动物脂肪在肉制品的加工中对产品的风味、口感和质地等起到重要作用。然而，动物脂肪含有大量的饱和脂肪酸和胆固醇，过度摄入将会对人体健康造成潜在威胁。油凝胶是指将少量凝胶剂添加在液态植物油中，经过加热搅拌至完全溶解，再经冷却凝固形成的有机凝胶体系。液态油脂被固定在凝胶剂分子以自组装或结晶的方式自发形成的三维结构中，不仅获得了传统固体脂肪的物理特性，而且具有“零反式”和低饱和脂肪酸的优点，是替代传统固体脂肪的新型健康油脂产品。 单甘酯（MG）是食品中广泛使用的乳化剂，也是常用的低分子质量凝胶剂，可在油脂中形成结晶网络，进而形成凝胶。天然蜡能在质量分数低至1%～4%条件下使液态植物油凝胶化，因其形成的凝胶具有高持油力和良好凝胶性而得到广泛关注。
中国农业大学 食品科学与营养工程学院的 李恩泽、吴静雯、毛立科* 等以菜籽油和椰子油（质量比4∶1）为油相，系统探究5 种 凝胶剂（单甘酯（MG）、蜂蜡（BW）、米糠蜡（RBW）、巴西棕榈蜡（CW）、小烛树蜡（CLW）） 及其添加量对油凝胶体系物性方面的影 响，通过比较牛油与不同油凝胶在持油力、质构性质、流变学性质的差异，初步确定替代牛油的方案。 固定合适凝胶剂添加量，选择两种合适的凝胶剂进行复配，将不同复配比油凝胶作为脂肪替代物进行植物肉饼的制备，探究油凝胶替代牛油在植物肉饼中的效果，确定最佳复配比例，为植物肉品质提升提供一定的理论依据和借鉴思路。
01
油凝胶持油力分析
由表2可知，BX、RBW、CLW在添加量为5%时持油力可以达到98%及以上，可能是因为这3 种凝胶剂与复合植物油在较低浓度下就能形成致密的结构，将油相紧紧束缚在凝胶体系内。而CLW添加量高于5%时，其持油力无显著性差异，说明CLW在添加量为5%时，油凝胶形成了稳定且致密的凝胶结构。MG、RBW、CW形成的油凝胶的持油力随凝胶剂添加量的增加具有增加的趋势，其中CW形成的油凝胶在凝胶剂添加量高于15%时持油力与凝胶剂添加量不呈剂量关系，并无显著性差异，可能是因为当CW添加到一定浓度时，网络结构基本固定。在添加量为15%及以上的条件下，所选的凝胶剂均能与复合植物油形成强的凝胶结构，且持油力均在96%以上，持油能力最好的是BX、CLW，其次是RBW、CW，持油力最差的为MG。根据预实验结果，牛油的持油力为100%，凝胶剂添加量为15%及以上条件下制备的油凝胶的持油力与牛油相近，都能较好地模拟牛油。
02
油凝胶质构分析
5 种凝胶剂在不同添加比例下均能形成稳定的凝胶结构，对应的油凝胶硬度如表3所示。结果表明，随着5 种凝胶剂添加量的增加，油凝胶的硬度显著提升，这可能是由于随着凝胶剂的添加量增大，形成的油凝胶网络结构更致密且更耐形变，体系硬度增大。此外，当凝胶剂添加量高于5%时，天然蜡基凝胶剂形成的油凝胶硬度普遍高于MG，有研究表明天然蜡能在较低添加量条件下构建具有较好质构特性的油凝胶，是最有效的结晶性凝结因子，这与实验结果相吻合。根据预实验结果，牛油的平均硬度为（42.80±1.97）N，使用单一凝胶剂制成的油凝胶难以模拟牛油的硬度。
03
油凝胶流变学性质分析
图1显示不同凝胶剂种类和添加量下制备的油凝胶和牛油样品进行频率扫描所获得的频率扫描曲线。结果表明，所有样品的G’均比G”大，表明所有样品都形成了凝胶结构，呈固体状态；所有油脂体系的G’和G”随扫描频率的增加变化趋势不明显，没有出现从凝胶到溶胶的转变，表明所有样品在测试范围内频率依赖性弱。此外，随着凝胶剂添加量的增大，所有样品的G’和G”都随之增大，说明凝胶剂在油凝胶内部形成了更加致密的三维网状结构，与油相之间缔合得更加紧密，表现出更强的机械强度。当凝胶剂添加量为20%时，BW、CW、CLW形成的油凝胶样品的G’与牛油较为接近，可以推测凝胶内部含有更多紧密排列的晶体形态，凝胶网络结构更加致密、稳定。
