酶法改性技術(shù)及其在植物基肉制品中的應(yīng)用研究進(jìn)展

李同慶，張金闖*，陳瓊玲，劉浩棟，王 強(qiáng)*

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

隨著人口數(shù)量的增長(zhǎng)，全球范圍內(nèi)面臨著食物供給不足的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。預(yù)計(jì)至2050年，全球人口將達(dá)到98億，屆時(shí)膳食中肉類(lèi)需求量將達(dá)到4.55億 t，預(yù)計(jì)將出現(xiàn)1億 t左右的缺口[1]。另一方面，采用現(xiàn)代加工技術(shù)，以植物蛋白為原料開(kāi)發(fā)植物基肉制品，對(duì)于緩解肉類(lèi)資源短缺，減輕飼養(yǎng)業(yè)的環(huán)境負(fù)擔(dān)，改善居民膳食結(jié)構(gòu)等具有重要意義。然而，植物基肉制品產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)，其中，產(chǎn)品口感和質(zhì)地與動(dòng)物肉差距較大是主要問(wèn)題之一[2]。

蛋白質(zhì)酶法改性具有反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物安全性高、無(wú)環(huán)境污染、過(guò)程易于控制等優(yōu)點(diǎn)，在植物蛋白精深加工領(lǐng)域被廣泛研究和應(yīng)用，以達(dá)到改善產(chǎn)品風(fēng)味、質(zhì)地、提高消化率等目的。Liu Boye等[3]利用蛋白質(zhì)谷氨酰胺酶（protein glutaminase，PG）處理小麥面筋蛋白水解物，將谷氨酰胺進(jìn)行脫酰胺處理生成谷氨酸，利用鮮味掩蓋水解物的苦味。張金闖[4]利用谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（transglutaminase，TG）對(duì)花生蛋白進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2% TG處理結(jié)合高水分?jǐn)D壓能夠促進(jìn)新的二硫鍵和氫鍵生成，使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，改善花生拉絲蛋白的纖維結(jié)構(gòu)品質(zhì)。Fan Jiaxuan等[5]研究發(fā)現(xiàn)，漆酶可以促進(jìn)黑麥面條中二硫鍵和其他化學(xué)鍵的形成，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的交聯(lián)，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Chen Lin等[6]探究擠壓預(yù)處理與水解酶處理聯(lián)合應(yīng)用對(duì)大豆分離蛋白溶解性的改良作用，大豆分離蛋白經(jīng)擠壓預(yù)處理、酶水解程度為8%～10%時(shí)，大豆分離蛋白的溶解度大于90%，而未經(jīng)擠壓預(yù)處理的大豆分離蛋白溶解度在酶水解程度為9.6%時(shí)的溶解度最高（69.1%），這表明擠壓預(yù)處理和控制酶水解能夠提高大豆分離蛋白質(zhì)的溶解度。到目前為止，酶法改性在植物基肉制品方面的應(yīng)用研究較少，在酶制劑的選擇、交聯(lián)效率提升等方面還有很多值得探索的課題。

本文首先對(duì)比分析植物蛋白和動(dòng)物蛋白在必需氨基酸組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)以及品質(zhì)功能特性的差異；然后重點(diǎn)介紹TG、漆酶等交聯(lián)酶，堿性蛋白酶、中性蛋白酶等水解酶對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的修飾改性機(jī)理；最后概括酶法改性工藝分別在動(dòng)物肉制品和植物基肉制品中的應(yīng)用，并對(duì)酶法改性技術(shù)與擠壓技術(shù)聯(lián)合工藝在植物基肉制品中的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。本文旨在為新型植物基肉制品產(chǎn)品研發(fā)和品質(zhì)提升提供參考。

