1.2 低脂食品的概念及其开发现状
脂肪在食品加工过程以及产品的营养功效中都起着重要作用，它不仅赋予食品润滑口感、独特风味、特定组织状态和良好稳定性，而且是人体必需脂肪酸的来源及脂溶性维生素的载体，同时食物中的脂肪可以提供能量，是人体获得能量的重要来源之一。另外，脂肪不仅对食品的感官性质有重要影响，而且在保持自身风味的同时，也对其他香料的浓度、持久性和平衡产生一定的影响。
已有研究表明高脂肪膳食能够引起肥胖以及心脑血管疾病的发生。鉴于这些问题，许多国际机构（其中包括WHO）推荐指出，每日膳食中由脂肪供给的能量应为总能量的15%～30%，并且胆固醇的摄入量应该限制在300mg/d以下。美国农业部在不断增长的肥胖人群比例和与之相关的健康风险评估中，建议尽量降低日常饮食中的脂肪摄入量。但是，降低食品中的脂肪含量会对食品的感官性质产生影响，使产品口感粗糙、风味降低，从而影响了消费者对产品的接受性。因此，为了满足消费者的需要，研究人员开发出脂肪替代品，使其在食品加工中具有广泛的用途。首先，脂肪替代品能够全部或者部分替代食物中的油脂，能够很好地保持食物的食用特性；其次，脂肪替代品在人们食用过后，摄入的总能量始终处于低水平，使体内没有多余的能量转化成脂肪，能够起到真正的瘦身、减肥的目的，进而预防多种疾病的发生。脂肪替代品通常可以根据它们的构成进行分类，主要包含：①蛋白质基质脂肪替代品，比如乳清蛋白、大豆蛋白以及胶原蛋白等；②碳水化合物基质脂肪替代品，比如淀粉、面粉以及食品胶等；③脂质基质的脂肪替代品，比如具有乳化作用的大豆卵磷脂等。目前，脂肪替代品正从单一组分向着复合成分的方向发展。
1.2.1 低脂食品的分类
低脂食品中的脂肪替代品是一种具有脂肪的物理性质和感官性质，能被人体消化和吸收，但提供低能量或者不提供能量的物质。通常情况下，脂肪替代品主要包括脂肪模拟物（能够模拟一些脂肪特性，但不是全部的特性）、脂肪替代物（不产生能量或产生较少能量，同时对感官特性无影响）以及脂肪类似物（分子的物理性质类似于脂肪，但是含有少量或者不含有能量）。
1.2.1.1 基于脂肪模拟物的低脂食品
脂肪模拟物主要以蛋白质或碳水化合物为基质，添加在食品中以模拟脂肪的部分特性。蛋白质基质脂肪模拟物主要是通过物理、化学方法对底物蛋白质进行处理，通过改变其粒径、乳化性及持水性等特点来制备模拟脂肪。但是，蛋白质通常会在高温条件下发生变性，使得蛋白质基质脂肪模拟物在高温煎炸食品中的应用受限；另外，蛋白质有可能结合一些风味物质，从而降低或者改变食物的风味。因此，蛋白质基质脂肪模拟物的添加具有更高的体系特异性，不仅仅与所使用蛋白质来源，更与食品配方中其他成分有关。
碳水化合物基质脂肪模拟物在使用过程中会形成凝胶，从而吸收大量水分，达到改善水相结构特性的目的，进而产生类似于脂肪的流动性和润滑性。碳水化合物基质脂肪模拟物同样不能用于高温制品中，且其较高的持水量使得制品中的水分活度提高，缩短了货架期。
1.2.1.2 基于脂肪替代物的低脂食品
脂肪替代物与主要模拟脂肪物理性状的脂肪模拟物相比，更倾向于在减少能量摄入的情况下，保持食品原有的风味、口感、香气、总体可接受性等感官性状。脂肪替代物的制备主要以蛋白质或碳水化合物为主，同时结合多种其他物质，最终制成针对于不同制品的脂肪替代品，使得最终产物与全脂制品感官性质基本相同。但是，由于配方常常具有一对一的相应性，使脂肪替代物的应用受到了一些限制。
