脂类、糖类和蛋白质是人类膳食中的3大营养物质,其中脂类包括植物油、动物脂肪和类脂,其不溶于水而易溶于醇、醚、氯仿和苯等非极性有机溶剂。动物脂肪是甘油与一种或多种脂肪酸发生酯化反应所形成的三酰甘油酯,参与机体储存能量、细胞组成和转运活性物质等生理生化活动,对人体生长发育和食品的口感、多汁性和保水性等都起到至关重要的作用[1]。与海生哺乳动物和鱼类相较,来源于陆生温血动物和禽类的动物脂肪所含棕榈酸和硬脂酸等饱和脂肪酸高出15%左右[2]。大量研究表明,饱和脂肪酸摄入过多会增加人体内胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein cholesterol,LDL-C)等水平,提高罹患冠心病、心血管等慢性疾病的风险[3]。HALES等[4]在开展的2015～2016年度美国民众健康水平调查发现,全美约有1 370万儿童患有肥胖症,青少年和成年人肥胖率分别达到18.5%和39.8%,且不同年龄人群的高肥胖率与过高的动物脂肪摄入有关。2015年我国针对黑龙江、山东和河南等9个省份中青少年健康与营养调查研究也发现,儿童和青年人体重指数由1991年的17.26 kg/m2增加至18.72 kg/m2,超重率和肥胖率分别提高了10.86%和8.89%,并呈上升趋势,而这一高增长率与肉制品的消费量增加导致的高饱和脂肪酸水平相关[5]。因此,开发低脂肉制品具有重要意义。目前,可用于研发低脂产品的途径主要有酶联重组交联技术[6]、超高压技术[7]、脂肪替代[8-9]、分子生物学技术和超临界CO2萃取法[10]等,其中动物脂肪替代方法在保持产品品质、降低开发成本和提高市场多样化等方面较为成熟[11]。2018年英国医学杂志报道,饱和脂肪酸在日常饮食中的摄入量应限制在7%以下,并可通过增加食物中不饱和脂肪酸、全谷物和植物蛋白质等来替代饱和脂肪酸[12]。因此为了促进人类健康,研发更健康、安全的动物脂肪替代物成为当前研究的热点及应用的主要方向。然而,目前在围绕肉制品中动物脂肪替代的相关研究和应用技术尚处于初始阶段,替代原料特性、替代比例和相应的肉类制品品质保持仍然是当前动物脂肪替代研究的热点和难点。
本综述梳理了近几年来国内外动物脂肪替代物在肉制品加工中的研究应用现状,对替代原料类型及在肉制品应用中的最新研究进展和趋势进行总结,以期为相关研究和应用提供参考价值。
1 动物脂肪替代物
目前,可用于替代动物脂肪的原料主要是大分子类化合物,在经过90 ℃高温和谷氨酰胺转氨酶(glutamine transaminase,TG)等处理后可形成多种不同性状及结构的基质产物,其具有与动物脂肪相似的润滑性[13]、质构及色泽[9]等,可模拟动物脂肪口感、部分或完全替代肉制品中动物脂肪。目前用于替代动物脂肪的原料主要包括蛋白质类、脂肪基类、碳水化合物类以及混合类等4大类。
1.1 蛋白质类
可用于替代动物脂肪的蛋白质类原料主要有乳清、大豆、明胶以及小麦谷蛋白等天然高分子类动植物蛋白,这类蛋白质经过物理、化学、酶解或高速剪切作用可形成蛋白质凝胶[14]、乳液[15]及蛋白粉[16]等,如图1所示。
图1 蛋白质动物脂肪替代技术[17]
Fig.1 Technology of replacing animal fat with protein[17]
目前有学者采用高速剪切技术将菜籽油与大豆分离蛋白热乳化结合后,在TG作用下使得菜籽油液滴之间和大豆分离蛋白内部分别共价交联形成凝胶状乳液,该乳液具有与动物脂肪相似的弹性、乳化性和流变特性[18]。此外,采用乳清蛋白和葵花籽油混合物[19]或水解胶原蛋白[16]替代猪脂肪生产的香肠类产品具有较好的风味、色泽及质构特性。
1.1.1 大豆蛋白
大豆蛋白是以大豆为原料,采用膜分离、孔吸附或醇溶法等技术提取获得的一类植物蛋白,富含19种以上氨基酸、磷脂和丰富的钙、磷等矿物质,主要有大豆粉、大豆浓缩蛋白和大豆分离蛋白等。在肉制品加工中常用水包油乳化技术将大豆分离蛋白和酪蛋白酸钠制成乳状液替代动物脂肪,这类乳状液可以有效降低油脂分离程度,从而使产品具有更好的口感,同时增加产品多不饱和脂肪酸含量[15]。目前,大豆蛋白替代动物脂肪制备肉制品工艺较为成熟,不仅可以显著降低肉制品中脂肪含量,还可以保持产品较好的口感[20]。
1.1.2 乳清蛋白
乳清蛋白是从全脂牛奶中分离并经过超滤等浓缩技术制备的一类动物蛋白,因其同时拥有亲水和疏水基团,从而具有较好的凝胶性、保水性以及乳化性。乳清蛋白可在高剪切力和低pH作用下通过热力聚合形成直径约为1.16 μm的微颗粒乳清蛋白,这类蛋白质在口腔中具有与牛脂肪相似的润滑性[8]。美国Nutra-Sweet公司采用微粒化技术已将乳清蛋白和鸡蛋蛋白混合物改性为一种动物脂肪替代原料,该原料具有与动物脂肪相似的口感及物理特性[10]。此外,乳清蛋白替代动物脂肪可使低脂肉制品的成本降低10%～20%[21]。EISINAITE等[19]采用转子-定子系统和预混合式膜乳化法将乳清蛋白与植物油混合制备可形成黏度较高的乳状液,这类乳状液替代猪脂肪生产的猪肉肠不仅硬度较低,在烹饪过程中也具有较好的色度稳定性。
1.1.3 胶原蛋白
胶原蛋白是一种不溶性多糖,其细胞空间结构呈白色网络纤维状,含有大量必需氨基酸,少量半乳糖和葡萄糖[1]。胶原蛋白主要来源于猪皮、牛皮和鱼皮等,通过酸法、碱法或酶法,结合超高压或均质等技术制备的胶原蛋白粉[16]或明胶[14],其高溶胀性和水结合能力可以减少肉制品在解冻或烹饪过程中保水性的降低。有研究采用胶原蛋白粉替代75%猪脂肪生产的法兰克福香肠,蛋白质含量提高7.97%,产品硬度、保水性、嫩度和感官等特性均得到改善[16]。
1.1.4 玉米醇溶蛋白
