菌丝蛋白对仿肉品质特性的影响

2023-02-07张学文曾艳董婷孟洁孙媛霞

食品研究与开发 2023年3期

张学文，曾艳，董婷，孟洁，孙媛霞*

（1.工业酶国家工程研究中心，中国科学院天津工业生物技术研究所，天津 300308；2.国家合成生物学创新中心，天津 300308；3.天津美康食品有限公司，天津 300300）

随着全球人口的增长和社会的快速发展，消费者对食品的数量和品质都提出了新的要求。传统食品的生产和加工对人体健康和地球环境有着深远影响。未来食品是一种利用前沿技术高效制造满足消费者对安全、营养、感官等方面个性化需求的食品。植物基食品由于营养健康、绿色可持续、对环境友好等备受青睐。植物肉是一种利用植物来源的蛋白替代真肉的仿肉，因其具有更丰富的营养价值，越来越受到消费者的喜爱。目前，应用于植物肉中的蛋白主要来源于大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白、豌豆蛋白、小麦蛋白和花生蛋白等，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，使其在植物肉中的应用受到限制，因此，开发更多优质蛋白质资源才能缓解蛋白质资源短缺的现状。

植物替代蛋白的高效和低成本制备是市场化应用的前提。目前，植物蛋白的主要来源是农产品加工的副产物，如大豆粕、豌豆粕等，然而这并不能满足植物蛋白多样化的需求。植物替代蛋白的主要加工技术有低水分挤压、高水分挤压和3D打印等[2]。低水分挤压和高水分挤压是在高温、高剪切力的作用下将植物蛋白的空间结构破坏，蛋白质链解聚和变性，并展开、团聚形成熔融体，进而发生聚集、交联，最终形成组织化蛋白[3]，但组织化结构严重依赖于原料的组成[4]。真菌是一种潜力较大的优质蛋白来源，但真菌蛋白开发较少。菌丝蛋白是通过发酵镰刀菌（Fusarium venenatum）获得，其作为真菌蛋白，具有蛋白含量高、氨基酸均衡、富含膳食纤维等优势[5]。通过发酵后处理去除细胞内核糖核酸（ribonucleic acid，RNA），并添加蛋清、色素、风味物质来模仿真肉的质地和外观，其市场价格与动物肉相似。菌丝蛋白含有丰富的蛋白质和膳食纤维，同时具有天然的纤维状结构，可直接替代植物蛋白应用于植物肉中，改善植物肉的特性。目前对菌丝蛋白的外观、质地和口感的研究较少，同时，现有的生产成本较高。因此，除降低菌丝蛋白的生产成本之外，从质地、口感、色泽等方面开发具有更高仿真性的蛋白肉，能有效提高菌丝蛋白肉对消费者的吸引力。

在仿肉制品中，蛋白含量及来源、纤维含量与形态对仿肉制品的品质有决定性影响，本研究通过添加不同比例的菌丝蛋白用于替代植物肉饼中的大豆蛋白，测定植物肉饼的理化性质及感官特性变化，研究添加菌丝蛋白对植物肉饼品质的影响，为真菌蛋白的开发和利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆蛋白、饮用水、玉米油、黄原胶、甲基纤维素、酱油、食用盐、甜菜红、牛肉香精等原料：市售；总胆固醇（total cholesterol，TC）含量检测试剂盒：北京索莱宝科技有限公司；α-淀粉酶（5 U/mg）：美国Sigma-Aldrich公司；其他化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TMS-PRO食品物性分析仪：美国FTC有限公司；ASM-M10A多功能和面机：易讯播科技（深圳）有限公司；L9/13型马弗炉：德国纳博热有限公司；N/C2100S凯氏定氮仪：美瑞泰克科技（天津）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌丝蛋白基本组成成分的测定

