乳液凝胶替代动物脂肪在肉制品中应用的研究进展

冯旸旸，徐敬欣，于 栋，孔保华，刘 骞*

（东北农业大学食品学院，黑龙江 哈尔滨 150030）

众所周知，动物脂肪在肉制品加工过程中对提高产品的嫩度和多汁性以及提供良好风味等方面具有重要作用[1]。但是动物脂肪以饱和脂肪酸为主，许多证据表明过多的动物脂肪摄入对消费者的健康存在潜在威胁，因此用脂肪替代物来代替动物脂肪生产低脂肉制品越来越受到人们青睐[2]。在寻找合适的动物脂肪替代物的过程中，要求这种替代物能够赋予与全脂肉制品相同的质地、风味以及感官品质[3]。近年来，很多研究者将富含不饱和脂肪酸的植物油（比如葵花籽油、菜籽油、橄榄油、玉米油等）作为动物脂肪替代物应用于低脂肉制品的加工中[4]，但是其后期添加效果并没有达到理想状态。Dzudie等[5]用花生油和玉米油部分替代动物脂肪直接加入牛肉饼中，虽然产品中的饱和脂肪酸含量降低，但与全脂肉饼相比，低脂肉饼的保水能力差，烹饪损失大，产品总体接受度降低。另外，一些研究结果表明在肉制品加工中利用植物油预乳状液替代动物脂肪能够降低产品中饱和脂肪酸的含量，有利于消费者的健康[6-8]，但肉制品加工中较高添加量的氯化钠和磷酸盐会导致植物油预乳状液发生絮凝、分层等质量问题。因此，如何利用富含多不饱和脂肪酸的植物油模拟出与动物脂肪相似的固态结构和质地，已经成为肉类科学领域中亟待解决的问题和研究热点。

利用富含多不饱和脂肪酸的植物油制备固体结构化油脂替代动物脂肪越来越受到人们的关注，目前应用最多的是油凝胶和乳液凝胶[9]。油凝胶是将凝胶剂（脂肪醇、植物甾醇、甾醇酯、生物蜡、山梨糖酯、乙基纤维素、单甘油酯等）添加在液态植物油中，经过加热、搅拌溶解、冷却等一系列加工过程，凝胶剂分子以自组装或结晶的方式形成一维聚集体，这些聚集体再相互缠结形成三维的网络结构，油脂分子陷落其中，使整个体系呈现凝胶化状态[10]。但由于制备油凝胶的凝胶剂大部分不能用于食品中，限制了其在低脂肉制品中的广泛应用。乳液凝胶是指一种被乳状液液滴填充的类固体材料，按照凝胶基质不同可以分为蛋白基质乳液凝胶、多糖基质乳液凝胶和蛋白-多糖复合基质乳液凝胶。乳液凝胶的制备过程基本可以分为两步，一是乳状液的制备，二是诱导乳状液的连续相凝胶[11]，乳液凝胶可以很好地模拟出动物脂肪的硬度和保水能力。本文全面综述了乳液凝胶的制备方法、品质特性及其在低脂肉制品中的应用前景，以期为其替代动物脂肪应用于肉制品提供良好的理论依据，也为生产高附加值的新型低脂肉制品提供创新性技术指导。

1 乳液凝胶概述

1.1 乳液凝胶的概念及分类

1.1.1 乳液凝胶的概念

乳液，指一种液体以液滴的形式（分散相）分散于另一种不相混溶的（连续相）液体中，而且通常加入了表面活性剂（比如蛋白质、多糖、小分子合成活性剂等）作为稳定剂的一种复杂的混合体系。凝胶，指一定浓度的高分子溶液或溶胶，在适当条件下，黏度逐渐增大，最后失去流动性，整个体系变成一种外观均匀并保持一定形态的弹性半固体。乳液凝胶，指将乳化的油滴包埋在凝胶基质中的软固体[11]，即一种由乳状液液滴填充，具有凝胶网状结构和机械性能较强的凝胶[12]。通常，乳液凝胶以稳定的蛋白乳状液为基础，通过不同诱导方式使乳状液的连续相形成一定的凝胶网络结构，此时分散相作为填充颗粒填充于凝胶网络结构中，即得到相应的乳液凝胶。乳液凝胶中的油滴可以是液态，也可以是具有一定硬度的固态脂质颗粒。

1.1.2 乳液凝胶的分类

根据乳液凝胶形成过程中选择的基质不同，可以将乳液凝胶分为蛋白基质乳液凝胶、多糖基质乳液凝胶和蛋白-多糖复合基质乳液凝胶。不同的乳液凝胶具有各自的特点，在肉制品加工过程中可根据实际情况选择相应基质。