图2显示不同凝胶剂种类和添加量制备的油凝胶和牛油样品的黏度随剪切速率的变化情况。结果表明，所有样品的黏度均随着剪切速率的增加而减小，呈现“剪切变稀”的现象，符合油脂体系属于假塑性流体的特性。对于同种凝胶剂制备的油凝胶，具有更高凝胶剂添加量的油凝胶表现出更高的黏度，说明凝胶能力更强的样品具有更高的黏度。在凝胶剂添加量为15%和20%时，MG、CLW、BW形成的油凝胶的黏度变化曲线与牛油样品的黏度变化曲线相似。
如图3所示，随着温度升高，在所有添加量条件下，RBW油凝胶的G’呈持续缓慢下降的趋势，而BW油凝胶的G’先缓慢下降后迅速下降。5%的CW和MG油凝胶表现出与BW油凝胶一样的变化规律，但10%、15%和20% CW和MG油凝胶的G’持续缓慢下降，与RBW油凝胶的变化规律相同。同时，随温度升高，在所有添加量条件下，BW和CLW油凝胶G’的变化规律与牛油相似。G’迅速下降后，随着温度继续上升，出现临界相变温度，油凝胶由凝胶态转变为液态，体系表现出黏性行为。RBW油凝胶的相变温度均为最高，凝胶体系的热稳定性最好。此外，随着凝胶剂添加量的增加，5 种凝胶剂对应的临界相变温度均有提高，说明体系的热稳定性随着凝胶剂添加量的增加而增加。
结果表明，当凝胶剂添加量为15%及以上时，油凝胶的持油力较好；MG、CLW、BW油凝胶的流变学特性与牛油相似，但使用单一凝胶剂制备的油凝胶难以模仿牛油的质构性质，同时CLW属于天然植物蜡，符合植物肉的加工要求。因此后续实验固定凝胶剂添加量为15%，选用不同质量比的MG和CLW进行复配（1∶9、3∶7、5∶5、7∶3、9∶1）制备油凝胶，并进行进一步分析。
04
MG与CLW复配比对油凝胶持油力的影响
表4表明，复配油凝胶均能形成稳定的凝胶结构。在凝胶剂添加量为15%的条件下，不同MG与CLW复配比制备的油凝胶均具有较高的持油力，在MG∶CLW复配比为9∶1时制备的油凝胶的持油力最低，与另外4 组差异显著，可能是由于MG含量较高会使油凝胶网络结构更加松散。其余各组油凝胶之间的持油力没有显著性差异，总体稳定性较高。
05
MG与CLW复配比对油凝胶质构特性的影响
如图4A所示，随着MG添加量增加，油凝胶的硬度呈现先增加再下降的趋势。在MG与CLW复配比为1∶9到3∶7之间硬度迅速增加，且在3∶7时达到最大，在3∶7到9∶1间油凝胶硬度显著下降。在凝胶剂添加量为15%时，MG与CLW复配比为3∶7和5∶5时油凝胶的硬度均高于单独添加两种凝胶剂，这表明MG和CLW之间可能存在着协同作用，这种协同作用可以使油凝胶形成更为致密的网络结构，使产品的硬度增大。当MG与CLW复配比为7∶3和9∶1时，油凝胶硬度显著降低，这可能是由于当MG比例过多时，凝胶体系的稳定性被破坏，所形成的凝胶网络结构松散且不耐形变，油凝胶硬度显著下降。
如图4B所示，在MG与CLW复合油凝胶中，随着MG比例的增加，油凝胶的弹性变化并未呈现出规律性。当MG与CLW复配比为3∶7时，油凝胶的弹性到达最大。当MG与CLW复配比为7∶3时，油凝胶的弹性最低。
如图4C所示，随着MG添加量的增加，复合油凝胶的黏度先升高后降低，当MG与CLW复配比为5∶5时油凝胶的黏度达到最大。当MG与CLW复配比为1∶9、3∶7、5∶5和7∶3时黏度存在显著性差异，当MG与CLW复配比为7∶3和9∶1时，油凝胶的黏度与其余3 组相比显著下降，可能是由于MG比例过高，形成的油凝胶结构松散，黏度过低。