菌丝蛋白：通过对镰刀菌发酵获得，具体发酵条件参照相关专利[6]。菌丝蛋白各组分依据美国分析化学家协会（association of official analytical chemists，AOAC）提出的方法[7]进行测定。蛋白含量测定方法依据AOAC 979.09进行；脂肪测定方法依据AOAC 996.06进行；胆固醇测定方法依据AOAC 994.10进行；膳食纤维测定方法依据AOAC 991.43进行；灰分测定方法依据AOAC 930.30进行；碳水化合物测定方法依据FDA 21 CFR 101.9进行；氨基酸组成检测方法依据GB 5009.124—2016《食品安全国家标准食品中氨基酸的测定》[8]进行。

1.3.2 牛肉饼的基础配方

250 g/kg大豆蛋白粉、15 g/kg盐、120 g/kg玉米油、10 g/kg黄原胶、60 g/kg淀粉、30 g/kg酱油、2 g/kg甜菜红、0.5 g/kg牛肉香精、65%水（以成品中含水量计算）。

1.3.3 牛肉饼制作工艺流程

原料混合→腌制→模具成型→冷冻贮存

工艺要点：原料混合充分搅拌5 min～10 min，25℃下放置30 min～60 min，使原料充分吸水、吸油。-20℃冷冻后的肉饼以170℃油炸4 min为最佳，油炸后的肉饼立即进行质地和感官评价。

1.3.4 试验设计

按照牛肉饼的基本配方及工艺流程，设计菌丝蛋白的添加量分别为大豆蛋白添加量的20%、50%和100%（分别记作样品S20、样品S50、样品S100），并以不添加菌丝蛋白（只含有大豆蛋白）为对照组（记作样品S0）。

1.4 指标测定

1.4.1 微观结构

将冷冻干燥后的肉饼进行切片（3 mm×3 mm），并在样品表面覆盖铂金涂层。用扫描电子显微镜将样品放大200倍到3 000倍，观察表面微观形态。

1.4.2 仿肉质构特性分析

利用食品物性分析仪对牛肉饼进行全质构分析（texture profile analysis，TPA），将样品用 50 mm 圆盘探头以“二次压缩”模式进行质地剖面分析。测量参数：压缩比80%、测量速度1 mm/s、触发力0.15 N、间隔时间5 s。分析硬度、弹性、黏性和咀嚼性4个指标，每个样品平行测定4次。

1.4.3 风味感官评价

感官评定小组由10位品尝人员组成，评定方法采用10分制，按照牛肉香气、烤肉香、牛脂肪香、豆腥味和可接受度5个指标进行综合评价。评定由每个成员单独进行，互不接触交流，样品评定间隙用清水漱口。评价标准见表1。

表1 风味感官评价指标Table 1 Flavor sensory evaluation index

1.5 数据处理

试验数据利用Excel 2019进行处理，并使用SPSS Statistics 24.0进行差异显著性分析，显著性差异水平p＜0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 菌丝蛋白营养成分分析

植物蛋白来源丰富，例如大豆、豌豆、小麦、燕麦等，由于其蛋白含量不高，不能直接作为替代蛋白，需要进一步加工提纯，例如大豆分离蛋白、大豆浓缩蛋白等。除大豆外，猴头菇是真菌蛋白的一种重要来源，其特点为含有丰富的膳食纤维。牛肉作为优质蛋白的主要来源之一，常被用来模仿其组成成分、质构及口感。菌丝蛋白、猴头菇[9]、大豆[10]和牛肉[11]中各组成成分分析见表2。

由表2可知，菌丝蛋白作为一种发酵蛋白，展现出高蛋白含量、高纤维含量的优良特性，其蛋白含量达到干重的56.65%，远高于大豆（38.01%）和猴头菇（15.04%）。因此，菌丝蛋白可直接作为蛋白来源添加在植物基食品中。除蛋白外，菌丝蛋白含有丰富的膳食纤维（32.95%），其含量分别是猴头菇的5.4倍、大豆的1.5倍。膳食纤维对人体健康起着重要作用，例如控制体重[12]、防止便秘[13]、防治结肠癌[14]、降血糖[15]、降血脂[16]等。相比于动物蛋白和植物蛋白，菌丝蛋白含有少量的脂肪和可降解碳水化合物，因此含有更低的热量[5]。研究表明，高胆固醇摄入易引起多种心血管疾病和癌症等[17]，真菌和植物来源的蛋白均不含胆固醇，因此，菌丝蛋白是一种低胆固醇健康饮食的理想选择。

