唐偉挺,余曉盈,鄒苑,劉英麗,鄭倩望,郭麗瓊*,林俊芳*
(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院,廣東 廣州 510640;2.廣東省微生態(tài)制劑工程技術(shù)研究中心,廣東 廣州 510640;3.北京工商大學(xué) 中國-加拿大食品營養(yǎng)與健康聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室(北京),北京 100048)
隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展,人口的增加速率急劇加大,人們對(duì)健康營養(yǎng)飲食的需求不斷加大。肉制品在人類飲食中具有獨(dú)特的地位,作為一種優(yōu)質(zhì)食物,始終是攝入蛋白質(zhì)的優(yōu)良選擇。隨著生活水平的提高,肉制品的消耗量逐年增大[1]。聯(lián)合國糧農(nóng)組織預(yù)計(jì)到2050年,人們對(duì)肉類制品需求量將會(huì)比現(xiàn)在的需求量增加70%[2]。然而地球資源有限,如果僅依靠傳統(tǒng)畜牧業(yè)供應(yīng)全球龐大的市場,將無法滿足需求。傳統(tǒng)畜牧業(yè)在養(yǎng)殖過程中需要占用大量的土地資源,消耗大量的能源和水資源,禽畜產(chǎn)生的糞便會(huì)污染養(yǎng)殖場水土,且畜牧養(yǎng)殖業(yè)會(huì)排放出大量的溫室氣體,其排放量占全球排放量的12%[3],是影響全球氣候的重要因素。在畜牧業(yè)中無法避免獸藥和抗生素的使用,所以畜禽肉中往往可能還會(huì)殘留著一定量的抗生素、激素和獸藥等,導(dǎo)致許多食品安全問題。禽畜肉中飽和脂肪酸含量較高,長期大量食用會(huì)引發(fā)高血糖、高血脂和高血壓等病癥。在屠宰禽畜的過程中,通常較為血腥和殘忍,引發(fā)了人們對(duì)動(dòng)物福利問題的關(guān)注[4]。由于傳統(tǒng)肉制品生產(chǎn)、加工和食用等過程中存在碳排放量超標(biāo)、資源利用率低、消耗大和動(dòng)物福利等問題,所以人們希望找尋一種更為健康營養(yǎng)的產(chǎn)品替代傳統(tǒng)肉制品?!叭嗽烊狻钡某霈F(xiàn)逐漸引起了人們的重視,成為了食品行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
目前市場上的人造肉產(chǎn)品分為兩種類型,第一種是以植物蛋白為原料制備的植物蛋白肉,此類產(chǎn)品可以最大限度地模擬真實(shí)肉品的外觀和口感,在國內(nèi)外文獻(xiàn)中常見的名稱有“植物素肉”[5]、“植物蛋白基肉制品”[6]、“plant-based meat”[7]、“soy-based meat”[8],在 2020年中國公布的《植物基肉制品》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定植物蛋白肉的命名應(yīng)該采用“植物XX”、“植物基XX”、“植物源XX”、“植物蛋白XX”、“植物制成的XX”等方式對(duì)植物蛋白肉產(chǎn)品進(jìn)行命名。第二種是以動(dòng)物細(xì)胞為原料,通過精準(zhǔn)的細(xì)胞培養(yǎng)擴(kuò)增制備得到細(xì)胞培養(yǎng)肉,此類產(chǎn)品可以繞開動(dòng)物養(yǎng)殖過程而為人類提供真實(shí)的動(dòng)物肌肉組織,主要的名稱為“cultured meat”[9]、“animal free meat”[10]、“cultivated meat”[11]、“in vitro meat”[12]、“人造肉”[13]、“培育肉”[14]、“試管肉”[13]等。雖然現(xiàn)在學(xué)術(shù)界和業(yè)界將菌類蛋白肉產(chǎn)品歸入植物蛋白肉中,但是菌類蛋白是通過微生物發(fā)酵獲得,而非從植物中獲得,其生產(chǎn)方式有別于植物蛋白肉。因此為了避免概念的混淆,本文將菌類蛋白肉歸入到人造肉的第三種分類中,即以微生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的菌類蛋白(mycoprotein)作為基礎(chǔ)原料生產(chǎn)加工制得的人造肉產(chǎn)品。但現(xiàn)今在菌類蛋白肉的產(chǎn)品命名上較為欠缺,主要的名稱為碎肉塊、素雞塊和素香腸等,在菌類蛋白肉的命名方面還待商榷,應(yīng)該要推出更加合理可靠的人造肉命名標(biāo)準(zhǔn),促進(jìn)人造肉產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展,幫助人們更好地接受人造肉產(chǎn)品。
