植物蛋白在動物肉糜類制品中的應用 現(xiàn)狀及研究進展

袁 麗，孔云菲，賈世亮，石 彤，勵建榮，包玉龍,，高瑞昌,

（1.江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.浙江工業(yè)大學食品科學與工程學院，浙江 杭州 310014；3.渤海大學食品科學與工程學院，遼寧 錦州 121013）

我國是肉制品消費大國，其中肉糜類制品種類繁多，消費者需求較大。肉糜制品包括魚糜及畜禽肉糜制品，是指將原料肉絞碎后，加入其他的添加物和調料，經(jīng)特定工藝成型、熟制等工序制成的一類肉制品。其食用品質主要包括色澤、質地、風味、多汁性等，受到原料肉的種類、體系pH值、離子強度、斬拌乳化方式和外源添加物等因素影響，其中外源添加物通常包括淀粉、脂肪、蛋白質和其他營養(yǎng)成分等。外源蛋白質根據(jù)來源主要可分為動物源蛋白和植物源蛋白。隨著人們對蛋白質的需求增加，肌肉蛋白作為蛋白質主要來源有賴于大規(guī)模發(fā)展畜牧業(yè)，這會帶來巨大的環(huán)境生態(tài)問題，同時肌肉蛋白的過量攝取伴隨著膽固醇和飽和脂肪酸攝入過多的風險，不符合當代的健康消費觀念。而生產(chǎn)植物蛋白部分替代肌肉蛋白可以減少碳排放，且植物蛋白配料中膽固醇和飽和脂肪酸等成分含量較低。因此，植物蛋白領域的研究和開發(fā)發(fā)展迅速，特別是替代傳統(tǒng)肉類和乳制品的新產(chǎn)品研發(fā)[1]。

為了減少肉類的消費，植物基蛋白被用來模擬肉類的質構和蒸煮特性[2]，然而，單純的植物蛋白大多是不完全蛋白質，缺乏某些人體必需的氨基酸，消化利用率低，同時還存在口感、風味欠佳問題[3]。動物蛋白和植物蛋白各具優(yōu)劣的特點催生了所謂“Meat Hybrid”（即融合肉）[4]，具體是指在傳統(tǒng)肉制品中用植物蛋白部分替代肌肉蛋白，同時盡量保持肉類特有的功能和感官特性，符合我國實施的“中國特色雙蛋白工程”。然而，目前植物蛋白部分替代肉類蛋白的新型產(chǎn)品配方、工藝上依然存在諸多問題。本文綜述近年來植物蛋白在肉糜制品中的作用機制及其應用研究進展，以期為新型產(chǎn)品的研究開發(fā)提供參考。

1 植物蛋白概述

植物蛋白來源主要有大豆、豌豆、鷹嘴豆等豆類，油菜籽、花生、芝麻、核桃等油料種子，大米、小米、玉米、小麥等谷類，另外還有苜蓿葉、長萼堇菜葉、金花菜葉等植物[5-6]。來源不同的植物蛋白成分組成存在較大差異，其中蛋白含量比較高的有大豆、豌豆、小麥等，依據(jù)溶解特性大致可以分為四大類：白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白[7]（表1）。Li等[6]分析指出，植物蛋白配料的溶解性受到來源和制備工藝等影響，例如，已有的研究報道中豌豆蛋白的溶解度可以從幾乎不溶到完全水溶，溶解度差異變化可能與不同的蛋白組分（清蛋白、球蛋白）以及提取方法中不同的pH值等有關。類似地，該研究也總結了常見植物蛋白配料乳化活性、持水性及持油性的差異，同樣發(fā)現(xiàn)這些功能特性受到來源和制備方法的影響較大。植物蛋白原料作為配料加入產(chǎn)品時，其組成、等電點、熱穩(wěn)定性、溶解性、乳化性、發(fā)泡性和持水性等是需要考慮的特性[21]。研究表明，植物蛋白中清蛋白和球蛋白的功能特性差異較大，清蛋白在很寬的pH值范圍內溶解度都很好，而球蛋白溶解性隨pH值的變化則呈現(xiàn)出V型變化趨勢，往往只在偏極端pH值環(huán)境溶解性良好[22-23]。因此，植物蛋白配料可以借鑒乳配料，根據(jù)應用場景所需的功能特性進行細分。為了滿足蛋白質食品市場未來發(fā)展，需要開發(fā)新的植物蛋白資源，也可以改進當前植物蛋白的功能特性。目前，肉制品中最常添加的植物蛋白來自大豆、豌豆和小麥，其他包括鷹嘴豆、馬鈴薯、玉米、油菜、大米等也越來越受到重視。而植物蛋白改性方面，目前常用的改性方法包括物理法（熱處理、電子輻照、高壓處理等）、化學法（糖基化、磷酸化、脫酰胺等）、酶法（堿性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶等）等，利用上述方法引起蛋白質化學、結構等理化特性的變化，以期提高蛋白質的功能特性[24]。

