菌絲蛋白對(duì)仿肉品質(zhì)特性的影響

張學(xué)文，曾艷，董婷，孟潔，孫媛霞*

（1.工業(yè)酶國(guó)家工程研究中心，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所，天津 300308；2.國(guó)家合成生物學(xué)創(chuàng)新中心，天津 300308；3.天津美康食品有限公司，天津 300300）

隨著全球人口的增長(zhǎng)和社會(huì)的快速發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)食品的數(shù)量和品質(zhì)都提出了新的要求。傳統(tǒng)食品的生產(chǎn)和加工對(duì)人體健康和地球環(huán)境有著深遠(yuǎn)影響。未來食品是一種利用前沿技術(shù)高效制造滿足消費(fèi)者對(duì)安全、營(yíng)養(yǎng)、感官等方面?zhèn)€性化需求的食品。植物基食品由于營(yíng)養(yǎng)健康、綠色可持續(xù)、對(duì)環(huán)境友好等備受青睞。植物肉是一種利用植物來源的蛋白替代真肉的仿肉，因其具有更豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，越來越受到消費(fèi)者的喜愛。目前，應(yīng)用于植物肉中的蛋白主要來源于大豆?jié)饪s蛋白、大豆分離蛋白、豌豆蛋白、小麥蛋白和花生蛋白等，其中，大豆蛋白是最主要的替代蛋白[1]。大豆蛋白存在天然的豆腥味，使其在植物肉中的應(yīng)用受到限制，因此，開發(fā)更多優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源才能緩解蛋白質(zhì)資源短缺的現(xiàn)狀。

植物替代蛋白的高效和低成本制備是市場(chǎng)化應(yīng)用的前提。目前，植物蛋白的主要來源是農(nóng)產(chǎn)品加工的副產(chǎn)物，如大豆粕、豌豆粕等，然而這并不能滿足植物蛋白多樣化的需求。植物替代蛋白的主要加工技術(shù)有低水分?jǐn)D壓、高水分?jǐn)D壓和3D打印等[2]。低水分?jǐn)D壓和高水分?jǐn)D壓是在高溫、高剪切力的作用下將植物蛋白的空間結(jié)構(gòu)破壞，蛋白質(zhì)鏈解聚和變性，并展開、團(tuán)聚形成熔融體，進(jìn)而發(fā)生聚集、交聯(lián)，最終形成組織化蛋白[3]，但組織化結(jié)構(gòu)嚴(yán)重依賴于原料的組成[4]。真菌是一種潛力較大的優(yōu)質(zhì)蛋白來源，但真菌蛋白開發(fā)較少。菌絲蛋白是通過發(fā)酵鐮刀菌（Fusarium venenatum）獲得，其作為真菌蛋白，具有蛋白含量高、氨基酸均衡、富含膳食纖維等優(yōu)勢(shì)[5]。通過發(fā)酵后處理去除細(xì)胞內(nèi)核糖核酸（ribonucleic acid，RNA），并添加蛋清、色素、風(fēng)味物質(zhì)來模仿真肉的質(zhì)地和外觀，其市場(chǎng)價(jià)格與動(dòng)物肉相似。菌絲蛋白含有豐富的蛋白質(zhì)和膳食纖維，同時(shí)具有天然的纖維狀結(jié)構(gòu)，可直接替代植物蛋白應(yīng)用于植物肉中，改善植物肉的特性。目前對(duì)菌絲蛋白的外觀、質(zhì)地和口感的研究較少，同時(shí)，現(xiàn)有的生產(chǎn)成本較高。因此，除降低菌絲蛋白的生產(chǎn)成本之外，從質(zhì)地、口感、色澤等方面開發(fā)具有更高仿真性的蛋白肉，能有效提高菌絲蛋白肉對(duì)消費(fèi)者的吸引力。

