禽蛋被營養學家譽為人體營養的“寶庫”,這也幾乎是眾所周知的事實。禽蛋所含的營養物質豐富且均衡,但唯一不足的是禽蛋蛋黃中膽固醇的濃度高,現代醫學和營養學研究發現,高膽固醇食物的大量攝取會導致血液膽固醇含量升高,從而引發動脈粥樣硬化、心肌梗塞和冠心病等疾病的發生,這使20世紀50年代以來歐美的雞蛋市場始終不景氣。近年來,科研工作者為生產低膽固醇蛋制品作了大量實驗研究,并取得了一定的成果。
1. 膽固醇脫除的物理方法
(1)吸附法 吸附法就是利用吸附劑對食品體系中的膽固醇進行物理吸附進而脫除膽固醇的過程。吸附法脫除膽固醇常用的吸附劑有活性炭、活性白土、硅膠、氧化鋁等特定的化學吸附劑。以色列耶路撒冷希伯諾大學卡薩林應用化學研究院研究出了一種除去禽蛋中膽固醇的方法,效果較好,除去率為60%~80%。該法是將蛋液倒入裝有特殊吸附物質的空柱內,當蛋液通過空心柱內時,膽固醇經表面有活力的大分子吸附進而從蛋液中除去。美國已經研制出一種固體吸附柱,可減少殘留物,而且實驗發現,這種方法去除膽固醇的能力與游離β-環糊精相當。
(2)超臨界萃取 超臨界CO2性質穩定、無毒、無污染、費用低,加上其具有較高的分子專一性,能保留食品風味,因而常用于蛋品加工。
1990年,Froning等系統研究了蛋黃粉中膽固醇的超臨界CO2萃取對蛋黃粉功能特性的影響,實驗表明,隨著萃取溫度和壓力的上升,膽固醇含量會明顯降低。在30.6 MPa、45 ℃條件下,約有60%的膽固醇被脫除。1997年盧明春等在40 ℃、CO2流量為3 kg/h的條件下,按不同的萃取壓力和時間萃取蛋黃粉中的膽固醇,結果表明萃取壓力為30 MPa時膽固醇的脫除效果最佳,膽固醇的脫除率會隨時間的延長而顯著增加。張佳程等對超臨界萃取法脫除蛋黃膽固醇的機理及其應用做了大量的工作。2000年,他們研究了超臨界CO2脫除蛋黃膽固醇的機理,結果表明蛋黃粉中的膽固醇與磷脂在超臨界CO2中的溶解性規律呈相反趨勢,對萃取處理的蛋黃粉電鏡掃描表明超臨界CO2有較強的滲透性和溶解能力,可將蛋黃粉顆粒內部的脂類選擇性地溶解,這樣會導致蛋黃粉顆粒的破裂,其破裂程度與超臨界CO2的密度和溶解能力有關。同年他們又通過實驗研究得出結論,由于β-環糊精在脫除蛋黃中膽固醇的同時,也脫除了較多的磷脂成分,降低了蛋黃的乳化能力,用它制作的蛋黃醬黏度較低,感官品質較差。而超臨界萃取法能選擇性脫除蛋黃粉中膽固醇,保留了較多的磷脂和蛋白質成分。因此,用它制作的蛋黃醬具有良好的物理狀態和感官品質。2004年,張佳程又著重研究了裝填系數和萃取時間對超臨界CO2萃取蛋黃粉中膽固醇的影響。結果表明,在萃取溫度為40 ℃、萃取壓力為30 MPa時隨著裝填系數的減少和萃取時間的增加,蛋黃粉的產率降低,脂肪脫除率和膽固醇脫除率增加。胡衛軍等采用超臨界CO2萃取對去除蛋黃粉中膽固醇和甘油三酯進行了研究,通過正交試驗發現萃取壓力為31.5 MPa、萃取溫度40 ℃、被萃取蛋黃粉300 g、萃取時間3 h時所得蛋黃粉中膽固醇的殘留質量分數僅為0.019%。
超臨界CO2萃取法安全衛生,不會有任何有害物質殘留,且對膽固醇選擇性脫除效果較好,磷脂損失率相對較低,但一次性設備投資較大。
2. 膽固醇脫除的化學方法
