动物蛋白质可食性涂膜降低深度油炸食品油脂含量的研究进展

李其轩，扈莹莹，孔保华

（东北农业大学食品学院 哈尔滨150030）

深度油炸是将食品完全浸入沸腾的油中进行油炸[1]。这类食品的油脂含量可能达到食品总质量的三分之一，甚至更高[2]。经常食用这种食品可能会导致人体摄入过多的油脂，对健康造成隐患。常见的抑制油脂吸收的方法有预处理，如微波预干燥[3]、水煮[4]、添加盐溶液[5]等，然而这样处理较为繁琐，也会影响食品品质。油炸后处理也可在一定程度上抑制油脂吸收。除油炸后沥干和使用吸油纸外，张翠华[6]报道了真空离心脱油法和过热蒸汽脱油技术；也有研究报道了一些新的油炸技术，效果比较显著的是低温真空油炸和水油混合油炸技术[7]。然而，这些方法所用设备成本较高，维护困难。以上所述的方法都无法大规模应用在深度油炸食品生产中。

涂膜起初用于新鲜果蔬和肉制品的保鲜，这种方法在1971年被应用于油炸食品中[8]，因其简单、经济的特点而得以延续至今。涂膜处理方式是用浸泡或喷涂的方法将涂膜液包裹在食品表面，油炸时成为附着在食品表面的薄膜，这层膜可以抑制油和水的迁移，达到保水、减油的效果。可食性涂膜（Edible coating） 容易与可食性膜（Edible film）和外裹糊发生混淆，根据McHugh[9]提供的细致区别，可食性涂膜特指用于食品表面的液体涂料，在油炸过程中受热才形成薄膜，而可食性膜是事先制备好的薄膜，这两者相似度较高，易混淆。外裹糊主要以面粉、淀粉和蛋液为主要成分，特点是较为黏稠，挂糊率较高，包裹在食品表面时的操作和涂膜相似，然而其在油炸后呈现酥松、膨胀的状态，形成一层厚度较大的硬壳，更易吸收油脂，与膜的状态相差甚远，二者存在本质区别。Ananey-Obiri 等[10]曾较为详细地综述可食性涂膜在油炸食品中的应用，然而未将外裹糊和可食性涂膜准确区分。“外裹糊” 的英文译文是“battered”，也有一部分产品在裹糊的基础上继续包裹一层面包糠，在英文译文是“breaded”。以上都是在文献中出现频率较高且易混淆的名词，为凸显本文的综述对象“可食性涂膜”，特在此描述和区分。

“可食性”一词，要求涂膜所使用的天然材料符合《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》（GB 2760-2014）。目前这些天然成分主要是多糖、植物蛋白质和动物蛋白质3 类。相比于多糖，人们发现蛋白质涂膜抑制油炸食品吸油的应用效果更好，进一步的研究发现动物蛋白质比植物蛋白质更具优势，如避免过敏，营养价值高，机械性能出众等，因此动物蛋白质正在逐步取代植物蛋白质。目前，还未见有关动物蛋白可食性涂膜应用研究进展或动物蛋白质涂膜抑制吸油机理的综述类文章。本文概述植物蛋白质和多糖在抑制油炸食品吸油的应用，近年来动物蛋白质在该领域内的应用研究，动物蛋白质基可食性涂膜抑制深度油炸食品吸油的机理，并展望未来动物蛋白质复合涂膜的应用。