1.2.1.3 基于脂肪类似物的低脂食品
脂肪类似物，也称为脂肪基质脂肪替代品。添加脂肪类似物的低脂食品在降低能量的同时得到了与全脂制品相似的理化性质，同时饱和脂肪酸含量降低，不饱和脂肪酸含量升高。脂肪类似物的代表产品为美国Procter & Gamble公司生产的蔗糖聚酯，它是由蔗糖与含有8～12个碳的脂肪酸发生酯化反应形成的蔗糖酯的混合物，其中蔗糖的6～8个羟基被酯化。蔗糖聚酯的物理特性、功能及应用要视其脂肪酸的类型而定，用类似于通常油脂所含脂肪酸制得的蔗糖聚酯，其物理特性与油脂很类似。由于蔗糖聚酯不被人体消化和吸收，所以不提供任何能量。但是，蔗糖聚酯很容易引起肛漏和渗透性腹泻，并影响脂溶性维生素和其他营养素的吸收。
1.2.2 低脂食品的开发现状
1.2.2.1 蛋白质基质低脂食品的开发现状
主要以鸡蛋、大豆、乳清、胶原蛋白等蛋白质为原料，通过热处理、酶解等方法改变其三级结构，同时改变蛋白质的凝胶性及持水性，使其与脂肪的结构更为相像。目前，微粒化处理和高剪切处理的联合应用，是制备蛋白基质脂肪替代品的最主要的途径。
（1）乳清蛋白 乳清蛋白作为分离自全脂乳的乳制品成分，相较于碳水化合物基质的脂肪模拟物，常用于酸奶、干酪、冰激凌等加工乳制品中，其中浓缩乳清蛋白（whey protein concentrate，WPC）更为常见。卢蓉蓉等优化了乳清蛋白WPC-80为基质制备脂肪替代品的工艺，在转速12000r/min，处理时间为5min时得到凝胶表面光滑、柔软的脂肪替代品。随后，以此脂肪模拟物替代冰激凌中25%的脂肪。随着脂肪替代率的增加，冰激凌浆料膨胀率增大，抗溶性和硬度下降，制得的低脂冰激凌的各项感官指标与中脂冰激凌相当。当替代全部脂肪时，所制得的无脂冰激凌也有较好的感官接受性。Calleros等将WPC作为脂肪替代品加入酸奶中显现出了和全脂酸奶较相近的流变性和黏弹性。Hale等将乳清蛋白与玉米淀粉以2:1的比例水解、重构后制成脂肪模拟物，并且应用添加至馅饼中，不仅提高了出品率，并且提高了产品的总体可接受性。Komatsu等将菊粉、乳清蛋白及乳脂按照不同比例制备脂肪模拟物并添加到番石榴慕斯（一种糕点）中，其中乳脂:菊粉:乳清蛋白为1:1:1时效果最佳，显著降低了总脂肪和饱和脂肪的含量，同时对感官无明显影响。Cesar等人将乳清蛋白-低甲氧基果胶复合凝聚物以不同添加量添加到低脂再制干酪中，对其化学成分、流变学和整体的感官接受性进行评估比较，结果表明，添加50%和75%低甲氧基果胶复合凝聚物对再制干酪的感官性质以及状态和全脂干酪基本相似。从这些文献可以看出，将乳清蛋白与其他成分相结合制取脂肪替代品，能够取得良好的效果。
（2）大豆蛋白 应用具有较高营养价值及较多功能性质的大豆蛋白来制备脂肪替代品的研究相对较少，主要原因是大豆蛋白的豆腥味大大限制了其在食品中的应用。但随着脱腥技术的发展和应用，使得以大豆蛋白为基质的脂肪替代品成为未来的发展方向。除此以外，大豆蛋白的高蛋白、低脂肪、低胆固醇的特点，使其具有制备优质脂肪替代品的巨大潜力。Berry等发现添加大豆分离蛋白的低脂牛肉馅饼具有和全脂牛肉馅饼基本相似的感官特性，而且添加大豆分离蛋白的样品具有最小的蒸煮损失。Ahmad等研究发现，将大豆分离蛋白混入低脂水牛肉乳化香肠中能够显著改变产品的感官和质构性质（弹性、硬度、咀嚼性、回复性和黏弹性等）。Heywood等将组织化大豆蛋白加入牛肉馅饼中，研究发现30%的添加量明显提高了牛肉馅饼的硬度。Angor等发现在牛肉馅饼中添加组织化大豆能够提高肉馅的持水力和蛋白质含量，却在一定程度上降低了低脂牛肉馅饼的风味，但将组织化大豆蛋白与卡拉胶、磷酸三钠的混合物添加到样品中时，大大改善了制品的风味。可见，对于大豆蛋白这种特殊的性质，要经过更多的加工处理，并与其他成分进行结合利用，才能避免单独使用大豆蛋白时给产品感官方面带来的负面影响。