表1 植物蛋白來源及成分Table 1 Sources and components of plant protein

2 植物蛋白對肉糜制品品質特性的影響

植物蛋白加入到肉品體系中可能會影響肉制品質構、保水性、顏色、風味、營養(yǎng)等品質，其中植物蛋白與肌肉蛋白的相互作用對上述影響具有關鍵的調控作用。根據(jù)Flory-Huggins理論，2 種蛋白質的相互作用可以看作溶劑（主要蛋白）和溶質（次要蛋白）的相互作用。典型的蛋白質相互作用包括靜電力、氫鍵、疏水相互作用、溶劑效應、反離子效應和熵效應等，而自由能的變化是2 種蛋白質兼容性的決定因素[25]。植物蛋白與肌肉蛋白復配，可能出現(xiàn)相容（圖1A）或不相容的情況（圖1B、C）。相容情況下，植物蛋白與肌肉蛋白之間達到共溶的狀態(tài)，二者之間不存在明顯的排斥或吸引，有利于持水性和基質網(wǎng)絡的增強；不相容情況下，植物蛋白與肌肉蛋白聚集（圖1C）或發(fā)生相分離（圖1B），二者之間存在吸引或排斥的相互作用，導致肌肉蛋白無法形成良好的網(wǎng)絡結構，對肉制品結構有削弱作用[26]。通過優(yōu)化蛋白質之間的相互作用，可以制備出蛋白膜、蛋白膠、蛋白顆粒、蛋白纖維等一系列復合材料，經(jīng)過改性的植物蛋白配料可以更好地模擬肉制品的組織結構，而擠壓法生產(chǎn)的質構化植物蛋白已經(jīng)在模擬肉制品/混合肉制品上廣泛應用（圖1D）。

圖1 植物蛋白與肌肉蛋白的相互作用示意圖Fig. 1 Schematic diagram of the interaction between plant and muscle proteins

2.1 凝膠特性

凝膠特性直接關系到肉糜制品的持水性、彈性和黏結性等組織特性，是評價肉糜制品品質的重要 指標[27]。凝膠強度取決于肉糜中肌球蛋白的含量，高鹽濃度可促進肌球蛋白從肌原纖維網(wǎng)絡中溶出[28]，而加熱使得肌球蛋白變性聚集形成凝膠。同時，肌球蛋白也是良好的乳化劑，可以促進肉糜制品中油脂的乳化，更好地促進體系的均一穩(wěn)定性。一些植物蛋白因其本身具有膠凝性和乳化特性，也可以充當肉類加工中的黏合劑或填充劑，適量加入可以在一定程度上改善肉糜凝膠特性。如Rawdkuen等[29]發(fā)現(xiàn)，添加1%～3%大豆分離蛋白的魚糜凝膠破斷力和破斷距離均有所增加，可能是由于非肌肉蛋白的填充效應或形成相互滲透的網(wǎng)絡。Oujifard等[30]報道，隨班巴拉花生蛋白添加量的增加，混合魚糜經(jīng)65 ℃/30 min＋90 ℃/20 min加熱后制得凝膠的凝膠強度顯著增加而不改變感官性能，可能是由于班巴拉花生蛋白在一定程度上抑制了魚糜內源蛋白酶的活性。