隨著食品科技和生物科學(xué)的發(fā)展,食品行業(yè)的生產(chǎn)加工向著新型化、智能化和精準(zhǔn)營養(yǎng)化的方向發(fā)展轉(zhuǎn)變,人造肉作為未來新型食品的代表,其生產(chǎn)制造必將結(jié)合食品、生物、大數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多種學(xué)科,結(jié)合人工智能技術(shù)、合成生物學(xué)技術(shù)、現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)和新型加工技術(shù)。營養(yǎng)、健康、安全環(huán)保的人造肉產(chǎn)品的生產(chǎn),可填補(bǔ)肉制品需求的空缺,推動(dòng)人造肉產(chǎn)業(yè)和全球新型食品的高效多能發(fā)展。
植物蛋白肉是以植物蛋白質(zhì)為主要原料,添加脂肪、色素、風(fēng)味劑、黏合劑以及其他食品功能添加物,最后通過特定的食品加工方法和步驟制成的具有傳統(tǒng)肉類質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味和顏色的食品[15]。植物蛋白肉的發(fā)展歷史可以追溯到公元前965年的中國豆腐,在1922年美國的食品公司開發(fā)出了第一款“大豆素肉”產(chǎn)品,在2019年人造植物牛肉肉排被評(píng)為未來全球十大突破性技術(shù)[16]。植物蛋白肉的研究發(fā)展速度較快,涉及植物蛋白肉的研究文獻(xiàn)較多。在植物蛋白肉的生產(chǎn)制造中所涉及的原料和輔料的種類較多,相關(guān)的公司、品牌和產(chǎn)品不斷在涌現(xiàn),且植物蛋白肉也是人們最容易購買的人造肉產(chǎn)品。
在植物蛋白肉產(chǎn)品中,蛋白質(zhì)成分毫無疑問發(fā)揮著重要的作用,它是植物蛋白肉中最主要的成分,是構(gòu)成植物蛋白肉的基礎(chǔ),它所具有的水化性、乳化性、凝膠性和質(zhì)構(gòu)性能等都對(duì)產(chǎn)品有著重要的影響[17]。在植物蛋白肉產(chǎn)品中應(yīng)用的植物性蛋白質(zhì)主要為大豆蛋白、豌豆蛋白、小麥蛋白和花生蛋白等,它們具有良好的食品加工特性,營養(yǎng)價(jià)值較高,因而,廣泛地應(yīng)用于植物蛋白肉的生產(chǎn)中。
除了使用植物性蛋白質(zhì)外,在植物蛋白肉產(chǎn)品中也需要添加相應(yīng)的輔料進(jìn)行改良調(diào)和,包括黏合劑、風(fēng)味劑、油脂、著色劑等,不同類型人造肉的主要性質(zhì)和特點(diǎn)如表1所示。
黏合劑的存在使各組分結(jié)合更加緊密,形成致密的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),并能賦予產(chǎn)品一定的黏彈性。由表1可看到,植物蛋白肉中常使用的黏合劑有海藻酸鈉、卡拉膠、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、甲基纖維素和黃原膠等[17]。因?yàn)橹参锏鞍兹庵饕褂弥参镄栽?,不具有?dòng)物肉的風(fēng)味,所以需要添加肉類風(fēng)味物質(zhì)模擬動(dòng)物肉的風(fēng)味,如乙基麥芽酚,雞肉香精、豬肉香精、還原糖、呈味氨基酸和核苷酸等物質(zhì)。除此之外,還可添加辣椒、大蒜等香辛料進(jìn)行調(diào)味[15]。油脂是植物蛋白肉中必不可少的組分,其使用量會(huì)影響產(chǎn)品的柔嫩度、風(fēng)味和產(chǎn)品的加工性能,油脂的添加量應(yīng)控制在2%~5%[19]。在植物蛋白肉中常使用的油脂有可可脂、菜籽油、花生油、椰子油和棕櫚油等[18]。