1 植物蛋白與動(dòng)物蛋白化學(xué)結(jié)構(gòu)和功能特性差異

植物蛋白是人類(lèi)膳食中重要的蛋白質(zhì)來(lái)源，占全世界蛋白產(chǎn)量的80%[7]，其具有來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)高等特點(diǎn)，在人類(lèi)健康飲食結(jié)構(gòu)中發(fā)揮了重要作用。植物蛋白分子結(jié)構(gòu)以復(fù)雜的多聚體形式存在，如大豆蛋白可分為2S、7S、11S、15S，其中7S和11S為主要成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為70%），7S蛋白分子由α＇、α、β3 個(gè)亞基通過(guò)疏水相互作用締合，11S由6 個(gè)酸性亞基和6 個(gè)堿性亞基以二硫鍵連接構(gòu)成[8]。植物蛋白具有一定的功能性質(zhì)，如凝膠性、乳化性及發(fā)泡性等，但常常滿(mǎn)足不了食品工業(yè)的需求，所以需要適當(dāng)加工以改善營(yíng)養(yǎng)價(jià)值或功能性質(zhì)。Zhu Zhenbo等[9]利用高強(qiáng)度的超聲處理核桃分離蛋白，使核桃蛋白的水溶性增加22%、乳化性增加26%及乳化穩(wěn)定性增加41%，改善了核桃蛋白的功能屬性。植物蛋白的功能性質(zhì)改善能夠拓寬其應(yīng)用范圍及加工條件，同時(shí)賦予其新的加工功能性質(zhì)，經(jīng)加工改善后的植物蛋白可作為一些成本較高的食品蛋白質(zhì)配料的替代品，產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。

動(dòng)物肉是人類(lèi)飲食的重要組成部分。動(dòng)物肉中主要由肌肉組織、脂肪組織、結(jié)締組織等構(gòu)成，肌肉中的纖維具有復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)，可分為肌原纖維蛋白（肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白、原肌球蛋白、肌鈣蛋白）、肌漿蛋白和基質(zhì)蛋白（膠原蛋白、彈性蛋白），1 根肌纖維（1 個(gè)肌細(xì)胞）的長(zhǎng)度為1～40 mm，直徑為20～100 mm[10]。動(dòng)物蛋白在加熱過(guò)程中疏水基團(tuán)暴露，疏水作用加強(qiáng)，巰基氧化，進(jìn)而促進(jìn)了二硫鍵生成，蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)作用，同時(shí)肌原纖維二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生重排，芳香族氨基酸殘基暴露于分子表面，蛋白質(zhì)疏水區(qū)域發(fā)生了局部改變[11]。但是加熱變性后不同動(dòng)物肉質(zhì)地差別較大，豬肉的肌纖維排列相對(duì)緊湊，含有較多的脂肪，結(jié)締組織較少，肉纖維相對(duì)較薄且柔軟。魚(yú)肉中約含質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%～24%蛋白質(zhì)，由于魚(yú)類(lèi)獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)方式，其肌纖維長(zhǎng)度較短，結(jié)締組織也較少[12]，口感細(xì)致嫩滑，易消化吸收（消化率約87%～98%）[13]。

豌豆纖維化蛋白[14]與豬肌原纖維蛋白[15]微觀(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示。對(duì)比植物蛋白與動(dòng)物蛋白的結(jié)構(gòu)差異可知，植物蛋白多為球狀，分子較對(duì)稱(chēng)，溶解性通常較好，而肉類(lèi)蛋白多為纖維狀，分子不對(duì)稱(chēng)，溶解度各不相同，大部分不溶于水[16]。從蛋白質(zhì)變性溫度來(lái)看，植物蛋白在較高溫度下才會(huì)變性，而動(dòng)物蛋白在較低溫度下即可變性，如大豆球蛋白變性溫度在90 ℃左右[16]，而肌球蛋白在40 ℃左右開(kāi)始變性，50 ℃變性顯著，肌動(dòng)蛋白在66～73 ℃發(fā)生變性[17]。因此，植物蛋白通常需要更高的溫度或更長(zhǎng)的加熱時(shí)間才能使蛋白結(jié)構(gòu)伸展[18]，發(fā)生變性，從而進(jìn)一步促進(jìn)新結(jié)構(gòu)形成、達(dá)到改善功能特性的目的。

圖1 豌豆纖維化蛋白（A）[14]與豬肌原纖維蛋白（B）[15]電子顯微鏡圖Fig.1 Electron micrographs of pea fibrous protein (A)[14] and porcine myofibrillar protein (B)[15]

