植物蛋白肉领域发展现状及研究进展

2023-02-27唐春兰宗世荣袁加红万邦隆

现代食品 2023年13期

◎ 唐春兰，马航，吴冉，宗世荣，袁加红，李超，万邦隆

（云南云天化股份有限公司研发中心，云南昆明 650100）

植物蛋白肉是以植物蛋白为原料、辅以其他植物性成分经过加工制成的产品，产品在成分、风味、外观等方面具有真实肉类的特性，属于“人造肉”中的一种。植物蛋白肉又称植物肉、植物基人造肉、植物蛋白人造肉、植物性肉等，在国外多使用“plantbased meat（植物基肉）”“simulated meat（模拟肉类）”“mock meat（仿肉）”“meat analogues（肉类似物）”“meat alternatives（肉替代物）”等称谓[1]。关于如何命名植物蛋白肉产品，目前行业内发布的团体标准《植物基肉制品》（T/CIFST 001 2020）[2]中表明命名植物蛋白肉产品可以采用“植物XX”“植物基XX”“植物源XX”“植物蛋白XX”“植物制成的XX”等、模拟的动物肉制品标准中的名称或常见名称；使用“植物源”“非动物源”等词语辅助描述终产品的原料来源，可同时使用“素”字辅助说明。

植物蛋白肉的出现可以缓解因畜牧业占用的农业用地资源问题[3-5]；减小因饲养牲畜后产生温室气体所造成的全球变暖压力[6-7]；降低人类因食用家禽牲畜感染动物传染性疾病的风险。植物蛋白肉富含蛋白质，低脂、低糖、低热量、低饱和脂肪酸[8]，不含胆固醇和激素，可添加多种氨基酸、食物纤维素、维生素等多种有益于人体健康的营养元素。植物蛋白肉具有传统肉类的质构、风味、形态，可为食用者提供传统肉类特有的营养，能促进环境和能源可持续性增益[9]。因此，植物蛋白肉可以作为传统肉类的替代品之一[10]。

我国植物蛋白肉发展尚处于初期，但未来发展潜力不可估量，2022 年5 月国家发改委印发《“十四五”生物经济发展规划》提出，发展合成生物学技术，探索研发“人造蛋白”等新型食品，实现食品工业迭代升级，降低传统养殖业带来的环境资源压力。《“十四五”全国农业绿色发展规划》中指出我国要坚持走绿色低碳循环发展之路，“十四五”规划纲要中表明要力争“2030 年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和”。基于政策的加持、企业和资本大量涌入市场、中国庞大的人口基数，中国植物蛋白肉发展会更为迅速。本文就植物蛋白肉的产业发展现状、行业生产监管法规、工艺配方组成、加工技术及行业内现存问题进行了综述。

1 国内外行业发展现状

1.1 产业发展现状

2019 年，美国人造肉企业Beyond Meat 在纳斯达克挂牌上市，自此人造肉行业热度攀升，发展前景备受国内外企业和资本看好。据中国证券报记者统计，截至2022 年5 月，人造肉相关企业累计融资80 余起，融资金额超过240 亿元[11-12]，Wind 人造肉指数成分股已超过16 家。2019 年全球植物蛋白肉的市场规模约为121 亿美元，中国植物蛋白肉的市场规模为70 亿美元，预计全球植物蛋白肉的规模每年将以15%的复合增长率增长，到2025 年市场规模将达到279 亿美元[11-13]。