在新鮮肉制品中,由于肌紅蛋白和血紅蛋白的存在,肉呈現(xiàn)紅色、血紅色。在烹飪過程中,高溫條件下肌紅蛋白發(fā)生變化,使肉從鮮紅色向褐紅色轉(zhuǎn)變[28]。在設(shè)計(jì)人造肉產(chǎn)品顏色時(shí)應(yīng)盡可能模擬動(dòng)物肉的顏色及變化。由表1來看,目前應(yīng)用于植物蛋白肉的著色劑有甜菜紅、胡蘿卜素、番茄紅、焦糖色素和血紅蛋白等,它們能使植物蛋白肉呈現(xiàn)良好的“肉色”。血紅蛋白可從豆科植物中提取或采用酵母工程菌異源合成的方法得到。目前市場上已將酵母工程菌異源發(fā)酵所得的血紅蛋白應(yīng)用于植物碎肉、肉餅和香腸等產(chǎn)品的生產(chǎn)之中[29]。
表1 不同類型人造肉的主要性質(zhì)和特點(diǎn)Table 1 The main properties and characteristics of different types of meat analogue
目前應(yīng)用于植物蛋白肉制作的主流技術(shù)有擠壓技術(shù)(extrusion technology)[30]、靜電紡絲技術(shù)(electrospinning technology)[31]和剪切技術(shù)(shear celltechnology)[32],植物蛋白肉的加工流程如圖1所示。
圖1 植物蛋白肉的生產(chǎn)流程Fig.1 The production process of plant-based meat
擠壓技術(shù)是食品加工的熱機(jī)械過程,它是在高溫高壓的條件下完成物料的混合、擠壓、剪切、滅菌等過程[33]。在擠壓過程中,各組分在水和螺桿的作用下被處理成均勻的團(tuán)狀混合物。其中蛋白質(zhì)組分在高溫高壓的作用下,其非共價(jià)鍵會(huì)斷裂,蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)被破壞而延展,多個(gè)延伸的蛋白質(zhì)分子又會(huì)重新排列結(jié)合,形成具有一定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)組織[34]。在擠出的過程中,受到擠壓力的作用,物料會(huì)被分離成水和蛋白質(zhì)的區(qū)域,形成如圖1所示的纖維狀的片層結(jié)構(gòu)。靜電紡絲技術(shù)是一種特殊的納米級(jí)直徑的纖維制造方法,它可以將黏度較高的蛋白質(zhì)溶液通過噴絲板變成凝固液,從而產(chǎn)生連續(xù)、定向的纖維,這種纖維具有較高的縱橫比[35],在食品生產(chǎn)中具有很大的應(yīng)用潛力。根據(jù)圖1的靜電紡絲流程所示,在植物蛋白肉的生產(chǎn)過程中,將組分混合后制成較高黏度的溶液,通過靜電紡絲的方法,得到極細(xì)的纖維絲,纖維絲經(jīng)過多層的堆疊之后,便可形成具有一定厚度和形狀的產(chǎn)品[36]。剪切技術(shù)采用剪切流概念,由兩個(gè)嵌套圓筒組成,外層圓筒保持固定不動(dòng),內(nèi)層圓筒可以勻速旋轉(zhuǎn)[8]。將原料和水混合加入所謂的“剪切區(qū)”即圓筒間隙后,通過調(diào)節(jié)圓筒轉(zhuǎn)速與溫度,控制加工時(shí)間,即可在剪切力和加熱的簡單組合下將植物蛋白質(zhì)原料加工為均一、分層的纖維結(jié)構(gòu)[20],由圖1所示,經(jīng)過剪切技術(shù)加工后,能夠形成分層的長條狀粗纖維,在外觀方面也與動(dòng)物精瘦肉相似。
細(xì)胞培養(yǎng)肉是指在特定的培養(yǎng)條件下,在培養(yǎng)基中利用動(dòng)物肌肉細(xì)胞中的多能干細(xì)胞等培養(yǎng)出來的具有傳統(tǒng)肉類結(jié)構(gòu)、風(fēng)味口感的產(chǎn)品[9]。細(xì)胞培養(yǎng)肉的發(fā)展歷史可以追溯到20世紀(jì)30年代,有研究學(xué)者提出了細(xì)胞培養(yǎng)肉的概念[37],即不通過養(yǎng)殖動(dòng)物的方式獲得肉制品。2000年科學(xué)家利用金魚細(xì)胞培養(yǎng)出人造魚肉,探討在長期太空飛行或空間站中培養(yǎng)動(dòng)物肌肉的可能性[38]。在2007年,Van Eelen[39]的研究表明在干細(xì)胞中添加膠原基質(zhì)可以促使肌肉組織的形成。2013年,科學(xué)家們利用成肌細(xì)胞培養(yǎng)出第一塊人造牛排[40]。2019年,周光宏等[22]利用豬肌肉干細(xì)胞培養(yǎng)獲得了中國第一塊細(xì)胞培養(yǎng)肉,標(biāo)志著中國的細(xì)胞培養(yǎng)肉技術(shù)的興起。