玉米醇溶蛋白作为一种多肽,是玉米蛋白的主要组成成分,主要存在于玉米胚乳中,分子质量约为21 000～25 000。这类蛋白富含脯氨酸,其氨基酸序列含有50%以上的疏水残基,凝胶性和抗氧化性较强,并且在蛋白质折叠、蛋白质与蛋白质相互作用以及天然肽和设计肽的自组装中起着重要作用[22]。目前,常采用抗溶剂法、冷冻干燥、喷雾干燥或减压蒸馏法等技术将玉米醇溶蛋白制成微细化颗粒,其粒径性状与动物脂肪相近,可替代动物脂肪用于肉制品加工[23]。WANG等[24]通过均质技术将玉米醇溶蛋白和壳聚糖混合可制备形成一种胶体乳液,此类乳液经过冷冻干燥制成的油凝胶具有低饱和脂肪酸等特点,在肉制品应用中具有替代动物脂肪的潜力。
1.2 碳水化合物类
可用于替代动物脂肪的碳水化合物原料主要是多聚体,多由植物多糖(纤维或淀粉)制成。碳水化合物原料可稳固无脂系统中大量水分子,从而形成三维网状凝胶基质,如图2所示。这类凝胶具有与动物脂肪相似的润滑性和流动性,替代动物脂肪制备的肉制品具有较好的凝聚性和保水性等[25-26]。碳水化合物类原料已被美国食品药品管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准为“公认安全物质”,是目前被认为最安全的动物脂肪替代原料[27]。
图2 肉制品中不同碳水化合物动物脂肪替代物功能结构图[27]
Fig.2 Functional structure diagram of different carbohydrate animal fat substitutes in meat products[27]
1.2.1 淀粉基
淀粉基动物脂肪替代原料是利用酶改性、干法或酸法等技术将变性淀粉、糯米粉等原料降解为小分子物质,并形成具有低葡萄糖当量(dextrose equivalent,DE)的凝胶状基质产物,此类凝胶物质不仅可以聚集水分子,并具有与动物脂肪相似的质构、色泽和感官等特性[9]。在淀粉基类原料中,糯米粉与大豆蛋白凝胶基质结合后,因其溶胀作用使得该结合物具有更强的热致性,可有效防止肉制品水分散失,增加产品黏结性和冻融稳定性等[28]。美国粮食加工公司生产的玉米麦芽糊精Mahrin M040口感细腻润滑,在热水中能完全溶解,成本较低,在乳制品中可替代50%的脂肪,因此,在替代肉制品中动物脂肪方面具有良好的应用前景[21]。SURENDRA等[29]采用3%柠檬酸浸泡后的甘薯淀粉经过熔融冷却可制备形成一种热可逆淀粉凝胶,该凝胶不仅有良好的乳化性和持水性,并且具有与动物脂肪相似的熔点。
1.2.2 胶体类
胶体类大多是水溶性高分子类多糖,与蔗糖相似,无异味,在食品中可用作增稠剂,改善产品黏结性和保水性等[30]。在肉制品加工中常用的食用胶体主要有卡拉胶、黄原胶、瓜尔豆胶、槐树豆胶、海藻酸钠和魔芋胶等。卡拉胶是从红藻、角叉菜、杉藻和沙菜等海藻中提取的亲水性凝胶,属于海藻胶,这类胶体在高于乳蛋白等电点的pH值下可形成可溶性复合物,该复合物内的非静电大分子相互作用使其具有不可逆性。采用0.9%卡拉胶替代66.67%鸡脂肪制作的鸡块,脂肪含量降低7.26%,水分含量增加5.44%[25]。在肉制品加工中,卡拉胶已经成为应用最广泛的胶体之一,但仍存在成本较高等问题[30]。魔芋胶主要从魔芋中获得,属于植物胶,该胶体因可溶性、稳定性和高分子量等特性可作为增稠剂和凝胶剂应用于肉制品加工。采用魔芋胶替代干发酵香肠中猪脂肪可改善产品硬度、咀嚼性等质构特性[31]。此外,海藻酸钠是一种从褐色海藻中提取获得的褐藻胶。采用0.3%海藻酸钠替代33.33%猪脂肪生产的猪肉馅,脂肪含量和烹饪损失分别降低9.46%和4.76%[32]。
1.2.3 葡聚糖
葡聚糖主要由D-葡萄吡喃糖为基本结构通过α-1,6糖苷键连接而成,可从酵母菌和芽孢杆菌等微生物分泌的黏液中获取,其结构受微生物种类及生长条件的影响。β-葡聚糖是葡聚糖的聚合物,在人体肠道中消化吸收率低,并且可以快速通过肠道而减少与致癌物质的接触,从而预防结肠癌的发生[33]。该类葡聚糖常以网状小液滴的形式同瓜尔豆胶或其他胶类复合使用,可提高肉制品持油性并降低胆固醇含量[34]。此外,采用13.45% β-葡聚糖替代30%牛脂肪制作的牛肉饼,脂肪含量降低3.9%,保水性提高4.84%[35]。
1.2.4 纤维素类
纤维素类主要存在于燕麦麸、大麦麸、大米和玉米等原料中,可采用高压均质或精磨技术,通过破坏其分子间氢键制备获得一种凝胶物质,该凝胶经过乳化或酶解等技术改性之后具有与动物脂肪相近的粒径,可作为动物脂肪替代原料应用于肉制品加工[36]。目前常用于替代动物脂肪的纤维素类原料主要有膳食纤维等,大部分膳食纤维具有高保水性、膨胀性和黏度等特性,在口腔中具有与动物脂肪相似的乳脂状和润滑的口感[26]。研究表明,竹笋膳食纤维和猪皮制备的混合物完全替代猪脂肪制作的中式香肠,脂肪含量和烹饪损失分别降低24.05%和14.75%[37]。
1.2.5 菊粉
菊粉是一种果聚糖碳水化合物,主要存在于单、双叶植物中,由D-呋喃果糖聚合而成,根据其链长分为低聚果糖和长链菊糖,具有保健功能,已应用于婴儿营养和药物治疗。同时,菊粉也是一种功能性膳食纤维,在人体结肠部位不能被淀粉酶或其他水解酶消化,可促进结肠中双歧杆菌和乳酸菌生长繁殖,减少大肠杆菌和梭菌等有害菌的数量。低聚果糖能增强人体对钙的吸收,同时不影响其他矿物质的平衡,常用于食品中甜味替代品[38]。长链菊糖通过加热冷却或高速剪切形成的高分子量菊粉凝胶具有与动物脂肪相似的口感[39-40]。
1.3 脂肪基类
可用于替代动物脂肪的脂肪基原料主要是高分子化合物,可分为单一型和复合型脂肪基类[30],其中单一型脂肪基类主要有菜籽油[41]和葡萄籽油[42]等。复合型脂肪基类主要以蔗糖聚酯[43]和共轭亚油酸[44]等为原料经过预乳化等方法制备而成。