美国Impossible Foods 公司的“人造肉”汉堡产品具有真实肉类的烹饪口感，其中添加了从大豆根部提取的血红蛋白，产品风味也与普通汉堡无异[14-15]；新加坡Next Gen Foods 公司使用其独有的Lipi 混合植物油脂技术与蛋白挤压工艺生产出的TiNDLE 植物基鸡肉产品，具有与传统鸡肉相似的风味和口感。东方集团旗下福肴公司是我国最早研究高水分植物蛋白肉应用的企业，拥有国内第一条高水分植物蛋白肉生产线，采用的是双螺杆高水分挤出技术，目前已有30 余种高水分植物蛋白肉产品[16]。Hey Maet 公司拥有全球领先的植物蛋白肉研发技术，研发团队核心成员均为国内外植物蛋白领域专家，拥有汉堡、小笼包、馄饨在内的多种中西式产品。宁波素莲食品作为全品类植物肉供应链，拥有较为完整的植物人造肉产品和技术，技术包括植物蛋白纤维化、结构重组、风味调和技术，拥有植物蛋白肉松、植物蛋白午餐肉、植物蛋白五花肉、植物蛋白虾滑等植物肉产品。此外，双塔食品、金字火腿、双汇发展、新希望等企业也接连进入人造肉市场[17]。除了企业外，包括江南大学、北京工商大学、华南理工大学和中国农科院农产品加工研究所在内的多个高校及科研院所都对植物蛋白肉技术展开了深入研究，拥有植物蛋白肉领域核心技术。

1.2 行业生产监管法规标准

自然界肉类肥瘦皆有，不同动物同一部位、同一动物不同部分口感有别、形色各异，植物蛋白肉在生产过程中涉及着色剂和香精调料等添加剂，这些添加剂并不都安全无害，需完善行业内标准和市场监管法规，减小所带来的食品安全风险[11]。

国际食品法典委员会专门针对植物蛋白肉的标准仅有《食品添加剂通用标准》（CXS 192 1995），规定了肉替代物的产品类别。另外，包括美国、欧盟、澳新、新加坡在内的欧美国家和地区都针对素肉制定了专门的法规标准，这些发达国家的法规标准基本都规定了可使用的食品添加剂这一内容，其他规定内容还包括肉类似物和肉替代物的产品类别、食品原料、可使用的维生素和矿物质等[1]。2020 年发布的《植物基肉制品》（T/CIFST 001 2020）团体标准[2]是我国唯一的关于植物基肉制品的标准规范，标准中规定了植物基肉制品的术语和定义、基本要求、技术要求、检验规则、判定规则、标签、标识、包装、运输和贮存、命名。

2 工艺配方与工艺制作

2.1 工艺配方组成

植物蛋白肉组成配方包括50%～80%的水、10%～25%的植物蛋白质、4%～20%的碳水化合物、0%～15%的脂肪、3%～10%的风味物质和0%～0.5%的着色剂[18-19]，通过不同的工艺配方获得的植物肉产品，在风味和品质上存在差异。其中，T/CIFST 0012020[2]中规定，除水和食用盐外其他非植物性配料含量不应该超过10%。

2.1.1 蛋白质

多种农作物富含植物蛋白，油料种子包括油菜籽、棉籽、花生、葵花籽等；谷物包括小麦、玉米、大米、大麦、燕麦、高粱等；豆类包括豌豆、蚕豆、鹰嘴豆、瓜尔豆等；叶子蛋白包括紫花苜蓿、烟草、甘蔗、甜菜、三叶草等[20]。豆类是目前国内外使用较为广泛的植物肉蛋白原料[21]，但其蛋白结构柔软，难以形成良好的凝胶结构，在持水性、持油性方面存在不足，有豆腥味。不同种类的植物蛋白营养价值不同，谷物类蛋白质中缺少必需氨基酸[22]。

大多数植物蛋白肉产品在原料上丰富多样化，其原因在于不同原料的植物蛋白结构和特性不同，导致产品品质不同；多种蛋白的混合可以充分发挥蛋白质的互补作用，比单一蛋白更有利于人体健康需求[23-24]，以豆类蛋白与豆类蛋白、谷物蛋白混合偏多。例如，Impossible Foods 公司推出的“Impossible Burger”主要以小麦蛋白和土豆蛋白为底料制成“人造肉”汉堡，口感和风味与一般汉堡高度相似[25]；Beyond Meat 公司的植物肉产品蛋白原料主要为大豆、豌豆等豆类蛋白分离物及其他植物蛋白；Rebellyous Foods 公司推出的“脆皮素食全麦鸡块”使用小麦蛋白和玉米蛋白制作，味美多汁；肯德基的“植培黄金鸡块”使用大豆蛋白、小麦蛋白及豌豆蛋白为原料，拥有类似真肉的质感和风味[26]。