（3）胶原 胶原是在肌纤维周围形成结构的蛋白质，并将动物体内的肌肉联结起来。经加热水解成明胶，其蛋白质含量约为85%。由于其较好的结合水的能力及与肉品蛋白的兼容性，常常用在肉制品中作为脂肪替代品。同时，明胶作为动物皮、韧带和骨头熬制后得到的水溶性蛋白的混合物，也可产生奶油般的质构，作为奶油生产中的脂肪替代品。但胶原蛋白中必需氨基酸的缺乏往往限制了其在食品中作为脂肪替代品的替代量，使得胶原蛋白常以复合体系作为脂肪替代品进行应用。
刘贺等以明胶和阿拉伯胶为原料通过相分离反应制备的脂肪替代品替代低脂蛋黄酱中60%的脂肪，仍不影响产品的感官性质，通过添加黄原胶0.04%、卡拉胶0.05%，则可以使低脂蛋黄酱的稠度和全脂蛋黄酱相当。Choe等将猪皮和小麦纤维复合制备PSMF（protein sparing modified fast）作为脂肪替代品添入法兰克福香肠中，含有20%PSMF的香肠样品降低了50%脂肪、32%能量，同时减少了39.5%的蒸煮损耗。高含量的PSMF形成了更稳定的乳状肉，并提高了硬度、黏合度、咀嚼性等性质，在色度、风味、多汁性等方面没有发现显著性差异，可见PSMF的添加明显改善了低脂肉制品的质量特性。
1.2.2.2 碳水化合物基质低脂食品的开发现状
碳水化合物基质脂肪替代品主要包括改性马铃薯淀粉、木薯淀粉、玉米淀粉、大米淀粉、燕麦淀粉等，另外纤维、树胶及多糖也经常被使用。大多数的碳水化合物基质脂肪替代品通过吸水形成类似凝胶的结构来模拟脂肪。
（1）面粉和淀粉 面粉和淀粉具有较好的结合水及持水性，使其常被作为脂肪替代品使用。Ma等将酶解的玉米淀粉作为脂肪替代品添入蛋黄酱中，发现降脂（60%）蛋黄酱具有和全脂样品相似的感官性质。Liu等利用改性马铃薯淀粉（2%、4%）作为降脂（5%、15%）牛肉香肠中的脂肪替代品，使得总能量降低了15%～49%，含有15%脂肪和2%马铃薯淀粉的香肠与对照样（30%）具有相似的硬度。Tao等将凉粉草胶和大米粉复合物作为脂肪替代品添加进中国广式香肠中，发现添加有脂肪替代品的样品，乳化稳定性和持水能力均优于其他样品，且总体可接受性与全脂香肠相似。Sipahioglu等将改性木薯淀粉和卵磷脂以1:5的比例作为脂肪模拟物添加进干酪中，改性木薯淀粉和卵磷脂的复合物改善了降脂和低脂干酪的风味、质构和总体可接受性。
（2）纤维 纤维主要来自大米、燕麦、大麦、玉米等作物，作为脂肪替代品添加至低脂制品中可以提高出品率并改善质构，但大量的纤维易导致低脂制品含水量减少及口感下降等问题，使得纤维常被用作与蛋白质、胶体等物质结合制备复合脂肪替代品。Yilmaz分别将黑麦麸、燕麦麸、小麦麸作为脂肪替代品（5%、10%、15%、20%）添加到低脂肉丸中，结果表明添加有脂肪替代品的样品，明显降低制品中反式脂肪酸含量，而且添加量达到20%时，仍具有较高的总体可接受性。Talukder分别将小麦麸和燕麦麸作为脂肪替代品（5%、10%、15%）添至鸡肉馅饼中，发现在显著降低制品中饱和脂肪酸含量的同时，对于感官性质无不良影响。Toutt等将膳食纤维、淀粉和葡聚糖的混合物添加到10%脂肪含量的牛肉丸子中，发现与20%脂肪含量的制品具有相似的质构，但是对于多汁性没有显著改善。