1 多糖及植物蛋白质基可食性涂膜

1.1 多糖

纤维素衍生物、果胶、壳聚糖、食用胶、海藻多糖和膳食纤维等均可以用于可食性涂膜的制备。表1总结了一些已报道的多糖的应用研究。纤维素衍生物、果胶、食用胶可单独制备成涂膜液使用。纤维素衍生物涂膜具有无色、无味、无嗅的特点，可以维持油炸食品原始的品质和风味，应用较多；果胶涂膜的黏度较大，可以使食品表面光滑、酥脆，适用于大多数切片食品，有研究表明果胶涂膜是降低油炸香蕉片油脂含量最有效的涂膜方式[11]。食用胶包含瓜尔豆胶、黄原胶、黄芪胶、杏仁胶、卡拉胶、罗勒籽胶和结冷胶等，其表观黏度较大，因此既可以单独使用，又可以与其它材料混合制成复合涂膜，增加涂膜液的浓度[12]。壳聚糖是一种良好的成膜剂，透明度高，机械性能较好[13-14]，然而壳聚糖不易溶解，而且与成膜剂相比，其作为天然抑菌剂更有应用价值[15]，因此壳聚糖涂膜主要的应用领域是生鲜食品的保鲜。具备抑菌功效的还有海藻多糖，同样是一种兼顾抑菌保鲜[16]和成膜能力的材料[17-18]，其应用于油炸食品的涂膜中，既能充当成膜剂，又可以为涂膜增添抑菌功效，而且海藻酸盐在水中的溶解性更好，因此它的应用范围比壳聚糖更广。膳食纤维本身并不是一种良好的成膜剂，因为其无法形成致密的凝胶膜，王玉环等[19]在油炸试验中对比了大豆纤维、黄原胶和乳清蛋白，研究发现大豆纤维对降低食品油脂含量没有起到很好的效果，然而这类多糖具有较好的持水性和膨胀性，可以抑制水分损失，从而间接使油炸食品减少吸油[20]，同时也改善了食品的质构，提高了柔软度和疏松度[21]，可以改善复合涂膜品质。根据文献报道，大豆纤维、小麦麸纤维、米糠纤维、苹果纤维、魔芋葡甘聚糖和发酵竹笋膳食纤维已有这方面应用[20，22-23]。

1.2 植物蛋白质

除了多糖涂膜外，大豆分离蛋白、玉米醇溶蛋白、小麦蛋白等植物蛋白也被应用于制备可食性涂膜液。蛋白质涂膜液受热可以在食品表面形成一层凝胶薄膜，在减少水分损失的同时，也可以有效阻挡油脂分子通过[24-26]。表1总结了一些已报道的植物蛋白质可食性涂膜在降低深度油炸食品油脂含量上的应用。考虑到膜的性能和经济因素，大豆分离蛋白被广泛使用在油炸薯片、面食、肉制品等食品中；膜性能出众的还有玉米醇溶蛋白，文献报道了其在油炸薯片方面的应用[27]，然而顾名思义，这种蛋白不易溶于水，囿于其溶解性，其应用受到了一定程度的限制；此外小麦蛋白也被应用在油炸面团和谷类食品中[2，28]。植物蛋白质的确是一种良好的涂膜材料，然而制约其使用主要有两方面缺点：1）有些蛋白质的使用易引起人体的过敏反应，比如大豆分离蛋白和小麦蛋白；2）有些植物蛋白不易溶于水，比如玉米醇溶蛋白只能溶解于特定浓度范围的乙醇，因此不易形成稳定的溶液，影响了其应用价值。因此为避免这些问题，研究人员将视线转移至动物蛋白质的应用。

2 动物蛋白质可食性涂膜

表1总结了目前可在文献中查阅到的用于油炸食品的动物蛋白质可食性涂膜，目前，已有文献报道了卵清蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、肌原纤维蛋白等多种动物蛋白质涂膜可以降低深度油炸食品的油脂含量[19，45-50]。而且与植物蛋白质相比，动物蛋白质还具有一些额外的优势，使得动物蛋白可食性涂膜的推广应用具有巨大潜力。

2.1 动物蛋白质可食性涂膜的优势

2.1.1 营养价值高 动物蛋白质涂膜可以提高食品的营养价值。蛋白质中富含氨基酸，因此其营养价值明显优于多糖，而且相较于植物蛋白质，人体必需氨基酸的比例更高[51-52]。同时动物蛋白质还含有更多的微量元素和维生素，如维生素B6、B12、核黄素、烟酸、磷和钙等含量均高于植物蛋白质[53]。