1.3.1 蔗糖聚酯
蔗糖聚酯(Olestra)是一种结构与甘油三酯相似的长链脂肪酸,由6～8个蔗糖酯混合物组成,如图3所示。Olestra的热稳定性、感官与加工特性等因脂肪酸组成及类型的不同而产生差异,且Olestra的酯键位点使脂肪酶难以接近并无法水解,因此在人体胃肠道内难以被消化吸收[43]。
a-甘油三酯;b-Olestra
图3 甘油三酯与Olestra的结构示意图
Fig.3 Structures of triglycerides and Olestra
尽管研究表明人体平均每日摄入40 g Olestra会导致腹泻、腹痛和痉挛等症状,但临床数据表明在肉制品中添加Olestra并不影响胃肠道消化吸收,血液中脂溶性维生素含量无显著变化[45]。有学者发现Olestra经过乳化技术形成的水状液体系具有与动物脂肪相似的润滑性及细腻的口感,在肉制品加工中具备替代动物脂肪的潜力[46]。此外,Olestra在高脂膳食中替代动物脂肪可减缓脂肪酸分解速率,增加人体饱腹感[43]。1968年,P&G公司已开发出Olestra作为动物脂肪替代原料,并且此原料在1996年被FDA批准添加到油炸、烘焙类等休闲食品中代替动物脂肪[47]。2010年我国《中华人民共和国食品安全法》和《新资源食品管理办法》将Olestra列入新资源食品[48]。
1.3.2 共轭亚油酸
共轭亚油酸(conjugated linoleic acid,CLA)是亚油酸异构体的混合物,来源于亚油酸的生物氢化反应,主要存在于牛羊等反刍动物的乳制品和肉制品中。大量研究证实,在动物饲料中添加CLA可提高动物组织中n-3高不饱和脂肪酸水平,且CLA中t-10,c-12异构体通过抑制脂肪组织合成和强化脂分解,从而减少动物脂肪组织中的脂质堆积或脂质细胞分化,增加脂肪细胞凋亡,调节脂质因子和细胞因子等机制可达到降脂的效果。如图4所示。DIANA等[44]发现采用CLA代替猪脂肪制作的猪肝肠具有较高的不饱和脂肪酸含量,其脂质氧化程度降低。
图4 t10,c12-CLA 降低体脂沉积的潜在分子机制[49]
Fig.4 The potential molecular mechanism of t10,c12-CLA to reduce body fat deposition[49]
1.3.3 植物油
植物油主要由三酰甘油酯(甘油三酯)组成,其胆固醇含量低,不饱和脂肪酸比例高,富含维生素E、K及多种酚类物质。已有研究表明植物油可直接用于肉制品加工中替代动物脂肪[41-42],但由于植物油不饱和脂肪酸含量较高,室温下呈液态,会对肉制品性状、质地以及氧化稳定性[50]等产生不良影响。
因此,常采用氢化和酯交换等技术将植物油与凝胶因子混合,凝胶因子分子通过聚集产生晶体(图5-a)或弱相互作用自组装(图5-b)的方式形成一维的线状、带状或纤维状等聚集体,这些聚集体进而相互缠绕形成一个三维网络结构,阻止了油脂分子的流动,从而使整个体系呈凝胶化状态[51],该类凝胶可替代动物脂肪用于肉制品加工应用[50,52]。
a-固体颗粒;b-分子自组装
图5 凝胶因子的网络结构[51]
Fig.5 Gel factor network structure[51]
目前常用的凝胶剂主要有天然蜡[13]和乙基纤维素[52]等,其中天然蜡由长链脂肪酸、长链脂肪醇、醛类、酮类和甘油酯等混合物组成,主要包括蜂蜡、米糠蜡、小烛树蜡和巴西棕榈蜡等。2015年FDA批准蜂蜡、小烛树蜡和巴西棕榈蜡等天然蜡可用于食品添加剂[53]。有学者采用植物油与蜂蜡等天然蜡混合制备可形成油凝胶,这类凝胶与动物脂肪具有相似的流变特性和热稳定性,其替代肉制品中动物脂肪可限制产品中油脂的流动并有效延缓其在储存过程中的脂质氧化[54]。同时,在凝胶剂的应用中,围绕乙基纤维素制备植物油凝胶已开展了大量研究。乙基纤维素是一种与纤维素具有相同聚合物主链的线性多糖,其因羟基端的氢原子被乙氧基取代而生成[52]。有学者采用3%甘油单硬脂酸酯与菜籽油等混合可制备形成油凝胶,此类凝胶完全替代牛脂肪生产的肉糜类产品,不饱和脂肪酸提高5.63%,硫代巴比妥酸含量降低50%[52]。
1.4 多种原料混合替代
除了采用上述原料替代动物脂肪外,目前还可以采用动物蛋白与胶体类[55]或纤维素与植物油[52]等多种原料按一定配比混合,通过热力聚合、酶诱导及乳化等技术使其以凝胶、微粒或乳液形式替代肉制品中动物脂肪。其中预乳化作用是多种原料混合替代动物脂肪的常用技术手段。预乳化技术是通过非肉蛋白替代动物蛋白包裹在脂肪球周围,使系统形成较稳定的水包油体系,从而增加了肉制品在加工、贮藏和销售过程中的稳定性,因该体系外观与乳相似,故称为预乳化液[56]。有研究发现,采用预乳化液完全或部分替代动物脂肪生产的法兰克福香肠具有较低的脂肪含量,较高的保水保油性以及质构特性[57-58]。
2 肉制品中动物脂肪替代物的国内外研究应用现状
目前,国内外已采用不同动物脂肪替代物应用于肉制品加工并开发出法兰克福香肠[15-16,20,55,57-58]、土耳其发酵香肠[59]、干式发酵香肠[31]、肉饼[13,35,42,50,62]和猪肝肠[40,44]等肉类产品的研究与应用。
2.1 蛋白质类原料方面
