为了满足消费者的需求，适用于各类不同产品的脂肪替代物的开发及应用成为近年来的研究热点。肉类制品中的动物脂肪替代物多以碳水化合物、蛋白质和植物油脂为基质，通过使用物理、化学的方法进行改性，添加到产品中以期模拟脂肪的部分或全部特性，使产品达到“降脂不降质”的目的。从业者需要找到具有更好物理化学性质的脂肪替代品模拟肉制品中的固体动物脂肪。
四川旅游学院食品学院的安攀宇、肖岚和成都纺织高等专科学校的汪静心等人通过优化筛选魔芋精粉、卡拉胶、大豆分离蛋白、乳清蛋白、明胶、水、碳酸钠以及植物油等物质的用量，在碱性环境中复配为热不可逆凝胶块模拟动物块状脂肪，并将其与猪背脂肪进行对比，以期其在肉制品中能作为固体动物脂肪的替代物而广泛应用。
1 复配凝胶Plackett-Burman试验设计结果
由于复配凝胶作为块状脂肪的替代物，需要尽可能模拟脂肪的主要物理性能。因此，本研究选取硬度、感官弹性和咀嚼性等响应值来察复配凝胶与脂肪质构的差异；选取白度值为响应值考察复配凝胶与脂肪的色泽差异；选取在烘烤条件下的收缩率和质量损失率考察复配凝胶与脂肪保水性能的差异。通过Plackett-Burman试验，筛选出复配凝胶的各组分中对于影响其作为脂肪替代物的整体性能的关键因素。
结果显示，本研究中的所有试验模型都差异显着(P<0.05)，表明每个模型的拟合度和可靠性都很高，适合于研究各组分因素对于响应值的影响程度。其中X2(卡拉胶添加量)、X4(乳清蛋白添加量)、X7(水添加量)和X8(碳酸钠添加量)4 个因素分别对各响应值都存在显着影响(P<0.05)。因此选取以上4 个因素为主要影响因素，在下一步的试验设计中继续考察其最优的水平范围。对其余无显着影响的因素，根据单因素试验结果及正负效应，确定复配凝胶中各组分的添加量为魔芋精粉6 g、明胶1.5 g、大豆分离蛋白1 g和植物油20 mL。
2 复配凝胶最陡爬坡试验设计结果
结果显示，随着水、乳清蛋白、碳酸钠和卡拉胶等各组分添加量的增加，复配凝胶的感官弹性、咀嚼性、白度值均呈现出先升高后降低的趋势，硬度呈现逐渐下降的趋势，而收缩率和质量损失率呈现出先降后升的趋势。结果显示，猪背脂肪的质构指标和色泽指标均大于复配凝胶的表现，而保水性指标小于复配凝胶的表现，因此，当复配凝胶中各组分添加量分别为水270 mL、乳清蛋白1.25 g、碳酸钠1.67 g和卡拉胶1.25 g时，其各项指标评分均与对照组的猪背脂肪最为接近，说明该试验组接近各组分的最佳响应区间。因此，以该试验组为下一步响应面的中心试验点，进行响应面试验。
3 复配凝胶Box-Behnken响应面试验设计结果
结果显示，各个模型的P值均小于0.01，表示模型对响应值有极显着影响，且失拟项P值均大于0.05(即不显着)，它表明每个模型都具有高度的拟合度，并且试验误差很小，模型能够准确描述各因素与响应值之间的真实关系，即可以用各模型分别对复配凝胶的各项性能进行分析和预判。在响应面分析中，回归模型的确定系数越高，即所选因素对响应值变化的影响越大。本试验中，各模型的确定系数R2均大于0.92，校正确定系数R2Adj均大于0.85，说明各模型中所选因素对于响应值的变化影响较高，仅有较少量的变化不能使用模型进行解释。本试验中，各模型的信噪比均大于4，也说明各模型设计合理，可信度较高。综合以上分析，在本试验中各个模型的置信度较高，能较好拟合响应值与所选自变量的关系。
