植物蛋白肉制品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究進(jìn)展

崔冰，李晶，梁宏閃，陳義杰，李艷，李斌

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院/環(huán)境食品學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070

隨著全球人口的增長，全人類將面臨與糧食供應(yīng)相關(guān)的巨大挑戰(zhàn)。根據(jù)聯(lián)合國的統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)到2050年，世界人口將接近98億，肉類消費(fèi)量增長50%以上[1]。動物性食品需求的增加會導(dǎo)致諸如水土資源消耗、溫室氣體排放、動物福利和抗生素耐藥性等問題的產(chǎn)生[2-3]。另有研究表明，過度消費(fèi)紅肉和加工肉制品會導(dǎo)致患結(jié)腸癌和缺血性心臟病的相對風(fēng)險(xiǎn)增加[4-5]。因此，如何在不破壞環(huán)境的條件下滿足不斷增長的全球人口飲食需求，應(yīng)對與飲食相關(guān)的慢性疾病的增加及提供各種安全、美味和營養(yǎng)的食品變得至關(guān)重要。

目前，備受關(guān)注的植物蛋白肉制品是應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的可行性解決方案之一[6]。植物蛋白肉制品不僅能夠滿足人們的營養(yǎng)需求，同時(shí)兼具環(huán)保和健康的特性。然而，消費(fèi)者在選擇食品時(shí)除關(guān)注營養(yǎng)健康外，更加注重風(fēng)味和口感。近年來，有關(guān)植物蛋白肉制品的原料、工藝和配方的研究引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[7-10]。本文概述了動物肉的組織結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度對植物蛋白肉制品的構(gòu)建進(jìn)行分析討論，以期為新型植物蛋白肉制品的開發(fā)提供參考。

1 動物肉

近年來，隨著人們對全球資源、環(huán)保和營養(yǎng)健康的重視，新型植物蛋白肉制品廣受追捧。在植物基模擬肉領(lǐng)域，不僅出現(xiàn)了眾多的初創(chuàng)公司，而且許多傳統(tǒng)食品公司也已順勢進(jìn)入，此領(lǐng)域正在成為資本投資和全球食品研究的熱點(diǎn)。盡管模擬肉制品生產(chǎn)工藝并不復(fù)雜，但其感官、風(fēng)味和營養(yǎng)的背后還涉及到很多科學(xué)知識[11-12]。在進(jìn)行植物蛋白肉制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前需要了解真實(shí)肉的組成、結(jié)構(gòu)和理化特性，這對研究可行的肉類替代品至關(guān)重要[13]。

1.1 動物肉組分的結(jié)構(gòu)和功能

整個(gè)動物肉是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，主要包括肌肉組織、結(jié)締組織和脂肪組織3個(gè)結(jié)構(gòu)元素，每個(gè)結(jié)構(gòu)元素分別賦予肉制品不同的感官體驗(yàn)。

肌肉組織主要由細(xì)長的纖維細(xì)胞組成，這些纖維細(xì)胞按照復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分層排列。其中，單個(gè)肌肉纖維(即細(xì)胞)的長度通常為1～40 mm，直徑為20～100 μm[14]。肌肉纖維由肌原纖維組成，而肌原纖維又分別由肌球蛋白和肌動蛋白共同組成的粗細(xì)肌絲構(gòu)成。肌肉纖維的質(zhì)地及其用于水固定化的毛細(xì)作用是肉最適合的結(jié)構(gòu)屬性，是保持其烹飪后咀嚼性和多汁性的關(guān)鍵[15]。當(dāng)人們食用烹煮過的肌肉時(shí)，肌纖維蛋白復(fù)合物連同膠原纖維(肌束膜和肌內(nèi)膜)會賦予獨(dú)特的質(zhì)感。

結(jié)締組織會在肌肉纖維周圍形成薄片將其成束捆扎在肌肉內(nèi)部使肌肉中的不同組件連接在一起。膠原蛋白是結(jié)締組織中最重要的蛋白質(zhì)，以相互纏繞的三重螺旋形式存在[16]。膠原蛋白的性質(zhì)受溫度影響，在體溫環(huán)境下，膠原蛋白分子非常堅(jiān)硬，為結(jié)締組織提供較高的機(jī)械強(qiáng)度。但在加熱時(shí)(如長時(shí)間烹飪)，膠原蛋白會分解，導(dǎo)致結(jié)締組織變軟，形成軟糯的口感[13]。