常用于替代动物脂肪的蛋白质类原料主要有大豆蛋白和胶原蛋白,此类原料替代动物脂肪制作的法兰克福香肠具有较低的烹饪损失和较佳的质构特性。PAGLARINI等[20]采用33.5%大豆分离蛋白液、16.5%菊粉和50%大豆油混合可制备形成一种乳状凝胶,该凝胶完全替代猪脂肪生产的法兰克福香肠具有较好的弹性,脂肪含量降低7.31%。SOUSA等[16]用胶原蛋白粉替代50%猪脂肪制作的法兰克福香肠,其持水性提高5.34%,乳液稳定性增加1.35%,熟制后产品的硬度、弹性和咀嚼性均得到改善。此外,有研究表明乳清蛋白与植物油等混合替代动物脂肪可有效抑制肉制品脂肪氧化。YILDIZTURP等[59]以乳清蛋白粉和榛子油混合物替代50%牛脂肪生产的土耳其发酵香肠在降低了10.4%烹饪损失的同时,香肠成熟12 d后,因榛子油中α-生育酚的抗氧化作用使其与传统香肠相较,硫代巴比妥酸降低了33.3%。
尽管蛋白质类原料以一定比例替代动物脂肪可有效提高肉制品保水性[16],降低烹饪损失[59],改善色泽[20]等,如表1所示。但乳清蛋白等部分蛋白质原料会导致肉类制品持油性降低[60]。此外,有研究表明,80～90 ℃加热会加速蛋白质降解及氧化,显著增加游离氨基酸和小分子肽等风味前体物质,使得肉制品获得最佳的风味品质[61],因此,建议蛋白质类原料生产的肉制品在此温度下进行烹饪或油炸加工。
表1 蛋白质类动物脂肪替代物对肉制品的影响
Table 1 The effect of protein animal fat substitutes on meat products
注：↑表示该品质(含量)呈现上升趋势,↓表示该品质(含量)呈现下降趋势(下同)
动物脂肪替代物主要来源主要制备方法主要替代形式对肉制品的影响参考文献大豆蛋白大豆乳化乳状液、乳液凝胶↑多不饱和脂肪酸,↓脂肪含量[15,20]乳清蛋白全脂牛奶热力聚合、乳化微颗粒乳清蛋白、乳状液↑色泽稳定性,↓烹饪损失、硫代巴比妥酸[19,59]胶原蛋白牛皮、猪皮、鱼皮酸法、碱法和酶法结合超高压或均质胶原蛋白粉、明胶↑硬度、弹性、保水性、嫩度、乳液稳定性[16]玉米醇溶蛋白玉米胚乳均质、冷冻干燥、喷雾干燥或减压蒸馏法微细化颗粒、乳液↓饱和脂肪酸[23-24]
2.2 碳水化合物原料方面
在碳水化合物类原料中,采用变性淀粉、卡拉胶和葡聚糖等替代动物脂肪生产的肉制品均具有高不饱和脂肪酸、低胆固醇和低游离脂肪酸等特点。HOFFMAN等[62]采用20%玉米变性淀粉、10%大豆分离蛋白和70%水混合物完全替代猪脂肪生产的鸵鸟肉馅饼,脂肪含量降低约6%,多不饱和脂肪酸含量显著提高。SHARMA等[25]利用0.6%卡拉胶替代66.67%鸡脂肪制作的鸡肉块中,脂肪和游离脂肪酸含量分别降低7.28%和1.07%。PINERO等[35]以13.45%的β-葡聚糖替代70%牛脂肪生产的牛肉饼,脂肪含量降低8.54%,胆固醇含量降低3.59%。
此外,有学者采用海藻酸钠、魔芋胶、纤维素类和菊粉等原料替代动物脂肪生产的肉制品具有较好的口感、色泽、烹饪损失和质构特性。RUIZCAPILLAS等[31]利用魔芋胶替代干式发酵香肠中50%猪脂肪发现,产品脂肪含量降低10.27%,咀嚼性显著提高。TOMASCHUNAS等[40]采用长链菊糖和柑橘纤维复配物替代66.67%猪脂肪制作的猪肝肠油腻感明显降低,总体接受度最高。KUMAR等[32]以0.1%海藻酸钠替代66.67%猪脂肪制作的猪肉馅中,脂肪含量降低10.79%,烹饪损失降低3.12%。宋玉等[37]以竹笋膳食纤维和猪皮混合制备的凝胶替代40%猪脂肪生产的中式香肠口感最佳,其脂肪含量和烹饪损失分别降低9.26%和26.65%,且出水率和出油率等均有一定改善。还有研究发现,黄原胶等原料替代肉制品中动物脂肪可有效抑制产品蛋白质氧化程度。RATHER等[63]发现0.5%黄原胶替代50%羊脂肪可使羊肉糜中脂肪含量降低7.87%,羰基含量降低34%。大量研究表明,碳水化合物类原料替代肉制品中动物脂肪可有效降低产品饱和脂肪酸含量,抑制其蛋白质氧化[63],且对产品理化和感官等特性无显著影响[35],如表2所示。但魔芋胶等部分碳水化合物类原料替代动物脂肪生产的肉制品仍存在多汁性和保水性较差,硬度较高,口感较粗糙等问题[31]。
表2 碳水化合物类动物脂肪替代物对肉制品的影响
Table 2 The effect of carbohydrate animal fat substitutes on meat products
动物脂肪替代物主要来源主要制备方法主要替代形式对肉制品的影响参考文献变性淀粉、糯米粉玉米淀粉、木薯淀粉酶改性、熔融冷却凝胶↑乳化性、持水性、多不饱和脂肪酸,↓脂肪含量[29,62]胶体类(卡拉胶、魔芋胶、海藻酸钠)红藻、角叉菜、杉藻、沙菜、魔芋、褐色海藻碱处理、蒸发浓缩凝胶↑保水性、咀嚼性、挥发性物质,↓脂肪含量、烹饪损失[25,31-32,63]葡聚糖酵母菌、芽孢杆菌酸、碱提取糊状物↓脂肪含量、胆固醇含量[35]纤维素类燕麦麸、大麦麸、大米和玉米高压均质或精磨技术膳食纤维↓烹饪损失、脂肪含量[36-37]菊粉单、双叶植物加热冷却、高速剪切凝胶↑色泽、硬度、风味[39-40]
2.3 脂肪基类原料方面
在脂肪基类原料中,采用菜籽油、芝麻油、蜂蜡和乙基纤维素等替代动物脂肪生产的肉制品具有较好的色泽、质构及较低的烹饪损失。YOUSSEF等[41]采用乳化菜籽油替代30%牛脂肪熟制的牛肉馅,L*值显著提高,烹饪损失降低约2%。MOGHTADAEI等[50]利用蜂蜡基芝麻油凝胶替代50%牛脂肪生产的牛肉汉堡,总体接受性最高,烹饪损失降低11%。李明华等[13]将蜂蜡与菜籽油混合制备的凝胶油完全替代牛脂肪生产的牛肉饼具有较好的口感。此外,有研究采用CLA、菜籽油和葡萄籽油替代肉制品中动物脂肪,不仅可增加产品不饱和脂肪酸含量,还可以抑制其脂肪氧化程度和致癌物质的产生。DIANA等[44]以CLA与橄榄油混合物替代50%猪脂肪制作的猪肝肠,饱和脂肪酸含量降低约2.8%,多不饱和脂肪酸含量提高3.1%,且香肠在4 ℃冷藏71 d后,因肉制品中亚硝酸盐的抗氧化作用使其与传统香肠相较,硫代巴比妥酸含量降低约11%。ALEJANDRE等[52]发现菜籽油乳化乙基纤维素可形成一种油凝胶,此类凝胶替代90%牛脂肪生产的牛肉糜,脂肪含量降低1.9%,饱和脂肪酸含量降低9.78%,多不饱和脂肪酸含量提高5.44%,硫代巴比妥酸含量降低54%。LU等[42]以葡萄籽油替代40%猪脂肪可显著抑制猪肉饼在180和220 ℃高温烹饪中,2-氨基-3,4-二甲基咪唑[4,5-f]喹啉(MeIQ)、2-氨基-3,8-二甲基咪唑[4,5-f]喹恶啉(MeIQx)和2-氨基-1-甲基咪唑啉-6-苯基[4,5-b]吡啶(PhIP)等杂环胺类化合物的形成。
