植物基蛋白肉的研究現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

孫 瑩，王 龍，朱秀清 ，江連洲

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)旅游烹飪學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150028；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150028；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

21 世紀(jì)以來，得益于改革開放的豐碩發(fā)展成果，中國城鄉(xiāng)居民生活水平顯著提高，膳食結(jié)構(gòu)持續(xù)升級，肉類消耗量也呈跳躍式上升趨勢[1]。全面小康水平推動下的居民肉類消費需求僅靠國內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)難以維持，當(dāng)前除了大力發(fā)展畜牧業(yè)之外，國內(nèi)主要依靠肉制品進口來填補肉類消費量的缺口[2]。然而，傳統(tǒng)肉制品生產(chǎn)存在效率低、水資源消耗高、溫室氣體排放對環(huán)境污染嚴(yán)重等問題；近年來，受國外新冠疫情影響，肉制品進口困難，且考慮到國際貿(mào)易保護主義等諸多因素，依靠進口滿足國內(nèi)肉類消費量存在不確定性[1-3]。當(dāng)前中國亟需尋找一條符合可持續(xù)發(fā)展觀的路徑來解決國內(nèi)肉制品供需不平的問題。

隨著現(xiàn)代先進食品加工技術(shù)的創(chuàng)新，國外Beyond Meat、Impossible Foods 等植物肉生產(chǎn)、銷售企業(yè)通過與肯德基、必勝客、麥當(dāng)勞等巨頭連鎖快餐店合作使得植物基蛋白肉制品出現(xiàn)在大眾餐飲之中，進而快速占領(lǐng)了消費市場，并且發(fā)展勢頭迅猛[4]。此外，近年來素食主義生活理念在國內(nèi)日趨流行，而植物基蛋白肉作為素食領(lǐng)域的“新能源”，素食主義者對其抱有強烈的新奇感，受獵奇心驅(qū)使更愿意嘗試這種新興食品[1]。相比于傳統(tǒng)肉制品，植物基蛋白肉有資源可持續(xù)、環(huán)境友好、綠色健康、營養(yǎng)豐富等方面的優(yōu)勢，也因此成為解決傳統(tǒng)肉制品供給不足、環(huán)境壓力等問題的有效方法。目前，國內(nèi)對植物基蛋白肉產(chǎn)品的質(zhì)量評價方法缺乏系統(tǒng)研究。因此，本文在闡述植物基蛋白肉的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀、市場需求的基礎(chǔ)上，分析植物基蛋白肉的營養(yǎng)性和高水分?jǐn)D壓技術(shù)用于制備植物肉的現(xiàn)狀、歸納常用于評價高濕擠壓組織化植物蛋白品質(zhì)的系統(tǒng)研究方法。最后，總結(jié)了植物基蛋白肉研究中現(xiàn)存的問題，并結(jié)合實際研究進展提出展望。

1 發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀

植物基蛋白肉，簡稱植物肉、素肉、組織化植物蛋白（TVP）、肉類擬物[4]等，是目前主要的兩類人造肉之一（另一類為培養(yǎng)肉）。植物基蛋白肉是采用現(xiàn)代食品加工技術(shù)，以植物性蛋白為主要原料，通過紡絲、擠壓和熱剪切等制備技術(shù)，將植物基蛋白原料加工成具有類肉性的纖維狀仿真肉[5]。