細(xì)胞培養(yǎng)肉的生產(chǎn)加工過程需要使用的材料主要有動(dòng)物肌肉干細(xì)胞、細(xì)胞培養(yǎng)基、動(dòng)物血清、分化誘導(dǎo)因子和抗生素等,使用的主要技術(shù)為無菌操作技術(shù)和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)[22]。細(xì)胞培養(yǎng)肉的生產(chǎn)過程如下:首先從動(dòng)物肌肉中分離具有高度分化活性的肌肉干細(xì)胞、肌肉衛(wèi)星細(xì)胞等,接著培養(yǎng)和誘導(dǎo)目標(biāo)細(xì)胞進(jìn)行增殖和分化,然后提供生長的骨架繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)誘導(dǎo)形成多核肌管,進(jìn)一步形成肌肉纖維[21],在細(xì)胞培養(yǎng)的過程中要保證整個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定高效的運(yùn)行以獲得大量的肌肉組織,最后將獲得的肌肉產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的加工包裝后便可以上市銷售。
細(xì)胞培養(yǎng)肉的生產(chǎn)流程如圖2所示。
圖2 細(xì)胞培養(yǎng)肉的生產(chǎn)流程Fig.2 The production process of cell cultured meat
在細(xì)胞培養(yǎng)肉生產(chǎn)過程中有許多的關(guān)鍵點(diǎn),首先要分離得到可培養(yǎng)的具有高分化活性的肌肉干細(xì)胞[41],否則無法進(jìn)行培養(yǎng)并誘導(dǎo)細(xì)胞生長分化形成肌肉纖維組織。其次目前使用的培養(yǎng)基成分中具有動(dòng)物血清,但是動(dòng)物血清的生產(chǎn)需要使用動(dòng)物血液,這與人造肉生產(chǎn)的初衷和理念有所違背,因此開發(fā)新型高效的無血清培養(yǎng)基非常關(guān)鍵[22]。在細(xì)胞培養(yǎng)的過程中還需要提供生物纖維骨架才能使細(xì)胞在支架的幫助下進(jìn)行生長,形成類似肌肉組織的多層纖維結(jié)構(gòu)[42]。最后的關(guān)鍵點(diǎn)是穩(wěn)定高效的細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器,反應(yīng)器必須安全無毒,并且能夠創(chuàng)造良好的環(huán)境促進(jìn)細(xì)胞的生長和肌肉組織形成[43]。細(xì)胞培養(yǎng)肉如果僅在培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)獲得,其產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足人們的需要。因此要進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn),就必須開發(fā)出一套高效穩(wěn)定的細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器,進(jìn)而獲得大量的肌肉組織用于肉類產(chǎn)品的加工制造之中。
菌類蛋白是一種采用連續(xù)流動(dòng)發(fā)酵技術(shù)發(fā)酵鏈孢霉菌(Fusarium venenatum A3/5)得到的菌絲體發(fā)酵產(chǎn)物,因?yàn)樵摼z體發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)含量較高,所以英國食品標(biāo)準(zhǔn)局將此種發(fā)酵產(chǎn)物命名為菌類蛋白[44],并且它的纖維含量高,脂肪含量低,可作為一種食品原料應(yīng)用于人造肉的生產(chǎn)之中[45]。
因?yàn)閾?dān)憂動(dòng)物肉無法滿足人類的需求,并且為了從自然界中尋找更加優(yōu)質(zhì)和廉價(jià)的蛋白質(zhì)的來源,人們將目光投向自然界中數(shù)量巨大的微生物,以期尋找到合適的菌種,作為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的生產(chǎn)來源。最初,這項(xiàng)探索是從各種酵母菌中開始的,之后研究對(duì)象延伸到細(xì)菌和霉菌之中,但這時(shí)期的研究重點(diǎn)是將菌種發(fā)酵的蛋白產(chǎn)物應(yīng)用到動(dòng)物飼料生產(chǎn)中而不是食品加工中[23]。