從蛋白消化率來(lái)看，植物蛋白的消化率往往比動(dòng)物蛋白低（表1），因?yàn)橹参锏鞍壮Ｅc植酸、蛋白酶抑制劑、植物血凝素和鞣酸等影響蛋白質(zhì)消化的抗?fàn)I養(yǎng)因子共存[19]，降低了蛋白消化率。此外，植物蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)以β-折疊為主，而動(dòng)物蛋白以α-螺旋為主[20]，結(jié)構(gòu)上的差異也是植物蛋白消化率較低的原因。在必需氨基酸組成方面，動(dòng)物蛋白的蛋白質(zhì)消化率校正后的氨基酸得分（protein digestibility corrected amino acids score，PDCAAS）能夠達(dá)到或更加接近1.00，氨基酸的比例更加均衡，而植物蛋白往往缺乏一種或多種限制性氨基酸（limiting amino acid，LAA），PDCAAS低，如大多數(shù)谷物蛋白的賴(lài)氨酸含量較低，豆類(lèi)蛋白的含硫氨基酸（甲硫氨酸和半胱氨酸）含量較低。可將不同種類(lèi)植物蛋白混合，使其限制性氨基酸互補(bǔ)，能夠提高植物蛋白的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，如豌豆和大米的PDCAAS指數(shù)較低，但將其組合可以將PDCAAS增加到1.00[21]，同時(shí)食品加工也可以提高蛋白質(zhì)消化率和PDCAAS，如蒸煮條件下能夠提高蛋白質(zhì)的消化率[16]，將大豆制成大豆分離蛋白后其PDCAAS可由0.80增加至0.98[22]。

表1 不同蛋白質(zhì)的消化率、PDCAAS、LAA對(duì)比[22-23]Table 1 Comparison of digestibility, protein digestibility corrected amino acids score and LAA of different proteins[22-23]

2 酶法改性對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的修飾作用

酶是一種高分子質(zhì)量的球狀蛋白質(zhì)，具有線(xiàn)性氨基酸鏈和決定酶性質(zhì)的特殊空間構(gòu)象。酶法改性技術(shù)減少了化學(xué)試劑的使用，提高了工作效率，是一項(xiàng)安全、高效、綠色的新技術(shù)。蛋白質(zhì)酶法改性的方法主要有共價(jià)交聯(lián)作用、水解作用、脫酰胺作用和磷酸化作用等，所涉及的酶包括TG、多酚氧化酶、水解酶、磷酸酶以及過(guò)氧化氫酶等[24-25]。

2.1 酶法交聯(lián)

酶法交聯(lián)是指蛋白質(zhì)在酶的作用下，促進(jìn)蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間的交聯(lián)作用。交聯(lián)后蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，分子質(zhì)量提高，可有效改善蛋白質(zhì)的持水性、凝膠性等功能特性。漆酶（EC1.10.3.2）是一種具有交聯(lián)能力的多酚氧化酶，其催化中心存在多個(gè)銅離子，所以也被稱(chēng)作多銅氧化酶[26]。其廣泛存在于植物、真菌中，也有一些漆酶能夠從細(xì)菌和昆蟲(chóng)中分離出來(lái)[27]。漆酶的肽鏈約由500～550 個(gè)氨基酸組成，漆酶分子由3 個(gè)杯狀結(jié)構(gòu)域緊密結(jié)合形成漆酶的球狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)主要由β-折疊、α-螺旋及無(wú)規(guī)卷曲構(gòu)成。漆酶的活性位點(diǎn)一般存在4 個(gè)銅離子，可分為3 種類(lèi)型，I型和II型各1 個(gè)，III型2 個(gè)，其中I型銅離子是還原性底物的氧化位點(diǎn)，具有典型的藍(lán)銅譜帶，是漆酶外觀(guān)為藍(lán)色的主要原因。漆酶結(jié)構(gòu)與交聯(lián)蛋白過(guò)程如圖2所示。

圖2 漆酶結(jié)構(gòu)（A）及其引起的蛋白質(zhì)交聯(lián)過(guò)程（B）[28]Fig.2 Laccase structure (A) and laccase-induced protein cross-linking process (B)[28]

漆酶可對(duì)4 個(gè)底物分子進(jìn)行氧化，生成的自由基隨后發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，形成不同的共價(jià)連接產(chǎn)物。蛋白質(zhì)中暴露的酪氨酸側(cè)鏈作為漆酶氧化的底物，由此產(chǎn)生的苯氧自由基會(huì)自發(fā)進(jìn)行蛋白質(zhì)交聯(lián)反應(yīng)[27]。Cui Li等[29]采用漆酶誘導(dǎo)小麥醇溶蛋白，制備了表面光滑均勻、熱穩(wěn)定性增強(qiáng)、具有良好性能的蛋白纖維，且醇溶蛋白纖維的力學(xué)性能和水合穩(wěn)定性得到改善。

