高水分?jǐn)D壓技術(shù)在植物肉生產(chǎn)中的應(yīng)用

張彬

[摘要]本文從植物肉的發(fā)展背景出發(fā)，探討了高水分?jǐn)D壓技術(shù)的基本原理，闡述了國(guó)內(nèi)外高水分?jǐn)D壓技術(shù)生產(chǎn)植物蛋白肉的原料配方及工藝參數(shù)，分析了該技術(shù)在植物肉生產(chǎn)領(lǐng)域的發(fā)展瓶頸，并對(duì)未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

[關(guān)鍵詞]植物肉;高水分?jǐn)D壓技術(shù);雙螺桿擠壓機(jī)

中圖分類號(hào)：TS201.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202008

近兩年星巴克、肯德基等外資餐飲企業(yè)相繼推出“植物肉”這一新菜單，由此掀起了植物肉加工的熱潮。植物肉主要利用生物合成、生物化學(xué)、基因工程、現(xiàn)代發(fā)酵等現(xiàn)代食品加工技術(shù)，一般是以優(yōu)質(zhì)植物蛋白為主要原料，通過添加植物脂肪、植物色素以及其他植物性成分，以最大限度地模擬真實(shí)肉品的外觀和口感。高水分?jǐn)D壓技術(shù)是國(guó)際上新興的植物蛋白重組技術(shù)[1]，采用該技術(shù)制得的產(chǎn)品質(zhì)地致密、口感細(xì)膩，類似于動(dòng)物肌肉的纖維狀組織，且無需復(fù)水即可直接食用。因以上優(yōu)勢(shì)，高水分?jǐn)D壓技術(shù)被廣泛應(yīng)用于植物肉加工領(lǐng)域。

1 高水分?jǐn)D壓技術(shù)

1.1 高水分?jǐn)D壓技術(shù)的原理

目前植物肉的生產(chǎn)主要通過擠壓技術(shù)和3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)。擠壓技術(shù)是指食品物料在擠壓機(jī)內(nèi)受機(jī)械力的作用向?？诜较蛄鲃?dòng)，產(chǎn)生高溫、高壓、高剪切力等作用，當(dāng)高溫物料通過?？跁r(shí)壓力劇降，物料水分由液態(tài)變成氣態(tài)而瞬間蒸發(fā)，食品物料發(fā)生質(zhì)構(gòu)重組，低水分物料（含水量20%～25%）形成表觀膨脹，易干燥，呈海綿形態(tài)的膨化制品;高水分物料（含水量40%～70%）形成帶狀或絲狀，具有纖維狀組織結(jié)構(gòu)的模擬肉制品。其中高水分物料對(duì)應(yīng)的擠壓工藝被稱為高水分?jǐn)D壓技術(shù)[1]，該技術(shù)伴隨著雙螺桿擠壓機(jī)在食品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用而興起。

1.2 高水分?jǐn)D壓技術(shù)的產(chǎn)品特點(diǎn)

目前應(yīng)用于高水分?jǐn)D壓技術(shù)的擠壓機(jī)主要是同向、完全嚙合、梯形螺紋的雙螺桿擠壓機(jī)[2]。其生產(chǎn)的產(chǎn)品纖維化程度較高、質(zhì)地均勻、富有彈性和韌性，可作為烹飪主菜進(jìn)行炒、煮、燉、烤、炸等多種形式的加工，且產(chǎn)品無需復(fù)水即可直接食用，營(yíng)養(yǎng)成分和生理活性成分損失少。

2 高水分?jǐn)D壓技術(shù)生產(chǎn)植物肉的主要工藝

2.1 產(chǎn)品配方選擇

蛋白質(zhì)是植物肉的主要成分，其種類和含量能顯著影響植物肉的品質(zhì)。鄭榮生[3]研究發(fā)現(xiàn)大豆蛋白含量在53%～60%時(shí)，植物肉纖維結(jié)構(gòu)較好;張氽[4]發(fā)現(xiàn)花生蛋白含量在34%～63%，纖維化程度隨蛋白含量的增加呈先升高后降低趨勢(shì);張丙虎[5]發(fā)現(xiàn)小麥蛋白含量在64%～68%，纖維化程度隨蛋白含量的增加逐漸降低。楊聳等[6]進(jìn)一步研究了氮溶解指數(shù)（NSI值）、粒度及大豆蛋白7S/11S比值等因素對(duì)高水分?jǐn)D壓纖維化產(chǎn)品的特性影響，發(fā)現(xiàn)較高的NSI值和較低粒徑范圍（0.076～0.136mm）原料的擠壓產(chǎn)品纖維化結(jié)構(gòu)較好，提高大豆蛋白中11S的含量能有效提高產(chǎn)品的品質(zhì)。

碳水化合物是植物肉的重要組成部分，能夠影響產(chǎn)品質(zhì)地、粘稠度、凝膠性和穩(wěn)定性，研究發(fā)現(xiàn)纖維素比淀粉更能有效地提高產(chǎn)品的持水性和穩(wěn)定性。

脂肪的存在賦予植物肉多汁、嫩滑的口感，仿肉制品中可用椰子肉模仿肉糜中的大塊脂肪，魔芋凝膠也可作為脂肪代替品，應(yīng)用于植物蛋白肉產(chǎn)品生產(chǎn)[7]。