在20世紀(jì)60年代末期,英國的學(xué)者們發(fā)現(xiàn)鏈孢霉菌的發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)含量較高,可作為蛋白質(zhì)的一種潛在來源,填補(bǔ)人們的需求空缺。為了使鏈孢霉菌發(fā)酵所得的菌類蛋白能夠進(jìn)入市場進(jìn)行銷售,相關(guān)學(xué)者和公司開展了12年的研究探索,最終驗(yàn)證了菌類蛋白和相關(guān)的菌類蛋白食品是健康安全的產(chǎn)品。1984年,英國的農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和食品部門批準(zhǔn)鏈孢霉菌的菌類蛋白上市,可以作為食品在市場中進(jìn)行銷售[23]。在此后幾年內(nèi),英國的食品公司推出了第一個(gè)以菌類蛋白為基礎(chǔ)原料的人造肉產(chǎn)品。2002年,美國食品藥品管理局(U.S Food&Drug Administration,U.S FDA)將菌類蛋白認(rèn)定為“總體安全”,并允許菌類蛋白食品進(jìn)入美國市場[27]。目前在市場上銷售的菌類蛋白肉產(chǎn)品類型主要為菌類蛋白肉餅、菌類蛋白雞塊和菌類蛋白碎肉等,在歐洲、美國和大洋洲等地區(qū)均有銷售,被廣大消費(fèi)者接受和食用,不僅受到素食主義者的青睞,并且也被許多的動(dòng)物肉制品消費(fèi)者認(rèn)可。在2020年初,菌類蛋白肉產(chǎn)品出現(xiàn)了脫銷的情況,供不應(yīng)求,受到人們的歡迎[46]。
菌類蛋白的生產(chǎn)使用的菌株是鏈孢霉菌(Fusarium venenatum A3/5),采用連續(xù)發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn),使用該技術(shù)生產(chǎn)菌類蛋白較為迅速高效且經(jīng)濟(jì)實(shí)用[47]。菌類蛋白在生產(chǎn)的過程中采用的是150 000 L的壓力循環(huán)反應(yīng)罐,起初的技術(shù)方案是在培養(yǎng)基中添加過量的葡萄糖來控制鏈孢霉菌的生長速率,使其在發(fā)酵罐中保持在最高的生長速率[48]。之后發(fā)現(xiàn)CO2的演化速率可以反映發(fā)酵罐中的生物量,經(jīng)過工藝改進(jìn)之后,便可通過控制發(fā)酵罐內(nèi)CO2的演化速率,從而調(diào)控發(fā)酵罐中培養(yǎng)基的流動(dòng)速度,使發(fā)酵過程得到更加精細(xì)、規(guī)律、合理的調(diào)節(jié)[49]。菌類蛋白生產(chǎn)中所使用的培養(yǎng)基是葡萄糖銨鹽,發(fā)酵溫度為28℃~30℃,pH值為6.0。在這種條件下,鏈孢霉菌的每小時(shí)的比生長率為0.17~0.20,每小時(shí)可以產(chǎn)生300 kg~350 kg的生物量[23]。從發(fā)酵罐中得到的菌類蛋白需要在72℃~74℃,pH值為6的條件下處理30 min以降低RNA的含量,之后將降低RNA含量的產(chǎn)物加熱至90℃進(jìn)行離心濃縮,最后將濃縮后的產(chǎn)物冷卻至4℃,便可得到最終的菌類蛋白產(chǎn)物[23]。通過安全性檢測后菌類蛋白便可用于后續(xù)人造肉產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。將所得的菌類蛋白產(chǎn)物與雞蛋清、風(fēng)味劑、食用色素等輔料進(jìn)行混合,混合結(jié)束后進(jìn)行成型、加熱、冷凍、質(zhì)構(gòu)化和包裝等一系列加工步驟[50],最終就得到菌類蛋白肉的相關(guān)產(chǎn)品。在菌類蛋白肉的生產(chǎn)中,雞蛋清是作為黏合劑存在的,輔助產(chǎn)品形成類似肉的質(zhì)構(gòu)[44]。并且在生產(chǎn)過程將蒸汽加熱后的菌類蛋白肉迅速冷卻到-18℃,便可通過控制冰晶的大小和生長速率使菌類蛋白肉內(nèi)部形成類似肉的質(zhì)構(gòu)[24]。鏈孢霉菌發(fā)酵生產(chǎn)菌類蛋白肉的流程如圖3所示。
