植物蛋白肉生产的关键因素分析

陶相锦 黄立强 王冬玲 马文平 马世岷

摘 要：植物蛋白肉作为肉类的替代品，有广阔的市场前景。本文分析了加工过程中温度、水分含量以及原料配方等对植物蛋白肉的营养品质、色度、口感、纤维结构的影响，并展望了植物蛋白肉的发展方向，以期为生产口感和营养更佳的植物蛋白肉提供科学依据。

关键词：植物蛋白肉；水分含量；温度；原料配方；关键因素

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

肉類具有独特的味道和质地，含有优质的蛋白质，能够提供人体健康所需的营养，是食品的重要组成部分。然而，全球人口的急剧增长导致肉类供应短缺，与此同时，养殖动物需要占用大量的土地和粮食等资源，养殖过程中粪便和污水的排放加剧了环境污染。为了满足人们的需求，与肉类具备相似口感、提供相似营养的植物蛋白肉进入市场，取代了一些现有的肉类产品。

植物蛋白肉是以植物蛋白为原料，辅以植物油、调味料等，通过生物技术生产的一种类似于肉的制品。目前植物蛋白肉常用的制备技术有高水分挤压法、高温诱导剪切法、静电纺丝法和3D打印法等[1]。相关研究多集中在工艺的优化、植物蛋白肉特性的研究等，对肉制品的影响因素的论述相对较少。本文综述了影响植物蛋白肉的口感和品质的关键因素，并对植物蛋白肉未来的发展方向进行了展望，旨在为植物蛋白肉制备技术的发展提供科学参考。

1 水分含量

水在挤出加工过程中具有多种作用。例如，水在挤出机内可充当润滑剂，水分含量增加，材料通过模头出口所需的力降低，材料、螺杆和机筒之间发生的摩擦力会降低。此外，水分还能决定熔体的黏度、影响挤出过程的温度和压力、充当增塑剂和发泡剂等。植物蛋白肉的水分含量与持水能力和水结合能力有关，而这些又与直接影响产品口感的多汁性有关[2]。

岳程程等[3]发现水分含量显著影响植物蛋白肉的硬度、咀嚼度和弹性，随着水分含量的增加，植物蛋白肉的质地更柔软，硬度、弹性和咀嚼度明显降低，尤其是硬度变化最明显。因此，可通过调节水分含量控制植物蛋白肉的口感，以期与动物蛋白肉接近。孙照勇等[4]研究表明当物料含水率从28%增加到38%时，大豆蛋白植物挤出肉的组织度、硬度、咀嚼度和吸水能力没有显著差异。当含水率高于38%时，组织度和吸水能力迅速增大，颜色变亮，硬度和咀嚼度明显下降。在高水分范围（60%～70%），质构化大豆蛋白的吸水能力和溶解度随含水量的增加而增加，这可能与模具压力和蛋白变性有关。CARMO等[5]研究了在高水分挤压过程中温度、水分含量与产品进料比、产品进料速率等因素对蚕豆蛋白肉理化性质的影响，评估了产品的功能、质地和感官特性，发现水分含量对蚕豆蛋白肉的影响通常高于温度和进料速率的影响。魏益民等[6]提出了“膜状气腔”理论假设用来解释水分对植物蛋白肉品质的影响。当水分含量高于40%时，制备蛋白肉的物料相互作用剧烈，大量疏水基团暴露，加剧蛋白质的变性，形成的植物蛋白肉的持水性高；而水分含量低于40%时，制备蛋白肉的物料相互作用较小，导致组织化程度轻。

2 温度

加工过程中的温度是植物蛋白质构象变化的一个关键因素。低温条件下植物蛋白质不发生组织化，高温条件下植物蛋白质的分子降解成片段后，通过二硫键作用形成聚合体，开始组织化，随着温度的进一步升高，二硫键断裂，组织化程度降低。故温度与蛋白质原料在挤出机中的变性质量和纤维结构的形成有关，可直接影响植物蛋白肉的最终质量。

关家乐等[7]发现在挤压过程中随着温度的升高，高水分组织化花生蛋白肉的硬度及耐嚼性逐渐增强，产品颜色不断加深。控制温度为150 ℃时，挤出的花生蛋白肉具有较好的感官特性和质构特性。此外，研究者还发现冷却温度也是影响植物蛋白肉组织化蛋白形成的重要因素，冷却温度为45 ℃时组织化度较高。肖志刚等[8]进一步证实了挤压温度可以影响大豆组织蛋白肉交联结构的强韧度，并给出了可能解释，即挤压温度影响蛋白质与碳水化合物等聚合物之间的相互作用，温度越高，相互作用越强。通过调节温度可以改善大豆蛋白肉的结构特性，改善植物蛋白肉的口感和品质。KRINTIRAS等[9]应用诱导剪切法制备生牛肉类似物时，发现90 ℃下制备的蛋白肉未呈现明显的各向异性结构，95 ℃下制备的蛋白肉样品在整个样品区域内呈现出纤维结构，100 ℃下制备的植物蛋白样品则有时会形成明显的纤维，有时则会呈现出具有层状甚至各向同性的结构。XIA等[10]研究了水分含量和加工温度对酵母分离蛋白肉的纤维结构强度和取向调节的影响，发现相同含水量下，随着加工温度的升高，蛋白肉的纤维结构变强，同时纤维结构的取向与挤出方向之间的角度减小，这一结果可归因于酵母分离蛋白肉在较高加工温度下的变性更强。因此，在冷却过程中，高水分的酵母分离蛋白中形成了更强化的纤维结构。

