植物蛋白肉生產的關鍵因素分析

陶相錦 黃立強 王冬玲 馬文平 馬世岷

摘 要：植物蛋白肉作為肉類的替代品，有廣闊的市場前景。本文分析了加工過程中溫度、水分含量以及原料配方等對植物蛋白肉的營養(yǎng)品質、色度、口感、纖維結構的影響，并展望了植物蛋白肉的發(fā)展方向，以期為生產口感和營養(yǎng)更佳的植物蛋白肉提供科學依據(jù)。

關鍵詞：植物蛋白肉；水分含量；溫度；原料配方；關鍵因素

Analysis of Key Factors of Plant Protein Meat Production

TAO Xiangjin， HUANG Liqiang， WANG Dongling， MA Wenping， MA Shimin

（Heze Institute for Food and Drug Control， Heze 274000， China）

Abstract： As a substitute for meat， plant protein meat has a broad market prospect. The factors of moisture content， temperature and ingredient formula on the nutritional quality， coloration and fiber structure of meat products were summarized and the future development direction of plant protein meat was prospected， in order to provide scientific basis for creating better plant protein meat.

Keywords： plant protein meat; moisture content; temperature; ingredient formula; key factors

肉類具有獨特的味道和質地，含有優(yōu)質的蛋白質，能夠提供人體健康所需的營養(yǎng)，是食品的重要組成部分。然而，全球人口的急劇增長導致肉類供應短缺，與此同時，養(yǎng)殖動物需要占用大量的土地和糧食等資源，養(yǎng)殖過程中糞便和污水的排放加劇了環(huán)境污染。為了滿足人們的需求，與肉類具備相似口感、提供相似營養(yǎng)的植物蛋白肉進入市場，取代了一些現(xiàn)有的肉類產品。

植物蛋白肉是以植物蛋白為原料，輔以植物油、調味料等，通過生物技術生產的一種類似于肉的制品。目前植物蛋白肉常用的制備技術有高水分擠壓法、高溫誘導剪切法、靜電紡絲法和3D打印法等[1]。相關研究多集中在工藝的優(yōu)化、植物蛋白肉特性的研究等，對肉制品的影響因素的論述相對較少。本文綜述了影響植物蛋白肉的口感和品質的關鍵因素，并對植物蛋白肉未來的發(fā)展方向進行了展望，旨在為植物蛋白肉制備技術的發(fā)展提供科學參考。

1 水分含量

水在擠出加工過程中具有多種作用。例如，水在擠出機內可充當潤滑劑，水分含量增加，材料通過模頭出口所需的力降低，材料、螺桿和機筒之間發(fā)生的摩擦力會降低。此外，水分還能決定熔體的黏度、影響擠出過程的溫度和壓力、充當增塑劑和發(fā)泡劑等。植物蛋白肉的水分含量與持水能力和水結合能力有關，而這些又與直接影響產品口感的多汁性有關[2]。

岳程程等[3]發(fā)現(xiàn)水分含量顯著影響植物蛋白肉的硬度、咀嚼度和彈性，隨著水分含量的增加，植物蛋白肉的質地更柔軟，硬度、彈性和咀嚼度明顯降低，尤其是硬度變化最明顯。因此，可通過調節(jié)水分含量控制植物蛋白肉的口感，以期與動物蛋白肉接近。孫照勇等[4]研究表明當物料含水率從28%增加到38%時，大豆蛋白植物擠出肉的組織度、硬度、咀嚼度和吸水能力沒有顯著差異。當含水率高于38%時，組織度和吸水能力迅速增大，顏色變亮，硬度和咀嚼度明顯下降。在高水分范圍（60%～70%），質構化大豆蛋白的吸水能力和溶解度隨含水量的增加而增加，這可能與模具壓力和蛋白變性有關。CARMO等[5]研究了在高水分擠壓過程中溫度、水分含量與產品進料比、產品進料速率等因素對蠶豆蛋白肉理化性質的影響，評估了產品的功能、質地和感官特性，發(fā)現(xiàn)水分含量對蠶豆蛋白肉的影響通常高于溫度和進料速率的影響。魏益民等[6]提出了“膜狀氣腔”理論假設用來解釋水分對植物蛋白肉品質的影響。當水分含量高于40%時，制備蛋白肉的物料相互作用劇烈，大量疏水基團暴露，加劇蛋白質的變性，形成的植物蛋白肉的持水性高；而水分含量低于40%時，制備蛋白肉的物料相互作用較小，導致組織化程度輕。

2 溫度

加工過程中的溫度是植物蛋白質構象變化的一個關鍵因素。低溫條件下植物蛋白質不發(fā)生組織化，高溫條件下植物蛋白質的分子降解成片段后，通過二硫鍵作用形成聚合體，開始組織化，隨著溫度的進一步升高，二硫鍵斷裂，組織化程度降低。故溫度與蛋白質原料在擠出機中的變性質量和纖維結構的形成有關，可直接影響植物蛋白肉的最終質量。