圖3 菌類蛋白肉的生產(chǎn)流程Fig.3 The production process of mycoprotein
除了使用鏈孢霉菌的菌類蛋白外,在2013年,Kim等[25]將雙胞蘑菇發(fā)酵得到的菌絲體發(fā)酵物用于人造肉的加工制作。對(duì)雙胞蘑菇的發(fā)酵產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)成分進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),該菌絲體的發(fā)酵產(chǎn)物具有天然的纖維結(jié)構(gòu),與動(dòng)物肉的肌肉纖維結(jié)構(gòu)類似,并且在烹飪后也能保持其原有的質(zhì)構(gòu)。同時(shí)該發(fā)酵產(chǎn)物中含有32%的粗蛋白,雖然比鏈孢霉菌發(fā)酵產(chǎn)物的蛋白質(zhì)含量稍低,但對(duì)比動(dòng)物蛋白質(zhì)而言,其所具有的賴氨酸含量更高,所以雙胞蘑菇的菌絲體發(fā)酵產(chǎn)物也可被視為一種優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的來源,應(yīng)用于人造肉的生產(chǎn)加工中。雙胞蘑菇的菌絲體發(fā)酵產(chǎn)物的生產(chǎn)使用2.5 L的攪拌式發(fā)酵罐進(jìn)行,發(fā)酵培養(yǎng)基中含有20 g/L蔗糖提取物和10 g/L NaNO3,發(fā)酵溫度為28℃,pH6.5。發(fā)酵所得的菌絲體產(chǎn)物經(jīng)過冷凍干燥后可用于人造肉的加工中。
盡管自然界中存在著數(shù)量龐大的微生物類群,但是目前僅有鏈孢霉菌的菌類蛋白發(fā)酵產(chǎn)物得到了商業(yè)化使用,使用的菌種類型非常局限。在真菌中,可食用菌具有較高的食用安全性和優(yōu)良的生產(chǎn)加工性能,可將其應(yīng)用于菌類蛋白和人造肉的加工生產(chǎn)中,具有很高的利用價(jià)值和廣闊的市場前景,但對(duì)可食用菌的菌類蛋白產(chǎn)物的相關(guān)研究較少,在未來應(yīng)該更深入地挖掘可食用菌的潛力。
人造肉的生產(chǎn)制造不僅需要達(dá)到良好的肉類感官品質(zhì),同時(shí)也需要保持良好的營養(yǎng)成分組成和和較高的營養(yǎng)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)。人造肉產(chǎn)品在蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪和膳食纖維等各方面營養(yǎng)元素都保持較高的豐度,能滿足人體生理代謝的需求,動(dòng)物肉和人造肉的營養(yǎng)成分組成如表2所示。
表2 動(dòng)物肉和人造肉的營養(yǎng)成分組成Table 2 Nutrient composition of animal meat and meat analogue
由表2中的能量值來看,菌類蛋白型素雞塊的能量值為247.00 kcal、植物型漢堡牛肉為235.00 kcal、植物型牛肉丸為224.00 kcal。新鮮和煮熟的碎牛肉的能量為247.00 kcal和260.00 kcal,快餐型雞塊的能量為307.00 kcal??傮w上看,人造肉產(chǎn)品和動(dòng)物肉產(chǎn)品在能量供應(yīng)方面相差不大,食用人造肉產(chǎn)品同樣能夠較好的滿足人體生理代謝對(duì)能量的需求。
肉制品是人體獲取蛋白質(zhì)的重要來源,因此蛋白質(zhì)的含量是評(píng)價(jià)肉制品品質(zhì)的重要指標(biāo)。根據(jù)表2的分析數(shù)據(jù)來看,菌類蛋白型素雞塊的蛋白質(zhì)含量為11.80 g,植物型牛肉丸和植物漢堡牛肉分別為23.60 g和21.20 g。而在動(dòng)物肉產(chǎn)品中,煮熟的碎牛肉的蛋白質(zhì)含量為25.50 g,雞肉為26.70 g,豬肉為27.70 g。雖然人造肉產(chǎn)品中蛋白質(zhì)含量整體上比動(dòng)物肉低,但作為肉類的替代品來說,它的蛋白質(zhì)含量是能夠滿足人體所需的。