2.2 氨基酸组成分析

氨基酸组成可以直观反映蛋白的营养价值，菌丝蛋白、猴头菇[18]、大豆[19]和牛肉[20]蛋白中氨基酸组成如表3所示。

表3 菌丝蛋白、猴头菇、大豆和牛肉中氨基酸组成Table 3 Amino acids component of mycoprotein，Hericium erinaceus，soybean and beef %

必需氨基酸是衡量蛋白质营养价值的重要指标，由表3可知，菌丝蛋白中必需氨基酸含量与猴头菇、大豆蛋白相似，但从单个氨基酸含量分析，相较于大豆蛋白和猴头菇，菌丝蛋白中氨基酸各组分含量更均衡，与牛肉中蛋白的氨基酸组成接近。其中，谷氨酸含量最高，占氨基酸总量的20.73%，其次为天冬氨酸，占氨基酸总量的10.65%。蛋氨酸作为一种必需氨基酸，其除能合成蛋白外，还是人体内硫磺的主要来源，参与多种含硫分子的合成，具有保护组织、修饰DNA和保持细胞正常运转等功能。菌丝蛋白中蛋氨酸含量达到0.94%，为大豆的1.62倍。半胱氨酸作为另一种含硫氨基酸，在菌丝蛋白中占比达到1.97%，约为大豆蛋白的5倍，明显高于其在牛肉中的占比（1.45%）。亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸作为支链氨基酸能够明显增加蛋白的合成，降低蛋白的分解，具有促进肌肉合成和预防肌肉减少的功能[21]。菌丝蛋白中支链氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸）含量（17.98%）与其在大豆蛋白中的占比（17.63%）无明显差别。抗氧化氨基酸包括蛋氨酸、半胱氨酸、组氨酸、赖氨酸和酪氨酸，能够清除超氧阴离子自由基、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基和 2，2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS]阳离子自由基等[22]。菌丝蛋白中抗氧化氨基酸占比达到15.34%，高于猴头菇、大豆蛋白中的占比（分别为12.90%、14.73%）。鲜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种[23]，菌丝蛋白中鲜味氨基酸在总氨基酸中占比高达44.76%，明显高于其在大豆（39.72%）和牛肉（36.13%）中的占比。因此，菌丝蛋白是一种理想氨基酸来源。

2.3 牛肉饼中蛋白和膳食纤维含量分析

不同含量菌丝蛋白的牛肉饼中蛋白质、膳食纤维含量如图1所示。

图1 不同含量菌丝蛋白的牛肉饼中蛋白含量和膳食纤维含量Fig.1 Protein and dietary fiber content of beef patty with different amount of mycoprotein

在仿肉产品中，优质蛋白含量的最低标准为10%。从图1可知，添加20%菌丝蛋白没有明显降低牛肉饼中蛋白质含量；添加50%菌丝蛋白的牛肉饼中蛋白质含量约为12%，能够达到优质蛋白含量的标准。膳食纤维含量随菌丝蛋白质含量的增加而增加。研究表明，我国每日人均膳食纤维摄入量仅为11 g[24]，远低于世界卫生组织建议量每人每天25 g～35 g。因此，菌丝蛋白能够成为优质蛋白和膳食纤维的新来源。