蛋白可以通过形成凝胶网络结构影响肉制品的结构，在蛋白基质乳液凝胶形成过程中经常用到的蛋白有酪蛋白酸钠、大豆分离蛋白和乳清蛋白等。以蛋白为基质的乳液凝胶的流变性主要取决于构建凝胶结构的蛋白质的特性和添加量，以及决定油滴和凝胶基质之间相互作用的油相[13-14]。为了促进凝胶化，蛋白结构必须充分展开，以暴露更多的疏水基团，然后这些疏水基团通过相互作用形成凝胶网络；因此，影响蛋白结构的因素（如pH值、温度、离子强度等）都会影响蛋白基质乳液凝胶的性能[11,15]。在蛋白凝胶网络结构中，油滴可以作为活性填充物增强凝胶网络，油相的增强效果主要取决于油相的体积分数，油相体积分数越高，凝胶强度越高[13]，油滴越小，油滴界面越大，较大的油滴界面会与凝胶基质有更强的相互作用，形成的凝胶越牢固[14]。

多糖适合于固定油滴和形成乳液凝胶，能够将有益健康的亲脂剂合并到食品中[16-17]，多糖基质乳液凝胶网络结构主要是由油羰基与水或多糖分子之间的氢键形成的，脂酰链相对固定，胶束通过氢键和分子间的排序形成，不同多糖形成的凝胶结构不同[16-17]。目前，利用卡拉胶、魔芋、菊粉、糊精、海藻酸盐等多糖生物聚合物作为潜在的脂肪替代物来改善不同肉制品的脂质含量，已经取得了良好的效果[16,18-21]。

蛋白基质乳液凝胶和多糖基质乳液凝胶都具有各自的优势，但单一的蛋白或多糖基质乳液凝胶有时并不能赋予产品所需的特定结构和质量特性，适当地将蛋白及多糖复合可以对低脂肉制品的生产产生协同作用。多糖和蛋白之间的相互作用主要包括共价接枝和静电相互作用，多糖可以对蛋白进行修饰，并改变蛋白在凝胶过程中的絮凝速率，从而改变形成的凝胶网络结构，使得凝胶性质发生改变，蛋白-多糖复合基质乳液凝胶作为脂肪替代品，在国内外广泛应用于低脂肉制品中，但为了获得最优的凝胶性质，使产品具有最佳的品质，需要对蛋白与多糖的种类以及配比进行严格把控[22]。

1.2 乳液凝胶的制备

乳液凝胶根据其制备方式的不同，主要分为热致凝胶和冷致凝胶[23]。热致凝胶采用传统的加热处理方法，冷致凝胶采用添加凝固剂的方法，根据所添加凝固剂种类的不同，又可以分为酶诱导、盐诱导以及酸诱导。

1.2.1 热诱导

在乳液凝胶形成过程中，热诱导是最常见的方式[24-26]。在热诱导乳液凝胶形成过程中，先将乳状液加热处理，然后将其置于低温条件冷却形成凝胶，加热过程使得蛋白质分子充分展开发生变性，巯基和疏水基团等充分暴露，这些基团通过氢键和疏水作用等形成网络凝胶结构[24]。在一定范围内，随着加热时间的延长及温度的增加，蛋白分子间的疏水作用增强，形成的网状结构更加紧密[27]，热诱导形成的凝胶结构还与离子强度、pH值等[26-27]密切相关。热诱导虽然操作比较简单，但由于需要经过高温处理，所以将其应用于肉制品加工过程会出现油脂加热氧化的问题。

1.2.2 酶诱导和酸诱导

酶诱导乳液凝胶的形成是在温和条件下进行的。在酶诱导乳液凝胶过程中常用转谷氨酰胺酶（transglutaminase，TG），它是一种转移酶，可以使蛋白中的赖氨酸残基和谷氨酸残基发生转酰基反应，从而诱导蛋白分子之间发生共价交联[26,28]，酶诱导乳液凝胶过程可以维持乳状液稳定，避免营养物质被破坏，也可以防止有害物质或不良气味的产生。酶诱导形成乳液凝胶的性质与蛋白种类、预热处理温度、油相比例等[29-31]有关。与热诱导乳液凝胶相比，通过酶诱导形成的乳液凝胶不仅可以减少预加热过程中n-3脂肪酸的脂质氧化，还可以为热敏性物质提供额外的保护，在低脂肉制品加工过程中有着可观的应用前景[32-34]。