3 原料配方

用于制备植物蛋白肉的蛋白质成分是产品识别的最重要组成部分之一。蛋白质在水合和溶解、界面性质（乳化和起泡）、风味形成、黏度、凝胶化、结构化和面团形成等方面具有重要的结构-功能关系。

尽管植物蛋白成分的选择是产品开发的起点，但实际选择时通常考虑蛋白质的可用性、作物的产量和蛋白质的提取潜力。常用的植物蛋白成分的共同特征是最初为食品工业的副产品（主要是油或淀粉生产）。大豆蛋白作为提取油脂的副产品，价格低廉，在加工过程中表现出良好的溶解性、乳化性、凝膠性和持水性等特性，是生产植物蛋白肉的最常用蛋白质。加工过的大豆蛋白与未经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，这使加工大豆蛋白获得蛋白质消化率校正氨基酸得分（Protein Digestibility Corrected Amino Acids Score，PDCAAS）为1.00，可与肉类、蛋类和乳制品等动物源性食品相媲美。但大豆蛋白具有一定的豆腥味，这对生产技术具有一定的挑战，即如何在保留营养价值的情况下去除豆腥味，使口感趋近真肉。

谷类蛋白质来源广泛，种类繁多，有小麦蛋白、大米蛋白、大麦蛋白和燕麦蛋白等。小麦蛋白（面筋）是小麦淀粉生产的副产品，具备良好的价格优势，成为备受关注的蛋白质来源。小麦蛋白具备优良的吸水性和黏弹性，薄膜成型性佳、热固性好，发生水合作用后可形成二硫键支撑的蛋白质三维网络结构，提高产品的纤维质感，增强黏弹性和韧性，维持色泽稳定性等。大米蛋白的赖氨酸含量远高于小麦蛋白，其生物效价与牛肉和鱼类相似，是一种优质的植物蛋白，常和大豆蛋白复用以均衡产品的氨基酸组成。燕麦是氨基酸最均衡的谷物之一，含有18种氨基酸，包含人体必需的8种氨基酸，明显优于小麦、大米等谷物蛋白[11]，是很有发展潜力的植物蛋白肉原料。

豆科蛋白（豌豆、小扁豆、羽扇豆、鹰嘴豆、绿豆等）资源丰富、营养健康，近年来广受科研工作者的关注。从营养角度讲，未加工的豆科产品的蛋白质消化率校正氨基酸得分一般在0.40～0.70，豌豆蛋白的PDCAAS为0.893，其中必需氨基酸配比贴近人体需求，并且赖氨酸的含量尤其丰富。豆科蛋白与其他蛋白质成分具有很强的互补功能，相较于大豆蛋白，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、泡沫稳定性强，成为市场上深受欢迎的蛋白原料之一[12]。

随着人们对蛋白质来源认知的进一步加深和科技的发展，其他来源的蛋白质也备受关注。异养微藻在生物质生产中对水、土地和养分的使用较少，因此作为蛋白质来源受到了关注。微藻蛋白含有所有必需氨基酸，PDCASS约为0.5，与大米、豆类和大豆相比，谷氨酸和精氨酸水平更高。螺旋藻具有与蛋清蛋白相当的发泡、乳化、凝胶和持水/持油能力，但目前关于微藻中与食物功能相关的蛋白质的研究非常有限。

其他原料配方也至关重要，其直接影响植物蛋白肉的质地、风味、多汁性和口感，如以复配植物油如椰子油、菜籽油、葵花籽油、可可脂、芝麻油、玉米油等成分模拟肉类产品的脂肪，阿拉伯胶、甜菜果胶、甲基纤维素等为代表的植物蛋白肉黏合剂[13]。

4 结语

在植物蛋白肉的加工过程中，温度、水分含量和原料配方等因素直接影响产品的品质，如口感、色泽、硬度、营养价值等，需要严格控制。为推动我国植物蛋白肉的发展，有必要进一步加强以下几个方面的研究。①改进生产配方，使用单一来源的蛋白质在加工特性和营养价值方面往往达不到预期的效果，为提高植物蛋白肉的质构化质量和口感，制备植物蛋白肉过程中往往需要两种或以上的蛋白成分复配协同使用，完成从单一原料到复配原料的发展。②结合新的生物技术、酶技术等改善植物蛋白肉的口感和质量，提高产量，为规模化生产提供技术支持。③加强植物蛋白肉的安全性评估和全营养评价，形成符合我国国情的评估和评价体系。④发展个性化的定制产品，调整原料的配方和比列，如减少饱和脂肪酸等成分添加，根据需要添加矿物质和微元素，满足市场和消费者需要。

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