《Applied Food Research》:Recent trends in the application of oleofoams as fat replacer in food products
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本综述全面概述了目前关于油泡沫(oleofoams)作为食品中新型脂肪替代品的知识。主要目的是批判性地总结其生产和稳定机制、理化特性、影响其性能的因素、在食品中的最新应用,以及成功实现工业应用必须解决的关键问题。与油凝胶(oleogels)等传统脂肪替代品不同
本综述全面概述了目前关于油泡沫(oleofoams)作为食品中新型脂肪替代品的知识。主要目的是批判性地总结其生产和稳定机制、理化特性、影响其性能的因素、在食品中的最新应用,以及成功实现工业应用必须解决的关键问题。与油凝胶(oleogels)等传统脂肪替代品不同,油泡沫将油凝胶基质与掺入的空气相结合,能够在保持理想结构和质构特性的同时,同时降低热量密度和脂肪含量。与双凝胶(bigels)不同,油泡沫的无水结构降低了微生物腐败的风险并提高了储存稳定性。此外,本综述强调了油泡沫独特的稳定机制,包括Pickering稳定、晶体网络形成和气泡稳定,这些机制使其区别于其他脂肪替代品。凝胶剂的类型和浓度、油类型以及生产过程中的参数(如搅打速度、搅打时间和冷却速率)会影响油泡沫的理化特性。在巧克力、蛋糕、蛋黄酱和冰淇淋等食品中用油泡沫部分替代固体脂肪,可以在不损害理化性质的情况下实现显著的脂肪减少。尽管有这些有前景的发现,对油泡沫的研究仍然有限,并且若干问题仍然限制其更广泛的应用。需要更多的研究来评估感官特性、增强氧化稳定性、优化针对各种食品的油泡沫配方,并开发经济高效且可规模化的制造工艺。本综述指出了当前的研究空白,并为含油泡沫食品的开发与工业应用提供了未来展望。
2. Oleofoams
油泡沫是将空气掺入油凝胶中形成的结构化脂质体系。在搅打过程中,气泡在剪切力作用下被破碎并细化,平均尺寸减小。油泡沫的性质受凝胶剂类型与浓度、搅打速度与时间、结晶温度和冷却速率等加工因素显著影响。通常,提高搅打速度会促进空气掺入并减小气泡尺寸,但过高的剪切力可能破坏晶体网络或使气泡失稳。结晶温度和冷却速率决定脂肪晶体的形态、尺寸和成核行为。油泡沫的稳定机制主要涉及Pickering稳定与本体晶体网络的协同作用:固体颗粒吸附于空气-油界面形成保护层,而非吸附晶体在油相中构建三维网络,固定气泡并抑制排液和聚结。颗粒接触角接近90°时脱附能最大,有利于稳定。油泡沫仅在凝胶剂浓度适宜时才能形成,浓度过低或过高均不利。气泡尺寸越小且分布越均匀,稳定性越高。晶体网络强度受冷却速率和凝胶剂浓度调控。油泡沫可降低脂肪密度而不引入水分,因而兼具营养改善和微生物稳定性优势。研究显示,油泡沫的氧化速率可能低于主体油,归因于三维网络对氧化传播的限制。
2.1. Physicochemical properties of oleofoams
本节综述了油泡沫的多个理化性质维度,包括微观结构、质构、固体脂肪含量、流变学、热性质和氧化稳定性。
2.1.1. Microstructure
油泡沫的微观结构取决于晶体分布、形态、尺寸以及气泡的大小与均匀性。搅打时间显著影响微观结构演变:初期空气快速掺入,气泡数量增加;随后气泡尺寸减小且分布更均匀,界面晶体层增厚;但搅打过久会导致气泡聚结。凝胶剂浓度增加使气泡由多面体向球形转变,并减小气泡尺寸。较低的生产温度(如5 °C)有利于形成刚性晶体层,产生更规则的球形气泡。油类型也影响气泡尺寸分布,不同植物油产生的气泡尺寸比例存在差异。这些参数相互作用,共同决定油泡沫的最终微观结构。
2.1.2. Texture
质构特性主要通过油泡沫的硬度或坚实度来评价。增加单甘酯浓度可提高油泡沫硬度,归因于更强的界面张力和更集中的气泡分布。混合凝胶剂(如葵花蜡与单硬脂酸甘油酯)可产生比单一凝胶剂更强的网络。冷却速率、油类型和储存时间也影响质构。储存期间,晶体发生奥斯特瓦尔德熟化,相互作用增强,使油泡沫硬度增加。
2.1.3. Solid fat content
固体脂肪含量(SFC)是决定油泡沫性能的关键参数。SFC必须足够低以保持油相在搅打时呈液态,同时足够高以维持气泡稳定。SFC随温度降低而增加。凝胶剂类型影响SFC,例如山楂酸与山楂醇的混合物在特定比例下产生较高的SFC和膨胀率。高SFC可降低气泡歧化速率,在储存期间维持稳定的气泡尺寸分布。
2.1.4. Rheology
流变学测量为理解油泡沫宏观特性提供了信息。凝胶剂类型和浓度显著影响弹性模量(G')和损耗模量(G'')。混合凝胶剂(如羊尾脂与单硬脂酸甘油酯)可产生比单一凝胶剂更高的G'值,表明形成更强的弹性网络。搅打后G'降低,但所有油泡沫仍保持弹性行为(G'>G'')。油类型影响结晶特性,如葵花籽油油泡沫表现出比大豆油和橄榄油更高的G'和G''值。较低生产温度导致更高的固体脂肪含量和更有效的界面吸附,从而增加G'和G''。
2.1.5. Thermal properties
热性质通过熔融和结晶温度来表征。高温会使晶体熔化,导致气泡聚结和油泡沫崩塌。增加凝胶剂浓度可提高熔融温度和熔融焓,增强热稳定性。较低的生产温度有利于形成热力学更稳定的β晶体,从而提高油泡沫的熔点。
2.1.6. Oxidative stability
由于油泡沫含有大量多不饱和脂肪酸且具有大油-气界面,脂质氧化是重要关注点。然而,凝胶网络可能通过限制氧扩散和脂质迁移来部分抵消这种风险。研究表明,油泡沫的氧化速率与相应油凝胶相似,甚至低于主体油。凝胶剂类型影响氧化速率,例如含单甘酯的油泡沫比含脂肪醇和脂肪酸的油泡沫具有更低的氧化速率。抗氧化剂在油泡沫体系中的分布行为和作用机制尚待深入研究。
2.2. Factors affecting the physicochemical properties of oleofoams
影响油泡沫理化性质的因素包括凝胶剂的类型和浓度、搅打时间和速度、搅打温度及冷却速率等。这些参数通过改变结晶行为和气泡稳定化程度,最终影响油泡沫的流变、质构和稳定性。
2.1.1. Type and concentration of the gelling agent
凝胶剂是形成油泡沫的关键组分。常用凝胶剂包括单甘酯、蜡、脂肪酸、脂肪醇、糖酯和蛋白质等。单甘酯兼具表面活性和晶体形成能力,增加浓度可增强界面弹性并