上述研究表明,脂肪基类原料与蛋白质类和碳水化合物类原料相似,其替代动物脂肪生产的肉制品仍具有较好的质构、烹饪损失及感官等[41,44],如表3所示。但Olestra等部分脂肪基类原料替代动物脂肪对人体腹痛和腹泻等胃肠道症状的潜在影响机制尚不够明确[45]。此外,由于植物油中不饱和脂肪酸含量高,易发生氧化,因此,采用脂肪基类原料替代动物脂肪会导致肉制品贮藏期间的脂肪氧化稳定性降低[50]。
表3 脂肪基类动物脂肪替代物对肉制品的影响
Table 3 The effect of fat-based animal fat substitutes on meat products
动物脂肪替代物主要来源主要制备方法主要替代形式对肉制品的影响参考文献共轭亚油酸牛羊等反刍动物的乳制品和肉制品中化学合成、微生物发酵、酶异构法液态油↑不饱和脂肪酸,↓硫代巴比妥酸[44]植物油植物的果实、种子、胚芽氢化、酯交换油凝胶↑色泽、多不饱和脂肪酸,↓烹饪损失、饱和脂肪酸、硫代巴比妥酸、杂环胺类化合物[13,41-42,50,52]
2.4 混合原料方面
目前,多以植物油、胶原蛋白、菊粉、膳食纤维、天然蜡或胶体类等原料混合替代动物脂肪制作肉类产品,该类产品具有高乳化稳定性、低烹饪损失及较好的色泽和质构等特性。SANTOS等[64]将菜籽油、猪皮、菊粉和竹纤维混合可制备形成一种乳化凝胶,该凝胶完全替代猪脂肪可提高猪肉乳26.99%的乳化稳定性。WOLFER等[55]采用大豆油与米糠蜡混合制备可形成一种油凝胶,该凝胶完全替代猪脂肪制备的法兰克福香肠,在-1.1 ℃冷藏98 d后,与传统香肠相较,其L*值显著提高,硬度降低。此外,还有学者发现预乳化液替代动物脂肪在肉制品生产中具有良好的应用前景。赵颖颖等[57]将酪蛋白酸钠-大豆油预乳化液采用超声处理后发现,与超声前的预乳化液相较,超声后的乳化液完全替代猪背脂可显著提高法兰克福香肠的保水保油性。陈益春等[58]采用猪血浆蛋白溶液和氧化绿原酸乳化菜籽油可得到一种高稳定性的植物油预乳状液,该乳状液替代60%的猪脂肪生产的法兰克福香肠,烹饪损失降低8.71%,水分损失降低8.37%,咀嚼性和回复性等显著提高。JIMÉNEZ-COLMENERO等[15]采用酪蛋白酸钠、大豆分离蛋白、肉蛋白和TG酶等多种蛋白质体系乳化橄榄油可形成一种稳定的水包油乳化液,该乳化液完全替代猪背脂生产的法兰克福香肠脂肪含量降低1.46%,蛋白质含量增加1.28%,烹饪损失无明显变化。
综上所述,在保持肉制品品质和较佳口感的基础上,不同原料的混合物替代肉制品中动物脂肪,其替代比例和种类较单一类原料更多样化,且替代率高于单一类原料,如表4所示。其中卡拉胶[25]和魔芋胶[31]均可单独替代肉制品中动物脂肪,但其常与黄原胶、瓜尔豆胶或槐树豆胶等混合后应用于肉制品加工[30]。因此,采用不同原料混合替代动物脂肪生产肉制品具有较好的开发潜力。
表4 不同原料混合替代动物脂肪对肉制品的影响
Table 4 The effect of mixing different raw materials to replace animal fat on meat products
动物脂肪替代物主要来源主要制备方法主要替代形式替代率/%对肉制品的影响参考文献植物油、胶原蛋白、碳水化合物菜籽油、猪皮、菊粉、竹纤维均质凝胶100↑乳化稳定性[64]植物油、天然蜡大豆油、米糠蜡加热搅拌凝胶100↑色泽[55]预乳化液酪蛋白酸钠-大豆油超声乳液100↑保水性、保油性[57]猪血浆蛋白溶液、氧化绿原酸、菜籽油加热、均质乳液60↓烹饪损失、水分损失,↑咀嚼性、回复性[58]酪蛋白酸钠、大豆分离蛋白、肉蛋白和TG酶加热、均质乳液100↓脂肪含量,↑蛋白质含量[15]
3 展望
近年来,动物脂肪替代原料在低脂肉制品中的应用越来越受到关注,通过部分或完全替代动物脂肪可以有效减少肉制品中饱和脂肪酸水平,从而降低因饱和脂肪酸过高可能引发的人类冠心病、心血管疾病和肥胖症等慢性疾病风险。然而,研发一种健康的、可用于替代动物脂肪的原料应用于低脂肉制品加工仍存在以下问题：(1)肉制品中动物脂肪的降低使得动物脂肪本身产生的醛酮类等物质缺失,从而使得产品风味发生劣变,这也是目前研究肉制品中动物脂肪替代的一个难点。(2)肉制品中动物脂肪的替代导致产品原有口感、色泽和贮藏稳定性等产生不良影响。(3)部分动物脂肪替代原料对人体胃肠道消化吸收等机制的影响尚不够明确。因此,为开发出健康的低脂肉类制品,我们亟需发展的方向：(1)不断研发新型动物脂肪替代原料以适用于低脂肉制品加工应用。(2)对传统肉制品中动物脂肪替代的关键工艺进行改进优化,使其在保持低饱和脂肪酸水平的同时具有良好的口感及质地等。(3)仍需进一步探明肉制品中动物脂肪替代原料对人体消化吸收及健康的潜在作用机制。
[1] BREWER M S.Reducing the fat content in ground beef without sacrificing quality:A review[J].Meat Science,2012,91(4):385-395.