2.4 牛肉饼微观结构分析

图2为牛肉饼的微观结构。

图2 牛肉饼微观结构Fig.2 Micro structure of beef patty

由图2可知，菌丝蛋白呈现出纤维状、多孔结构。未添加菌丝蛋白的牛肉饼为实体颗粒，空隙少，而添加菌丝蛋白牛肉饼表现出蜂窝状多孔结构，可能是肉饼呈现出蓬松感的主要原因。研究发现，膳食纤维粒径越小，对水分、油脂的束缚减弱，导致其持水性、吸油性能力降低[25]。由于菌丝体的长度大于10 μm，属于大分子膳食纤维，因此具有优良的吸水性和吸油性。菌丝纤维中丰富的亲水物质能充分地吸收水分，并能与吸收水分的蛋白结合形成更大的空间网络结构，加固牛肉饼的网络结构，能有效地阻止牛肉饼加工过程中水分和油脂的丢失，增加牛肉饼的多汁感。

2.5 质构分析

利用食品物性分析仪对不同菌丝蛋白含量的牛肉饼在油炸后进行硬度、黏性、弹性和咀嚼性测试，测试结果如图3所示。

图3 不同含量菌丝蛋白牛肉饼的硬度、黏性、弹性和咀嚼性Fig.3 The hardness，viscosity，springiness and chew properties of beef patty with different amount of mycoprotein

硬度是评价仿肉品质的重要指标之一，是一种与使产品变形或穿透产品所需的力有关的机械质地特性，是食品保持形状的内部结合力。由图3A可知，牛肉饼的硬度随菌丝蛋白含量的提高而增加。梁雯雯等[26]发现鱼糜制品中添加1.5%褐藻膳食纤维后硬度增加2.5倍；陶春生等[27]发现添加6%膳食纤维可以使面条硬度提高1.5倍，原因是膳食纤维中的亲水基团增加了其吸水性，使面粉的吸水量减少，影响面筋网络的形成，从而增加产品的硬度。菌丝蛋白是一种纤维与蛋白的结合体，纤维中的亲水基团被蛋白包围，吸水性在一定程度上减弱，因此，添加菌丝蛋白的牛肉饼硬度没有明显增加。

由图3B可知，菌丝蛋白的加入使牛肉饼的黏性显著增加（p＜0.05），添加50%菌丝蛋白牛肉饼的黏性增加了2倍，黏性增加的主要原因可能是菌丝纤维结合黄原胶形成网络结构，使黄原胶的黏性得以充分发挥。

牛肉饼的弹性与内部分子间的内聚力有较大的关系，由图3C可知，与样品S0相比，添加20%和50%菌丝蛋白后牛肉饼的弹性显著增加（p＜0.05），可能是菌丝纤维的加入丰富了网络结构，使大分子物质之间的相互作用增强，形成高黏度的凝胶，类似地，杨玲芝等[28]发现在鱼糜中添加膳食纤维能显著增加其弹性。

从图3D可以看出，添加菌丝蛋白后牛肉饼的咀嚼性显著提高（p＜0.05），可能是菌丝纤维的加入使牛肉饼结构更紧致，长丝状纤维能有效地模仿肌肉细胞，使牛肉饼呈现类似真肉的咀嚼感。因此，添加菌丝蛋白可以有效地改善牛肉饼的特性。

2.6 感官评价

目前，市售植物肉主要以大豆蛋白为主[1]，大豆蛋白加工处理不当容易产生豆腥味，影响消费者的喜爱度。图4为不同含量菌丝蛋白牛肉饼的感官评价结果。

图4 不同含量菌丝蛋白牛肉饼的感官评价Fig.4 Flavor evaluation of beef patty containing different amount of mycoprotein

由图4可知，添加20%菌丝蛋白可以明显降低牛肉饼的豆腥味，添加50%菌丝蛋白牛肉饼的豆腥味进一步降低，同时可接受度有了明显提高。随着菌丝蛋白加入量的增加，牛脂肪香味增加，可能是由菌丝蛋白中少量不饱和脂肪酸引起，在烹饪过程中，不饱和脂肪酸被氧化产生醇、醛、酮类化合物，丰富了脂肪香味。烤肉香味的主要来源是含硫化合物，由于菌丝蛋白中含有丰富的含硫氨基酸，提高菌丝蛋白的含量，可以有效地增加牛肉饼的烤肉香。综上，菌丝蛋白替代牛肉饼中50%大豆蛋白为最佳替代方案。