TG（EC2.3.2.13）廣泛存在于植物、動(dòng)物及微生物當(dāng)中，目前市場(chǎng)所用的TG大多為微生物來(lái)源，其酶學(xué)性質(zhì)更加穩(wěn)定，對(duì)蛋白選擇范圍更廣，交聯(lián)性能更好，在食品中的應(yīng)用十分廣泛。TG通過(guò)3 種途徑對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾改性，分別為轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)、交聯(lián)反應(yīng)、脫氨基反應(yīng)，其中交聯(lián)反應(yīng)機(jī)理如圖3所示，TG催化蛋白質(zhì)的谷氨酰胺殘基（酰基供體）和賴(lài)氨酸殘基（?；荏w）之間的?；D(zhuǎn)移反應(yīng)，形成ε-(γ-谷氨酰)賴(lài)氨酸肽鍵[30]。

圖3 TG結(jié)構(gòu)（A）及其引起的蛋白質(zhì)交聯(lián)過(guò)程（B）[30]Fig.3 Transglutaminase structure (A) and transglutaminase-induced protein cross-linking process (B)[30]

TG對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)修飾作用已被廣泛研究，如大豆蛋白[31]、魚(yú)肉蛋白[32-33]、乳清蛋白、酪蛋白[34]等，有研究也表明TG在誘導(dǎo)蛋白交聯(lián)過(guò)程中對(duì)蛋白質(zhì)的溶解性、乳化性、起泡性和凝膠化等功能性質(zhì)有較大的影響[35]。Chin等[36]利用TG開(kāi)發(fā)低脂低鹽香腸，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%的TG可以替代10%用于生產(chǎn)重組肉制品的乳化肉，從而改善肉制品的結(jié)構(gòu)特性和交聯(lián)性能，且不會(huì)產(chǎn)生不良影響。Herrero等[37]研究發(fā)現(xiàn)TG的引入極大地改變了肌球蛋白重鏈的結(jié)構(gòu)，顯著降低了α-螺旋結(jié)構(gòu)的含量，增加了β-折疊的相對(duì)含量，改善了肌球蛋白硬度、彈性、內(nèi)聚力和黏附性，從而產(chǎn)生了具有緊湊、有序結(jié)構(gòu)構(gòu)象的凝膠。此外，TG還會(huì)干擾蛋白質(zhì)脂肪族側(cè)鏈之間的疏水相互作用，進(jìn)一步增強(qiáng)蛋白質(zhì)的交聯(lián)性能[38]。

2.2 酶法水解

酶法水解指蛋白質(zhì)在酶的作用下降解成肽類(lèi)或氨基酸（圖4），是改造蛋白質(zhì)組成、改善蛋白質(zhì)品質(zhì)的有效途徑之一。堿性蛋白酶是一種在中性到堿性（pH 7～11）范圍內(nèi)具有活性的水解酶，其中心有1 個(gè)絲氨酸，屬于內(nèi)切酶，水解部位為芳香族或疏水性氨基酸的羧基[39]。除了能水解肽鍵，堿性蛋白酶還能夠水解酯鍵、酰胺鍵以及具有轉(zhuǎn)酯、轉(zhuǎn)肽的功能。其水解作用機(jī)理為絲氨酸作用于肽鍵酰基，形成絲氨酸羥基、底物?；桶被墓矁r(jià)四聯(lián)中間體，中間體易分解形成酰基-酶中間產(chǎn)物，期間伴隨著肽鍵斷裂，水分子進(jìn)入后，氧原子攻擊羰基上的碳原子，酰基-酶解離，蛋白質(zhì)水解完成[40]。

圖4 蛋白質(zhì)酶法水解過(guò)程Fig.4 Protease hydrolysis process

常見(jiàn)的植物蛋白均可利用堿性蛋白酶進(jìn)行水解[41]。張婭妮等[42]利用堿性蛋白酶水解核桃蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)酶解產(chǎn)物表面疏水性降低，而其溶解性、乳化性、起泡性及泡沫穩(wěn)定性提高。李泓頡等[43]利用堿性蛋白酶酶解亞麻籽蛋白，酶解產(chǎn)物粒徑減小，而蛋白分子更加柔韌，將其應(yīng)用到冰淇淋中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的堿性蛋白酶酶解亞麻籽蛋白能夠獲得較高品質(zhì)的冰淇淋。