酸诱导是冷致凝胶的另一种方式。加酸前通过一定的预热作用使蛋白分子展开，分子表面的活性基团充分暴露，加酸后随着酸化过程的进行，pH值逐渐靠近蛋白质等电点，处于等电点附近时蛋白分子表面带电量减少，分子间排斥力降低，使得蛋白分子相互靠近，蛋白分子表面的巯基相互作用生成二硫键，进而通过分子间交联作用形成稳定的凝胶网络结构。在酸诱导乳液凝胶中起主导作用的是二硫键，酸化温度、蛋白水平等[35-38]也会对凝胶结构与性质产生影响。

1.2.3 盐诱导

盐诱导形成乳液凝胶通常需要进行预热处理，使蛋白分子中的疏水基团外露，然后蛋白分子在静电引力作用下逐渐聚集形成稳定体系，之后通过添加盐离子诱导预变性的蛋白聚集形成纤维状或颗粒状凝胶[39]。盐诱导乳液凝胶形成过程中经常使用钙盐和镁盐，盐离子不仅可以中和蛋白表面所带电荷，而且可以作为蛋白聚集物的盐桥，从而形成三维网络结构[40]。盐诱导过程中不同的盐离子种类、浓度及温度[41-42]等都会使凝胶性质与结构有所差异。

2 乳液凝胶在低脂肉制品中的应用

2.1 蛋白基质乳液凝胶在低脂肉制品中的应用

在肉制品中使用蛋白基质乳液凝胶，可以改善肉制品的功能特性（低脂）、物理特性（特别是质构相关特性）、风味等并降低生产损失，提高产品质量品质[43]。Jiménez-Colmenero等[44]用TG诱导橄榄油和不同蛋白（大豆分离蛋白、酪蛋白酸钠）形成乳液凝胶，评价不同蛋白基质乳液凝胶作为脂肪替代物对法兰克福香肠理化和结构特性的影响，发现最终产品都具有良好的脂肪和水结合性能，加热处理后没有明显的渗出物释放，产品硬度、黏合力、咀嚼性等指标也优于全脂法兰克福香肠，实验组整体可接受度与对照组相当。de Souza等[45]以大豆油为油相，以大豆分离蛋白和酪蛋白酸钠为基质，以卡拉胶和菊粉为稳定剂形成乳液凝胶，将其添加到肉乳状液模型系统中，通过对凝胶流变性能、持水性、pH值和颜色进行评估，发现所形成的乳液凝胶固态机械性能接近猪脂肪，持水率达94%，乳液凝胶的pH值和颜色参数变化微弱，可以有效替代猪肉脂肪应用在健康肉制品中。Herrero等[46]将橄榄油和芡欧粉作为脂肪替代物，研究了不同形式（以乳状液形式或乳液凝胶形式）替代动物脂肪对法兰克福香肠结构特性的影响，红外光谱测定结果表明，以乳液凝胶形式替代动物脂肪可以促进蛋白与脂质之间的相互作用，有利于改善产品质构，降低加工损失，提高低脂肉制品的食用品质，而且为富含健康油脂肉制品的开发提供了新的思路和技术。Pintado等[47]在研究过程中，利用盐诱导方式将橄榄油和芡欧粉制成乳液凝胶，将其应用到法兰克福香肠中，对产品的营养成分、工艺性能、感官和微生物特性等进行研究，结果发现此低脂法兰克福香肠与传统的添加猪脂肪产品相比，总膳食纤维和矿物质含量增加，单不饱和脂肪酸和n-3多不饱和脂肪酸含量也增加；从营养角度来看，将蛋白基质乳液凝胶替代动物脂肪在产品中应用是可行的，他们还发现以乳液凝胶的形式替代动物脂肪虽然会对法兰克福香肠的质构产生影响（如产品硬度增加），但这些感官属性的差异影响微弱，而且产品在贮存过程中具有良好的抗氧化性和安全性。Delgadopando等[48]用酶诱导方式，将富含n-3脂肪酸的混合油（由橄榄油、亚麻籽油、鱼油混合而成）与酪蛋白酸钠和大豆分离蛋白制成蛋白基质乳液凝胶，并将其作为脂肪替代物应用于法兰克福香肠中，通过评定低脂法兰克福香肠的微观结构、脂质氧化、亚硝酸盐含量、微生物变化及生物胺形成情况，发现低脂法兰克福香肠没有出现安全问题或货架期限制，感官属性也同传统香肠类似，可以作为生产更健康的法兰克福香肠的策略。总之，以蛋白为基质的乳液凝胶替代动物脂肪应用于肉制品中，不仅可以使低脂产品获得同全脂产品类似的感官属性，还可以改善产品的功能特性，对低脂肉制品加工具有积极的意义。