（3）食品胶 食品胶主要包括卡拉胶、黄原胶、瓜尔胶、槐豆胶、褐藻胶、黄原胶等。Xiong等研究发现，含有槐豆胶和黄原胶的牛肉香肠相较于空白样品来说，具有更好的感官性质。Michaela等将κ-、ι-卡拉胶（0.05%、0.15%、0.25%）分别加入再制干酪（45%、50%）中，发现相较于κ-卡拉胶，ι-卡拉胶对再制干酪黏弹性的影响更为显著，同时能够显著降低制品的粗糙感。Bigner等将0.5%ι-卡拉胶和10%水分混合添至低脂牛肉馅饼中，得到与全脂样品相似的多汁性和柔韧性。但由于添加食品胶的低脂制品中含有更高的水分，使得其相较于全脂制品更容易产生腐败变质。Brewer等将卡拉胶、淀粉和磷酸盐混合添加至低脂牛肉馅饼中，大大降低了蒸煮损耗，同时对制品的感官性质有一定的促进作用。
（4）菊糖 菊糖在有水存在的情况下能够形成一种特殊的凝胶，以修饰产品质构得到一种类似脂肪的口感。菊糖相较于纤维具有较高的水溶性，使其应用范围变得十分广泛。Mendoza等将菊糖作为脂肪替代品添至低脂发酵香肠中，结果表明，添有菊糖的香肠与高脂香肠具有极其相似的柔韧度、延展性和黏性。Arango等将菊糖作为脂肪替代品添入牛乳中，发现6%的添加量提高了接近30%的出品率。Alvarez等将菊糖添加至低脂肉糜中（5%脂肪含量），研究结果表明，添加有菊糖的处理组能够显著消除由于脂肪含量降低对制品的质构所产生的负面影响。Tomaschunas等将菊糖、柑橘纤维和部分大米淀粉的复合物作为脂肪替代品添加至低脂香肠中，研究发现添加脂肪替代品的低脂香肠油腻感明显降低，但是其质构和总体可接受性得到了显著提高，而且被消费者广泛接受。Tarrega等将长链菊糖和短链菊糖以不同比例（25:75，50:50，75:25）混合添至低脂奶油中，结果发现长链菊糖:短链菊糖以50:50比例添加时，能够得到和全脂样品相似的浓稠状态，并且在此基础上添加λ-卡拉胶复配后，能够得到比全脂奶油更为浓稠的产品。
1.2.2.3 脂肪基质低脂食品的开发现状
脂肪基质脂肪替代品即脂肪类似物，在提供低热量的条件下，表现出脂肪的功能特性和加工特性。在实际生产中，可以将各种植物或者动物油脂与乳化剂经过预乳化作用，来制备脂肪基质脂肪替代品。其中利用的油脂主要包括菜籽油、亚麻籽油、橄榄油、葵花油、大豆油、鱼油等，而常用的乳化剂主要包括大豆蛋白、乳清蛋白、酪蛋白酸钠、蛋黄粉、豌豆蛋白、羽扇豆蛋白等。
Youssef等将经过大豆分离蛋白、酪蛋白酸钠、乳清分离蛋白预乳化后的菜籽油添加到低脂牛肉馅中，研究发现利用酪蛋白酸钠预乳化的菜籽油能够显著提高牛肉馅的硬度，并降低了蒸煮损失。Herrero等分别用大豆分离蛋白、酪蛋白酸钠乳化橄榄油作为法兰克福香肠中的脂肪替代品，发现乳化后橄榄油的添加显著改善了香肠包括硬度、弹性、黏结性、咀嚼性等质构特性。另外，脂肪基质脂肪替代品不仅仅提高低脂产品的质构特性，而且能够作为一种功能性物质应用于食品加工中。Mehdi等将魔芋胶与橄榄油复合添加到低脂香肠中，研究发现香肠中的微生物和生物胺含量增长相对缓慢，同时制品的货架期显著延长。