植物蛋白提取的原理是利用目标蛋白特有的性质将植物蛋白中的目标蛋白与非目标蛋白和其他非蛋白物质分开，常用的方法包括碱溶酸沉法、酶提取法、有机溶剂提取法、盐溶提取法和反胶束萃取法，较少使用的方法还包括辅助提取法和复合提取法[27]。

2.1.2 碳水化合物

碳水化合物可作为黏合剂，分为淀粉和凝胶剂或纤维素，包括魔芋胶、黄原胶、明胶、阿拉伯胶和甲基纤维素等。碳水化合物可促进植物蛋白与水、脂肪的黏合，使黏合物形成稳定结构且紧凑富有弹性，改善产品感官品质和稳定性[28]。淀粉可以改善产品品质和稠度，但添加过多会使产品组织程度降低[29-30]，纤维素可以提升产品凝胶性和持水性能力。

2.1.3 脂肪

植物蛋白肉中的脂肪以植物油为主，包括椰子油、菜籽油、橄榄油、玉米油等，植物性脂肪可以减少脂肪在人体中的堆积，加速体内脂肪的转化率。添加适量的脂肪可以使植物蛋白肉具有传统肉类的口感和质地，多汁嫩滑。同时在挤压和剪切过程中可以增加物料润滑度，使其更容易被挤出。但脂肪添加量过多会导致产品结构质地紧密性变差，不能形成稳定的纤维结构[31-32]。

2.1.4 风味物质

风味物质主要包括基本调味料、天然香料、提取物、肉味香精等[28]，可以使植物蛋白肉具有传统肉类的风味。自然界肉类的香味取决于肉类中特有的蛋白质、脂肪、含硫化合物、含氮杂环化合物及微量的醛、酮、醇等[33-34]，如甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、半胱氨酸和胱氨酸等氨基酸都有使食物产生香味的功能，同时也取决于肉类在烹饪过程中的加热反应[35]。而植物蛋白肉则需添加风味物质来获得肉香，以满足消费者的嗅觉需求，其中肉味香精是一种食品添加剂，可以模仿多种动物肉味道，包括鸡肉味、猪肉味、牛肉味等。

2.1.5 着色剂

着色剂包括血红蛋白、红曲红、甜菜红、番茄红、高粱红、胡萝卜素、麦芽和焦糖色素等，添加后可使植物蛋白肉具有传统肉类的色泽，但不同的着色剂添加效果存在较大差异。其中，血红蛋白可使植物蛋白肉拥有与真实肉类相似的色泽[36]，除了从植物中提取外，也可通过转基因技术合成，但人工合成的血红蛋白仅被美国食品和药物管理局（FDA）和澳大利亚和新西兰食品标准局（FSANZ）批准使用，在国内目前还未被批准使用。

2.2 加工技术

目前，挤压技术、静电纺丝技术、食品3D 打印技术是植物蛋白肉生产的主要技术[37-38]。其中挤压技术中的湿法挤压技术最为成熟，应用广泛[39-40]。Beyond Meat、Impossible Food、东方集团、宁波素莲食品有限公司等国内外企业均采用高水分挤压技术生产植物肉蛋白产品。

2.2.1 挤压技术

挤压技术包含高温、高压和高剪切作用[41]，不同的挤压条件（原料、挤压温度、水分、进料速度和螺杆转速等）会影响挤出物的挥发性风味物质和不良风味物质含量[42-43]。挤压技术包括干法挤压技术（低水分挤压技术）和湿法挤压技术（高水分挤压技术）。

目前，干法挤压技术已经非常成熟，挤压设备以单螺杆挤压机为主，产品水分含量较低，需进行复水处理。传统的植物素肉产品大多采用干法挤压技术制造，我国传统素肉经过选豆、脱壳、榨油、榨油后的豆饼粉碎成面、拌料、挤压膨化成型和干制包装后形成[44]，但通过干法挤压技术加工而成的植物蛋白肉产品在视觉、味觉、嗅觉上与肉制品存在很大差距，如素鸡、面筋等肉型松散、质感差。