然而，植物蛋白的過量添加則起相反的效果，如Luo Yongkang等[31]發(fā)現(xiàn)，隨著魚糜凝膠中大豆分離蛋白含量從10%增加至40%，魚糜凝膠的破斷力和破斷距離減小，可能是由于總蛋白質含量相同的情況下，添加植物蛋白會稀釋肌肉蛋白質，這可能通過延遲肌原纖維蛋白的交聯(lián)干擾連續(xù)基質的形成。楊珊珊[32]報道，隨組織化小麥蛋白含量的不斷增大，雞肉糜硬度不斷降低，5%和20%小麥蛋白對硬度的影響無顯著差異，但當小麥蛋白添加量增加到35%則顯著降低，可能與組織化小麥蛋白的空間結構造成其有很好的保水作用有關，當添加量為50%和65%時硬度沒有繼續(xù)顯著降低。另一項研究發(fā)現(xiàn)，隨著大豆分離蛋白添加量的增加，凝膠強度先增加后降低，在2 g/100 g（基于櫛孔扇貝肉糜的濕質量）大豆分離蛋白添加量下，櫛孔扇貝肉糜凝膠強度最高，這是由于其在櫛孔扇貝內收肌肉糜中填補了網(wǎng)絡結構的孔隙，加強了熱誘導凝膠結構，提高了凝膠強度，而過量的大豆分離蛋白稀釋了櫛孔扇貝肉糜的蛋白質濃度，對櫛孔扇貝內收肌凝膠強度的改善效果變差[33]。因此植物蛋白用量過高會導致肉糜蛋白含量的相對下降，從而干擾凝膠網(wǎng)絡的形成，導致肉糜制品質感下降。

2.2 持水性

持水性是肉制品的重要品質指標之一，不僅影響肉制品的外觀和質量，也會影響肉制品的多汁性。植物蛋白的加入通常會影響肉糜制品的持水性。具有高保水性的蛋白質添加劑可能會吸收水分，尤其是當它們發(fā)生凝膠化時吸水作用更強。研究[34]發(fā)現(xiàn)，花生分離蛋白添加量達到1.5%時，魚糜具有更高的持水能力。另一項研究也表明，隨著花生分離蛋白含量的增加，凝膠持水性提高，這是由于花生分離蛋白能夠結合水，從而在混合凝膠基質中保留更多的水[30]。徐晨等[35]通過添加適量的小麥蛋白、大豆分離蛋白和花生分離蛋白改善了小龍蝦丸的持水性，這可能是由于植物蛋白本身具有一定的吸水性，且在和蝦肉自身所含的蛋白相互交聯(lián)后形成更緊密的網(wǎng)狀結構，增強了小龍蝦丸凝膠的網(wǎng)絡結構強度，使得小龍蝦丸中的自由水被空間網(wǎng)絡結構鎖住，流動性減弱，進而持水性提高。劉驍?shù)萚36]研究發(fā)現(xiàn)，添加鷹嘴豆分離蛋白可以降低水分的自由度，且鷹嘴豆分離蛋白本身具有一定親水性，與魚丸蛋白相互作用將水分子鎖在魚丸凝膠網(wǎng)狀結構內，從而加強對水的吸附能力，有效提高低鹽魚丸的保水性。當米渣蛋白添加量低于1%時，一部分米渣蛋白填充到魚糜凝膠網(wǎng)絡結構孔隙中，且米渣蛋白本身具有一定持水能力，因此魚糜凝膠的持水力呈升高趨勢；但隨著米渣蛋白的添加量繼續(xù)增大，過量的米渣蛋白填充到魚糜凝膠網(wǎng)絡中，可能會破壞網(wǎng)絡結構的穩(wěn)定性，另外，所含的不溶性谷蛋白可能阻礙肌原纖維蛋白之間的交聯(lián)，從而減弱其截留水的能力[37]。添加植物蛋白會使混合凝膠持水性增加的趨勢表明，在混合分子基質中更利于截留水分子，并且更高的添加量促進了對水分子的截留。

