植物蛋白肉生產(chǎn)的關(guān)鍵因素分析

陶相錦，黃立強(qiáng)，王冬玲，馬文平，馬世岷

（菏澤市食品藥品檢驗檢測研究院，山東菏澤 274000）

肉類具有獨特的味道和質(zhì)地，含有優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)，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(dǎo)致肉類供應(yīng)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(jìn)入市場，取代了一些現(xiàn)有的肉類產(chǎn)品。

植物蛋白肉是以植物蛋白為原料，輔以植物油、調(diào)味料等，通過生物技術(shù)生產(chǎn)的一種類似于肉的制品。目前植物蛋白肉常用的制備技術(shù)有高水分?jǐn)D壓法、高溫誘導(dǎo)剪切法、靜電紡絲法和3D 打印法等[1]。相關(guān)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(zhì)的關(guān)鍵因素，并對植物蛋白肉未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望，旨在為植物蛋白肉制備技術(shù)的發(fā)展提供科學(xué)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(jī)內(nèi)可充當(dāng)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(jī)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(dāng)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(jié)合能力有關(guān)，而這些又與直接影響產(chǎn)品口感的多汁性有關(guān)[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(zhì)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(diào)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(dāng)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(dāng)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(zhì)構(gòu)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(guān)。CARMO 等[5]研究了在高水分?jǐn)D壓過程中溫度、水分含量與產(chǎn)品進(jìn)料比、產(chǎn)品進(jìn)料速率等因素對蠶豆蛋白肉理化性質(zhì)的影響，評估了產(chǎn)品的功能、質(zhì)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(jìn)料速率的影響。魏益民等[6]提出了“膜狀氣腔”理論假設(shè)用來解釋水分對植物蛋白肉品質(zhì)的影響。當(dāng)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(tuán)暴露，加劇蛋白質(zhì)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(dǎo)致組織化程度輕。

2 溫度

加工過程中的溫度是植物蛋白質(zhì)構(gòu)象變化的一個關(guān)鍵因素。低溫條件下植物蛋白質(zhì)不發(fā)生組織化，高溫條件下植物蛋白質(zhì)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(jìn)一步升高，二硫鍵斷裂，組織化程度降低。故溫度與蛋白質(zhì)原料在擠出機(jī)中的變性質(zhì)量和纖維結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)，可直接影響植物蛋白肉的最終質(zhì)量。

關(guān)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(qiáng)，產(chǎn)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(zhì)構(gòu)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(jìn)一步證實了擠壓溫度可以影響大豆組織蛋白肉交聯(lián)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌度，并給出了可能解釋，即擠壓溫度影響蛋白質(zhì)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(qiáng)。通過調(diào)節(jié)溫度可以改善大豆蛋白肉的結(jié)構(gòu)特性，改善植物蛋白肉的口感和品質(zhì)。KRINTIRAS 等[9]應(yīng)用誘導(dǎo)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(jié)構(gòu)，95 ℃下制備的蛋白肉樣品在整個樣品區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)出纖維結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)強(qiáng)度和取向調(diào)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(jié)構(gòu)變強(qiáng)，同時纖維結(jié)構(gòu)的取向與擠出方向之間的角度減小，這一結(jié)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(qiáng)。因此，在冷卻過程中，高水分的酵母分離蛋白中形成了更強(qiáng)化的纖維結(jié)構(gòu)。

3 原料配方

用于制備植物蛋白肉的蛋白質(zhì)成分是產(chǎn)品識別的最重要組成部分之一。蛋白質(zhì)在水合和溶解、界面性質(zhì)（乳化和起泡）、風(fēng)味形成、黏度、凝膠化、結(jié)構(gòu)化和面團(tuán)形成等方面具有重要的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系。

盡管植物蛋白成分的選擇是產(chǎn)品開發(fā)的起點，但實際選擇時通?？紤]蛋白質(zhì)的可用性、作物的產(chǎn)量和蛋白質(zhì)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(chǎn)品（主要是油或淀粉生產(chǎn)）。大豆蛋白作為提取油脂的副產(chǎn)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(chǎn)植物蛋白肉的最常用蛋白質(zhì)。加工過的大豆蛋白與未經(jīng)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(zhì)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(chǎn)技術(shù)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(zhì)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(chǎn)的副產(chǎn)品，具備良好的價格優(yōu)勢，成為備受關(guān)注的蛋白質(zhì)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(zhì)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品的纖維質(zhì)感，增強(qiáng)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(yuǎn)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(zhì)的植物蛋白，常和大豆蛋白復(fù)用以均衡產(chǎn)品的氨基酸組成。燕麥?zhǔn)前被嶙罹獾墓任镏?，含?8 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(guān)注。從營養(yǎng)角度講，未加工的豆科產(chǎn)品的蛋白質(zhì)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(zhì)成分具有很強(qiáng)的互補(bǔ)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(qiáng)，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(zhì)來源認(rèn)知的進(jìn)一步加深和科技的發(fā)展，其他來源的蛋白質(zhì)也備受關(guān)注。異養(yǎng)微藻在生物質(zhì)生產(chǎn)中對水、土地和養(yǎng)分的使用較少，因此作為蛋白質(zhì)來源受到了關(guān)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(dāng)?shù)陌l(fā)泡、乳化、凝膠和持水/持油能力，但目前關(guān)于微藻中與食物功能相關(guān)的蛋白質(zhì)的研究非常有限。

其他原料配方也至關(guān)重要，其直接影響植物蛋白肉的質(zhì)地、風(fēng)味、多汁性和口感，如以復(fù)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(chǎn)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(jié)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(chǎn)品的品質(zhì)，如口感、色澤、硬度、營養(yǎng)價值等，需要嚴(yán)格控制。為推動我國植物蛋白肉的發(fā)展，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)以下幾個方面的研究。①改進(jìn)生產(chǎn)配方，使用單一來源的蛋白質(zhì)在加工特性和營養(yǎng)價值方面往往達(dá)不到預(yù)期的效果，為提高植物蛋白肉的質(zhì)構(gòu)化質(zhì)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(fù)配協(xié)同使用，完成從單一原料到復(fù)配原料的發(fā)展。②結(jié)合新的生物技術(shù)、酶技術(shù)等改善植物蛋白肉的口感和質(zhì)量，提高產(chǎn)量，為規(guī)?；a(chǎn)提供技術(shù)支持。③加強(qiáng)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(chǎn)品，調(diào)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(zhì)和微元素，滿足市場和消費者需要。