2.1.2 改善食品色泽和风味 蛋白质可以与碳水化合物发生美拉德反应，最终生成类黑晶物质，使食品获得更诱人的焦糖色。翟金玲等[54]、Sahin 等[55]分别以乳清蛋白和卵清蛋白涂膜作为反应底物，证明了控制美拉德反应的程度可以控制颜色的变化，进而改善食品的外观色泽。蛋白质还是承载挥发性风味物质的载体[56]，美拉德反应是一系列复杂的反应，其多个阶段中均有风味化合物生成，这些化合物提供了油炸食品特有的焦香味，而且相比于植物蛋白质，动物蛋白质可以赋予产品更丰富的肉的香气，起到改善风味的作用。

表1 可食性涂膜在降低深度油炸食品油脂含量上的应用Table 1 Application of edible coatings for oil content reduction in deep-fat fried foods

2.1.3 避免过敏 引起人体过敏是一些植物蛋白质的缺点，比如大豆分离蛋白和小麦蛋白。在动物蛋白质中，使用肌原纤维蛋白或动物血浆蛋白则不会出现过敏的症状，这些蛋白质可以有效替代易引发过敏的植物蛋白质，提高了安全性和可接受性。

2.1.4 提升副产物综合利用率 动物内脏和血液都属于副产物，副产物中含有很多有价值的蛋白质，不乏可以形成凝胶膜的蛋白质[57]，然而受饮食习惯和宗教等因素的影响，除中国和少数国家食用内脏和血液外，全世界范围内对内脏和血液的应用并不充分，尤其是其中的血液。以产量高且营养价值丰富的猪血为例，除小部分被用于饲料添加剂以及用于生化制药生产外，大部分都被废弃。猪血浆中的蛋白质含量在7.5%左右[58]，这些蛋白质含量占全血蛋白质总量的25%左右[59]，而猪血浆蛋白就具有良好的凝胶性，是一种潜在的可食性涂膜材料。诸如此类来源于肉品副产物中的蛋白质若能被用于生产可食性涂膜，势必会极大提升肉品副产物的附加值，从而促进肉品产业发展。

另外，一些动物蛋白质涂膜不仅仅能形成膜阻断水和油的迁移，还附带着抗氧化等功能特性，如一定程度水解后的鱼肉蛋白[60]、乳清蛋白[61]、蛋黄蛋白[62]、猪血浆蛋白[63]便具有一定的抗氧化活性。使用动物蛋白质可食性涂膜也能保证从食品原料本身到添加剂的统一，避免过多食源材料的混合，这可能为一些宗教和民族饮食习惯提供更好的选择。此外，大力发展动物蛋白质可食性涂膜还是顺应我国发展规划的做法，以猪肉为例，我国提倡加大对国家生猪产业技术体系的支持和指导力度，加大科技投入，猪副产物中蛋白质的综合利用恰好是顺势而为[64]，具有很大的发展空间和机遇。

2.2 动物蛋白质复合可食性涂膜

复合涂膜是指包含了2 种或2 种以上有效成分的混合涂膜，表1中列举了一些由文献报道的复合可食性涂膜的应用，如在尹茂文[30]、凌俊杰等[31]的试验中，复合涂膜都表现出优于单一涂膜的结果。含有动物蛋白质的复合可食性涂膜已经出现，然而数目远不及多糖-多糖复合、多糖-植物蛋白质复合的涂膜，Supawong 等[23]将鱼肉蛋白和魔芋葡甘聚糖复合，在单一涂层的基础上进一步降低了油炸鱼肉饼的油脂含量；陆一敏等[47]将乳清分离蛋白和甲基纤维素复合制备涂层，在油炸薯条的应用中也取得了相似的结果。

在研究复合涂膜的过程中，还有一些研究人员向涂膜材料中添加了可食用的抑菌剂和抗氧化剂，制备了功能性可食性涂膜，是可食性涂膜发展的新方向。如Idoya 等[65]向乳清分离蛋白中添加牛至、丁香精油，延长了生鸡胸肉的保鲜期；Salehi等[40]将罗勒籽胶与百里香酚混合，制备出具有抗氧化效果的涂膜，成功减轻了油炸虾仁的氧化程度。显然目前应用于油炸食品的功能性可食性涂膜还较少，而向动物蛋白质涂膜中添加功能性成分的做法也还未见报道，然而这恰好也是动物蛋白质复合可食性涂膜未来的发展趋势。