[2] ZAPPATERRA M,CATILLO G,BELMONTE A M,et al.Genetic parameters of muscle fatty acid profile in a purebred Large White heavy pig population[J].Meat Science,2020,163.DOI:10.1016/j.meatsci.2020.108057.
[3] DA SILVA S L,AMARAL J T,RIBEIRO M,et al.Fat replacement by oleogel rich in oleic acid and its impact on the technological,nutritional,oxidative,and sensory properties of Bologna-type sausages[J].Meat Science,2019,149:141-148.
[4] HALES C M,CARROLL M D,FRYAR C D,et al.Prevalence of obesity among adults and youth:United states,2015-2016[J].NCHS Data Brief,2017(288):1-8.
[5] 马淑婧, 张艳青,羊柳,等.1991—2015年中国9个省份儿童青少年超重和肥胖率的变化趋势分析[J].中华预防医学杂志,2020,54(2):133-138.
MA S J,ZHANG Y Q,YANG L,et al.Analysis on the trend of overweight and obesity of children and adolescents of 9 provinces of China from 1991 to 2015[J].Chinese Journal of Preventive Medicine,2020,54(2):133-138.
[6] 张馨元, 洪永祥,宗瑜,等.酶联重组交联技术制备低脂白羽鸡肉块[J].中国食品学报,2018,18(8):146-153.
ZHANG X Y,HONG Y X,ZONG Y,et al Preparation of low-fat white chicken nuggets by cross-linking induced by transglutaminase[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology,2018,18(8):146-153..
[7] 谷雪松. 运用超高压技术生产优质低脂蛋黄酱[J].中国食品,2020(21):120.
GU X S.Using ultra-high pressure technology to produce high-quality low-fat mayonnaise[J].China Food,2020(21):120.
[8] OLIVARES M L,SHAHRIVAR K,et al.Soft lubrication characteristics of microparticulated whey proteins used as fat replacers in dairy systems[J].Journal of Food Engineering,2019,245:157-165.
[9] LIU H W,XIONG Y L Z,JIANG L,et al.Fat reduction in emulsion sausage using an enzyme-modified potato starch[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2008,88(9):1 632-1 637.
[10] 杨龙江. 低脂肉制品的开发[J].肉类研究,2001,15(2):24-26；13.
ANG L J.The R7S of low fat meat products[J].Meat Research,2001,15(2):24-26；13.
[11] 张丹君, 章海萍.低脂肪食品研制方法的研究进展[J].科技信息(学术研究),2007 (7):242.
ZHANG D J,ZHANG H P.Research progress of low-fat food development methods[J].Science & Technology Information,2007 (7):242.
[12] FOROUHI N G,KRAUSS R M,TAUBES G,et al.Dietary fat and cardiometabolic health:Evidence,controversies,and consensus for guidance[J].BMJ,2018,361.DOI:10.1136/bmj.k2139.
[13] 李明华, 高艳蕾,宋艳艳,等.凝胶油替代脂肪制备牛肉饼的配方优化[J].现代食品科技,2020,36(5):252-260.
LI M H,GAO Y L,SONG Y Y,et al.Formubtion optimization of beef pie using gel oil instead of fat[J].Modern Food Science and Technology,2020,36(5):252-260.
[14] 周梦柔. 猪皮胶原蛋白明胶化过程中的微观结构变化研究及明胶提取率预测模型的构建[D].西南大学,2014:15-18.