1.1 發(fā)展歷程

植物基蛋白肉的起源可以追溯到公元965 年的古代中國，當(dāng)時已有以大豆為原料制作豆腐并食用的文獻記載[6]。據(jù)考證，《清異錄·官志》記載“時蕺為青陽丞，日市豆腐數(shù)個，邑人呼豆腐為小宰羊”[7]。事實上，豆腐作為植物基蛋白制品的最好例證，其制作原理與植物肉有一定的相似之處?；诂F(xiàn)代食品加工技術(shù)生產(chǎn)的第一代植物基蛋白肉產(chǎn)品始現(xiàn)于二十世紀(jì)初。1922 年，美國麥迪遜食品公司以大豆為原料開發(fā)出“大豆素肉”產(chǎn)品，是最早明確提出“素肉”這一概念的植物基蛋白肉制品；1947 年，Robert Boyer開發(fā)了一種有紋理的可食用大豆蛋白纖維，于1952年5 月6 日申請了美國專利[7]。二十一世紀(jì)初，第二代植物肉產(chǎn)品開始上市。伴隨食品科學(xué)和擠壓工藝的進步，植物基蛋白肉模擬動物肉的仿真性得到了一定的提升。2019 年，植物基牛肉漢堡成為《麻省理工學(xué)院技術(shù)評論》發(fā)布的全球十大突破性技術(shù)之一[8]。2020 年12 月15 日，中國食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會發(fā)布的《植物基肉制品》團體標(biāo)準(zhǔn)將植物基蛋白肉定義為，以植物原料（如豆類、谷物類等，也包括藻類及真菌類等）或其他加工品作為蛋白質(zhì)、脂肪的來源，添加或不添加其他輔料、食品添加劑（含營養(yǎng)強化劑），經(jīng)加工制成的具有類似畜、禽、水產(chǎn)等動物肉制品質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、形態(tài)等特征的食品，從而填補了植物基蛋白肉的標(biāo)準(zhǔn)空白，更有利于引導(dǎo)植物基蛋白肉行業(yè)規(guī)范發(fā)展[9]。

1.2 研究現(xiàn)狀

近年來，隨著越來越多的企業(yè)加入植物基蛋白肉產(chǎn)品的研發(fā)行列，植物基蛋白肉市場也在不斷擴張。國外的植物基蛋白肉產(chǎn)品主要以素肉餅、素肉腸和素肉塊為主，可加工成漢堡、香腸、炸雞塊等，其產(chǎn)品價格高于國內(nèi)同類產(chǎn)品[5]。在國外快餐連鎖企業(yè)與植物基蛋白肉生產(chǎn)、銷售企業(yè)的聯(lián)合推廣下，植物基蛋白肉制品在國內(nèi)有了一定的市場規(guī)模，國內(nèi)的植物基蛋白肉產(chǎn)品主要以素肉餅、素肉餡、素肉丸和素肉塊為主，可加工成傳統(tǒng)菜肴的仿制品（素雞、素腰片等）及休閑食品[10]。

國內(nèi)外研究者針對植物基蛋白肉的研究主要集中在原料來源、擠壓工藝、基本配方及產(chǎn)品品質(zhì)四個方面，并取得了較好的進展，少量文獻研究了植物基蛋白肉的消費者認(rèn)知及接受度、營養(yǎng)和安全評估以及機體內(nèi)部的消化吸收特性。低濕擠壓工藝已發(fā)展相對成熟，是目前國內(nèi)市場生產(chǎn)植物基蛋白肉的主流技術(shù)，高濕擠壓產(chǎn)品尚未規(guī)模化生產(chǎn)[11]。表1 展示了國內(nèi)外關(guān)于高濕擠壓植物肉產(chǎn)品的主要成分、添加劑、擠壓參數(shù)和產(chǎn)品特性的部分研究成果。

表1 高濕擠壓植物肉產(chǎn)品的主要成分、添加劑、擠壓參數(shù)和產(chǎn)品特性Table 1 Major ingredients, additives, extrusion parameters and product characteristics in the high moisture texture of plant-based protein meat products

在產(chǎn)品品質(zhì)方面，部分研究者以大豆蛋白為主要原料制備高水分拉絲蛋白，通過關(guān)聯(lián)拉絲蛋白質(zhì)構(gòu)與肉丸品質(zhì)，明確了剪切和拉伸性能是影響肉丸品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，并研究植物纖維、磷酸鹽等對肉丸蒸煮過程質(zhì)地的影響，發(fā)現(xiàn)添加植物纖維1%，磷酸鹽0.2%可明顯改善肉丸的多汁性、黏結(jié)性和蒸煮穩(wěn)定性[10]。在加工工藝方面，王強等[11]人揭示了高濕擠壓過程中基于蛋白多尺度結(jié)構(gòu)變化的纖維結(jié)構(gòu)形成分子機制，并研發(fā)出植物蛋白素牛肚、素腸、素風(fēng)干牛肉等10 余個符合國內(nèi)消費者習(xí)慣的新產(chǎn)品。在消化特性方面，Xie 等[20]基于小鼠的動物實驗最新研究表明，植物基蛋白肉削弱了小鼠的胃腸消化功能，它們在體內(nèi)的消化和吸收性能不如真肉，該發(fā)現(xiàn)為研究者對于植物基蛋白肉在機體內(nèi)部的消化特性的相關(guān)研究提供了新的見解。在原料來源方面，除不同種類的植物蛋白通過復(fù)配用于擠壓生產(chǎn)植物基蛋白肉外，現(xiàn)階段國內(nèi)已開始植物基蛋白肉專用大豆品種選育的相關(guān)研究，以獲得更好的蛋白質(zhì)來源和提高產(chǎn)品質(zhì)量[21]。