06
MG与CLW复配比对油凝胶流变学性质的影响
图5A显示不同MG与CLW复配比例制备的油凝胶和牛油样品的频率扫描曲线。结果表明，随着扫描频率的增加，所有样品在测试范围内的G’与G”变化趋势不明显，即所有油凝胶在测试范围内对频率都具有较好的耐受性，且所有样品都形成了稳定的凝胶网络结构。此外，所有油凝胶的G’都较大，且所有样品的G’均比G”大，说明此黏弹性体系的固体弹性行为突出。在频率扫描中，MG与CLW复配比为3∶7的油凝胶的G’最高，可能是由于其内部网络结构更加致密、稳定。
图5B显示不同MG与CLW复配比制备的油凝胶和牛油样品的黏度随剪切速率的变化情况。结果表明，所有样品的黏度均随着剪切速率的增加而减小，呈现“剪切变稀”的现象，且在凝胶剂添加量为15%的条件下，5 种油凝胶的黏度变化曲线与牛油样品的黏度变化曲线相似。
随着MG在复合凝胶剂中比例的增加，油凝胶的临界相变温度逐渐提高，体系的热稳定性逐渐增加。图5C显示不同MG与CLW复配比制备的油凝胶和牛油样品的温度扫描曲线。结果表明，当MG与CLW复配比为1∶9、3∶7和5∶5时，随着温度升高G’呈现出相同的变化规律，均为先缓慢下降，在60 ℃左右迅速下降，然后在80 ℃左右趋于平缓；当MG与CLW复配比为7∶3和9∶1时，随着温度升高G’先缓慢下降，在温度达到80 ℃左右时迅速下降。当MG与CLW复配比为9∶1时相变温度达到80 ℃，此时体系的热稳定性最强。当MG与CLW复配比为3∶7时，油凝胶的相变温度为60 ℃左右，融化特性与牛油最为相似。
07
MG与CLW复配油凝胶对植物肉饼质构特性的影响
随着油凝胶中MG添加量的增加，植物肉饼在硬度（图6A）、咀嚼性（图6B）都呈先升高后降低的趋势，其中MG与CLW复配比为3∶7时的硬度和咀嚼性最大；此外，不同处理组的植物肉饼的弹性（图6C）和内聚性（图6D）先升高后降低再升高，当MG与CLW复配比为7∶3和9∶1时无显著性差异，当MG与CLW复配比为3∶7时的咀嚼性和内聚性最大。综上，以MG与CLW复配比为3∶7的油凝胶制备的植物肉饼在硬度、弹性、咀嚼性等方面均最高。根据MG与CLW复配比对油凝胶质构特性影响的研究结果，MG与CLW复配比为3∶7制备的油凝胶在硬度、弹性方面均最高，说明凝胶强度大的油凝胶对植物蛋白肉饼具有更好的颗粒填充效果，从而增加植物蛋白肉饼的硬度、弹性等质构特性。
08
MG与CLW复配油凝胶对植物肉剪切负载的影响
不同MG与CLW复配比下制备的植物肉饼的剪切测试结果如图7所示。结果表明，CLW的添加量高于MG时，植物肉饼能够达到较高的剪切负载，当MG与CLW复配比为3∶7时达到最大，但随着MG在凝胶剂中比例的增加，剪切负载反而下降，说明在MG和CLW的比例适当时能够提升植物肉饼的剪切特性进而调控其加工性能。
09
MG与CLW复配比对植物肉饼汁液保持能力的影响
表5表明，随着MG在凝胶剂中比例的上升，植物肉饼的持水性和持油力呈现出先上升后下降的趋势，当MG与CLW复配比为3∶7时达到最大，综合性能最好。随着MG添加量的增加，硬度整体呈下降趋势，凝胶网络变松散，水分损失和油脂损失逐渐增加，MG与CLW复配比为9∶1时汁液损失严重，产品品质下降严重。此外，随着MG在凝胶剂中添加量的增加，蒸煮损失和解冻损失均呈现出先下降后上升的趋势，在MG与CLW复配比为3∶7时达到最低（11.42%和1.58%），且在3∶7和5∶5时均无显著性差异。可能由于在这两个比例下油凝胶的微观网络结构紧密，对水和脂肪的束缚能力最强，产品多汁性较好。