结果显示，A、C和AD 3 个因素对各回归模型影响均显着(P<0.05)；B对除以硬度为响应值外的其余回归模型影响均显着(P<0.05)；D对除以硬度和质量损失率为响应值外的其余回归模型影响均显着(P<0.05)；AC对除以咀嚼性为响应值外的其余回归模型影响均显着(P<0.05)；BD仅对以质量损失率为响应值的回归模型影响显着(P<0.05)。
4 复配凝胶因素相互作用和响应面分析
4.1 两因素交互作用对复配凝胶硬度的影响
由图1～3可知，随着卡拉胶添加量的增大，复配凝胶的各项质构性能指标均呈现先升高后降低的趋势，且存在有极高值点。而随着水和碳酸钠用量的增加，复配凝胶的硬度、感官弹性和咀嚼性均呈现出缓慢下降的趋势。响应面的3D曲面图坡度较陡，也说明因素之间存在有交互作用，这与方差分析结果一致。在本研究中，卡拉胶在碱性条件下与魔芋胶和乳清蛋白混合，可以极大提升复配凝胶的质构性能，使制作出的复配凝胶能较好地模拟出脂肪滑嫩、细腻的口感特性。
4.2 两因素交互作用对复配凝胶白度值的影响
从图4可以看出，复合凝胶的白度值随着卡拉胶添加量的增加先增大后减小，并且存在最大值。而随着水和碳酸钠用量的增加，复配凝胶的白度值呈现缓慢降低的趋势。白度值表示物体表面白色的程度，动物体内脂肪细胞多为白色或浅黄色，因此复配凝胶需要呈现出较大的白度值才能在色泽上更好的模拟动物脂肪。
本研究中，适量的卡拉胶与乳清蛋白、大豆分离蛋白以及魔芋胶进行充分复配，形成致密的网状结构，能提高复配凝胶的白度值。碳酸钠的使用能增强体系的碱性，适量的OH-能使魔芋胶发生脱乙酰基反应而增强凝胶化，但过多的OH-也会使凝胶的颜色变黄。随着水的添加量增大，复配凝胶网状结构能捕获大量的游离水分子，从而使凝胶的整体体积增大，此时凝胶的网状结构致密性降低，能吸收更多的光线，故凝胶的白度值随着水用量的增大而降低。
4.3 两因素交互作用对复配凝胶收缩率和质量损失率的影响
随着卡拉胶添加量的增加，复合凝胶的收缩率和质量损失率都先增加后减小，并且存在最大值。而随着水和碳酸钠用量的增加，复配凝胶的保水性指标均呈现缓慢降低的趋势。随着乳清蛋白用量的增加，复配凝胶的质量损失率基本保持不变。复配凝胶中碳酸钠的使用，一方面可以提供OH-使魔芋胶发生凝胶作用，但另一方面也提供了大量的阳离子中和了卡拉胶中的阴离子，使卡拉胶“捕获”自由水的能力减弱，因此凝胶出现持水力减弱的情况。
5 复配凝胶最佳配方的确定及验证实验
在本研究中，由于作为脂肪替代物的复配凝胶的最优配方中的各项取值最终结果均为定值，为制备方便，将配方中的各项换算为相应的质量比例，故得到最终结果为复配凝胶配方中各物料的质量比例形式:卡拉胶-乳清蛋白-水-碳酸钠-魔芋精粉-明胶-大豆分离蛋白-植物油=1.19∶1∶254.52∶2∶6∶1.5∶1∶18.4，其中水和植物油质量浓度分别为1、0.92 g/mL。验证实验按照该配方进行。按照软件优化得到的配方制作复配凝胶进行验证实验，经过3 次平行实验的响应指标实测值与预测值接近，各响应指标与预测值的相对误差均在可允许误差5%范围之内。由此可知，此响应面模型对于复配凝胶的配方优化是可行的，此实验方法具有较高的准确性，通过该方法，可以获得作为脂肪替代物的复配凝胶的最佳配方。
6 复配凝胶扫描电镜微观结构分析