脂肪組織由脂肪細(xì)胞(通常為幾十到幾百微米)組成，可以分布在動物的皮膚下方和肌肉內(nèi)的不同區(qū)域，其數(shù)量和類型有助于肉制品的外觀、口感和風(fēng)味的形成[17]。因此，動物肉中各組分是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，含量不同會影響肉的風(fēng)味、質(zhì)地和口感。

1.2 烹飪過程中的變化

烹飪之前，肉制品一般為軟固體，是由蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等黏合在一起的復(fù)雜混合物。烹飪過程中肉制品變得結(jié)實(shí)，是因?yàn)槿忸悆?nèi)部分子結(jié)構(gòu)(如肌纖維蛋白、結(jié)締組織蛋白和脂肪分子等)在高溫作用下發(fā)生了變化[11]。而肉汁則是包含水、脂肪、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)的混合物，烹飪過程中高溫會造成肉汁的流失從而導(dǎo)致肉塊明顯收縮。因此，肉制品的烹飪過程是從生肉的糊狀凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭烊獾膱?jiān)硬且多汁狀態(tài)[13]。

肉制品的風(fēng)味取決于生肉中自然存在的成分和烹飪過程中添加的成分(如鹽、胡椒、草藥和香料)。烹飪會導(dǎo)致肉中蛋白質(zhì)、脂肪和其他分子發(fā)生化學(xué)變化，從而形成獨(dú)特的風(fēng)味分子混合物。在高溫條件下，蛋白質(zhì)和還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)產(chǎn)生大量的揮發(fā)性和非揮發(fā)性成分，從而產(chǎn)生特征性的香氣和味道，例如肉味和咸味[18]。另外，美拉德反應(yīng)過程也會產(chǎn)生熟肉的深棕色，賦予其誘人的外觀[19]。因此，了解動物肉的組成和結(jié)構(gòu)及其對肉制品質(zhì)地和風(fēng)味的影響，對于設(shè)計(jì)與真實(shí)肉相似的肉替代品至關(guān)重要。

2 植物蛋白肉制品

為達(dá)到與動物肉的一致性，研究人員在設(shè)計(jì)植物蛋白肉制品時(shí)所選的主要成分與動物肉類似，并通過部分加工技術(shù)(如擠壓等)實(shí)現(xiàn)與動物肉類似的纖維狀外形。植物蛋白肉制品主要由植物蛋白質(zhì)、脂肪和水構(gòu)成，此外還含有其他功能性成分，如黏合劑、著色劑、風(fēng)味成分、維生素、礦物質(zhì)和抗氧化劑[10]。這些成分的類型和濃度以及用于組裝它們的加工方法，決定了最終產(chǎn)品的感官屬性。目前，市場上推出的植物蛋白肉制品主要包括碎肉類產(chǎn)品(如漢堡肉餅和肉丸)、乳化肉類產(chǎn)品(如香腸)和全切肉類產(chǎn)品(如整塊狀雞肉或牛肉)[6]。因此，本文從原料和加工技術(shù)角度闡述影響植物蛋白肉制品品質(zhì)的因素。

2.1 原 料

1)蛋白質(zhì)。植物源蛋白質(zhì)作為主要結(jié)構(gòu)性原料應(yīng)用于各類植物蛋白肉制品中，可同時(shí)滿足人們對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)和營養(yǎng)的需求，主要包括組織化蛋白和非組織化蛋白[7，20]，其對植物蛋白肉制品的質(zhì)地、持水性等發(fā)揮著不同作用[21]。