在仿肉制品中，蛋白含量及來源、纖維含量與形態(tài)對(duì)仿肉制品的品質(zhì)有決定性影響，本研究通過添加不同比例的菌絲蛋白用于替代植物肉餅中的大豆蛋白，測(cè)定植物肉餅的理化性質(zhì)及感官特性變化，研究添加菌絲蛋白對(duì)植物肉餅品質(zhì)的影響，為真菌蛋白的開發(fā)和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆蛋白、飲用水、玉米油、黃原膠、甲基纖維素、醬油、食用鹽、甜菜紅、牛肉香精等原料：市售；總膽固醇（total cholesterol，TC）含量檢測(cè)試劑盒：北京索萊寶科技有限公司；α-淀粉酶（5 U/mg）：美國(guó)Sigma-Aldrich公司；其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TMS-PRO食品物性分析儀：美國(guó)FTC有限公司；ASM-M10A多功能和面機(jī)：易訊播科技（深圳）有限公司；L9/13型馬弗爐：德國(guó)納博熱有限公司；N/C2100S凱氏定氮儀：美瑞泰克科技（天津）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌絲蛋白基本組成成分的測(cè)定

菌絲蛋白：通過對(duì)鐮刀菌發(fā)酵獲得，具體發(fā)酵條件參照相關(guān)專利[6]。菌絲蛋白各組分依據(jù)美國(guó)分析化學(xué)家協(xié)會(huì)（association of official analytical chemists，AOAC）提出的方法[7]進(jìn)行測(cè)定。蛋白含量測(cè)定方法依據(jù)AOAC 979.09進(jìn)行；脂肪測(cè)定方法依據(jù)AOAC 996.06進(jìn)行；膽固醇測(cè)定方法依據(jù)AOAC 994.10進(jìn)行；膳食纖維測(cè)定方法依據(jù)AOAC 991.43進(jìn)行；灰分測(cè)定方法依據(jù)AOAC 930.30進(jìn)行；碳水化合物測(cè)定方法依據(jù)FDA 21 CFR 101.9進(jìn)行；氨基酸組成檢測(cè)方法依據(jù)GB 5009.124—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中氨基酸的測(cè)定》[8]進(jìn)行。

1.3.2 牛肉餅的基礎(chǔ)配方

250 g/kg大豆蛋白粉、15 g/kg鹽、120 g/kg玉米油、10 g/kg黃原膠、60 g/kg淀粉、30 g/kg醬油、2 g/kg甜菜紅、0.5 g/kg牛肉香精、65%水（以成品中含水量計(jì)算）。

1.3.3 牛肉餅制作工藝流程

原料混合→腌制→模具成型→冷凍貯存

工藝要點(diǎn)：原料混合充分?jǐn)嚢? min～10 min，25℃下放置30 min～60 min，使原料充分吸水、吸油。-20℃冷凍后的肉餅以170℃油炸4 min為最佳，油炸后的肉餅立即進(jìn)行質(zhì)地和感官評(píng)價(jià)。

1.3.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照牛肉餅的基本配方及工藝流程，設(shè)計(jì)菌絲蛋白的添加量分別為大豆蛋白添加量的20%、50%和100%（分別記作樣品S20、樣品S50、樣品S100），并以不添加菌絲蛋白（只含有大豆蛋白）為對(duì)照組（記作樣品S0）。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 微觀結(jié)構(gòu)

將冷凍干燥后的肉餅進(jìn)行切片（3 mm×3 mm），并在樣品表面覆蓋鉑金涂層。用掃描電子顯微鏡將樣品放大200倍到3 000倍，觀察表面微觀形態(tài)。

1.4.2 仿肉質(zhì)構(gòu)特性分析

利用食品物性分析儀對(duì)牛肉餅進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)分析（texture profile analysis，TPA），將樣品用 50 mm 圓盤探頭以“二次壓縮”模式進(jìn)行質(zhì)地剖面分析。測(cè)量參數(shù)：壓縮比80%、測(cè)量速度1 mm/s、觸發(fā)力0.15 N、間隔時(shí)間5 s。分析硬度、彈性、黏性和咀嚼性4個(gè)指標(biāo)，每個(gè)樣品平行測(cè)定4次。