2.2 多糖基质乳液凝胶在低脂肉制品中的应用

多糖基质乳液凝胶利用多糖基质与水分子相结合形成网状凝胶，能截留大量的水分，这些水分具有较好的流动性，在质感和口感上与脂肪极度相似[49]。多糖基质乳液凝胶因其独特的功能特性，在低脂肉制品中得到了广泛应用。Ruizcapillas等[50]用Ca(OH)2诱导形成以魔芋胶为基质的乳液凝胶，将其作为脂肪模拟物部分替代猪脂肪应用到干发酵肠中，通过比较不同替代物添加量发酵肠的加工和品质特性，发现不管如何调整干发酵肠的配方，最终产品均表现出较低的脂质氧化水平，且随着脂肪替代物添加量的增加，最终产品的硬度和咀嚼度增加、内聚性降低、多汁性变差，但产品的风味和外观变化都较微弱，仍具较高的感官接受度，研究人员还提出产品硬度和多汁性可以通过改变加工条件或者提高魔芋胶的水合性质来改善。Jiménez-Colmenero等[51]将由橄榄油、亚麻籽油和鱼油组成的混合油以及魔芋胶制成的乳液凝胶替代猪脂肪应用于干发酵肠中，对成品的脂肪酸组成、脂质氧化和感官特性进行研究发现，加入乳液凝胶可以降低干发酵肠中饱和脂肪酸含量，增加多不饱和脂肪酸含量，改善干发酵肠中n-6/n-3比例，而且与含猪脂肪的对照组相比，尽管实验组在部分感官参数上有所降低，但产品外观、风味和多汁性均在理想范围内。Alejandre等[52]为了提高干发酵香肠的脂肪酸组成，将卡拉胶和亚麻籽油制成的多糖基质乳液凝胶部分替代脂肪加入干发酵香肠中，对其工艺、营养和感官特性以及氧化敏感性进行评估发现，产品的多不饱和脂肪酸含量增加，ω-6/ω-3比例降低，过氧化物和硫代巴比妥酸反应物含量未受影响，说明替代物的添加不会引起强的氧化问题，而且替代量为32.8%的产品与对照组在口感和多汁性方面没有感官差异，这些结果证实了该配方的可行性。

除在干发酵肠中有应用外，多糖基质乳液凝胶替代动物脂肪在熟肉制品、法兰克福香肠、汉堡肉饼、低脂鲜香肠中也有应用。Poyato等[53]通过调整亚麻籽油含量和卡拉胶的添加量以及表面活性剂与油的质量比，选择最优配方（质量分数40%亚麻籽油、质量分数1.5%卡拉胶、表面活性剂与油质量比为0.003）制成乳液凝胶，将其部分替代猪脂肪来加工熟肉制品，发现用乳液凝胶替代动物脂肪加工得到的产品相比传统的脂肪熟肉制品具有更高ω-3多不饱和脂肪酸含量，以及更好的工艺性能和营养优势，并且产品的感官特性没有受到负面影响，但是脂肪替代物比例对产品品质的影响还需要更多的研究。Lurueña-Martinez等[54]研究用橄榄油代替猪油，加入刺槐豆胶/黄原胶制成多糖基质乳液凝胶，以降低法兰克福香肠中脂肪含量，测定产品的析油率、加工产量、蒸煮损失率、质地和感官特性，并与对照样品进行比较，发现添加乳液凝胶可显著提高产品水结合性能，降低蒸煮损失，总体可接受度不受影响。Salcedosandoval等[55]将健康植物油稳定在魔芋基质中制成多糖基质乳液凝胶，将其作为脂肪替代品应用于法兰克福香肠，研究低脂法兰克福香肠的营养、感官和工艺性能，发现最终产品具有与传统香肠非常相似的水和脂肪结合性能、颜色和感官特征等，而且冷藏过程中低脂法兰克福香肠的工艺特性并未受到显著影响。Poyato等[56]为了减少脂肪含量，改善脂肪酸组成，用葵花籽油和卡拉胶制成乳液凝胶替代汉堡肉饼中的猪肉脂肪，发现随着替代物添加量的升高，产品的总脂肪含量降低，不饱和脂肪酸含量增加，饱和脂肪酸和胆固醇含量显著降低，由此可见，葵花籽油和卡拉胶制成的乳液凝胶脂肪模拟物具有营养优势，对成品感官性能没有负面影响，可以替代肉饼中的猪脂肪。研究人员还指出因为煮制过程会增加高不饱和成分对氧化的敏感性，所以在应用中应该控制这一过程。总之，以多糖为基质的乳液凝胶替代动物脂肪对肉制品的感官属性及功能特性具有积极意义，可以作为肉制品中的脂肪替代物来满足人们对健康的追求。