與動物肌肉組織中的肌球蛋白和肌動蛋白不同，植物中天然存在的球狀蛋白分子不能產(chǎn)生類似肌肉細(xì)胞所見的纖維質(zhì)地和持水性[6]。因此，植物基蛋白需要通過能量密集的加工過程形成肉纖維狀的組織結(jié)構(gòu)。目前報(bào)道制備組織化蛋白的植物性蛋白原料主要有大豆蛋白、花生蛋白、豌豆蛋白、小麥蛋白，其中大豆蛋白和小麥蛋白按照一定比例混合可以得到纖維化程度更高的產(chǎn)品[22]。非組織化蛋白包括分離蛋白和濃縮蛋白，起到提高持水性、乳化固定油脂顆粒和黏合纖維化蛋白的作用，其添加量與最終口感有直接關(guān)系[6]?；诮?jīng)濟(jì)性、營養(yǎng)性和加工性能的考慮，豆類蛋白中的大豆和豌豆蛋白以及谷物類蛋白中的小麥面筋蛋白在現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中最為廣泛。不同類型的植物蛋白肉制品對蛋白質(zhì)種類的要求也不同，在碎肉類產(chǎn)品中，需要模仿肉類纖維的組織結(jié)構(gòu)，必須使用組織化蛋白；在乳化類產(chǎn)品中，非組織化蛋白用量大，主要起到乳化油脂和凝膠的作用；而全切肉類產(chǎn)品則是將蛋白粉等原料直接加入到高水分?jǐn)D壓或剪切設(shè)備中生產(chǎn)出來的塊狀肉類模擬物，其特點(diǎn)是具有長纖維或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)[17]。

2)脂肪。脂肪是肉類或肉類產(chǎn)品中決定風(fēng)味、質(zhì)地和口感的主要成分，因此，通常在配方中加入一定比例的脂肪改善產(chǎn)品多汁、嫩滑的口感[23]。與此同時(shí)，在組織化蛋白的生產(chǎn)過程中，為改善纖維結(jié)構(gòu)的品質(zhì)和口感也會加入一定量的脂肪，但脂肪含量過高會使纖維結(jié)構(gòu)的硬度和咀嚼性下降[9]。不同類型的產(chǎn)品對模擬脂肪的要求不同。例如，乳化類素肉制品(如法蘭克福香腸)可以選擇液態(tài)或者固態(tài)脂肪，但碎肉類素肉制品(如植物基漢堡肉餅)則需要固態(tài)脂肪模擬相應(yīng)的質(zhì)地和烹飪特性(油脂受熱融化的過程)。因此，研究者們?yōu)榇蛟祛愃苿游镏镜馁|(zhì)地和口感，將從熱帶植物(如椰子和可可豆)中提取的固體脂肪與含有更多不飽和脂肪酸的液體油(如葵花籽油和菜籽油)混合使用，使植物基漢堡肉餅具有與普通碎牛肉相似的外觀和烹飪特性[6]。

3)水分。植物蛋白肉制品中的水分具有多種功能，在食品加工過程中，水分不僅是不同干燥成分的水合介質(zhì)，還是增塑劑和反應(yīng)物，影響其他成分的功能特性。例如，水分會影響蛋白質(zhì)的溶解度，進(jìn)而影響其膨脹率、凝膠性、乳化性和起泡性能，最終影響產(chǎn)品的質(zhì)地和口感[24]。另外，水分是保持肉類食品多汁性的關(guān)鍵因素[7]，較高的含水量可以提供與真實(shí)肉更加相似的感官特性。與天然肌肉纖維中的水分不同，這些水大部分表現(xiàn)為自由水的狀態(tài)，在進(jìn)一步的烹飪加工過程中極易發(fā)生汁液流失，造成口感不良。因此，為提高烹飪后產(chǎn)品的含水量，高保水性黏合劑經(jīng)常被加入到配方中。另外，增加含水量還可以降低產(chǎn)品成本。

4)黏合劑。為使產(chǎn)品達(dá)到最佳食用口感,植物蛋白肉制品中通常會添加黏合劑。最常使用的黏合劑包括蛋白類和多糖類2種,其原理是利用蛋白或多糖凝膠的特性，使其在產(chǎn)品中形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將水分子滯留在其中，增加最終產(chǎn)品的持水力。常用的蛋白類黏合劑包括小麥蛋白、大豆分離蛋白、馬鈴薯蛋白等,在加熱過程中蛋白質(zhì)分子展開，從而暴露出非極性表面基團(tuán)，這些基團(tuán)可以通過疏水作用相互結(jié)合形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促使植物蛋白肉制品形成特定形狀[7]。另外，還可以通過添加交聯(lián)酶(如轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶)使蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)形成凝膠，增加產(chǎn)品的硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性等質(zhì)構(gòu)特性，顯著降低加熱后的產(chǎn)品收縮率[25]。

