時干酪在風味上隨與全脂對照組有一定差異，但亦可以滿足消費者所需。

植物蛋白是許多油類作物、糧食作物的加工副產物，具有低敏性、來源廣泛等特點[40]。對植物蛋白的研究有助于提升農作物的附加價值，促進農產品副產物綜合利用的發展。Paximada等[41]研究了大米蛋白和南瓜籽蛋白及作為脂肪替代物對低脂干酪的影響。試驗結果顯示，三種蛋白質基脂肪替代物的加入都能夠顯著提高低脂干酪的凝乳得率，且凝乳得率與加入的蛋白種類無關。提升凝乳得率對于產品的成本至關重要。添加大米蛋白和南瓜籽蛋白能夠顯著提升低脂干酪的水分含量，這使得干酪的內部結構變的更加柔軟和有彈性，硬度值顯著降低，緩解了低脂干酪質地干硬的缺陷。Rinaldoni等[42]在研究過程中也觀察到了相同的現象。從烘焙特性上來看，兩種脂肪替代物的加入都能顯著降低低脂干酪的析油率，可能是因為蛋白質大分子能起到減少脂肪和蛋白質網絡之間的相互作用的效果[43]。還有研究表明，植物蛋白的聚集體與生產干酪時加入的CaCl2等鹽類還存在一些相互作用，能夠促進凝膠化過程，促進整個體系的穩定[44]。

3 脂基的脂肪替代物

3.1 特點

基于脂肪的脂肪替代物主要指經化學修飾的脂肪酸或各類改性脂肪，例如通過改變甘油分子上的脂肪酸而改變構型[45]。這類脂肪替代物通常化學結構與脂肪相近，但其酯鍵能對抗人體脂肪酶的作用，故不易消化且不參與代謝產生能量，或產生的能量極少[46]。添加脂基的脂肪替代物能夠達到在結構和功能上模擬脂肪但不會攝入過多能量的目的。

3.2 研究進展

Olestra?（蔗糖脂肪酸聚酯）是典型的脂基脂肪替代物之一，它是一種蔗糖六酯、七酯和八酯的混合物，是使用常見雙糖——蔗糖與植物油（例如大豆油、花生油）的脂肪酸發生酯化反應制得的。Olestra的蔗糖核心可與多達八個脂肪酸進行酯化，故其屬于長鏈脂肪酸的一種，物理特性與甘油三酯類似，但因為其體積過大，不能被人體內的脂肪酶消化，故無法被腸道吸收，也就不會貢獻能量[47]。Olestra?由美國寶潔公司發明，首先被應用于薯片的煎炸介質當中，以降低這類食品的熱量值。但在后續的研究過程中，研究人發現長期攝入這種大分子的脂肪酸可能會存在導致腹瀉等其他腸胃疾病的隱患[46]。Salatrim?是另一種典型的脂肪替代物。它是一種三酰甘油，由長鏈脂肪酸和短鏈脂肪酸混合組成，其中短鏈脂肪酸主要是乙酸、丙酸和丁酸，長鏈脂肪酸主要為硬脂酸[48]。Salatrim?與等量乳脂相比提供的熱量更少，主要是由于大量的短鏈脂肪酸與大量的長鏈脂肪酸相比熱值更低，且其中含有的硬脂酸的比例很高，吸收率很低[49]。

近年來，隨著對植物基產品研究的興起，一些研究人員也開始研究利用植物油全部或部分替代干酪中的乳脂，以達到改善終產品的脂肪酸組成，調整飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸比例以使產品符合消費者的健康需求[50-52]。Rehab等[53]研究了不同水平的霍霍巴油部分或全部替代乳脂對Domiati干酪在6 ℃冷藏45 d期間的營養、理化和感官特性的影響。霍霍巴油中約98%的成分是蠟酯（長鏈單不飽和脂肪酸和長鏈單不飽和脂肪醇的組合物），還含有少量的游離脂肪酸、甾醇、維生素以及少數甘油酯、黃酮類、酚類和氰化物[54]。由于其特殊的長直鏈結構，人體內負責消化絕大部分脂類的胰脂肪酶無法將其水解，故攝入霍霍巴油后大部分熱量不會被人體吸收[55]，可以用于替換干酪中的部分乳脂以達到降低產品熱量的目的。試驗結果表明，使用霍霍巴油按不同比例替換乳脂后干酪的水分、酸度等理化特性值并未發生顯著性變化，成熟期間的蛋白水解率與對照干酪幾乎相同，干酪的產率也基本一致。由于霍霍巴油中幾乎不存在短鏈脂肪酸，故干酪的總揮發性脂肪酸含量隨霍霍巴油替代比例的增加而降低。由于揮發性脂肪酸與奶酪的香氣密切相關，這表明植物油替代乳脂比例過高時可能會對干酪的風味造成不利影響。通過對干酪進行脂肪酸組成分析，研究人員發現隨霍霍巴油替代比例的上升，膽固醇、過氧化物和硫代巴比妥酸含量均逐漸下降，這顯示出霍霍巴油作為脂肪替代物在降低熱量的同時還能增加干酪的營養價值和氧化穩定性，這與Farag等[56]的研究結果一致。

4 結語

干酪的營養豐富、風味多樣，近年來已受到越來越多國內消費者的喜愛。2022年9月，中國奶業協會組織制定了《奶酪創新發展助力奶業競爭力提升三年行動方案（2023——2025年）》，確定了我國干酪產業的未來三年的發展目標：到2025年全國奶酪產量達到50萬噸，全國奶酪零售市場規模突破300億元[57]。干酪脂肪替代物的研究與應用能夠降低干酪產品的熱量，改善低脂干酪產率偏低、口感粗糙、風味不足等缺點，有助于提升產品的營養價值與經濟價值，有利于干酪產業的健康化、差異化。能夠有力促進我國的干酪產業不斷健康向好發展。