李其軒，扈瑩瑩，孔保華

（東北農業(yè)大學食品學院 哈爾濱150030）

深度油炸是將食品完全浸入沸騰的油中進行油炸[1]。這類食品的油脂含量可能達到食品總質量的三分之一，甚至更高[2]。經常食用這種食品可能會導致人體攝入過多的油脂，對健康造成隱患。常見的抑制油脂吸收的方法有預處理，如微波預干燥[3]、水煮[4]、添加鹽溶液[5]等，然而這樣處理較為繁瑣，也會影響食品品質。油炸后處理也可在一定程度上抑制油脂吸收。除油炸后瀝干和使用吸油紙外，張翠華[6]報道了真空離心脫油法和過熱蒸汽脫油技術；也有研究報道了一些新的油炸技術，效果比較顯著的是低溫真空油炸和水油混合油炸技術[7]。然而，這些方法所用設備成本較高，維護困難。以上所述的方法都無法大規(guī)模應用在深度油炸食品生產中。

涂膜起初用于新鮮果蔬和肉制品的保鮮，這種方法在1971年被應用于油炸食品中[8]，因其簡單、經濟的特點而得以延續(xù)至今。涂膜處理方式是用浸泡或噴涂的方法將涂膜液包裹在食品表面，油炸時成為附著在食品表面的薄膜，這層膜可以抑制油和水的遷移，達到保水、減油的效果。可食性涂膜（Edible coating） 容易與可食性膜（Edible film）和外裹糊發(fā)生混淆，根據McHugh[9]提供的細致區(qū)別，可食性涂膜特指用于食品表面的液體涂料，在油炸過程中受熱才形成薄膜，而可食性膜是事先制備好的薄膜，這兩者相似度較高，易混淆。外裹糊主要以面粉、淀粉和蛋液為主要成分，特點是較為黏稠，掛糊率較高，包裹在食品表面時的操作和涂膜相似，然而其在油炸后呈現(xiàn)酥松、膨脹的狀態(tài)，形成一層厚度較大的硬殼，更易吸收油脂，與膜的狀態(tài)相差甚遠，二者存在本質區(qū)別。Ananey-Obiri 等[10]曾較為詳細地綜述可食性涂膜在油炸食品中的應用，然而未將外裹糊和可食性涂膜準確區(qū)分。“外裹糊” 的英文譯文是“battered”，也有一部分產品在裹糊的基礎上繼續(xù)包裹一層面包糠，在英文譯文是“breaded”。以上都是在文獻中出現(xiàn)頻率較高且易混淆的名詞，為凸顯本文的綜述對象“可食性涂膜”，特在此描述和區(qū)分。

“可食性”一詞，要求涂膜所使用的天然材料符合《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》（GB 2760-2014）。目前這些天然成分主要是多糖、植物蛋白質和動物蛋白質3 類。相比于多糖，人們發(fā)現(xiàn)蛋白質涂膜抑制油炸食品吸油的應用效果更好，進一步的研究發(fā)現(xiàn)動物蛋白質比植物蛋白質更具優(yōu)勢，如避免過敏，營養(yǎng)價值高，機械性能出眾等，因此動物蛋白質正在逐步取代植物蛋白質。目前，還未見有關動物蛋白可食性涂膜應用研究進展或動物蛋白質涂膜抑制吸油機理的綜述類文章。本文概述植物蛋白質和多糖在抑制油炸食品吸油的應用，近年來動物蛋白質在該領域內的應用研究，動物蛋白質基可食性涂膜抑制深度油炸食品吸油的機理，并展望未來動物蛋白質復合涂膜的應用。