多糖類黏合劑主要是大分子碳水化合物，具有增稠和凝膠的作用，可以使產(chǎn)品具有較強(qiáng)的彈性和多汁性。部分多糖通過不同膠凝機(jī)理形成凝膠，如冷致凝膠(如卡拉膠、瓊脂)、熱致凝膠(如魔芋膠、甲基纖維素)和離子型凝膠(如海藻酸鈉)[17]。在加熱甲基纖維素時(shí)，其分子上甲基之間的疏水作用力會增加，導(dǎo)致其受熱形成凝膠[26]，將其應(yīng)用于植物基漢堡肉餅中，不僅改善了烹飪后的產(chǎn)品質(zhì)地，還提高了產(chǎn)品的多汁性。此外，為提高植物基漢堡肉餅的多汁性，也采用馬鈴薯淀粉、魔芋膠和黃原膠等多糖類黏合劑[9]。

5)著色劑。顏色是肉制品加工的重要品質(zhì)屬性。在自然狀態(tài)下，動物肉色素呈紅色,但加工后肌紅蛋白會發(fā)生氧合而呈褐色。植物蛋白肉制品中常用的天然色素主要是從紅甜菜、紅白菜、紅漿果、紅辣椒和胡蘿卜中提取的，可以呈現(xiàn)出紅色的外觀。然而，這些植物色素在加工過程中可能會變色，或者不會轉(zhuǎn)變?yōu)槔硐氲摹爸笫臁比獾念伾Ｃ绹綢mpossible Foods使用的大豆血紅素蛋白是一種新型色素，能夠復(fù)制肉類血紅素(血紅蛋白和肌紅蛋白)的“血色”外觀。美國FDA已批準(zhǔn)其可用于肉糜類似物，按產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)算，最高添加量為0.8%[7]。

6)風(fēng)味成分。除了逼真的組織結(jié)構(gòu)外，誘人的滋味、氣味是消費(fèi)者接受植物蛋白肉制品的關(guān)鍵。目前植物蛋白肉制品的風(fēng)味主要通過添加酵母抽提物、肉類香精或復(fù)合香辛料實(shí)現(xiàn)[27]。通過向植物蛋白肉制品中添加風(fēng)味物質(zhì)一方面可以掩蓋植物蛋白本身的不良?xì)馕?，如豆腥味、青草味等，另一方面因?yàn)橹参镉椭痪邆鋭游镉椭械奶烊幌銡獬煞?，所以添加風(fēng)味物質(zhì)可以模擬天然動物脂肪的香氣以滿足消費(fèi)者的需求[28]。

7)維生素、礦物質(zhì)和抗氧化劑。為使植物蛋白肉制品的營養(yǎng)成分更加接近于動物肉，一般需添加精選的礦物質(zhì)和維生素。例如，在植物基漢堡肉餅中，Beyond Meat的配方表中添加了鈣和鐵，Impossible Foods則加入了維生素E[9]。另外，由于使用植物油替代動物脂肪，植物類產(chǎn)品在加工和操作過程中易發(fā)生脂質(zhì)氧化，因此，可以加入抑制氧化和酸敗的抗氧化劑[29]。

2.2 加工技術(shù)

為獲得與動物肉組織相似的外形，在植物蛋白肉制品的生產(chǎn)中引進(jìn)了多種蛋白纖維化加工技術(shù)對肉類纖維結(jié)構(gòu)質(zhì)地進(jìn)行模擬。植物蛋白纖維化的技術(shù)主要有熱擠壓技術(shù)、紡絲技術(shù)、剪切技術(shù)和3D打印技術(shù)。圖1對不同類別的植物蛋白纖維化加工技術(shù)進(jìn)行了展示。