2 基本原料組分

營養(yǎng)價值是消費者選擇植物基蛋白肉產(chǎn)品時的重要考慮因素[22]。相比于動物肌肉，植物基蛋白肉最大的特點是由多種營養(yǎng)素及其它成分的混合而成，因此可根據(jù)物料本身營養(yǎng)缺陷進行針對性補充。理想的植物基蛋白肉應(yīng)該在蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物三大主要供能營養(yǎng)素上接近或優(yōu)于動物肉，并且能夠提供維持人體正常生理活動所需的維生素、礦物質(zhì)及一些天然植物活性成分[23]。在生產(chǎn)植物基蛋白肉時，需綜合考慮外觀、口感、風(fēng)味、質(zhì)地等重要的產(chǎn)品感官品質(zhì)，以及充分模擬動物肉的芳香物質(zhì)和營養(yǎng)成分。植物基蛋白肉主要由植物蛋白、油脂、碳水化合物、維生素和礦物質(zhì)以及一些其它功能性物質(zhì)組成，根據(jù)相關(guān)研究，表2 列舉了生產(chǎn)植物基蛋白肉的基本成分配方和代表性物質(zhì)及作用。

表2 植物基蛋白肉基本成分表Table 2 Basic ingredients of plant-based protein meat

2.1 蛋白質(zhì)

植物基蛋白肉一般含有50%～70%的植物基蛋白原料[5]。植物蛋白原料的選擇往往取決于蛋白質(zhì)的可用性、產(chǎn)量、價格、氨基酸組成和蛋白質(zhì)提取潛力、功能特性（乳化、凝膠性能、持水性等）的影響，大豆蛋白、小麥面筋蛋白（谷阮粉）、豌豆蛋白是目前生產(chǎn)植物基蛋白肉最廣泛使用的植物基蛋白原料[24]，而目前正在開發(fā)中的蛋白來源包括蠶豆、羽扇豆、鷹嘴豆、馬鈴薯、綠豆、玉米、燕麥、亞麻籽、花生、芝麻和向日葵等植物[25-27]。蛋白質(zhì)來源是影響纖維結(jié)構(gòu)形成的重要因素，豆類蛋白主要由球蛋白、白蛋白和少量的谷蛋白組成，其中7S 球蛋白和11S 球蛋白占大豆分離蛋白的90%，因此具有良好的凝膠能力以及乳化、填充和粘合功能[28]。此外，相關(guān)研究表明，食用豆類已經(jīng)顯示出許多健康益處，如降低患Ⅱ型糖尿病的風(fēng)險、降低總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇水平等[10]。小麥面筋蛋白中的氫鍵、二硫鍵和疏水性相互作用被認(rèn)為是類肉纖維結(jié)構(gòu)形成的原因，可提高產(chǎn)品的持水性、并且成本較低，因而被廣泛使用[29]。豌豆蛋白具有無過敏源的優(yōu)點，但成本較高且韌性差。其他植物蛋白，包括馬鈴薯蛋白、綠豆蛋白、大米蛋白和花生蛋白、玉米醇溶蛋白等，凝膠性能較差，因此大豆分離蛋白不僅用作植物模擬肉中組織蛋白的原料，還可用作填料、粘合劑和凝膠劑與其它植物基蛋白原料結(jié)合制備植物基蛋白肉，以提高產(chǎn)品質(zhì)地[30]。趙知微等[31]研究發(fā)現(xiàn)，添加3%～7%谷朊粉以大豆分離蛋白為原料的植物基蛋白肉產(chǎn)品，組織化程度高、纖維結(jié)構(gòu)致密，口感更接近于動物肉。從營養(yǎng)角度來看，多樣化和平衡性的植物基蛋白質(zhì)攝入有助于預(yù)防許多慢性疾病。來自植物的蛋白質(zhì)與動物肌肉蛋白相比通常缺乏某一種必需氨基酸，如谷物通常缺乏賴氨酸，而豆類通常含有較低水平的含硫必需氨基酸（蛋氨酸、半胱氨酸），因此將不同來源的植物性蛋白通過復(fù)配添加到植物基蛋白肉基本配方中，有助于獲得必需氨基酸的全面補充，從而產(chǎn)生健康益處。 目前，全世界對動物肉的需求持續(xù)增長，動物肉將繼續(xù)作為蛋白質(zhì)的主要來源，植物基蛋白肉制品是一種飲食選擇，未來不太可能取代傳統(tǒng)動物肉類及其制品，但使用植物基蛋白肉制品彌補動物肉類蛋白供應(yīng)不足，以確保蛋白質(zhì)的可持續(xù)來源具有廣闊前景。植物基蛋白肉產(chǎn)品的開發(fā)對植物基蛋白原料的需求正在增加，未來科研人員應(yīng)當(dāng)著眼于大食物觀，探索更加豐富和優(yōu)質(zhì)的植物基蛋白原料，以應(yīng)對人口增加而導(dǎo)致的肉類蛋白供應(yīng)不足。