1 多糖及植物蛋白質基可食性涂膜

1.1 多糖

纖維素衍生物、果膠、殼聚糖、食用膠、海藻多糖和膳食纖維等均可以用于可食性涂膜的制備。表1總結了一些已報道的多糖的應用研究。纖維素衍生物、果膠、食用膠可單獨制備成涂膜液使用。纖維素衍生物涂膜具有無色、無味、無嗅的特點，可以維持油炸食品原始的品質和風味，應用較多；果膠涂膜的黏度較大，可以使食品表面光滑、酥脆，適用于大多數切片食品，有研究表明果膠涂膜是降低油炸香蕉片油脂含量最有效的涂膜方式[11]。食用膠包含瓜爾豆膠、黃原膠、黃芪膠、杏仁膠、卡拉膠、羅勒籽膠和結冷膠等，其表觀黏度較大，因此既可以單獨使用，又可以與其它材料混合制成復合涂膜，增加涂膜液的濃度[12]。殼聚糖是一種良好的成膜劑，透明度高，機械性能較好[13-14]，然而殼聚糖不易溶解，而且與成膜劑相比，其作為天然抑菌劑更有應用價值[15]，因此殼聚糖涂膜主要的應用領域是生鮮食品的保鮮。具備抑菌功效的還有海藻多糖，同樣是一種兼顧抑菌保鮮[16]和成膜能力的材料[17-18]，其應用于油炸食品的涂膜中，既能充當成膜劑，又可以為涂膜增添抑菌功效，而且海藻酸鹽在水中的溶解性更好，因此它的應用范圍比殼聚糖更廣。膳食纖維本身并不是一種良好的成膜劑，因為其無法形成致密的凝膠膜，王玉環(huán)等[19]在油炸試驗中對比了大豆纖維、黃原膠和乳清蛋白，研究發(fā)現(xiàn)大豆纖維對降低食品油脂含量沒有起到很好的效果，然而這類多糖具有較好的持水性和膨脹性，可以抑制水分損失，從而間接使油炸食品減少吸油[20]，同時也改善了食品的質構，提高了柔軟度和疏松度[21]，可以改善復合涂膜品質。根據文獻報道，大豆纖維、小麥麩纖維、米糠纖維、蘋果纖維、魔芋葡甘聚糖和發(fā)酵竹筍膳食纖維已有這方面應用[20，22-23]。

1.2 植物蛋白質

除了多糖涂膜外，大豆分離蛋白、玉米醇溶蛋白、小麥蛋白等植物蛋白也被應用于制備可食性涂膜液。蛋白質涂膜液受熱可以在食品表面形成一層凝膠薄膜，在減少水分損失的同時，也可以有效阻擋油脂分子通過[24-26]。表1總結了一些已報道的植物蛋白質可食性涂膜在降低深度油炸食品油脂含量上的應用?？紤]到膜的性能和經濟因素，大豆分離蛋白被廣泛使用在油炸薯片、面食、肉制品等食品中；膜性能出眾的還有玉米醇溶蛋白，文獻報道了其在油炸薯片方面的應用[27]，然而顧名思義，這種蛋白不易溶于水，囿于其溶解性，其應用受到了一定程度的限制；此外小麥蛋白也被應用在油炸面團和谷類食品中[2，28]。植物蛋白質的確是一種良好的涂膜材料，然而制約其使用主要有兩方面缺點：1）有些蛋白質的使用易引起人體的過敏反應，比如大豆分離蛋白和小麥蛋白；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濃度范圍的乙醇，因此不易形成穩(wěn)定的溶液，影響了其應用價值。因此為避免這些問題，研究人員將視線轉移至動物蛋白質的應用。

2 動物蛋白質可食性涂膜

表1總結了目前可在文獻中查閱到的用于油炸食品的動物蛋白質可食性涂膜，目前，已有文獻報道了卵清蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、肌原纖維蛋白等多種動物蛋白質涂膜可以降低深度油炸食品的油脂含量[19，45-50]。而且與植物蛋白質相比，動物蛋白質還具有一些額外的優(yōu)勢，使得動物蛋白可食性涂膜的推廣應用具有巨大潛力。

2.1 動物蛋白質可食性涂膜的優(yōu)勢

2.1.1 營養(yǎng)價值高 動物蛋白質涂膜可以提高食品的營養(yǎng)價值。蛋白質中富含氨基酸，因此其營養(yǎng)價值明顯優(yōu)于多糖，而且相較于植物蛋白質，人體必需氨基酸的比例更高[51-52]。同時動物蛋白質還含有更多的微量元素和維生素，如維生素B6、B12、核黃素、煙酸、磷和鈣等含量均高于植物蛋白質[53]。

2.1.2 改善食品色澤和風味 蛋白質可以與碳水化合物發(fā)生美拉德反應，最終生成類黑晶物質，使食品獲得更誘人的焦糖色。翟金玲等[54]、Sahin 等[55]分別以乳清蛋白和卵清蛋白涂膜作為反應底物，證明了控制美拉德反應的程度可以控制顏色的變化，進而改善食品的外觀色澤。蛋白質還是承載揮發(fā)性風味物質的載體[56]，美拉德反應是一系列復雜的反應，其多個階段中均有風味化合物生成，這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質，動物蛋白質可以賦予產品更豐富的肉的香氣，起到改善風味的作用。