随着人们对更加健康的油炸食品的诉求不断加深，单纯降低油脂含量将无法满足消费者，笔者认为未来可食性涂膜的发展趋势为：涂膜的主要材料将由动物蛋白质替代此前的多糖和植物蛋白质；涂膜的组分将由单一化向复合化发展；涂膜的功效将由单纯降低油炸食品的油脂含量，向防腐、抑菌和抗氧化等功能延伸。

3 动物蛋白质可食性涂膜抑制深度油炸食品吸油的机理

3.1 深度油炸食品油脂吸收的机理

为解释可食性涂膜的作用机理，首先需要解释清楚油炸食品油脂吸收的机理。研究发现油脂的吸收主要发生在食品的表面[66]，吸收的途径主要有3 种，即水和油的置换、冷却过程“毛细虹吸”吸油和表面活性剂理论，然而目前哪一种是导致油脂吸收的主要途径尚处于讨论中。

3.1.1 水和油的置换 这种变化是在油炸过程中发生的。油炸时食品表面由于水分蒸发变得干燥，上面的孔洞也发生收缩并形成较大的孔隙[67]，逐渐形成多孔、坚硬的外壳，此时食品内部的水开始变成水蒸气，然而外壳会抑制水蒸气的转移[10]，因而使食品内部蒸气压逐渐增大，并形成内外压力梯度[68]，因而会对食品结构造成一定破坏，一些更深、更大的孔隙就在此时生成，通过这些孔隙，并在油脂浓度差的作用下，此前因水蒸气逸散而遗留的空间被油脂填充（图1），因此说明油置换了水。有研究者猜测进入食品的油脂含量可能与损失的水分含量之间存在线性关系[69]。这一猜想也在Salehi 等[40]的试验中得以验证，试验结果表明吸油量和水分损失量呈正相关。然而也有一些研究表明，大量油脂主要是在冷却阶段被吸入食品中的，比油炸过程中进入食品的油脂含量更高[70-71]。因此“毛细虹吸”吸油现象被提出。

3.1.2 冷却过程“毛细虹吸”吸油现象 食品在冷却阶段也会通过“毛细虹吸”的方式吸油。结束油炸后，食品表面温度迅速降低，表面孔隙和食品内部的水蒸气最终凝结，使蒸汽压减小，在大气压的作用下发生“毛细虹吸”现象，表面附着的油脂就进入到细小孔洞或食品内部[72]，Mellema[73]把这种机理描述为“毛细管机制”。这一时期，吸油的多少也取决于外壳表面附着的油脂量，这进一步受表面结构特征和油黏度的影响[74]，通常表面越光滑、致密、油脂黏度越小，附着的油脂越少[10]。

3.1.3 表面活性剂理论 这一机理阐述的是油脂品质变化对食品吸油的影响。油炸伴随着水解、热分解和聚合反应，相应生产一些极性化合物，它们作为表面活性剂，降低了油和食物表面的界面张力，增加了食物表面与油接触吸收的机会；这些化合物也会促进水解反应，生成更多极性化合物，造成“恶性循环”；同时它们也抑制食品表面的传热，使油炸时间延长，增加了油脂对水的取代机会[30，70]。Huse 等[75]还指出生成的聚合物会增加油脂的黏度，黏度升高会使更多的油脂附着在食品表面，这也可能间接加剧油脂的吸收。

图1 深度油炸过程中水和油的置换机理Fig.1 Displacement mechanism between water and oil in deep-fat frying process

3.2 动物蛋白质可食性涂膜抑制油脂吸收的机理

可食性涂膜通过阻碍上述3 种油脂吸收途径来发挥功效（图2）。无论是动物蛋白质、植物蛋白质或是多糖，涂膜液都会在油炸过程中受热脱水，由液态转变为固态，形成一层贴附在食品表面的、致密的、具有一定机械强度的薄膜，从而阻断油脂和水分转移的途径，减少食品表面的孔隙，减少附着在食品表面的油脂，并减缓油品质的恶化。不同的是各种涂膜材料的成膜机理不同，这也是影响涂膜作用效果的根本原因。