2.2 油脂

油脂是人體所需的六大營養(yǎng)素之一，在植物基蛋白肉工藝配方中添加油脂（一般為植物性，2%～10%）有助于產(chǎn)品風(fēng)味釋放，且植物性油脂富含必需脂肪酸、不含膽固醇等，有利于增強植物基蛋白肉的健康功效[22]。植物基蛋白肉產(chǎn)品中最常用油脂是菜籽油、椰子油、葵花油和大豆油，此外有報道用于植物基蛋白肉產(chǎn)品的油脂包括玉米油、花生油、棕櫚油、芝麻油、芥子油等[32-33]。李巖等[34]研究不同脂肪酸組成的植物油脂對植物基蛋白肉風(fēng)味及感官屬性的影響，發(fā)現(xiàn)含芥酸、油酸較多的油菜籽油可明顯增強植物基蛋白肉的風(fēng)味和質(zhì)地，因此更適用于植物肉。從椰子和可可豆中提取的固體脂質(zhì)與其它植物性油脂（如葵花籽油、油菜籽油）混合，可以使植物基蛋白肉產(chǎn)品的味道和感覺更像動物脂肪，而飽和與不飽和脂肪酸混合的白色脂肪顆粒可以添加到植物素肉漢堡中，使其呈現(xiàn)類似牛肉的大理石花紋狀外觀[32]。油脂可減小加工過程中物料與設(shè)備的摩擦系數(shù)，增強物料的流動性。但在擠壓過程中，油脂過量添加會導(dǎo)致物料在強剪切力作用下發(fā)生滑移現(xiàn)象，從而導(dǎo)致擠出物不能穩(wěn)定成型，進而影響擠出產(chǎn)品品質(zhì)[9]。除一些天然植物性油脂外，改性植物油用于植物基蛋白肉產(chǎn)品也有相關(guān)報道，經(jīng)過氫化液態(tài)的植物油轉(zhuǎn)化為固體脂肪，可以更好的模擬動物脂肪的機械性質(zhì)[26]?？傊?，適當(dāng)?shù)挠椭砑釉鰪娏酥参锘鞍兹猱a(chǎn)品的多汁性、嫩度和口感，并且有助于產(chǎn)品穩(wěn)定成形，但過量添加會對產(chǎn)品產(chǎn)生負(fù)面影響，因此在生產(chǎn)植物基蛋白肉產(chǎn)品時需根據(jù)產(chǎn)品實際需求選取合適的植物性油脂和添加量。