(1)溶劑抽提法 溶劑萃取方法研究時間最早,采用的是相似相溶的原理。由于膽固醇是一種脂溶性物質,因此有機溶劑萃取是首選的一種技術。1981年就用正己烷一異丙醇混合溶劑萃取蛋黃油,所得毛油經過脫膠、精煉和脫色以后,膽固醇減少了40%。隨后許多研究者探索利用其他有機溶劑抽提各種蛋制品中的膽固醇,如用石油醚和石油醚-甲醇從脫水蛋黃中萃取膽固醇,發現用石油醚可以將蛋黃粉中膽固醇由18.7 mg/g 降低到5.7 mg/g;而用石油醚一甲醇萃取蛋黃膽固醇時,其膽固醇幾乎全部除掉。2003年,陜西師范大學張京芳對低膽固醇鵪鶉蛋黃粉的制備工藝進行了研究,結果表明最佳工藝參數為:有機溶劑脫除膽固醇的時間3 h、溫度50 ℃、石油醚與鵪鶉蛋黃粉的比例10 mL∶1 g,此時膽固醇脫除率達89.5%、磷脂損失率11.8%、磷脂含量29.0%、膽固醇含量3.1 mg/g。從脫除效果來看,食品原料和有機溶劑的種類是主要影響因素,同一有機溶劑對不同食品原料的處理效果不同,同一食品原料對不同有機溶劑的反應效果也不同,但總體來講,混合溶劑的萃取效果優于單一溶劑,液體食品的處理效果優于固體 食品。
(2)β-環狀糊精包合法 β-環糊精的特殊結構使它可以作為主體與膽固醇形成穩定的膽固醇-β-環糊精包合物。這種包合物既不溶于水也不溶于油脂,可以通過離心的方法從液體食品中去除。研究證明,利用β-環狀糊精包埋法從蛋黃體系中脫除膽固醇時具有很強的選擇脫除能力。曹勁松等采用β- CD包合法處理蛋黃,結果顯示此法能脫除蛋黃中92.4%的膽固醇,且產品得率可高達85.0%,脫除膽固醇后的產品其理化性質基本不變。Smith等用β-環糊精包埋法降低蛋黃膽固醇近90.0%。于景華等利用β- CD法處理蛋黃液,膽固醇脫除率為92.0%。2000年,無錫輕工大學的王勤等進行了實驗室規模β-環糊精脫除雞蛋中膽固醇工藝的研究。在優化的工藝參數條件下,此法能以較低的環狀糊精添加量(大概為15.0%)獲得較高的蛋黃中膽固醇的去除率(85.0%),同時保證低膽固醇蛋制品具有原蛋黃的營養價值和功能性質,并在擴大實驗中得到了膽固醇去除率達85.0%、原料回收率達90.0%的低膽固醇蛋黃粉。
雖然β-環糊精處理食品的過程中,還會包埋磷脂等其他營養物質,且離心設備要求高,離心處理后β-環糊精在食品中會有殘留,但是由于β-環糊精的生產成本不斷降低,而且能夠回收利用,其安全性也大大高于一般有機溶劑,因此采用β-環糊精包合法制備低膽固醇食品將具有更好的經濟效益和工業化前景。
3. 膽固醇氧化酶法
微生物直接轉化膽固醇時,由于菌體酶濃度、純度以及酶體系復雜性的限制,使轉化膽固醇的時間延長、轉化產物復雜化。因此,需將微生物膽固醇氧化酶分離后再應用。近年來,隨著一些高膽固醇氧化酶菌株的發現以及膽固醇氧化酶的獲得,對膽固醇氧化酶在低膽固醇蛋制品制備中的應用也隨即展開。研究證明,在利用酶液轉化蛋黃膽固醇時,膽固醇氧化酶和磷脂酶C共存可以促進膽固醇的降解作用。隨后,利用紅球菌的超聲處理提取液降解蛋黃中的膽固醇,其降解率達到40%。
中國農業大學的牛天貴等研究指出,以膽固醇為唯一碳源和能源,利用食肉動物腸道的19份樣品經過篩選和培養,最終選出膽固醇降解酶活性較高的菌株T12-1,菌株T12-1發酵上清液應用在蛋黃膽固醇降解中作用顯著。經動物實驗,T12-1菌株在食品中應用安全、無毒。呂陳峰等研究了用響應面分析法優化酶法轉化蛋黃膽固醇的工藝,在最優條件下,膽固醇轉化率達85.61%。
與微生物直接作用法相比,酶法不僅轉化效率高,而且轉化產物相對單一,應用前景廣闊。但是由于其中間氧化產物復雜且有些中間產物穩定存在,而目前有關這些穩定中間產物和氧化終產物對人體健康的影響研究不足,所以這種方法用于低膽固醇蛋品的開發還有很長的路要走。
隨著人們對飲食健康的日益關注,低膽固醇蛋品的研究無疑成為了一個新的研究熱點。與其他方法相比,利用膽固醇氧化酶降低蛋品中的膽固醇具有膽固醇的脫除率高、不影響食品的風味、應用于工業對設備要求簡單等優點。從長遠來看,利用無毒微生物或膽固醇氧化酶轉化或降解膽固醇以生產低膽固醇蛋品將成為一種趨勢。但由于酶的來源以及酶反應體系等的研究還處于起步階段,所以它的工業化道路還很漫長。就目前來說,β-環糊精包埋法和超臨界流體萃取法處于主導地位。
編輯:王慧 審核專家:農產品加工雜志社總編 張成龍