图2 使用可食性涂膜对深度油炸食品的影响Fig.2 Effects of edible coatings on deep-fat fried foods

多糖分子大多呈无定形结构，含有羟基、羰基和氨基等官能团，油炸时温度升高水分损失，多糖分子依靠氢键和范德华力等相互作用形成了致密的网状结构，最终形成凝胶膜，由于大部分多糖的黏度较大，如食用胶类，它们与食品表面的黏附性较好，形成的薄膜更容易牢固地贴合在食品表面，更利于保存食品中的水分，以阻隔油脂[12]。

动物蛋白质成膜的过程更加复杂。形成薄膜有2 个步骤：首先，热处理使蛋白质结构破坏，空间结构充分舒展，存在于蛋白质分子内部的二硫键、氢键以及疏水键暴露在外，并暴露出巯基和疏水基；紧接着巯基形成新的二硫键，疏水键和氢键也不断形成，以增强分子间的相互作用，形成稳定的三维空间网状结构。动物蛋白质形成的凝胶薄膜具有一定的韧性，不易破裂，因此机械性能和阻隔性能都优于多糖[54，76-77]。

乳清蛋白具有很好的成膜能力，被大量应用于“可食性涂膜”和“可食性膜”的制备。乳清蛋白约占牛乳蛋白质总量的五分之一，其中主要是β-乳球蛋白（约占60%）、α-乳白蛋白（约占20%），β-乳球蛋白的氨基酸残基数是162 个，含有2 个二硫键和1 个自由巯基；α-乳白蛋白的氨基酸残基数是123 个，含有4 个二硫键[78]，这是决定成膜主要成分的基本结构，这种物质的组成和结构使乳清蛋白有加热和不加热2 种成膜方式。非热处理的膜主要依靠分子间氢键形成空间结构进而成膜，由于未破坏乳球蛋白结构，疏水基团和巯基依旧包埋在分子内部，所以这种条件下形成的膜结构较简单，机械性能和溶解性差，接触水后易破坏空间结构，易溶解；而热处理的膜依靠的不仅仅是分子间氢键的作用，更主要的是二硫键和疏水相互作用，因而具有更加复杂的空间三维结构，在机械性能和溶解性方面都有很大提升。

胶原蛋白有很好的凝胶特性，可以成膜。胶原蛋白能够通过有序的三螺旋结构形成明胶，起初单个胶原蛋白分子链有序螺旋排列，随后2～3 个有序片段组成胶原并折叠组合，最后螺旋区域内各条链之间由氢键相连，形成稳定的明胶结构。明胶含有脯氨酸、羟脯氨酸和羟赖氨酸等大量氨基酸，它们也可以在蛋白质链中形成分子内和分子间交联[10]，因此凝胶膜具备很好的力学性能。

肌原纤维蛋白也是一种可以成膜的良好材料，可以从动物肌肉的肌纤维中提取出来。Eddin和Tahergorabi[79]已经通过试验验证了鱼肉肌原纤维蛋白形成凝胶膜的能力。Sobral 等[80]在研究泰国罗非鱼肌肉中肌浆蛋白和肌原纤维蛋白成膜特性时也证明了这一点，而且发现肌原纤维蛋白的成膜特性良好，原因是在肌原纤维蛋白成膜及干燥过程中能够形成连续的基质，蛋白质分子拉伸且以紧密相连的结构平行排列，这样的有序排列提升了蛋白质薄膜的机械性能，已有文献报道肌原纤维蛋白膜的功能性质要比其它种类的蛋白膜更好，尤其体现在延展性上[30]。也有报道指出海洋动物肌肉中的肌原纤维蛋白热稳定性不及陆生动物[10]，这对于肌原纤维蛋白涂膜的材料选择有一定的指导意义。

4 总结

可食性涂膜是一种有效降低深度油炸食品油脂含量的处理方式。安全、溶解性好、营养、成膜性好的涂膜材料是可食性涂膜材料的选择标准。与多糖[81]和植物蛋白质相比，动物蛋白质不仅具有避免过敏，营养丰富，可改善食品风味等优势，而且能够成膜的动物蛋白质可以从动物副产物中提取获得，这极大地降低了成本，获得了生产应用的青睐。相信在未来，动物蛋白质可食性涂膜将在抑制深度油炸食品吸油中做出更多贡献。