本研究中复配凝胶的配方主要以蛋白质和多糖类物质为主，因此选择配方中具有代表性的蛋白质类(大豆分离蛋白)和多糖类(魔芋精粉)分别制作凝胶，并与作为脂肪替代物的复配凝胶进行对比观察。由图7可知，不同类型凝胶的微观结构差异较大，其中大豆分离蛋白凝胶(图7A0)和魔芋精粉凝胶(图7B0)形成的网状结构空洞较多，而复配凝胶(图7C0)的微观结构基本没有空隙存在。尽管网状结构中的空隙可以将水分子“捕获”，但由于此类固化水分子的键能相对较弱，在某些情况下水分子也较容易挣脱束缚，造成凝胶的失水。而复配凝胶的微观结构(图7C0、C1)呈现一种表面皱褶较多，但断面基本无空洞的情况，这使水分子在参与形成凝胶的过程中，能被封闭在皱褶结构的间隙中，从而提高了凝胶的保水性能。另外，由图7还可以看出，大豆分离蛋白凝胶为多片层网状结构且空洞较多，魔芋精粉凝胶的网状结构松散且空隙较大，但复配凝胶的微观结构为多皱褶的致密三维封闭结构，综合了以上二者凝胶结构的优点。造成这样的原因可能是因为蛋白质与多糖之间互相缠绕、包裹，使得网状结构之间的空隙变小、空洞封闭，这样的微观结构能提高凝胶的机械性能，同时也使得复配凝胶的各项物性指标相对于其他凝胶更接近于真实动物脂肪(猪背脂肪)。
7 中式香肠中脂肪替代物应用结果
如图8所示，按照最优配方制作的复配凝胶与猪背脂肪在外观、色泽等方面较为相似。由图9、10可知，添加了复配凝胶的中式香肠与空白对照组在外观、色泽、组织状态、口感和风味等感官评分方面，均无显着性差异(P>0.05)。而替代组的脂肪含量相对于空白对照组降低了50%，说明通过前期实验结果制备的作为脂肪替代物的复配凝胶，能在肉制品中较好地模拟动物脂肪的各项性能，通过将其添加到产品中能真正达到“降脂不降质”的目的。
结 论
本研究通过Plackett-Burman设计，最陡爬坡试验和Box-Behnken响应面法对作为脂肪替代物的复配凝胶的配方进行优化设计，研究魔芋精粉、卡拉胶、大豆分离蛋白、乳清蛋白、明胶、植物油、水以及碳酸钠的添加量8 个因素，对复配凝胶的质构性能、色泽性能和保水性能 的影响。首先，通过Plackett-Burman试验，筛选出配方中的卡拉胶、乳清蛋白、水和碳酸钠的添加量为4 个关键因素，它们对复配凝胶的各项品质指标均有显着性影响，然后通过最陡爬坡试验和Box-Behnken响应面试验建立了这4 种物料的添加量与各响应值之间的回归模型。通过软件优化得到复配凝胶配方中各物料之间的质量比例为，卡拉胶-乳清蛋白-水-碳酸钠-魔芋精粉-明胶-大豆分离蛋白-植物油=1.19∶1∶254.52∶2∶6∶1.5∶1∶18.4。经验证实验，得知按此配方制得的复配凝胶作为脂肪替代物加入到中式香肠中，在保证产品感官品质不降低的前提下，极大降低了中式香肠的脂肪含量。综上所述，通过本研究制得的复配凝胶能较好的模拟动物脂肪的各项物理性能，且能良好运用于中式肉制品的实际生产中，为低脂肉制品的开发提供了一定的理论参考价值。
本研究中，针对作为脂肪替代物的复配凝胶的配方由于存在因素较多的情况，故而先采用Plackett-Burman 试验设计，根据各因素对于复配凝胶的物性影响大小进行重要性筛选，找出主要作用因素；再使用最陡爬坡试验和Box-Behnken响应面法，找出这些主要作用因素在复配凝胶配方中的最适添加量，进而确定出制作复配凝胶的最优配方。通过以上3 步试验设计内容，可使用较少的试验量在众多因素中快速寻找到最优配方。本研究中的实验设计是通过使用先“定性”即因素重要性，后“定量”即因素添加量的研究方法，后期验证实验表明本设计可靠、实验方法科学合理，且按照最优配方制作的复配凝胶在中式香肠中亦能较好替代猪背脂肪。