關家樂等[7]發(fā)現(xiàn)在擠壓過程中隨著溫度的升高，高水分組織化花生蛋白肉的硬度及耐嚼性逐漸增強，產品顏色不斷加深?？刂茰囟葹?50 ℃時，擠出的花生蛋白肉具有較好的感官特性和質構特性。此外，研究者還發(fā)現(xiàn)冷卻溫度也是影響植物蛋白肉組織化蛋白形成的重要因素，冷卻溫度為45 ℃時組織化度較高。肖志剛等[8]進一步證實了擠壓溫度可以影響大豆組織蛋白肉交聯(lián)結構的強韌度，并給出了可能解釋，即擠壓溫度影響蛋白質與碳水化合物等聚合物之間的相互作用，溫度越高，相互作用越強。通過調節(jié)溫度可以改善大豆蛋白肉的結構特性，改善植物蛋白肉的口感和品質。KRINTIRAS等[9]應用誘導剪切法制備生牛肉類似物時，發(fā)現(xiàn)90 ℃下制備的蛋白肉未呈現(xiàn)明顯的各向異性結構，95 ℃下制備的蛋白肉樣品在整個樣品區(qū)域內呈現(xiàn)出纖維結構，100 ℃下制備的植物蛋白樣品則有時會形成明顯的纖維，有時則會呈現(xiàn)出具有層狀甚至各向同性的結構。XIA等[10]研究了水分含量和加工溫度對酵母分離蛋白肉的纖維結構強度和取向調節(jié)的影響，發(fā)現(xiàn)相同含水量下，隨著加工溫度的升高，蛋白肉的纖維結構變強，同時纖維結構的取向與擠出方向之間的角度減小，這一結果可歸因于酵母分離蛋白肉在較高加工溫度下的變性更強。因此，在冷卻過程中，高水分的酵母分離蛋白中形成了更強化的纖維結構。

3 原料配方

用于制備植物蛋白肉的蛋白質成分是產品識別的最重要組成部分之一。蛋白質在水合和溶解、界面性質（乳化和起泡）、風味形成、黏度、凝膠化、結構化和面團形成等方面具有重要的結構-功能關系。

盡管植物蛋白成分的選擇是產品開發(fā)的起點，但實際選擇時通?？紤]蛋白質的可用性、作物的產量和蛋白質的提取潛力。常用的植物蛋白成分的共同特征是最初為食品工業(yè)的副產品（主要是油或淀粉生產）。大豆蛋白作為提取油脂的副產品，價格低廉，在加工過程中表現(xiàn)出良好的溶解性、乳化性、凝膠性和持水性等特性，是生產植物蛋白肉的最常用蛋白質。加工過的大豆蛋白與未經加工或最低程度加工的蛋白相比，含有更多的不可缺少的氨基，這使加工大豆蛋白獲得蛋白質消化率校正氨基酸得分（Protein Digestibility Corrected Amino Acids Score，PDCAAS）為1.00，可與肉類、蛋類和乳制品等動物源性食品相媲美。但大豆蛋白具有一定的豆腥味，這對生產技術具有一定的挑戰(zhàn)，即如何在保留營養(yǎng)價值的情況下去除豆腥味，使口感趨近真肉。

谷類蛋白質來源廣泛，種類繁多，有小麥蛋白、大米蛋白、大麥蛋白和燕麥蛋白等。小麥蛋白（面筋）是小麥淀粉生產的副產品，具備良好的價格優(yōu)勢，成為備受關注的蛋白質來源。小麥蛋白具備優(yōu)良的吸水性和黏彈性，薄膜成型性佳、熱固性好，發(fā)生水合作用后可形成二硫鍵支撐的蛋白質三維網絡結構，提高產品的纖維質感，增強黏彈性和韌性，維持色澤穩(wěn)定性等。大米蛋白的賴氨酸含量遠高于小麥蛋白，其生物效價與牛肉和魚類相似，是一種優(yōu)質的植物蛋白，常和大豆蛋白復用以均衡產品的氨基酸組成。燕麥是氨基酸最均衡的谷物之一，含有18種氨基酸，包含人體必需的8種氨基酸，明顯優(yōu)于小麥、大米等谷物蛋白[11]，是很有發(fā)展?jié)摿Φ闹参锏鞍兹庠稀?/p>

豆科蛋白（豌豆、小扁豆、羽扇豆、鷹嘴豆、綠豆等）資源豐富、營養(yǎng)健康，近年來廣受科研工作者的關注。從營養(yǎng)角度講，未加工的豆科產品的蛋白質消化率校正氨基酸得分一般在0.40～0.70，豌豆蛋白的PDCAAS為0.893，其中必需氨基酸配比貼近人體需求，并且賴氨酸的含量尤其豐富。豆科蛋白與其他蛋白質成分具有很強的互補功能，相較于大豆蛋白，豆科蛋白豆腥味小，致敏性低，不含雌激素，生物利用度高，乳化性、泡沫穩(wěn)定性強，成為市場上深受歡迎的蛋白原料之一[12]。