ZHOU M R.Study on the microstructure changes of pig skin collagen during gelatinization and construction of the prediction model of gelatin extraction rate[D].Southwest University,2014:15-18.
[15] JIMENEZ-COLMENERO F,HERRERO A,PINTADO T,et al.Influence of emulsified olive oil stabilizing system used for pork backfat replacement in frankfurters[J].Food Research International,2010,43(8):2 068-2 076.
[16] SOUSA S C,FRAGOSO S P,PENNA C R,et al.Quality parameters of frankfurter-type sausages with partial replacement of fat by hydrolyzed collagen[J].LWT,2017,76:320-325.
[17] M Y,C K S,S S,et al.Protein-based fat replacers-a review of recent advances[J].Food Reviews International,2021,37(2):197-223.
[18] DREHER J,BLACH C,TERJUNG N,et al.Formation and characterization of plant-based emulsified and crosslinked fat crystal networks to mimic animal fat tissue[J].Journal of Food Science,2020,85(2):421-431.
[19] EISINAITE V,JURAITE D,SCHROEN K,et al.Food-grade double emulsions as effective fat replacers in meat systems[J].Journal of Food Engineering,2017,213:54-59.
[20] PAGLARINI C D,MARTINI S,et al.Using emulsion gels made with sonicated soy protein isolate dispersions to replace fat in frankfurters[J].LWT,2019,99:453-459.
[21] 赵锦妆, 周梦舟,徐群英.脂肪替代物在食品中的研究进展[J].中国油脂,2017,42(11):157-160.
ZHAO J Z,ZHOU M Z,XU Q Y.Progress in fat substitutes used in food[J].China Oils and Fats,2017,42(11):157-160.
[22] AN B Z,WU X C,LI M J,et al.Hydrophobicity-modulating self-assembled morphologies of α-zein in aqueous ethanol[J].International Journal of Food Science and Technology,2016,51(12):2 621-2 629.
[23] GU J H,XIN Z,MENG X,et al.A “reduced-pressure distillation” method to prepare zein-based fat analogue for application in mayonnaise formulation[J].Journal of Food Engineering,2016,182:1-8.
[24] WANG L J,YIN S W,WU L Y,et al.Fabrication and characterization of Pickering emulsions and oil gels stabilized by highly charged zein/chitosan complex particles (ZCCPs)[J].Food Chemistry,2016,213:462-469.
[25] SHARMA K,MENDIRATTA S K,SHARMA B D,et al.Physico-chemical,sensory and lipid profile of low-fat chicken nuggets incorporated with carrageenan asfat replacer[J].International Journal of Meat Science,2011,1:70-76.
[26] NIU Y G,FANG H C,HUO T Y,et al.A novel fat replacer composed by gelatin and soluble dietary fibers from black bean coats with its application in meatballs[J].LWT,2020,122.DOI:10.1016/j.lwt.2019.109000.
[27] PENG X Y,YAO Y.Carbohydrates as fat replacers[J].Annual Review of Food Science and Technology,2017,8:331-351.
[28] YI H C,CHO H,HONG J J,et al.Physicochemical and organoleptic characteristics of seasoned beef patties with added glutinous rice flour[J].Meat Science,2012,92(4):464-468.
[29] SURENDRA BABU A,PARIMALAVALLI R,JAGANNADHAM K,et al.Fat mimicking properties of citric acid treated sweet potato starch[J].International Journal of Food Properties,2016,19(1):139-153.
[30] 高雪琴, 付丽,吴丽,等.脂肪替代物在凝胶类调理肉制品中的应用[J].食品工业科技,2018,39(11):319-326.
GAO X Q,FU L,WU L,et al.Application of fat substitutes in gelled meat products[J].Science and Technology of Food Industry,2018,39(11):319-326.
[31] RUIZ-CAPILLAS C,TRIKI M,HERRERO A M,et al.Konjac gel as pork backfat replacer in dry fermented sausages:Processing and quality characteristics[J].Meat Science,2012,92(2):144-150.
[32] KUMAR M,SHARMA B D,KUMAR R R.Evaluation of sodium alignate as a fat replacer on processing and shelf-life of low-fat ground pork patties[J].Asian Australasian Journal of Animal Sciences,2007,20(4):588-597.
[33] 张娟, 杜先锋,戴前颖,等.燕麦β-葡聚糖的研究[J].农产品加工(学刊),2006(7):34-37.
ZHANG J,DU X F,DAI Q Y,PINJAI S,et al.Research progress on β-glucan from oats[J].Academic Periodical of Farm Products Processing,2006,(7):34-37.
[34] WORRASINCHAI S,SUPHANTHARIKA M,PINJAI S,et al.β-Glucan prepared from spent brewer’s yeast as a fat replacer in mayonnaise[J].Food Hydrocolloids,2006,20(1):68-78.
[35] PINERO M P,PARRA K,HUERTALEIDENZ N,et al.Effect of oat’s soluble fibre (β-glucan) as a fat replacer on physical,chemical,microbiological and sensory properties of low-fat beef patties[J].Meat Science,2008,80(3):675-680.
[36] 陈龙. 纳米微晶纤维素作为脂肪替代品在冰淇淋中的应用[D].天津:天津商业大学,2015.
CHEN L.The application of nanocrystalline cellulose as a fat substitute in ice cream[D].Tianjin:Tianjin University of Commerce,2015.
[37] 宋玉. 竹笋膳食纤维的改性及在中式香肠中的应用研究[D].贵阳:贵州大学,2018.
SONG Y.Modification of bamboo shoot dietary fiber and its application in Chinese sausage[D].Guiyang:Guizhou University,2018.
[38] FLAMM G,GLINSMANN W,KRITCHEVSKY D,et al.Inulin and oligofructose as dietary fiber:A review of the evidence[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2001,41(5):353-362.
[39] MENSINK M A,FRIJLINK H W,VAN DER VOORT MAARSCHALK K,et al.Inulin,a flexible oligosaccharide I:Review of its physicochemical characteristics[J].Carbohydrate Polymers,2015,130:405-419.
[40] TOMASCHUNAS M,ZORB R,FISCHER J,et al.Changes in sensory properties and consumer acceptance of reduced fat pork Lyon-style and liver sausages containing inulin and Citrus fiber as fat replacers[J].Meat Science,2013,95(3):629-640.