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

2.1.3 避免過敏 引起人體過敏是一些植物蛋白質的缺點，比如大豆分離蛋白和小麥蛋白。在動物蛋白質中，使用肌原纖維蛋白或動物血漿蛋白則不會出現(xiàn)過敏的癥狀，這些蛋白質可以有效替代易引發(fā)過敏的植物蛋白質，提高了安全性和可接受性。

2.1.4 提升副產物綜合利用率 動物內臟和血液都屬于副產物，副產物中含有很多有價值的蛋白質，不乏可以形成凝膠膜的蛋白質[57]，然而受飲食習慣和宗教等因素的影響，除中國和少數國家食用內臟和血液外，全世界范圍內對內臟和血液的應用并不充分，尤其是其中的血液。以產量高且營養(yǎng)價值豐富的豬血為例，除小部分被用于飼料添加劑以及用于生化制藥生產外，大部分都被廢棄。豬血漿中的蛋白質含量在7.5%左右[58]，這些蛋白質含量占全血蛋白質總量的25%左右[59]，而豬血漿蛋白就具有良好的凝膠性，是一種潛在的可食性涂膜材料。諸如此類來源于肉品副產物中的蛋白質若能被用于生產可食性涂膜，勢必會極大提升肉品副產物的附加值，從而促進肉品產業(yè)發(fā)展。

另外，一些動物蛋白質涂膜不僅僅能形成膜阻斷水和油的遷移，還附帶著抗氧化等功能特性，如一定程度水解后的魚肉蛋白[60]、乳清蛋白[61]、蛋黃蛋白[62]、豬血漿蛋白[63]便具有一定的抗氧化活性。使用動物蛋白質可食性涂膜也能保證從食品原料本身到添加劑的統(tǒng)一，避免過多食源材料的混合，這可能為一些宗教和民族飲食習慣提供更好的選擇。此外，大力發(fā)展動物蛋白質可食性涂膜還是順應我國發(fā)展規(guī)劃的做法，以豬肉為例，我國提倡加大對國家生豬產業(yè)技術體系的支持和指導力度，加大科技投入，豬副產物中蛋白質的綜合利用恰好是順勢而為[64]，具有很大的發(fā)展空間和機遇。

2.2 動物蛋白質復合可食性涂膜

復合涂膜是指包含了2 種或2 種以上有效成分的混合涂膜，表1中列舉了一些由文獻報道的復合可食性涂膜的應用，如在尹茂文[30]、凌俊杰等[31]的試驗中，復合涂膜都表現(xiàn)出優(yōu)于單一涂膜的結果。含有動物蛋白質的復合可食性涂膜已經出現(xiàn)，然而數目遠不及多糖-多糖復合、多糖-植物蛋白質復合的涂膜，Supawong 等[23]將魚肉蛋白和魔芋葡甘聚糖復合，在單一涂層的基礎上進一步降低了油炸魚肉餅的油脂含量；陸一敏等[47]將乳清分離蛋白和甲基纖維素復合制備涂層，在油炸薯條的應用中也取得了相似的結果。

在研究復合涂膜的過程中，還有一些研究人員向涂膜材料中添加了可食用的抑菌劑和抗氧化劑，制備了功能性可食性涂膜，是可食性涂膜發(fā)展的新方向。如Idoya 等[65]向乳清分離蛋白中添加牛至、丁香精油，延長了生雞胸肉的保鮮期；Salehi等[40]將羅勒籽膠與百里香酚混合，制備出具有抗氧化效果的涂膜，成功減輕了油炸蝦仁的氧化程度。顯然目前應用于油炸食品的功能性可食性涂膜還較少，而向動物蛋白質涂膜中添加功能性成分的做法也還未見報道，然而這恰好也是動物蛋白質復合可食性涂膜未來的發(fā)展趨勢。