調(diào)味劑和著色劑等作為植物肉至關(guān)重要的配方，在影響植物蛋白肉的風(fēng)味和色澤方面發(fā)揮著重要作用。目前能夠模擬肉類香氣的主要有還原糖、氨基酸、硫氨素和核苷酸等，Yang X等[8]利用大豆組織蛋白和畢赤酵母合成的大豆血紅蛋白高度還原肉制品的血腥味。

2.2 工藝操作參數(shù)設(shè)置

目前雙螺桿擠壓機(jī)在植物肉生產(chǎn)中的研究主要集中于擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速等方面。尋崇榮等[9]以大豆分離蛋白和谷朊粉作為擠壓原料，以天然呈味粉末油脂為香氣調(diào)味料生產(chǎn)持香型仿肉制品，得到最佳工藝參數(shù)為谷朊粉質(zhì)量20%、擠壓溫度150℃、螺桿轉(zhuǎn)速300r/min，但是生產(chǎn)出來的仿肉制品風(fēng)味值只保留了不到一半。孫志欣等[10]以大豆分離蛋白、谷朊粉、低溫脫脂豆粕為主要原料生產(chǎn)組織化大豆蛋白產(chǎn)品，優(yōu)化操作工藝參數(shù)后得出，在物料水分含量55%、機(jī)筒溫度150℃、螺桿轉(zhuǎn)速208r/min、分離蛋白含量34%的條件下，擠壓制得的大豆組織化產(chǎn)品感官質(zhì)量和組織結(jié)構(gòu)均較為理想。孫瑩等[11]以大豆分離蛋白和谷朊粉為原料，設(shè)置擠壓溫度138.9℃～141.5℃、螺桿轉(zhuǎn)速313～363 r/min，在此條件下制得的纖維仿真雞肉經(jīng)鹵制、腌制、烘烤后蛋白質(zhì)損失率極低，且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值明顯高于雞肉。高培棟等[12]以松柏、大豆分離蛋白、谷朊粉等為原料制備松柏復(fù)合素肉，通過建立數(shù)學(xué)模型優(yōu)化高水分?jǐn)D壓技術(shù)工藝參數(shù)為物料含水率61%、擠壓溫度152℃、螺桿轉(zhuǎn)速248r/min，在此條件下制得的素肉產(chǎn)品在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上基本與牛肉一致。楊勇等[13]以高直鏈玉米淀粉、大豆分離蛋白、谷朊粉為原料生產(chǎn)素肉產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)操作參數(shù)對(duì)素肉的持水性和持油性影響較大，當(dāng)雙螺旋擠壓機(jī)喂料速度為30g/min、螺桿轉(zhuǎn)速為120r/min、擠壓溫度為140℃時(shí)，素肉的持水性和持油性最好。

少數(shù)研究者研究了雙螺旋擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)部件對(duì)植物肉產(chǎn)品的影響。郎珊珊[14]采用雙螺桿擠壓膨化機(jī)生產(chǎn)組織化花生蛋白，發(fā)現(xiàn)螺桿模頭對(duì)植物蛋白擠壓組織化影響非常明顯，最佳模頭結(jié)構(gòu)參數(shù)為模頭直段長(zhǎng)徑比5∶1、錐段角度40°、錐段長(zhǎng)度27mm，在此條件下生產(chǎn)出的花生蛋白的組織化度最優(yōu)。

3 高水分?jǐn)D壓技術(shù)的發(fā)展瓶頸

擠壓機(jī)的操作過程連續(xù)而復(fù)雜，包含輸送、混合（破碎）、壓縮、剪切、加熱熔融、均壓、成型等過程，原料因素、擠壓機(jī)因素、操作因素等變量都會(huì)影響擠壓效果。由于擠壓機(jī)的“黑箱”特性，高水分?jǐn)D壓技術(shù)的確切機(jī)理尚不清楚，并且目前國(guó)內(nèi)外尚未制定植物肉產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致目前高水分?jǐn)D壓技術(shù)在植物肉生產(chǎn)時(shí)的輸入?yún)?shù)（原料特性、輔料組成和添加順序、水分含量、溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、進(jìn)料速度、機(jī)筒溫度、螺桿結(jié)構(gòu)和模頭結(jié)構(gòu)等）、中間參數(shù)（扭矩、壓力、單位機(jī)械能耗和停留時(shí)間分布）、輸出參數(shù)（產(chǎn)品產(chǎn)量、產(chǎn)品特性、色澤、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值）[15]難以取得一致性，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，難以滿足人們對(duì)“仿肉制品”的期望。

4 結(jié) 論

隨著人們消費(fèi)水平和肉類消費(fèi)量的不斷攀升，植物肉作為肉類產(chǎn)品替代品已成為現(xiàn)階段工業(yè)化生產(chǎn)的大趨勢(shì)。高水分?jǐn)D壓技術(shù)作為植物肉生產(chǎn)的重要技術(shù)之一，在模擬植物蛋白代肉食品方面將會(huì)占據(jù)獨(dú)特的市場(chǎng)份額。隨著擠壓技術(shù)的不斷進(jìn)步以及雙螺桿擠壓機(jī)的不斷改進(jìn)，植物肉制品的口感將無限接近肉制品，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也將比肩甚至可能超過肉制品，人類飲食結(jié)構(gòu)將在此推動(dòng)下迎來新的變革。

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