[41] YOUSSEF M K,BARBUT S.Fat reduction in comminuted meat products-effects of beef fat,regular and pre-emulsified canola oil[J].Meat Science,2011,87(4):356-360.
[42] LU F,KUHNLE G K,CHENG Q F.Vegetable oil as fat replacer inhibits formation of heterocyclic amines and polycyclic aromatic hydrocarbons in reduced fat pork patties[J].Food Control,2017,81:113-125.
[43] AGGARWAL A M,CAMILLERI M,PHILLIPS S F,et al.Olestra,a nondigestible,nonabsorbable fat[J].Digestive Diseases and Sciences,1993,38(6):1 009-1 014.
[44] MARTIN D,RUIZ J,KIVIKARI R,et al.Partial replacement of pork fat by conjugated linoleic acid and/or olive oil in liver patés:Effect on physicochemical characteristics and oxidative stability[J].Meat Science,2008,80(2):496-504.
[45] ALLGOOD G S,KUTER D J,ROLL K T,et al.Postmarketing surveillance of new food ingredients:Results from the program with the fat replacer olestra[J].Regulatory Toxicology and Pharmacology,2001,33(2):224-233.
[46] 豆玉静. 蔗糖聚酯替代油脂的应用性研究[D].无锡:江南大学,2013.
DOU Y J.Research on the application of sucrose polyester as a substitute for oil[D].Wuxi:Jiangnan University,2013.
[47] CHITRAKAR B,ZHANG G N.Olestra:A solution to food fat?[J].Food Reviews International,2006,22(3):245-258.
[48] 关于批准蔗糖聚酯、玉米低聚肽粉、磷脂酰丝氨酸等3种物品为新资源食品的公告[J].中国食品添加剂,2010 (6):232-233.
Announcement on Approving Sucrose Polyester,Corn Oligopeptide Powder,Phosphatidyl Serine and other three items as new resource foods[J].China Food Additives,2010(6):232-233.
[49] 伏春燕, 张燕,魏祥法,等.共轭亚油酸降低脂肪沉积的分子机制研究进展[J].动物营养学报,2019,31(8):3 456-3 462.
FU C Y,ZHANG Y,WEI X F,et al.Advances in molecular mechanisms of conjugated linoleic acid-reduced fat deposition[J].Chinese Journal of Animal Nutrition,2019,31(8):3 456-3 462.
[50] MOGHTADAEI M,SOLTANIZADEH N,et al.Production of sesame oil oleogels based on beeswax and application as partial substitutes of animal fat in beef burger[J].Food Research International,2018,108:368-377.
[51] DASSANAYAKE L S K,KODALI D R,UENO S.Formation of oleogels based on edible lipid materials[J].Current Opinion in Colloid and Interface Science,2011,16(5):432-439.
[52] ALEJANDRE M,ASTIASAR
N I,ANSORENA D,et al.Using canola oil hydrogels and organogels to reduce saturated animal fat in meat batters[J].Food Research International,2019,122:129-136.
[53] FDA,CFR-code of federal regulations title 21.2015:2-3.https://www.accessdata.fda.gov/scripts/cdrh/cfdocs/cfcfr/CFR-Search.cfm?fr= 184.1978.
[54] GOMEZ-ESTACA J,MARIA HERRERO A,et al.Characterization of ethyl cellulose and beeswax oleogels and their suitability as fat replacers in healthier lipid patés development[J].Food Hydrocolloids,2018,87:960-969.
[55] WOLFER,TAYLOR.Fats,oils,and oleogels:Their significance in and impacts on comminuted meat products[D].Graduate Theses and Dissertations,2017.
[56] 赵颖颖. 超声波预乳化处理对鸡肉肌原纤维蛋白功能特性和肉糜品质的影响研究[D].南京:南京农业大学,2015.
ZHAO Y Y.The effect of ultrasonic pre-emulsification on the functional properties of chicken myofibril protein and meat quality[D].Nanjing：Nanjing Agricultural University,2015.
[57] 赵颖颖, 邹玉峰,王鹏,等.预乳化液超声处理对低脂法兰克福香肠品质的影响[J].中国农业科学,2014,47(13):2 634-2 642.
ZHAO Y Y,ZOU Y F,WANG P,et al.Effect of pre-emulsified emulsion treated with ultrasound on qualities of low-fat frankfurter-style sausages[J].Scientia Agricultura Sinica,2014,47(13):2 634-2 642.
[58] 陈益春, 姜帅,曹传爱,等.植物油预乳状液替代猪脂肪对法兰克福香肠品质特性的影响[J].食品科学,2019,40(24):86-93.
CHEN Y C,JIANG S,CAO C A,et al.Evaluation of the quality of frankfurters prepared with highly stable vegetable oil-in-water pre-emulsion as a partial replacer of pork back fat[J].Food Science,2019,40(24):86-93.
[59] YILDIZ-TURP 
M.Effect of replacing beef fat with hazelnut oil on quality characteristics of sucuk-a Turkish fermented sausage[J].Meat Science,2008,78(4):447-454.
[60] SERDAROGLU M.Improving low fat meatball characteristics by adding whey powder[J].Meat Science,2006,72(1):155-163.
[61] ZHU C Z,TIAN W,SUN L X,et al.Characterization of protein changes and development of flavor components induced by thermal modulation during the cooking of chicken meat[J].Journal of Food Processing and Preservation,2019,43(7).DOI:10.1111/jfpp.13949.
[62] HOFFMAN L C,MELLETT F D.Quality characteristics of low fat ostrich meat patties formulated with either pork lard or modified corn starch,soya isolate and water[J].Meat Science,2003,65(2):869-875.
[63] RATHER S A,MASOODI F A,AKHTER R,et al.Xanthan gum as a fat replacer in goshtaba-a traditional meat product of India:Effects on quality and oxidative stability[J].Journal of Food Science and Technology,2015,52(12):8 104-8 112.
[64] SANTOS M D,OZAKI M M,RIBEIRO W O,PAGLARINI C,et al.Emulsion gels based on pork skin and dietary fibers as animal fat replacers in meat emulsions:An adding value strategy to byproducts[J].LWT,2020,120.DOI:10.1016/j.lwt.2019.108895.