隨著人們對更加健康的油炸食品的訴求不斷加深，單純降低油脂含量將無法滿足消費者，筆者認為未來可食性涂膜的發(fā)展趨勢為：涂膜的主要材料將由動物蛋白質替代此前的多糖和植物蛋白質；涂膜的組分將由單一化向復合化發(fā)展；涂膜的功效將由單純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 動物蛋白質可食性涂膜抑制深度油炸食品吸油的機理

3.1 深度油炸食品油脂吸收的機理

為解釋可食性涂膜的作用機理，首先需要解釋清楚油炸食品油脂吸收的機理。研究發(fā)現(xiàn)油脂的吸收主要發(fā)生在食品的表面[66]，吸收的途徑主要有3 種，即水和油的置換、冷卻過程“毛細虹吸”吸油和表面活性劑理論，然而目前哪一種是導致油脂吸收的主要途徑尚處于討論中。

3.1.1 水和油的置換 這種變化是在油炸過程中發(fā)生的。油炸時食品表面由于水分蒸發(fā)變得干燥，上面的孔洞也發(fā)生收縮并形成較大的孔隙[67]，逐漸形成多孔、堅硬的外殼，此時食品內部的水開始變成水蒸氣，然而外殼會抑制水蒸氣的轉移[10]，因而使食品內部蒸氣壓逐漸增大，并形成內外壓力梯度[68]，因而會對食品結構造成一定破壞，一些更深、更大的孔隙就在此時生成，通過這些孔隙，并在油脂濃度差的作用下，此前因水蒸氣逸散而遺留的空間被油脂填充（圖1），因此說明油置換了水。有研究者猜測進入食品的油脂含量可能與損失的水分含量之間存在線性關系[69]。這一猜想也在Salehi 等[40]的試驗中得以驗證，試驗結果表明吸油量和水分損失量呈正相關。然而也有一些研究表明，大量油脂主要是在冷卻階段被吸入食品中的，比油炸過程中進入食品的油脂含量更高[70-71]。因此“毛細虹吸”吸油現(xiàn)象被提出。

3.1.2 冷卻過程“毛細虹吸”吸油現(xiàn)象 食品在冷卻階段也會通過“毛細虹吸”的方式吸油。結束油炸后，食品表面溫度迅速降低，表面孔隙和食品內部的水蒸氣最終凝結，使蒸汽壓減小，在大氣壓的作用下發(fā)生“毛細虹吸”現(xiàn)象，表面附著的油脂就進入到細小孔洞或食品內部[72]，Mellema[73]把這種機理描述為“毛細管機制”。這一時期，吸油的多少也取決于外殼表面附著的油脂量，這進一步受表面結構特征和油黏度的影響[74]，通常表面越光滑、致密、油脂黏度越小，附著的油脂越少[10]。

3.1.3 表面活性劑理論 這一機理闡述的是油脂品質變化對食品吸油的影響。油炸伴隨著水解、熱分解和聚合反應，相應生產一些極性化合物，它們作為表面活性劑，降低了油和食物表面的界面張力，增加了食物表面與油接觸吸收的機會；這些化合物也會促進水解反應，生成更多極性化合物，造成“惡性循環(huán)”；同時它們也抑制食品表面的傳熱，使油炸時間延長，增加了油脂對水的取代機會[30，70]。Huse 等[75]還指出生成的聚合物會增加油脂的黏度，黏度升高會使更多的油脂附著在食品表面，這也可能間接加劇油脂的吸收。

圖1 深度油炸過程中水和油的置換機理Fig.1 Displacement mechanism between water and oil in deep-fat frying process

3.2 動物蛋白質可食性涂膜抑制油脂吸收的機理

可食性涂膜通過阻礙上述3 種油脂吸收途徑來發(fā)揮功效（圖2）。無論是動物蛋白質、植物蛋白質或是多糖，涂膜液都會在油炸過程中受熱脫水，由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)，形成一層貼附在食品表面的、致密的、具有一定機械強度的薄膜，從而阻斷油脂和水分轉移的途徑，減少食品表面的孔隙，減少附著在食品表面的油脂，并減緩油品質的惡化。不同的是各種涂膜材料的成膜機理不同，這也是影響涂膜作用效果的根本原因。

圖2 使用可食性涂膜對深度油炸食品的影響Fig.2 Effects of edible coatings on deep-fat fried foods

多糖分子大多呈無定形結構，含有羥基、羰基和氨基等官能團，油炸時溫度升高水分損失，多糖分子依靠氫鍵和范德華力等相互作用形成了致密的網狀結構，最終形成凝膠膜，由于大部分多糖的黏度較大，如食用膠類，它們與食品表面的黏附性較好，形成的薄膜更容易牢固地貼合在食品表面，更利于保存食品中的水分，以阻隔油脂[12]。