湿法挤压技术中，蛋白质受到外界压力后，二硫键、氢键和离子键被破坏后进行新的重组形成组织化蛋白[45-46]。组织化植物蛋白具有更类似肉的纤维状组织结构，是目前人造肉加工技术及产业关注的焦点[40]。挤压设备以双螺杆挤压机为主，要求原料蛋白质含量在60%以上，通过湿法挤压技术加工而成的植物蛋白肉产品水分含量较高，具有纤维化质地和结构，富有弹性和韧性，接近传统肉制品。

2.2.2 静电纺丝技术

静电纺丝技术属于纺丝技术的一种，该技术是使纺丝原液经过挤压喷出形成细流，进而凝固成纤维[20]。静电纺丝技术通常是在碱性溶液中使高黏度的蛋白液通过喷丝板改变其结构使之变成酸性凝固液体，从而连续制作纳米级别纤维[47]。纺丝技术制作植物蛋白肉成本高、蛋白质物料要求高、工艺复杂、制作组织化蛋白过程中会产生有毒物质和大量废水，产业化难度较大[48]。

2.2.3 食品3D 打印技术

3D 打印技术也称“增材制造”，是一项将多种专用材料通过软件与数控系统按照挤压、烧结、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的技术[49]。该技术以数字模型文件为基础，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术，一直以来主要用于打印“人工假体”，其中的挤压式打印被用于植物蛋白肉加工制作。当温度低于60 ℃时，蛋白质无法解聚并进行结构重组，使用3D 打印技术生产出来的植物蛋白肉虽在形状上更接近真实肉，但口感与肉糜相似[50]。

3 植物蛋白肉行业现存的问题

目前，植物蛋白肉行业虽备受国内企业和资本青睐，植物肉产品多样化，从西式快餐到中式菜肴应有尽有，可以满足市场消费需求，但市场态度却不容乐观，该产业的发展还存在许多问题。

（1）国内消费者对于植物蛋白肉产品的认可度较低。对于人造肉类科技产品的安全性、健康性、食用感受等认知不足，广大消费者对于植物蛋白肉的接受和认可度很低。如何加强对消费者推广普及植物蛋白肉相关知识，还需要行业内企业做大量的工作，认真思考、精心引导消费者对植物蛋白肉这种新产品树立正确认知。

（2）市场布局单薄。在中国市场，植物蛋白肉多以西式快餐食品原料的形式出现，虽然Beyond Meat、雀巢、HEY MAET、星期零等植物蛋白肉产品企业与包括星巴克、肯德基、德克士、瑞幸、喜茶、盒马鲜生等在内的单家或多家建立了合作关系，但除此之外，在主流餐饮中仍很难看到植物蛋白肉的身影。不断丰富市场布局方式、提高植物蛋白肉“出镜率”，对于消费者了解并接受植物蛋白肉产品具有重要作用。

（3）监管法规标准缺失。一直以来，食品安全备受关注，然而目前针对植物蛋白肉行业内仅发布了唯一一个团体标准，没有任何其他更严格、精准、权威的标准和监管办法，政府相关部门和企业需要健全完善生产监管和相关标准，规范化地制定并实施相关生产标准、生产许可、产品品质指标、食品添加剂指标、微生物限量值等，从而促进行业规范化发展。

（4）植物蛋白肉产品成本偏高。在某网上商城中，植物蛋白肉汉堡售价是普通肉类汉堡的3 倍。相比价格高且陌生的新兴产品植物蛋白肉，大多数消费者更愿意选择购买所熟悉的传统肉类，所以降低植物蛋白肉产品的成本和售价对行业的发展至关重要。

（5）工艺和设备研发有待突破。虽然市面上部分植物蛋白肉产品口感与真肉无异，但形态、色泽与风味还存在较大差异，还需要进一步研发；另外，各个国家和地区饮食习惯不同，开发更多品类、口味的植物蛋白肉产品也很重要。目前仅有实力较强的植物蛋白肉企业能够自主研发生产加工设备，大部分企业没有能力去研发设备，造成设备技术落后、生产成本偏高、产品质量难以控制。因此，引入更多有实力的设备制造企业进入植物蛋白肉行业，不断研发技术先进、高自动化、高加工精度的设备，也是促进行业发展的重要一环。