Response surface optimization of oleogel-based beef burgers: Impact on quality attributes and cooking characteristics 响应面优化（Response Surface Optimization）基于油凝胶（Oleogel）的牛肉汉堡：对品质特性及烹饪特性的影响

《LWT》：Response surface optimization of oleogel-based beef burgers: Impact on quality attributes and cooking characteristics

　　

过量摄入肉类产品中的饱和动物脂肪被视为公共卫生隐患。本研究利用巴西棕榈蜡-葡萄籽油油凝胶开发了具有改善脂肪酸谱的牛肉汉堡。采用响应面法（RSM）优化油凝胶配方，变量包括蜡浓度、油凝胶替代比例及总脂肪含量，并以烹饪诱导的水分保留作为主要优化目标。优化后的油凝胶汉堡显示出与纯牛脂对照相当的功能特性。用油凝胶替代53%的固有牛脂改善了脂肪酸谱，将饱和脂肪酸（SFAs）从540 g/kg总脂肪酸甲酯降低至约330 g/kg，并将多不饱和脂肪酸（PUFAs）从28 g/kg增加至305 g/kg。部分脂肪替代保持了红色（a*值）和整体视觉质量。生油凝胶汉堡持水能力（WHC）略低，但熟制后其持水能力和蒸煮损失值与纯牛脂对照相当。油凝胶替代还显著减少了烹饪收缩，并增强了热加工过程中的水和脂肪保留。质构剖面分析（TPA）显示，油凝胶替代使硬度降低约40%，同时保留了弹性和内聚性。氧化稳定性在早期阶段也有所改善，在冷藏储存的前5天内，硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）值低于感官酸败阈值。油凝胶在肉基质内成功形成了结构化的固体脂质，支持了具有改善营养谱和更高可持续性的加工肉制品的开发。

这篇发表于《LWT》的研究针对传统牛肉汉堡高饱和脂肪带来的健康隐患，利用巴西棕榈蜡-葡萄籽油油凝胶进行配方优化，系统评估了其对产品品质及烹饪特性的影响。研究背景源于全球公共卫生建议限制饱和脂肪摄入，而牛肉汉堡通常含有较高比例的饱和脂肪酸（SFAs），完全去除动物脂肪虽有益营养却会损害产品的多汁性、质地和持水等功能性。为此，研究人员引入油凝胶技术，旨在模仿固体动物脂肪的物理功能同时提供更健康的脂质谱。研究采用中心复合设计（CCD）结合响应面法（RSM）优化配方，确定了最佳工艺条件，并通过理化分析和质构测试对比了优化组、纯牛脂对照组及商业汉堡的差异。结果表明，53%的油凝胶替代率能在显著降低饱和脂肪的同时，维持甚至提升部分烹饪品质。这项工作证实了油凝胶作为功能性脂肪替代品在复杂肉制品体系中应用的可行性，为开发更健康、更具可持续性的加工肉制品提供了科学依据。

为实现上述目标，研究人员采用了多项关键技术方法。首先，基于中心复合设计（CCD）建立数学模型，考察蜡含量（X₁）、油凝胶替代比例（X₂）和总脂肪含量（X₃）三个变量对水分保留率的二次效应。其次，制备了以巴西棕榈蜡为凝胶剂、葡萄籽油为基质的油凝胶，并将其按优化比例掺入去脂牛肉末中制成汉堡饼。在样品表征方面，利用色差仪测定生熟肉饼的CIE颜色参数（L、a、b*），通过重量差法计算烹饪损失与收缩率，并测定生熟状态下的持水能力（WHC）及脂肪保留率。此外，采用气相色谱（GC）分析脂肪酸甲酯（FAMEs）组成，利用质构分析仪进行二次压缩测试以获取硬度、弹性等参数，并通过硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）法评估冷藏期间（9天）的脂质氧化稳定性。