中性蛋白酶是最早發(fā)現(xiàn)并廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的蛋白酶制劑，可用于焙烤食品工業(yè)、阿斯巴甜的合成、蛋白水解物苦味的去除、大米深加工領(lǐng)域以及醫(yī)藥治療等方面，最適作用pH值在6.0～7.5之間，分子質(zhì)量為35～40 kDa，等電點(diǎn)為8～9。大多數(shù)中性蛋白酶為含鋅的金屬蛋白酶，酶活性中心的鋅離子起著催化橋梁作用，當(dāng)其他金屬與鋅離子發(fā)生置換反應(yīng)時(shí)，可改變蛋白酶的活性。陸曉濱等[44]在餅干生產(chǎn)過(guò)程中添加中性蛋白酶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)中性蛋白酶能夠顯著改變小麥面團(tuán)的流變學(xué)性質(zhì)，降低面團(tuán)彈性，能夠有效抑制餅干的自然斷裂。郭永等[45]利用中性蛋白酶處理豌豆分離蛋白，在酶添加量為5 U/g、pH 6.0、溫度65 ℃下所得豌豆分離蛋白凝膠質(zhì)地更加細(xì)膩柔軟。

3 酶法改性工藝及其在動(dòng)物肉制品和植物基肉制品中的應(yīng)用

目前酶法改性工藝在肉制品加工中應(yīng)用廣泛，可提高產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、提高產(chǎn)品風(fēng)味、降低材料成本并提高生產(chǎn)效率、改善肉制品品質(zhì)等。在提高肉制品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值方面，利用酶制劑降解蛋白生成的肽和氨基酸更容易被人體吸收。已有研究顯示蛋白質(zhì)在人體腸道內(nèi)并不完全以氨基酸的形式被吸收[46]，而短鏈肽更容易且能夠更快被機(jī)體吸收利用，且短鏈肽比氨基酸的滲透壓更低，致敏性比多肽和蛋白低，能夠被人體完全吸收和利用，在普通飲食不能滿(mǎn)足蛋白營(yíng)養(yǎng)需求的人群中有著廣泛應(yīng)用。此外，在提高產(chǎn)品風(fēng)味方面，酶解蛋白可產(chǎn)生多種呈味肽，能夠顯著改善食品滋味與風(fēng)味。Zheng Zhiliang等[47]利用微波聯(lián)合蛋白酶酶解牛骨中蛋白質(zhì)制備肉味香精，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微波聯(lián)合酶解技術(shù)改善了酶解效果，提高了水解產(chǎn)物的抗氧化性能與風(fēng)味，對(duì)提高副產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值具有重要意義。在改善肉制品嫩度方面，酶制劑也發(fā)揮著重要的作用，常見(jiàn)的嫩化酶主要包括木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等，可以有效水解肉制品中結(jié)締組織蛋白和膠原纖維，在使肉制品嫩化、有利于人體消化吸收的同時(shí)能夠產(chǎn)生小分子肽，提升肉制品風(fēng)味。在肉制品重組方面，酶改性技術(shù)可以將碎肉重組，提高其經(jīng)濟(jì)效益，也可以將肉與其他功能物質(zhì)重組，提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。Ersoz等[48]在制作牛肉丸過(guò)程中加入TG，結(jié)果顯示TG處理后的肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白密度降低，形成了新的高分子質(zhì)量蛋白質(zhì)，TG處理促進(jìn)牛肉丸網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)形成，提高了牛肉丸的品質(zhì)。Jiao Xidong等[49]在鯰魚(yú)魚(yú)糜中添加7.5 g/kg脂肪酶，結(jié)果顯示凝膠強(qiáng)度明顯增加，在魚(yú)糜中加入脂肪酶后，相互作用力和二硫鍵作用顯著增強(qiáng)，而離子鍵和氫鍵作用減弱。程夢(mèng)穎等[50]研究了對(duì)鰱魚(yú)魚(yú)糜凝膠特性的影響，在葡萄糖氧化酶添加量為5‰時(shí)，魚(yú)糜的白度、凝膠強(qiáng)度、彈性模量（G＇）、損耗模量（G″）及持水性都達(dá)到最大值，在1‰～5‰的添加范圍內(nèi)，凝膠網(wǎng)絡(luò)變得更加致密，促進(jìn)蛋白質(zhì)分子間二硫鍵形成。