熱擠壓技術(shù)的商業(yè)化程度最高[30]，其原理是在熱擠壓過程中破壞維持植物蛋白結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵，使蛋白發(fā)生變性形成可塑化的熔融體，再經(jīng)分子鏈展開、團(tuán)聚、聚集、交聯(lián)形成纖維結(jié)構(gòu)[31]。目前，主要有2種類型的擠壓技術(shù)被廣泛應(yīng)用，分別為低水分?jǐn)D壓和高水分?jǐn)D壓技術(shù)[32]。低水分?jǐn)D壓是指在水分含量為20%～40%時(shí)對植物蛋白進(jìn)行擠壓膨化的工藝，具有工藝條件成熟、產(chǎn)品柔韌性強(qiáng)等優(yōu)勢，但使用前需進(jìn)行復(fù)水操作[33]；高水分?jǐn)D壓技術(shù)是對低水分?jǐn)D壓技術(shù)的改進(jìn)，其水分含量為40%～80%，這使得擠出物的最終水分含量也超過30%，具有工藝集成度高、產(chǎn)品質(zhì)地更接近真實(shí)肉等優(yōu)勢，可以直接用來模擬全切肉類(如整塊狀雞肉或牛肉)，是擠壓技術(shù)的未來發(fā)展方向[32，34]。無論是低水分還是高水分?jǐn)D壓，擠壓過程的參數(shù)(如物料組成、水分含量、螺桿速度和機(jī)筒溫度等)是蛋白質(zhì)形成纖維化結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。例如，在物料選擇方面，建議使用脫脂豆粕粉、大豆?jié)饪s蛋白和大豆分離蛋白，因?yàn)槿狗鄣母吆土繒?dǎo)致剪切力降低，不利于產(chǎn)品的纖維化[35]。加工溫度是大豆組織化最重要的參數(shù)，對交聯(lián)反應(yīng)程度至關(guān)重要[36]。另外，提高機(jī)筒溫度和螺桿速度會增加脫脂大豆粉擠出物的膨脹率、吸水率、水化能力和硬度[37]。

低水分(A)與高水分(B)擠壓設(shè)備模擬圖[7,32]； 濕法紡絲 (C)與靜電紡絲 (D)的原理圖[35]； 剪切法生產(chǎn)模擬肉纖維的錐形剪切池 (E)和圓筒狀庫埃特池 (F) [35]； 3D打印過程 (G) [46]。Low moisture (A) and high moisture (B) extrusion equipment simulation diagram[7,32].Schematic diagram of wet spinning (C) and electrospinning (D) processes[35].Conical shear cell device (E) and couette cell device (F) used to produce meat-analogue fibrous structures[35].3D Printing process (G) [46].

紡絲技術(shù)包含靜電紡絲和濕法紡絲。靜電紡絲為納米級纖維紡絲技術(shù)，需要施加高電壓且要求使用高純度原料，因此主要用于實(shí)驗(yàn)室材料的制備[38]。濕法紡絲是最早被應(yīng)用于生產(chǎn)大豆蛋白纖維的技術(shù)[39]，在濕法紡絲過程中，紡絲液在外力作用下通過噴絲頭擠出，并在鹽、酸或堿性溶液中固化形成纖維。因?yàn)楣袒蟮睦w維需要大量水沖洗，易引起水資源浪費(fèi)等問題，所以此技術(shù)逐漸被擠壓技術(shù)替代[40]。

剪切技術(shù)是近年來新興的肉模擬物纖維制備技術(shù)，現(xiàn)仍處于實(shí)驗(yàn)室開發(fā)階段[41]。剪切過程基于流動誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)的原理，在剪切池或庫埃特池中進(jìn)行[42]。剪切池是一種基于錐形板流變儀的錐形設(shè)備，而庫埃特池則呈圓柱形[34]。相比于擠壓技術(shù)，剪切技術(shù)的機(jī)械能輸入減少(大約降低10%)，且可以產(chǎn)生類似真實(shí)肉的纖維結(jié)構(gòu)[43]。剪切過程的參數(shù)(物料組成、剪切溫度、剪切時(shí)間和剪切速率等)同樣是影響產(chǎn)品性能的關(guān)鍵因素。120 ℃下，大豆蛋白和果膠混合物料經(jīng)過剪切誘導(dǎo)可產(chǎn)生層狀結(jié)構(gòu)，在140 ℃下則生成纖維狀結(jié)構(gòu)[43]。

新興的3D打印技術(shù)是將液態(tài)或半固態(tài)物料從噴頭擠出后凝固，通過逐層模仿肌肉纖維結(jié)構(gòu)的方式仿制肉制品，但目前仿真制得的肉制品與真實(shí)肉的纖維結(jié)構(gòu)還存在一定差距，需要進(jìn)一步加快推進(jìn)3D打印技術(shù)的研發(fā)[44-46]。