隨著人們對蛋白質來源認知的進一步加深和科技的發(fā)展，其他來源的蛋白質也備受關注。異養(yǎng)微藻在生物質生產中對水、土地和養(yǎng)分的使用較少，因此作為蛋白質來源受到了關注。微藻蛋白含有所有必需氨基酸，PDCASS約為0.5，與大米、豆類和大豆相比，谷氨酸和精氨酸水平更高。螺旋藻具有與蛋清蛋白相當?shù)陌l(fā)泡、乳化、凝膠和持水/持油能力，但目前關于微藻中與食物功能相關的蛋白質的研究非常有限。

其他原料配方也至關重要，其直接影響植物蛋白肉的質地、風味、多汁性和口感，如以復配植物油如椰子油、菜籽油、葵花籽油、可可脂、芝麻油、玉米油等成分模擬肉類產品的脂肪，阿拉伯膠、甜菜果膠、甲基纖維素等為代表的植物蛋白肉黏合劑[13]。

4 結語

在植物蛋白肉的加工過程中，溫度、水分含量和原料配方等因素直接影響產品的品質，如口感、色澤、硬度、營養(yǎng)價值等，需要嚴格控制。為推動我國植物蛋白肉的發(fā)展，有必要進一步加強以下幾個方面的研究。①改進生產配方，使用單一來源的蛋白質在加工特性和營養(yǎng)價值方面往往達不到預期的效果，為提高植物蛋白肉的質構化質量和口感，制備植物蛋白肉過程中往往需要兩種或以上的蛋白成分復配協(xié)同使用，完成從單一原料到復配原料的發(fā)展。②結合新的生物技術、酶技術等改善植物蛋白肉的口感和質量，提高產量，為規(guī)模化生產提供技術支持。③加強植物蛋白肉的安全性評估和全營養(yǎng)評價，形成符合我國國情的評估和評價體系。④發(fā)展個性化的定制產品，調整原料的配方和比列，如減少飽和脂肪酸等成分添加，根據(jù)需要添加礦物質和微元素，滿足市場和消費者需要。

參考文獻

[1]趙婧，宋弋，劉攀航，等.植物基替代蛋白的利用進展[J].食品工業(yè)科技，2021，42（18）：1-8.

[2]STEVEN H V C，SILVIA J E S，JUDITH L，et al.Enhancing the water holding capacity of model meat analogues through marinade composition[J].Journal of Food Engineering，2021，290：110283.

[3]岳程程，王哲，佟麗鳳，等.水分添加量對高水分擠壓大豆粕植物蛋白肉品質及結構特性的影響[J].食品工業(yè)科技，2023，44（22）：52-60.

[4]孫照勇，魏益民，張波，等.物料含水率對大豆蛋白擠壓組織化產品特性的影響[J].中國糧油學報，2009，24（10）：28-32.

[5]CARMO C，KNUTSEN S H，MALIZIA G，et al.Meat analogues from a faba bean concentrate can be generated by high moisture extrusion[J].Future Foods，2021，3：100014.

[6]魏益民，康立寧，張波，等.高水分大豆蛋白組織化生產工藝和機理分析[J].農業(yè)工程學報，2006，22（10）：193-197.

[7]關家樂，張一凡，梁春艷，等.擠壓工藝對高水分組織化花生蛋白特性的影響[J].食品工業(yè)，2022，43（3）：140-145．

[8]肖志剛，張雪萍，王哲，等.擠壓溫度對高水分植物蛋白肉流變學和結構特性的影響[J].糧食與油脂，2022，35（2）：133-137.

[9]KRINTIRAS G A，JESSE G，JAN V D G A，et al.Production of structured soy-based meat analogues using simple shear and heat in a Couette cell[J].Journal of Food Engineering，2015，160：34-41.

[10]XIA S G，SONG J，MA C x，et al.Effects of moisture content and processing temperature on the strength and orientation regulation of fibrous structures in meat analogues[J].Food Hydrocolloids，2023，145：109113.

[11]周立，顏丹云，趙祎瑾，等.燕麥蛋白的提取及功能特性研究進展[J].食品研究與開發(fā)，2022，43（17）：210-217.

[12]曾艷，郝學財，董婷，等.植物蛋白肉的原料開發(fā)，加工工藝與質構營養(yǎng)特性研究進展[J].食品工業(yè)科技，2021，42（3）：338-350.

[13]方亞鵬，趙一果，魯偉，等.食品膠體在植物蛋白肉中的應用研究[J].中國食品學報，2022，22（8）：1-10.