如表2所示，酶法改性技術(shù)在植物基肉制品生產(chǎn)中已得到應(yīng)用，其可以改善產(chǎn)品外觀(guān)、質(zhì)構(gòu)品質(zhì)和風(fēng)味等。TG、PG及漆酶均能夠有效改善植物基肉制品的品質(zhì)，P?ri等[51]利用PG與TG復(fù)配處理燕麥濃縮蛋白，同時(shí)探究了燕麥濃縮蛋白預(yù)熱處理對(duì)擠出物的影響，結(jié)果表明，加入總酶活力為5 U的TG、PG混合酶進(jìn)行酶解后，預(yù)熱處理的燕麥濃縮蛋白能夠促進(jìn)高水分?jǐn)D出物纖維結(jié)構(gòu)的形成。Sakai等[52]用漆酶處理添加了甜菜果膠和甜菜紅色素的植物基肉餅，改善了植物基肉餅的色澤，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)漆酶處理后能夠改善肉餅的硬度，增強(qiáng)肉餅的保水性、多汁性及減少其蒸煮損失，提高產(chǎn)品品質(zhì)。Zhang Jinchuang等[53]研究發(fā)現(xiàn)TG能夠促進(jìn)花生蛋白高水分?jǐn)D出物的層狀結(jié)構(gòu)形成速率，從而促使纖維結(jié)構(gòu)的形成，TG可以促進(jìn)蛋白質(zhì)分子鏈的展開(kāi)、聚集、交聯(lián)，使蛋白質(zhì)分子排列更加無(wú)序，同時(shí)，α-螺旋結(jié)構(gòu)會(huì)向β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。Lee等[54]用TG增強(qiáng)了大豆餅的硬度、彈性和咀嚼度，但降低了油脂吸收率。Kaleda等[55]將豌豆分離蛋白與燕麥濃縮蛋白原料混合后，利用高水分?jǐn)D壓技術(shù)生產(chǎn)植物基肉制品，研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的必需氨基酸比例能夠達(dá)到聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織氨基酸模式標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，在擠壓過(guò)程中加入植酸酶減少了植酸含量，提高了植物基肉制品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。然而，相比動(dòng)物肉制品，酶法改性在植物基肉制品開(kāi)發(fā)中研究較少、應(yīng)用不足，在酶制劑的選擇、交聯(lián)效率提升等方面還有很大的提升空間。

表2 酶法改性植物基肉制品研究進(jìn)展Table 2 Research progress of enzymatic modifications of plant-based meat products

4 酶法改性-擠壓聯(lián)用技術(shù)工藝及其特點(diǎn)

食品擠壓技術(shù)是集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、膨化及成型等過(guò)程為一體的高新食品加工技術(shù)，具有高效率、低能耗，少排放、低成本，高溫短時(shí)、營(yíng)養(yǎng)損失小等特點(diǎn)[56-57]。根據(jù)螺桿數(shù)量的不同，可分為單螺桿擠壓、雙螺桿擠壓和多螺桿擠壓；根據(jù)物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同，可分為低水分（20%～40%）擠壓和高水分（40%～80%）擠壓[58]。在擠壓過(guò)程中，蛋白分子中原有的化學(xué)鍵斷裂，分子鏈伸展，分子內(nèi)或分子間發(fā)生交聯(lián)、聚集、降解、氧化等反應(yīng)[59]，能夠使蛋白質(zhì)分子形成新的有序的網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)[60]。在擠壓過(guò)程中高壓和高溫的環(huán)境下，植物蛋白的抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)、過(guò)敏源等也會(huì)被破壞，從而可提高其消化率[16]、降低植物蛋白致敏性[61]。低水分?jǐn)D壓由于模口處溫度和壓力驟降，制得的拉絲蛋白呈蓬松多孔結(jié)構(gòu)，水分含量低；而高水分?jǐn)D壓具有更長(zhǎng)的冷卻模具，可同時(shí)完成調(diào)色、調(diào)味、熟化、殺菌、組織化等工序，不僅生產(chǎn)過(guò)程能耗低、營(yíng)養(yǎng)損失小、無(wú)需后續(xù)加工等優(yōu)點(diǎn)，而且產(chǎn)品更接近動(dòng)物肉的纖維結(jié)構(gòu)和質(zhì)地，可作為較為理想的動(dòng)物蛋白部分替代品。因此，高水分?jǐn)D壓被認(rèn)為是目前最具潛力的新型植物基肉制品加工技術(shù)之一[62]。Zhang Jinchuang等[63]利用高水分?jǐn)D壓技術(shù)將花生蛋白制備植物基蛋白腸，結(jié)果表明，在擠壓過(guò)程中蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)伸展，在冷卻區(qū)發(fā)生相分離和重排，形成的氫鍵和二硫鍵促使肉狀纖維結(jié)構(gòu)的形成。Zhang Xin等[64]利用高水分?jǐn)D壓技術(shù)研究了不同比例的大豆?jié)饪s蛋白和小麥蛋白對(duì)擠出物纖維結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量比在1∶1的條件下擠出物呈現(xiàn)出高纖維結(jié)構(gòu)，同時(shí)也證明了氫鍵和二硫鍵是纖維結(jié)構(gòu)形成的原因。