10
MG与CLW复配比对植物肉饼感官评价结果的影响
表6显示以不同MG和CLW复配比的油凝胶制成的植物肉饼感官评分结果。结果表明，随着MG在复合凝胶剂中添加量的增加，植物肉饼在风味、口感、组织状态和总体可接受性上的得分均呈现出先增高再降低的趋势，当MG与CLW复配比为3∶7时以上各指标得分均为最高。在色泽方面，5 种复配比下制备的植物肉饼的打分没有显著差异。当MG与CLW复配比为9∶1时各项评分均为最低，植物肉饼的硬度较低且弹性较差，导致咀嚼性大大下降。同时当MG与CLW复配比为1∶9、7∶3和9∶1时，凝胶剂自身的风味显著，使产品出现明显异味，消费者的接受度大大降低。总体而言，当MG与CLW复配比为3∶7时的植物肉饼感官品质最佳，消费者的接受度最高。
结论
当凝胶剂的添加量为15%及以上时，油凝胶的持油力、流变学性质接近牛油，然而单一凝胶剂制备的油凝胶难以模仿牛油的质构性质。因此，固定凝胶剂添加量为15%，选择MG与CLW进行复配，结果表明MG与CLW复配比为3∶7时制备的油凝胶能最大程度模仿牛油的物性特征且植物肉饼的可接受性最高。本研究主要从物性方面探究了不同凝胶剂添加条件下得到的油凝胶模拟牛油并将其添加到植物肉中的可行性，为植物肉品质提升提供一定的理论依据和借鉴思路，后续可以从微观结构、热力学性质等方面进行全面而深入的应用研究。
作者简介
通信作者：
毛立科，博士，中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授，博士生导师。一直从事食品功能配料开发与应用方面的研究，在食品胶体、食品口腔加工、营养素递送体系、饮料加工等方面具有良好的研究基础与产业化经验。发表SCI论文100余篇（其中第一作者/通信作者论文50 篇），EI论文10 篇；主持国家自然科学基金项目3 项、国家重点研发计划项目子课题2 项、北京市自然科学基金项目2 项、地方省市科技厅项目3 项、各类企业技术服务课题10余项；获中国轻工业联合会科技进步奖一等奖、中国市场技术协会金桥奖优秀项目奖各一项（均排名第二）；2022、2023连续两年入选科睿唯安（Clarivate）“全球高被引学者”；“2022全球2%顶尖科学家”。兼任中国轻工业健康饮品重点实验室副主任、北京食品学会青委会主任委员，Food Hydrocolloids、Food Structure、Journal of Future Food等杂志编委会成员。
第一作者：
李恩泽，中国农业大学食品科学与营养工程学院20级本科生。进行食品胶体结构与功能方面的研究。曾获第八届全国大学生生命科学竞赛三等奖，“青创北京”2023年“挑战杯”课外学术科技作品竞赛二等奖以及10余项校级、院级竞赛奖项。获得2022-2023学年本科生国家奖学金、学业一等奖学金、食品人奖学金并连续三年获得校“三好学生”称号。
本文《油凝胶替代脂肪的研究及在植物肉饼中的应用》来源于《食品科学》2024年45卷7期，作者：李恩泽，吴静雯，贾心悦，毛立科。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20230527-260。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
实习编辑：小娴；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
热门跟贴