在人造肉產(chǎn)品中添加的油脂主要為植物性油脂,相比于動(dòng)物脂肪來說,植物性油脂所具有的不飽和脂肪酸含量高,飽和脂肪酸含量低,必需脂肪酸含量較高。根據(jù)表2的分析數(shù)據(jù)開看,在人造肉產(chǎn)品中只有植物型素雞肉的飽和脂肪的含量較高,達(dá)到了7.08 g,這可能與使用了椰子油和可可脂有關(guān),而其它的人造肉產(chǎn)品的飽和脂肪含量都在1 g~3 g。而在動(dòng)物肉產(chǎn)品中,新鮮和煮熟的碎牛肉中飽和脂肪含量高,分別為7.29 g和6.45 g,僅有雞肉的飽和脂肪含量較低。
膳食纖維是一類非淀粉多糖物質(zhì),具備一些獨(dú)特的生理功能,如預(yù)防癌癥、降血壓、控制體重等[50]。人造肉產(chǎn)品組分中主要是植物性原料,所含的膳食纖維較多。由表2可知,人造肉產(chǎn)品均含有膳食纖維,且含量在2 g~4 g,而動(dòng)物肉產(chǎn)品中,除快餐型雞塊含有少量的膳食纖維外,其余產(chǎn)品均不含有膳食纖維。
如今人造肉產(chǎn)業(yè)得到了各界人士的廣泛關(guān)注,人造肉產(chǎn)品的品類逐漸豐富起來,人造肉行業(yè)正以良好的勢(shì)頭發(fā)展,具有較好發(fā)展前景和潛力。但是從目前人造肉產(chǎn)業(yè)的研究進(jìn)展和上市銷售的產(chǎn)品中,也能看到人造肉產(chǎn)業(yè)存在很多的不足。市場上在售的人造肉產(chǎn)品價(jià)格較為昂貴,比傳統(tǒng)肉制品的價(jià)格高。動(dòng)物禽畜肉制品具有豐富致密的纖維結(jié)構(gòu),口感鮮嫩多汁,富有彈性和咀嚼性[51],而植物蛋白肉的質(zhì)構(gòu)與動(dòng)物肉相比,其結(jié)構(gòu)較為松散,在口感上與動(dòng)物肉還存在著一定差距,需要進(jìn)一步的調(diào)節(jié)改造,且使用豆類蛋白制造的植物蛋白肉中殘留有豆腥味[52]。在動(dòng)物肉風(fēng)味的模擬上,還需要添加肉味香精,但是肉味香精在人造肉產(chǎn)品中的氣味和包裹性較差,需要開發(fā)香氣持久穩(wěn)定的制劑,使人造肉具有濃郁純正的動(dòng)物肉風(fēng)味。在肉類顏色的模擬上,主要使用的食用色素為甜菜紅素[53]、番茄紅素[54]、胡蘿卜素等,這些色素雖然具有比較優(yōu)秀的抗氧化性和穩(wěn)定性,但是不能完全模擬肉制品在烹飪中肉色的變化。豆類蛋白含有一些抗?fàn)I養(yǎng)因子和過敏原[55],如胰蛋白酶抑制因子[56]、大豆凝集素[57]、大豆疏水蛋白和大豆球蛋白[55]等,影響其他營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收,并且可能會(huì)引起食用者的胃腸道不適或發(fā)生過敏反應(yīng)。細(xì)胞培養(yǎng)肉在培養(yǎng)階段,需要使用抗生素抑制內(nèi)源或外源污染,維持細(xì)胞培養(yǎng)過程的穩(wěn)定,并且還需要使用分化誘導(dǎo)因子或激素誘導(dǎo)肌肉干細(xì)胞的分化,所以最后獲得的細(xì)胞培養(yǎng)肉中是否會(huì)殘留大量的抗生素和激素等,還需要進(jìn)行多方的安全性認(rèn)證。目前,肌肉細(xì)胞培養(yǎng)很難獲得大塊的肌肉組織,還需要進(jìn)一步的優(yōu)化培養(yǎng)條件以便高效生產(chǎn)肌肉細(xì)胞和肌肉蛋白,從而獲得大量的肌肉組織[22]。細(xì)胞培養(yǎng)肉在細(xì)胞培養(yǎng)的過程中尚且需要使用動(dòng)物血清以滿足細(xì)胞生長的需要,但血清的生產(chǎn)需要使用動(dòng)物血液,這與人造肉生產(chǎn)的初衷有所違背,且含有血清的培養(yǎng)基容易受到外源污染。有研究顯示使用不含血清的培養(yǎng)基能夠避免血清源性污染,促進(jìn)細(xì)胞的生長繁殖[58],所以開發(fā)高效穩(wěn)定的無血清培養(yǎng)基尤為關(guān)鍵。菌類蛋白是由鏈孢霉菌發(fā)酵生產(chǎn)而得,雖然菌類蛋白在生產(chǎn)中有除去RNA和毒素的檢測的步驟,且在上市前進(jìn)行了12年的安全性評(píng)估[23],但是仍有文獻(xiàn)顯示一些人群在食用菌類蛋白素肉產(chǎn)品后出現(xiàn)嚴(yán)重的胃腸道癥狀和過敏反應(yīng)[59],Jacobson等[60]在1 752例由食用菌類蛋白素肉引起的不良反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)有312人在食用4h后就出現(xiàn)了過敏癥狀,有1 692人在8 h時(shí)出現(xiàn)嘔吐、腹瀉等胃腸道癥狀,所以由鏈孢霉菌生產(chǎn)的菌類蛋白的食用安全性需要進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)估驗(yàn)證。