结果部分

3.1. 油凝胶牛肉汉堡配方的优化

通过分析响应面模型发现，蜡含量与脂肪替代比的交互作用显著影响水分保留。当蜡浓度从60 g/kg增至80 g/kg时，水分保留增加，但超过90 g/kg后因网络过密导致保留率下降。脂肪替代比在50%左右时表现出最佳的基质稳定性，完全替代（100%）反而降低持水性能。模型验证实验显示，在蜡含量90.53 g/kg、替代率53.415%、总脂肪249 g/kg的条件下，预测水分保留率为63.36%，实际验证值为63.33%，证实模型准确可靠。

3.2. 优化油凝胶汉堡的表征

3.2.1. 色泽

生肉饼阶段，53%油凝胶组与100%牛脂组在红度（a）和黄度（b）上无显著差异，总色差（ΔE）仅为1.67，低于肉眼可辨阈值。熟制后，虽然油凝胶组的a值略低于牛脂组，但其b值保持稳定，表明油凝胶有助于维持热处理过程中的颜色稳定性。相比之下，商业汉堡的色泽参数与实验组差异显著。

3.2.2. 烹饪特性

油凝胶汉堡的烹饪损失与牛脂对照无统计学差异，但显著优于商业样品。在烹饪收缩方面，油凝胶组表现最佳，这归因于巴西棕榈蜡的高熔点（约78°C）使其在烹饪温度下仍保持结构完整性，限制了基质塌陷。此外，油凝胶组的水分保留率和脂肪保留率均显著高于牛脂组，表明其三维网络能有效物理截留水和油滴。

3.2.3. 持水能力（WHC）

生肉饼状态下，牛脂组因固态脂肪的亲水性表现出最高的WHC，油凝胶组较低。然而熟制后，油凝胶组与牛脂组的WHC趋于一致，显示出良好的热稳定性，而商业汉堡因加工历史导致WHC最低。

3.2.4. 脂肪酸谱

葡萄籽油油凝胶主要由多不饱和脂肪酸（PUFA，约560 g/kg）构成，饱和脂肪酸（SFA）含量极低（约144.6 g/kg）。相比之下，牛脂中SFA含量高达509 g/kg。在最终产品中，53%油凝胶汉堡的SFA降至330 g/kg，PUFA提升至305 g/kg，显著改善了脂质营养结构。

3.2.5. 质构剖面分析（TPA）

油凝胶汉堡的硬度（14.13 N）和胶着性显著低于牛脂组（23.34 N），分别降低了约40%。然而，两组的弹性（springiness）和内聚性（cohesiveness）无显著差异，表明油凝胶虽使产品更柔软，但未破坏蛋白网络的粘弹特性。商业汉堡则表现出最低的硬度和最高的弹性。

3.2.6. 脂质氧化

商业汉堡初始TBARS值已超3.5 mg MDA/kg，处于感官不可接受范围。牛脂组因富含天然抗氧化剂而最稳定。油凝胶组在前5天的氧化稳定性与牛脂组相当甚至更优（TBARS < 2 mg MDA/kg），这得益于晶体网络对氧气扩散的限制；但第5天后TBARS值急剧上升，表明其对富含PUFA体系的长期防护仍需加强。

讨论与结论

研究结论指出，通过响应面法成功优化了基于巴西棕榈蜡-葡萄籽油油凝胶的牛肉汉堡配方。该研究证明油凝胶是牛脂有效的结构性替代品，其高熔点形成的热稳定晶体网络在烹饪过程中保持了汉堡的完整性，实现了与牛脂对照相当的烹饪损失和持水能力，并改善了水分和脂肪保留。油凝胶汉堡的硬度降低但保留了关键的弹性和内聚性。此外，油凝胶策略在早期储存阶段有效延缓了氧化。尽管氧化稳定性仍需通过添加天然抗氧化剂进一步改善，且未来的工作应纳入感官评价和低脂配方研究，但这项研究已成功展示了利用油凝胶技术在不牺牲功能品质的前提下，开发出具有改善营养谱和更高可持续性的加工肉制品的潜力。