2.3 色澤

植物蛋白的加入會影響肉糜制品的色澤。大部分植物蛋白本身的顏色會對肉糜制品的顏色產(chǎn)生影響甚至完全掩蓋。Kudre等[38]研究表明，添加黑豆分離蛋白和綠豆分離蛋白均會因難以清除的棕色或黑色色素降低魚糜凝膠白度，并且添加黑豆分離蛋白的魚糜凝膠白度低于添加綠豆分離蛋白的魚糜凝膠，這可能是2 種分離蛋白種皮或蛋白粉中色素的差異引起的。加入鷹嘴豆分離蛋白也會降低魚丸白度[36]。Mi Hongbo等[33]將大豆分離蛋白與谷氨酰胺轉氨酶聯(lián)合添加至櫛孔扇貝凝膠中也導致白度下降。肖旭華[37]認為，魚糜凝膠色澤的變化可能與米渣蛋白本身色澤有關，添加較少量米渣蛋白對魚糜凝膠的色澤無顯著影響，但當添加量增大時，其累積顏色導致魚糜凝膠的色度下降。在鴨肌原纖維蛋白中添加豌豆分離蛋白后表現(xiàn)出更高的亮度值（L*），且隨添加量增多，凝膠的紅度值（a*）降低、黃度值（b*）增加、白度降低，這主要是由于豌豆分離蛋白粉中含有酚類物質，如花青素、黃酮醇，為其提供了淡黃色，從而導致混合凝膠的白度降低[39]。栗俊廣等[40]報道，豬肉糜凝膠色澤隨著鷹嘴豆分離蛋白添加量的增加而逐漸變黃，可以顯著改善豬肉糜凝膠的色澤。因此，生產(chǎn)中可根據(jù)產(chǎn)品對色澤的實際需要來選擇植物蛋白種類及含量，可通過添加可食用色素來模擬肉色，如甜菜紅、高粱紅、大豆血紅蛋白等[41]。

2.4 風味

風味是決定肉類可接受性的最重要的品質屬性之一，而植物蛋白的加入會影響肉糜制品的風味，如它們本身的草味或豆味以及苦味和澀味等異味，這是限制植物蛋白在生產(chǎn)中應用的主要原因[41]。大豆系植物蛋白通常有豆腥味。據(jù)報道，在香腸中加入7.5%和10%的大豆分離蛋白可通過感官評定鑒定出來，而在5%的添加水平下沒有鑒定出豆類風味[42]。研究表明，有超過20 種揮發(fā)性化合物與大豆風味有關，這些化合物主要分為脂肪醛類、脂肪醇類、脂肪酮類、呋喃類、呋喃衍生物和芳香族化合物，這種不良的氣味不同程度地（加熱方法影響較大）對肉糜制品的風味產(chǎn)生不良影響[43]。而小麥系植物蛋白的面筋味較容易掩蓋。通過添加酵母提取物或一些其他天然提取物與香辛料復配，模擬肉類中的風味來掩蓋植物蛋白本身的異味[41]。植物蛋白作為肉糜制品的副原料，雖然在風味方面尚存在不足，但可通過工藝處理和掩蓋等方法來消除不良影響。

目前，植物蛋白基食品的風味改善主要包括以下方法：1）選擇風味令人愉悅、異味較輕的蛋白分離物或水解物，優(yōu)化中間工藝（蛋白質提取、純化、功能化等）及最終加工成型技術（濕法擠壓、3D打印等[44]）；2）選擇有針對性的、可控的蛋白質水解和發(fā)酵技術，包括使用特定的食品級酶（如風味蛋白酶）、細菌（如乳酸）[45]、 霉菌（如曲霉）[46]等；3）通過添加還原糖或增加氨基酸添加水平在生產(chǎn)肉類似物的過程中產(chǎn)生風味，有助于促進美拉德衍生風味化合物的形成（這些化合物能產(chǎn)生愉悅的味道）；4）如果無法通過工藝消除或減少蛋白質上附著的異味，可以嘗試掩蓋它們，如苦味抑制劑已經(jīng)成功用于掩蓋味道，但掩蓋氣味更具挑戰(zhàn)性，因為最 終的香氣是由許多不同類型的受體產(chǎn)生的生理信號共同決定[47]；5）添加香料，或通過腌制和調味料來改善植物產(chǎn)品的風味；6）通過調整食物基質掩蓋異味，因為風味感知取決于食物質地；7）分子育種可以作為應對未來風味挑戰(zhàn)的核心策略，新的基因型育種方法可以降低異味刺激物的濃度，有助于減少有害化合物含量[48]。