人造肉行業(yè)目前尚處探究摸索的階段,人造肉行業(yè)的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和法則還沒有制定和完善。2020年,中國人造植物肉的標(biāo)準(zhǔn)正式立項(xiàng),正在組織相關(guān)的專家學(xué)者和相關(guān)公司進(jìn)行植物人造肉產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定。不同地區(qū)的人群對(duì)人造肉的態(tài)度、觀點(diǎn)和接受度是不同的,消費(fèi)者的觀點(diǎn)和態(tài)度是影響人造肉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素[59],只有讓大眾能夠接受和食用人造肉產(chǎn)品,人造肉產(chǎn)品才能成為肉制品的真正的替代品[61],否則只能停留在一個(gè)備選的階段。Hoek等[62]研究顯示消費(fèi)者更喜歡與動(dòng)物肉的質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、氣味和外觀相似的產(chǎn)品,所以在生產(chǎn)加工制造中,需要生產(chǎn)出與動(dòng)物肉更接近的人造肉產(chǎn)品,并且加大對(duì)人造肉進(jìn)行科普宣傳,才能促使人造肉真正被大家接受。
目前,人造肉產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模,獲得了眾多投資者和學(xué)者的關(guān)注和青睞,出現(xiàn)了許多新的人造肉公司和產(chǎn)品,人造肉具有廣闊的前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?。同時(shí)人造肉產(chǎn)業(yè)還需要進(jìn)行深度的探索,就植物蛋白肉而言,目前使用的原料主要為豆類蛋白、花生蛋白等,原料的品類較為單一。未來還需要開發(fā)更多制造人造肉的原料,例如藻類蛋白[63]、食用菌的菌絲體[64]和食用菌子實(shí)體[25]、昆蟲蛋白[65]等,研究顯示上述原料具有良好的營養(yǎng)成分和加工特性,在人造肉的生產(chǎn)中具有較大的潛力和應(yīng)用價(jià)值。同時(shí),人造肉的加工制作也需要開發(fā)新型高效的技術(shù),例如結(jié)合微生物發(fā)酵工程生產(chǎn)具有動(dòng)物肉風(fēng)味且安全營養(yǎng)的蛋白質(zhì)產(chǎn)物,這將有利于減少時(shí)間成本以及環(huán)境方面的壓力。因?yàn)槿嗽烊猱a(chǎn)品需要模擬動(dòng)物肉所具有的肌肉纖維組織結(jié)構(gòu),除了使用能夠形成纖維結(jié)構(gòu)的成分外,還可結(jié)合計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)的方法模擬動(dòng)物肉的組織結(jié)構(gòu),以人造肉的各成分作為打印原料,3D打印技術(shù)精準(zhǔn)定點(diǎn)打印動(dòng)物肉所具有的肌肉纖維、脂肪組織和結(jié)締組織等,使人造肉產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)高度接近動(dòng)物肉制品。此外,人造肉作為未來食品的標(biāo)志和象征,在人工智能技術(shù)發(fā)展迅速的今天,在今后的研究探索中可以將大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和人工智能技術(shù)應(yīng)用到該領(lǐng)域中,通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的手段設(shè)計(jì)更加符合消費(fèi)者偏好和接受度的產(chǎn)品配方,智能優(yōu)化生產(chǎn)過程,以期生產(chǎn)質(zhì)構(gòu)良好、感官優(yōu)良、營養(yǎng)健康的人造肉產(chǎn)品。