1.4.3 風(fēng)味感官評(píng)價(jià)

感官評(píng)定小組由10位品嘗人員組成，評(píng)定方法采用10分制，按照牛肉香氣、烤肉香、牛脂肪香、豆腥味和可接受度5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。評(píng)定由每個(gè)成員單獨(dú)進(jìn)行，互不接觸交流，樣品評(píng)定間隙用清水漱口。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 風(fēng)味感官評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 1 Flavor sensory evaluation index

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2019進(jìn)行處理，并使用SPSS Statistics 24.0進(jìn)行差異顯著性分析，顯著性差異水平p＜0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌絲蛋白營(yíng)養(yǎng)成分分析

植物蛋白來源豐富，例如大豆、豌豆、小麥、燕麥等，由于其蛋白含量不高，不能直接作為替代蛋白，需要進(jìn)一步加工提純，例如大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白等。除大豆外，猴頭菇是真菌蛋白的一種重要來源，其特點(diǎn)為含有豐富的膳食纖維。牛肉作為優(yōu)質(zhì)蛋白的主要來源之一，常被用來模仿其組成成分、質(zhì)構(gòu)及口感。菌絲蛋白、猴頭菇[9]、大豆[10]和牛肉[11]中各組成成分分析見表2。

由表2可知，菌絲蛋白作為一種發(fā)酵蛋白，展現(xiàn)出高蛋白含量、高纖維含量的優(yōu)良特性，其蛋白含量達(dá)到干重的56.65%，遠(yuǎn)高于大豆（38.01%）和猴頭菇（15.04%）。因此，菌絲蛋白可直接作為蛋白來源添加在植物基食品中。除蛋白外，菌絲蛋白含有豐富的膳食纖維（32.95%），其含量分別是猴頭菇的5.4倍、大豆的1.5倍。膳食纖維對(duì)人體健康起著重要作用，例如控制體重[12]、防止便秘[13]、防治結(jié)腸癌[14]、降血糖[15]、降血脂[16]等。相比于動(dòng)物蛋白和植物蛋白，菌絲蛋白含有少量的脂肪和可降解碳水化合物，因此含有更低的熱量[5]。研究表明，高膽固醇攝入易引起多種心血管疾病和癌癥等[17]，真菌和植物來源的蛋白均不含膽固醇，因此，菌絲蛋白是一種低膽固醇健康飲食的理想選擇。

2.2 氨基酸組成分析

氨基酸組成可以直觀反映蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，菌絲蛋白、猴頭菇[18]、大豆[19]和牛肉[20]蛋白中氨基酸組成如表3所示。

表3 菌絲蛋白、猴頭菇、大豆和牛肉中氨基酸組成Table 3 Amino acids component of mycoprotein，Hericium erinaceus，soybean and beef %