3 植物蛋白肉制品和動物肉的差異

3.1 質(zhì)構(gòu)差異

由于纖維化的植物蛋白和肌肉纖維存在天然差異，包括蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)、大小、氨基酸組成、肽序列、有無細(xì)胞結(jié)構(gòu)等，難以呈現(xiàn)動物肉制品復(fù)雜而精致的感官特征[47]。在微觀上，高度變性的植物蛋白聚集體與肌肉纖維或纖維束的三維各向異性結(jié)構(gòu)并不相似，導(dǎo)致持水力不足，烹飪過程中極易失去水分而產(chǎn)生干燥的口感，因此，植物蛋白肉制品面臨的挑戰(zhàn)之一是改善植物基纖維結(jié)構(gòu)的持水性[47]。另外，通過對動物肉的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，植物蛋白肉制品很難同時(shí)對整塊肉的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，所以需要加強(qiáng)對植物基脂肪組織和結(jié)締組織等組織結(jié)構(gòu)的開發(fā)和構(gòu)建。

3.2 風(fēng)味差異

缺乏動物肉的風(fēng)味是替代產(chǎn)品發(fā)展的另一個(gè)主要障礙[48]。雖然可以通過添加天然或合成肉類香精模擬肉類風(fēng)味，但此類風(fēng)味不易持久，且天然的苦味和澀味不易被祛除或者掩蓋[49]，影響消費(fèi)者對植物蛋白肉制品的接受度。

3.3 顏色差異

缺乏真實(shí)肉色是植物蛋白肉制品應(yīng)用推廣的限制之一[17]。肉在煮熟的過程中肉色會經(jīng)歷從紅色到褐色的變化，新開發(fā)的大豆血紅蛋白是一種鐵結(jié)合蛋白，在熟制的過程中可以發(fā)生與真實(shí)肉相似的顏色變化。大豆血紅蛋白已被摻入植物基漢堡中賦予血液顏色，但價(jià)格昂貴，因此，開發(fā)相似度更高且更加經(jīng)濟(jì)的植物源色素產(chǎn)品變得十分必要[50]。

3.4 營養(yǎng)差異

動物蛋白質(zhì)是全營養(yǎng)物質(zhì)，比植物蛋白質(zhì)具有更好的必需氨基酸平衡。植物蛋白質(zhì)容易存在限制性氨基酸缺陷，如賴氨酸是谷類蛋白質(zhì)中的主要限制性氨基酸，而蛋氨酸和半胱氨酸則是豆類蛋白質(zhì)的限制性氨基酸[17]。表1比較了不同植物和動物來源的蛋白可消化的必需氨基酸評分(DIAAS)和限制性必需氨基酸[51]。對于全素食人群，如果長期食用單一植物蛋白質(zhì)可能會對人體健康產(chǎn)生影響。雖然通過在同一素食產(chǎn)品中使用適當(dāng)?shù)墓阮惡投诡惖鞍踪|(zhì)混合物可以克服此問題，但是植物蛋白肉制品的其他營養(yǎng)成分(如微量元素和礦物質(zhì))與動物肉相比也存在差異，因此有必要對植物蛋白肉制品進(jìn)行營養(yǎng)素強(qiáng)化處理。

表1 不同植物和動物來源蛋白質(zhì)的可消化的必需氨基酸評分(DIAAS)和限制性必需氨基酸 Table 1 Comparison of the digestible indispensable

4 植物蛋白肉制品未來的研究方向

基于上述分析和概述，在設(shè)計(jì)和構(gòu)建植物蛋白肉制品方面，研究人員可以從降低植物蛋白肉制品和動物肉之間的差異方面進(jìn)行更加深入的探索。

4.1 優(yōu)化纖維化蛋白的性能

通過對纖維化蛋白加工過程的工藝革新可進(jìn)一步改善蛋白的質(zhì)構(gòu)性能，縮小與動物肉纖維的差異。在高水分?jǐn)D壓過程中加入0.1%的海藻酸鈉可顯著提高花生蛋白的纖維度、彈性和抗拉強(qiáng)度，且纖維化蛋白的硬度和咀嚼性也顯著增加，其原因在于一定量的外源多糖可以影響蛋白質(zhì)的聚集過程，從而改善纖維化蛋白的性能[52]。在加熱條件下，對果膠和大豆分離蛋白混合物進(jìn)行剪切誘導(dǎo)處理，果膠長絲會沿剪切流方向被包裹在一個(gè)連續(xù)的蛋白相中，從而誘導(dǎo)共混物的各向異性，且纖維的長度隨著果膠濃度的增加和剪切溫度的升高而增加[44]。