動物蛋白質成膜的過程更加復雜。形成薄膜有2 個步驟：首先，熱處理使蛋白質結構破壞，空間結構充分舒展，存在于蛋白質分子內部的二硫鍵、氫鍵以及疏水鍵暴露在外，并暴露出巰基和疏水基；緊接著巰基形成新的二硫鍵，疏水鍵和氫鍵也不斷形成，以增強分子間的相互作用，形成穩(wěn)定的三維空間網狀結構。動物蛋白質形成的凝膠薄膜具有一定的韌性，不易破裂，因此機械性能和阻隔性能都優(yōu)于多糖[54，76-77]。

乳清蛋白具有很好的成膜能力，被大量應用于“可食性涂膜”和“可食性膜”的制備。乳清蛋白約占牛乳蛋白質總量的五分之一，其中主要是β-乳球蛋白（約占60%）、α-乳白蛋白（約占20%），β-乳球蛋白的氨基酸殘基數是162 個，含有2 個二硫鍵和1 個自由巰基；α-乳白蛋白的氨基酸殘基數是123 個，含有4 個二硫鍵[78]，這是決定成膜主要成分的基本結構，這種物質的組成和結構使乳清蛋白有加熱和不加熱2 種成膜方式。非熱處理的膜主要依靠分子間氫鍵形成空間結構進而成膜，由于未破壞乳球蛋白結構，疏水基團和巰基依舊包埋在分子內部，所以這種條件下形成的膜結構較簡單，機械性能和溶解性差，接觸水后易破壞空間結構，易溶解；而熱處理的膜依靠的不僅僅是分子間氫鍵的作用，更主要的是二硫鍵和疏水相互作用，因而具有更加復雜的空間三維結構，在機械性能和溶解性方面都有很大提升。

膠原蛋白有很好的凝膠特性，可以成膜。膠原蛋白能夠通過有序的三螺旋結構形成明膠，起初單個膠原蛋白分子鏈有序螺旋排列，隨后2～3 個有序片段組成膠原并折疊組合，最后螺旋區(qū)域內各條鏈之間由氫鍵相連，形成穩(wěn)定的明膠結構。明膠含有脯氨酸、羥脯氨酸和羥賴氨酸等大量氨基酸，它們也可以在蛋白質鏈中形成分子內和分子間交聯(lián)[10]，因此凝膠膜具備很好的力學性能。

肌原纖維蛋白也是一種可以成膜的良好材料，可以從動物肌肉的肌纖維中提取出來。Eddin和Tahergorabi[79]已經通過試驗驗證了魚肉肌原纖維蛋白形成凝膠膜的能力。Sobral 等[80]在研究泰國羅非魚肌肉中肌漿蛋白和肌原纖維蛋白成膜特性時也證明了這一點，而且發(fā)現(xiàn)肌原纖維蛋白的成膜特性良好，原因是在肌原纖維蛋白成膜及干燥過程中能夠形成連續(xù)的基質，蛋白質分子拉伸且以緊密相連的結構平行排列，這樣的有序排列提升了蛋白質薄膜的機械性能，已有文獻報道肌原纖維蛋白膜的功能性質要比其它種類的蛋白膜更好，尤其體現(xiàn)在延展性上[30]。也有報道指出海洋動物肌肉中的肌原纖維蛋白熱穩(wěn)定性不及陸生動物[10]，這對于肌原纖維蛋白涂膜的材料選擇有一定的指導意義。

4 總結

可食性涂膜是一種有效降低深度油炸食品油脂含量的處理方式。安全、溶解性好、營養(yǎng)、成膜性好的涂膜材料是可食性涂膜材料的選擇標準。與多糖[81]和植物蛋白質相比，動物蛋白質不僅具有避免過敏，營養(yǎng)豐富，可改善食品風味等優(yōu)勢，而且能夠成膜的動物蛋白質可以從動物副產物中提取獲得，這極大地降低了成本，獲得了生產應用的青睞。相信在未來，動物蛋白質可食性涂膜將在抑制深度油炸食品吸油中做出更多貢獻。