必需氨基酸是衡量蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)，由表3可知，菌絲蛋白中必需氨基酸含量與猴頭菇、大豆蛋白相似，但從單個(gè)氨基酸含量分析，相較于大豆蛋白和猴頭菇，菌絲蛋白中氨基酸各組分含量更均衡，與牛肉中蛋白的氨基酸組成接近。其中，谷氨酸含量最高，占氨基酸總量的20.73%，其次為天冬氨酸，占氨基酸總量的10.65%。蛋氨酸作為一種必需氨基酸，其除能合成蛋白外，還是人體內(nèi)硫磺的主要來源，參與多種含硫分子的合成，具有保護(hù)組織、修飾DNA和保持細(xì)胞正常運(yùn)轉(zhuǎn)等功能。菌絲蛋白中蛋氨酸含量達(dá)到0.94%，為大豆的1.62倍。半胱氨酸作為另一種含硫氨基酸，在菌絲蛋白中占比達(dá)到1.97%，約為大豆蛋白的5倍，明顯高于其在牛肉中的占比（1.45%）。亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸作為支鏈氨基酸能夠明顯增加蛋白的合成，降低蛋白的分解，具有促進(jìn)肌肉合成和預(yù)防肌肉減少的功能[21]。菌絲蛋白中支鏈氨基酸（亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸）含量（17.98%）與其在大豆蛋白中的占比（17.63%）無明顯差別?？寡趸被岚ǖ鞍彼?、半胱氨酸、組氨酸、賴氨酸和酪氨酸，能夠清除超氧陰離子自由基、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基和 2，2'-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS]陽(yáng)離子自由基等[22]。菌絲蛋白中抗氧化氨基酸占比達(dá)到15.34%，高于猴頭菇、大豆蛋白中的占比（分別為12.90%、14.73%）。鮮味氨基酸包括谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸和酪氨酸6種[23]，菌絲蛋白中鮮味氨基酸在總氨基酸中占比高達(dá)44.76%，明顯高于其在大豆（39.72%）和牛肉（36.13%）中的占比。因此，菌絲蛋白是一種理想氨基酸來源。

2.3 牛肉餅中蛋白和膳食纖維含量分析

不同含量菌絲蛋白的牛肉餅中蛋白質(zhì)、膳食纖維含量如圖1所示。

圖1 不同含量菌絲蛋白的牛肉餅中蛋白含量和膳食纖維含量Fig.1 Protein and dietary fiber content of beef patty with different amount of mycoprotein

在仿肉產(chǎn)品中，優(yōu)質(zhì)蛋白含量的最低標(biāo)準(zhǔn)為10%。從圖1可知，添加20%菌絲蛋白沒有明顯降低牛肉餅中蛋白質(zhì)含量；添加50%菌絲蛋白的牛肉餅中蛋白質(zhì)含量約為12%，能夠達(dá)到優(yōu)質(zhì)蛋白含量的標(biāo)準(zhǔn)。膳食纖維含量隨菌絲蛋白質(zhì)含量的增加而增加。研究表明，我國(guó)每日人均膳食纖維攝入量?jī)H為11 g[24]，遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織建議量每人每天25 g～35 g。因此，菌絲蛋白能夠成為優(yōu)質(zhì)蛋白和膳食纖維的新來源。

2.4 牛肉餅微觀結(jié)構(gòu)分析

圖2為牛肉餅的微觀結(jié)構(gòu)。

圖2 牛肉餅微觀結(jié)構(gòu)Fig.2 Micro structure of beef patty

由圖2可知，菌絲蛋白呈現(xiàn)出纖維狀、多孔結(jié)構(gòu)。未添加菌絲蛋白的牛肉餅為實(shí)體顆粒，空隙少，而添加菌絲蛋白牛肉餅表現(xiàn)出蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)，可能是肉餅呈現(xiàn)出蓬松感的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，膳食纖維粒徑越小，對(duì)水分、油脂的束縛減弱，導(dǎo)致其持水性、吸油性能力降低[25]。由于菌絲體的長(zhǎng)度大于10 μm，屬于大分子膳食纖維，因此具有優(yōu)良的吸水性和吸油性。菌絲纖維中豐富的親水物質(zhì)能充分地吸收水分，并能與吸收水分的蛋白結(jié)合形成更大的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加固牛肉餅的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能有效地阻止牛肉餅加工過程中水分和油脂的丟失，增加牛肉餅的多汁感。

2.5 質(zhì)構(gòu)分析

利用食品物性分析儀對(duì)不同菌絲蛋白含量的牛肉餅在油炸后進(jìn)行硬度、黏性、彈性和咀嚼性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同含量菌絲蛋白牛肉餅的硬度、黏性、彈性和咀嚼性Fig.3 The hardness，viscosity，springiness and chew properties of beef patty with different amount of mycoprotein