2.5 營養(yǎng)

植物蛋白與動物蛋白在氨基酸模式與蛋白質消化率上存在較大差異，植物蛋白往往以聚集體形式存在，且由于存在酶抑制劑、細胞壁等成分，可能會限制消化酶的作用而使消化率降低。此外，氨基酸組成方面，豆類蛋白的含硫氨基酸與谷物蛋白的賴氨酸含量均低于動物蛋白，而且植物蛋白配料的生產(chǎn)往往涉及更多的處理，從而可能導致必需氨基酸發(fā)生修飾，降低其生物利用度，因而營養(yǎng)價值相對較低[49]。在肉糜制品中加入植物蛋白可以通過動物蛋白和植物蛋白的協(xié)同作用，實現(xiàn)氨基酸互補，使營養(yǎng)更加均衡，滿足人類的健康膳食要求。植物蛋白肉制品可以通過改變原料組合、添加營養(yǎng)素強化劑，提供與動物肉相近的微量營養(yǎng)素指標。有研究表明，植物蛋白加入肉糜中會降低消化率[50]，可能與消化酶非特異性結合到植物蛋白配料中的膳食纖維上有關[51]。蛋白質消化率的減小不僅降低了營養(yǎng)價值，還可能造成潛在毒性，未被消化吸收的蛋白、肽類可能進入大腸并被微生物群利用而轉化為一些具有誘變毒性的化合物，如生物胺、氨、甲酚和吲哚等。然而，Belobrajdic等[52]研究表明，當食物中存在膳食纖維時，未消化的蛋白進入大腸后促進了腸道中益生菌的生長。植物蛋白配料中通常含有較為豐富的膳食纖維，因而植物蛋白加入肉制品中可能有益于改善腸道健康。

植物蛋白對肉糜制品品質影響的部分研究如表2所示。

表2 植物蛋白對肉糜制品品質影響的研究進展Table 2 Recent progress in understanding the effects of plant proteins on the quality of meat products

4 結語

植物蛋白來源豐富多樣，結構特性也較復雜，對肉制品品質影響也存在顯著差異。另外，對于植物蛋白改性的技術也不斷擴展，為其在肉制品中的應用提供了更為豐富的形式。隨著消費者對營養(yǎng)健康和生態(tài)環(huán)境的關注日益增加，植物蛋白資源的開發(fā)利用擁有了更加廣闊的市場前景和科學研究價值。然而，現(xiàn)有植物蛋白的應用研究仍然面臨一些挑戰(zhàn)和機遇：1）更多的植物蛋白資源有待挖掘和開發(fā)，篩選并評估新型植物蛋白改善動物肉糜類制品凝膠化特性和質構特性的能力，挖掘出效果顯著的植物蛋白；2）已有的植物蛋白可以通過改性進一步提升其功能特性和營養(yǎng)價值，改善復合產(chǎn)品的風味、質地和營養(yǎng)等品質；3）現(xiàn)有的植物蛋白配料進一步細化分類，針對不同的應用場景開發(fā)不同的植物蛋白配料；4）肉制品中添加植物蛋白，除了考慮植物蛋白原料本身的功能特性，還需要結合肉制品的品質形成機制進行配方和工藝設計；5）植物蛋白-動物蛋白復配的食品，其營養(yǎng)健康特性也有待進一步闡明。