4.2 探索新型替代蛋白質(zhì)資源

通過進(jìn)一步開發(fā)新型蛋白質(zhì)資源可以改善植物蛋白肉制品的性能并豐富其營養(yǎng)成分。油菜籽、向日葵和藜麥可以提供大量優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，在食品工業(yè)很受青睞，被認(rèn)為是大豆的良好替代品，有望在肉類替代產(chǎn)品中得到應(yīng)用[53-55]。與此同時(shí)，從水生生物(如微藻、浮萍和海帶等)中提取優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的技術(shù)也處于初始發(fā)展階段[56]。新型蛋白質(zhì)資源的開發(fā)和應(yīng)用有望彌補(bǔ)現(xiàn)有植物蛋白質(zhì)的營養(yǎng)和質(zhì)地缺陷。

4.3 模擬脂肪組織

在肉類食品中，脂肪有助于形成口感和風(fēng)味，是肉制品的重要屬性。有研究者采用水和功能成分組成的脂肪替代品模擬脂肪組織[57-59]。目前已經(jīng)工業(yè)化應(yīng)用的脂肪替代品有蛋白質(zhì)基(如大豆蛋白)、脂肪基(如蔗糖聚酯)和碳水化合物基(如改性淀粉、膳食纖維等)，其中，碳水化合物基脂肪替代品受到廣泛關(guān)注[60-63]。另外，魔芋膠與其他原料(如淀粉、卡拉膠、結(jié)冷膠等)共混制得的脂肪模擬物應(yīng)用于低脂肉制品中，不僅提供了類似脂肪的感官體驗(yàn)，而且提高了產(chǎn)品的持水性，并減少了烹飪損失[64-65]。

4.4 引入結(jié)締組織等效物

引入軟骨或結(jié)締組織樣材料，在食品中以質(zhì)地和外觀的形式呈現(xiàn)異質(zhì)性，更加真實(shí)地模擬相關(guān)動物肉組織結(jié)構(gòu)，豐富植物蛋白肉制品口感的多樣性。在模擬結(jié)締組織方面，由于結(jié)締組織中的膠原蛋白為線性纖維蛋白，因此，線性多糖可能具備制作模擬結(jié)締組織的潛力。例如，魔芋凝膠經(jīng)適當(dāng)加工(反復(fù)凍融處理)或與其他膠體復(fù)配可形成類似結(jié)締組織樣材料[66]。

4.5 調(diào)控特征風(fēng)味

在風(fēng)味調(diào)控方面，不僅要糾正植物蛋白質(zhì)的異味(如苦味和澀味等)，還要模仿真實(shí)肉制品所需的香味[67]。一方面，針對植物蛋白質(zhì)的異味有必要從源頭上(如育種方面)進(jìn)行研究將不良風(fēng)味的影響降至最低；另一方面，利用新型酶對植物蛋白進(jìn)行修飾可產(chǎn)生類似雞肉和牛肉的香氣[68-69]，故可以加強(qiáng)新型酶制劑的研究用于蛋白質(zhì)酶解或交聯(lián)形成所需的特征風(fēng)味。

4.6 開發(fā)可食用包封材料和技術(shù)

植物蛋白肉制品可以通過添加生物活性成分進(jìn)行營養(yǎng)強(qiáng)化，改善其營養(yǎng)缺陷。為提高生物活性成分的利用率，通常采用設(shè)計(jì)良好的遞送系統(tǒng)(如乳液、納米粒子等)對其進(jìn)行封裝，以便成功添加到食品基質(zhì)中[70]。另外，包封技術(shù)還可以解決色素、風(fēng)味物質(zhì)等小分子添加劑在實(shí)際應(yīng)用中存在的環(huán)境不耐受問題[71]，提升它們在肉制品重組、加工及攝食過程中的穩(wěn)定性和吸收特性。因此，開發(fā)新型高效的可食用包封材料和技術(shù)可改善植物蛋白肉制品的綜合品質(zhì)。

5 展 望

食品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會影響其營養(yǎng)健康功能和感官特性。以軟凝聚態(tài)物理、交叉化學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)食品理論及技術(shù)創(chuàng)新，不僅為現(xiàn)有食品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供理論支持，而且也是分子食品、3D打印食品等概念食品制造的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。因此，在新型植物蛋白肉制品開發(fā)方向，多學(xué)科、多領(lǐng)域科研工作人員將共同努力解決更多重要挑戰(zhàn)，并有望孕育食品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的顛覆性技術(shù)。