2.3 蛋白-多糖复合基质乳液凝胶在低脂肉制品中的应用

植物蛋白与多糖是食品中的两大重要辅料，将这两种成分复配形成乳液凝胶逐渐成为食品研究领域的热点。复配方法具有生产成本低、产品效果好、操作简单的特点，适合于工业化生产，且可以改善单一原料制得产品性能不足的问题。Triki等[57]将植物油混合物和卡拉胶、魔芋胶、玉米淀粉混合物制备蛋白-多糖复合基质乳液凝胶应用到干发酵香肠中，研究冷冻贮藏过程中香肠pH值、加工损失、质地、脂质氧化、微生物变化和生物胺形成，发现低脂干发酵肠的配方和贮存时间对pH值没有影响，但对加工损失有轻微影响。在冷藏过程中，随贮存时间的延长产品硬度增加，而且由于不饱和脂肪酸含量的增加使得脂质氧化作用增强，但产品中微生物和生物胺的形成并没有受到配方和冷冻贮存的影响。de Souza等[58]以大豆油、超声大豆分离蛋白分散体、卡拉胶和菊粉为原料制备复合基质乳液凝胶，将其作为动物脂肪替代品应用到法兰克福香肠中，研究用复合基质乳液凝胶替代猪脂肪对法兰克福香肠营养、工艺、流变学和感官性能的影响，发现采用乳液凝胶制备的法兰克福香肠具有蛋白含量增加、总脂肪含量减少、饱和脂肪含量减少、不饱和脂肪含量增加、ω-3脂肪酸含量丰富等特点，与传统香肠硬度相似，但颜色较淡。虽然感官评分表明低脂法兰克福香肠的接受度低于对照组，但考虑到其在营养和技术性能方面的改善，认为使用该复合基质乳液凝胶替代动物脂肪是生产低脂香肠的可行策略，且在今后的实验中对脂质氧化的评价是必要的。此外，Gao Xueqin等[59]通过单因素试验和响应面优化试验得出，以猪脂肪为油相，用质量分数5.7%的大豆分离蛋白和质量分数0.7%的卡拉胶复配形成乳液凝胶，部分替代猪脂肪对猪肉饼出品率、保水保油率、质构特征和感官评分等指标有明显的改善作用。复合基质乳液凝胶的添加，改善了产品保水效果，并且随着加热时间的延长，添加复合基质乳液凝胶产品的脂肪损失率也小于未添加产品。与添加单一基质乳液凝胶的产品对比，添加复合基质乳液凝胶产品的结构最为细密紧致，多汁性和口感得分也最高。与此同时，为进一步为复合基质乳液凝胶在肉制品加工过程中的应用提供依据，研究人员在此基础上研究了复合基质乳液凝胶对低脂猪肉糜功能特性的影响机制，发现添加复合基质乳液凝胶产品中α-螺旋结构含量降低，β-折叠结构含量增加，因此使得猪肉糜硬度增加，蒸煮损失降低，而β-转角和无规卷曲结构含量升高，说明乳液凝胶的添加促进了蛋白质的构象变化，可以更好地对脂肪进行乳化，使产品热乳化稳定性提高，呈现出更稳定的品质，而且在电泳图谱中没有发现新的条带产生，说明复合乳液凝胶的添加没有导致新的物质产生，也进一步证明了该蛋白质-多糖复合基质乳液凝胶在低脂肉制品中的适用性[59]。

3 结 语

传统肉制品（比如乳化肉糜制品等）中动物脂肪质量分数一般约为20%～30%，且以饱和脂肪酸为主。随着消费者健康意识的增强，肉类工业亟待开发出合适的动物脂肪替代物来降低肉制品中的饱和脂肪酸含量，同时保持低脂产品良好的风味和品质。利用乳液凝胶将富含大量多不饱和脂肪酸的健康植物油结构化，作为动物脂肪替代物应用在低脂肉制品中已经取得了一定的进展，但出于生产成本以及产品质量的要求，需要对其原料的选择以及技术的优化进一步探究。此外，动物脂肪是脂溶性风味物质的载体，降低动物脂肪含量必然会导致产品风味不足的问题，而目前对乳液凝胶作为脂肪替代物的研究多停留在改善产品脂肪酸组成方面。因此，在今后的工作中，可以将乳液凝胶作为一种风味补充技术进行创新性研究，使其作为动物脂肪替代物既可以改善产品脂肪酸组成，又可以避免由于减少脂肪导致的肉制品风味变差。