硬度是評(píng)價(jià)仿肉品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，是一種與使產(chǎn)品變形或穿透產(chǎn)品所需的力有關(guān)的機(jī)械質(zhì)地特性，是食品保持形狀的內(nèi)部結(jié)合力。由圖3A可知，牛肉餅的硬度隨菌絲蛋白含量的提高而增加。梁雯雯等[26]發(fā)現(xiàn)魚糜制品中添加1.5%褐藻膳食纖維后硬度增加2.5倍；陶春生等[27]發(fā)現(xiàn)添加6%膳食纖維可以使面條硬度提高1.5倍，原因是膳食纖維中的親水基團(tuán)增加了其吸水性，使面粉的吸水量減少，影響面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，從而增加產(chǎn)品的硬度。菌絲蛋白是一種纖維與蛋白的結(jié)合體，纖維中的親水基團(tuán)被蛋白包圍，吸水性在一定程度上減弱，因此，添加菌絲蛋白的牛肉餅硬度沒有明顯增加。

由圖3B可知，菌絲蛋白的加入使牛肉餅的黏性顯著增加（p＜0.05），添加50%菌絲蛋白牛肉餅的黏性增加了2倍，黏性增加的主要原因可能是菌絲纖維結(jié)合黃原膠形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使黃原膠的黏性得以充分發(fā)揮。

牛肉餅的彈性與內(nèi)部分子間的內(nèi)聚力有較大的關(guān)系，由圖3C可知，與樣品S0相比，添加20%和50%菌絲蛋白后牛肉餅的彈性顯著增加（p＜0.05），可能是菌絲纖維的加入豐富了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使大分子物質(zhì)之間的相互作用增強(qiáng)，形成高黏度的凝膠，類似地，楊玲芝等[28]發(fā)現(xiàn)在魚糜中添加膳食纖維能顯著增加其彈性。

從圖3D可以看出，添加菌絲蛋白后牛肉餅的咀嚼性顯著提高（p＜0.05），可能是菌絲纖維的加入使牛肉餅結(jié)構(gòu)更緊致，長(zhǎng)絲狀纖維能有效地模仿肌肉細(xì)胞，使牛肉餅呈現(xiàn)類似真肉的咀嚼感。因此，添加菌絲蛋白可以有效地改善牛肉餅的特性。

2.6 感官評(píng)價(jià)

目前，市售植物肉主要以大豆蛋白為主[1]，大豆蛋白加工處理不當(dāng)容易產(chǎn)生豆腥味，影響消費(fèi)者的喜愛度。圖4為不同含量菌絲蛋白牛肉餅的感官評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖4 不同含量菌絲蛋白牛肉餅的感官評(píng)價(jià)Fig.4 Flavor evaluation of beef patty containing different amount of mycoprotein

由圖4可知，添加20%菌絲蛋白可以明顯降低牛肉餅的豆腥味，添加50%菌絲蛋白牛肉餅的豆腥味進(jìn)一步降低，同時(shí)可接受度有了明顯提高。隨著菌絲蛋白加入量的增加，牛脂肪香味增加，可能是由菌絲蛋白中少量不飽和脂肪酸引起，在烹飪過程中，不飽和脂肪酸被氧化產(chǎn)生醇、醛、酮類化合物，豐富了脂肪香味?？救庀阄兜闹饕獊碓词呛蚧衔?，由于菌絲蛋白中含有豐富的含硫氨基酸，提高菌絲蛋白的含量，可以有效地增加牛肉餅的烤肉香。綜上，菌絲蛋白替代牛肉餅中50%大豆蛋白為最佳替代方案。

3 結(jié)論

菌絲蛋白替代大豆蛋白能有效地改善牛肉餅的形態(tài)、組織、口味，提高牛肉餅的黏性、彈性和咀嚼性，并有效降低豆腥味，結(jié)合感官評(píng)價(jià)結(jié)果，菌絲蛋白替代牛肉餅中50%大豆蛋白能最大程度地改善牛肉餅特性，并擁有最佳接受度。