酶法改性與擠壓聯(lián)用技術(shù)是在物料擠壓過(guò)程中引入外源酶，將擠壓機(jī)作為酶的反應(yīng)器，以加強(qiáng)對(duì)生物大分子的改性作用。植物蛋白大多為球狀，溫和條件下難以直接作用基質(zhì)，因此酶水解、酶交聯(lián)等效果較差。在擠壓過(guò)程中蛋白質(zhì)分子由聚合狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楸┞稜顟B(tài)，增加了酶與底物的接觸位點(diǎn)數(shù)量（圖5），同時(shí)在強(qiáng)外力下蛋白與酶混合均勻，有利于酶與底物在多個(gè)方向充分接觸，從而能夠改善酶作用效果[65]。de Mesa-Stonestreet等[66]將酶法改性與擠壓技術(shù)相結(jié)合用于從高粱粉中提取出蛋白質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，提取出的蛋白質(zhì)的濃度和消化率都高于用僅酶處理所提取的蛋白質(zhì)。Zhang Jinchuang等[53]研究表明在花生蛋白中添加一定量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%～0.2%）TG，有利于促進(jìn)高水分?jǐn)D壓花生蛋白纖維結(jié)構(gòu)的形成和拉伸強(qiáng)度的提高，但過(guò)量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%）的TG不利于蛋白纖維結(jié)構(gòu)的生成。然而，如何實(shí)現(xiàn)酶法改性技術(shù)與高水分?jǐn)D壓技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)改良，用于新型植物基肉制品品質(zhì)改良和產(chǎn)品創(chuàng)制仍需進(jìn)一步探索。

圖5 酶法改性與擠壓技術(shù)聯(lián)用對(duì)蛋白質(zhì)構(gòu)象的改變Fig.5 Conformational changes of proteins by enzymatic modification in combination with extrusion

5 結(jié) 語(yǔ)

以植物蛋白為原料開(kāi)發(fā)植物基肉制品部分替代動(dòng)物肉，在可持續(xù)發(fā)展、低碳減排、營(yíng)養(yǎng)需求等方面具有重要意義。然而，由于天然植物蛋白在氨基酸組成、分子間作用力、空間構(gòu)象等方面與動(dòng)物蛋白存在較大差異，難以直接模擬由肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白構(gòu)成的肌纖維及肌束的結(jié)構(gòu)，限制了其在植物基肉制品產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。酶法改性技術(shù)作為一項(xiàng)安全、高效、綠色的新技術(shù)主要分為酶法交聯(lián)和酶法水解兩種，已在動(dòng)物肉制品中廣泛應(yīng)用，可提高產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、提高產(chǎn)品風(fēng)味、降低材料成本并提高生產(chǎn)率、改善肉制品品質(zhì)等，同時(shí)，酶法改性技術(shù)在植物基肉制品中也展現(xiàn)出了良好應(yīng)用前景。將酶法改性技術(shù)與高水分?jǐn)D壓技術(shù)聯(lián)用，以擠壓機(jī)作為蛋白質(zhì)酶法改性的反應(yīng)器，在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)修飾和品質(zhì)形成方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，對(duì)于生產(chǎn)出纖維結(jié)構(gòu)更加豐富、質(zhì)構(gòu)更加擬真的植物基肉制品具有重要作用。