2.3 碳水化合物和膳食纖維

碳水化合物可作為黏合劑有效改善植物基蛋白肉產(chǎn)品的質(zhì)地和稠度以及穩(wěn)定性，玉米淀粉和小麥淀粉是目前植物基蛋白肉產(chǎn)品中最常用的淀粉。加工過程中淀粉發(fā)生降解產(chǎn)生還原糖類，經(jīng)美拉德反應(yīng)也可影響產(chǎn)品的色澤和風(fēng)味。作為黏合劑的果膠、瓜爾膠、阿拉伯膠、黃原膠、卡拉膠和甲基纖維素等在提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮著重要作用[30]。膳食纖維不僅可以增加飽腹感, 減少脂肪攝入，而且可起到預(yù)防糖尿病等疾病的作用[9]。添加粉狀麥麩膳食纖維既能提高營養(yǎng)價值也有助于增加植物基蛋白肉制品的粘合力和質(zhì)地[9]。纖維素會影響植物蛋白肉產(chǎn)品的凝膠性和持水性等，在加工過程中纖維素發(fā)生膨脹，結(jié)合水能力增強，有利于提高產(chǎn)品的持水性。洪濱等人發(fā)現(xiàn)，淀粉含量的高低會影響植物基蛋白肉產(chǎn)品的形狀、硬度和風(fēng)味[35]。用于黏合劑的碳水化合物一般分為兩類，一類是通過物理填充方式將水和脂肪等物料結(jié)合在一起的淀粉類物質(zhì)，起改善產(chǎn)品質(zhì)地和稠度的作用。另一類具有弱分子間力與共價鍵交聯(lián)作用，用于改善產(chǎn)品穩(wěn)定性、形狀的凝膠劑或纖維素類物質(zhì)，對維持植物蛋白肉微觀結(jié)構(gòu)比較重要，如甲基纖維素等，但存在一定安全問題，因此一些天然膳食纖維，如蘑菇纖維、水果和蔬菜膳食纖維以及谷物膳食纖維，正在成為甲基纖維素的理想替代品[32]。此外，添加碳水化合物有助于提高植物基蛋白肉的持水性，提高產(chǎn)品的嫩度，不同的烹飪方式（如蒸、煮、炸和油炸）對植物基蛋白肉產(chǎn)品在烹飪過程中水分損失的影響不同，碳水化合物中較多的羥基可以減少游離水的含量，或者通過構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提高植物基蛋白肉產(chǎn)品在加工過程中的保水能力。

2.4 維生素和礦物質(zhì)

動物肉制品含有較為全面的的維生素和礦物質(zhì)營養(yǎng)成分，如牛肉是煙酸、硫胺素、維生素B6和B12、鋅、硒和膽堿的良好來源[9]。因此植物蛋白肉中維生素和微量礦物質(zhì)元素的種類是否齊全、含量的高低等也是影響其營養(yǎng)性優(yōu)劣的重要因素。植物性食物中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，如單寧、多酚和植酸等，可能導(dǎo)致礦物質(zhì)元素吸收的降低，影響礦物質(zhì)的消化率和可用性[10]。植物性食物中非血紅素鐵含量較高，但與動物性食物中血紅素鐵相比，不易被人體吸收利用。此外，植物蛋白肉產(chǎn)品原料組成中維生素與礦物質(zhì)的缺乏、加工過程中的營養(yǎng)素流失也是影響其維生素與礦物質(zhì)含量的重要因素。因此，同樣會在植物基蛋白肉基本配方中加入B 族維生素、鐵、鋅等多種營養(yǎng)強化劑，以平衡產(chǎn)品的維生素和礦物質(zhì)營養(yǎng)。曾艷等[36]報道以不同植物基蛋白原料生產(chǎn)的植物基蛋白肉產(chǎn)品部分維生素和礦物質(zhì)含量接近或優(yōu)于傳統(tǒng)的肉制品。Harnack 等[37]比較發(fā)現(xiàn)，美國部分植物性牛肉替代產(chǎn)品具有比牛肉更好的營養(yǎng)功能（膳食纖維、鐵、錳、銅、葉酸和煙酸含量高、飽和脂肪含量低），但鋅、維生素B12含量少于牛肉。目前有關(guān)植物基蛋白肉產(chǎn)品的微量營養(yǎng)素質(zhì)量評估的文獻較少，且不同產(chǎn)品的微量營養(yǎng)素的種類和含量差異較大，因此評價植物基蛋白肉產(chǎn)品的微量營養(yǎng)素質(zhì)量需根據(jù)產(chǎn)品實際情況進行客觀比較，此外還應(yīng)考慮抗?fàn)I養(yǎng)因子、烹飪加工的影響。

2.5 其他添加成分

除上述營養(yǎng)物質(zhì)外，還需在配方中加入風(fēng)味物質(zhì)、著色劑、黏合劑等成分，以改善產(chǎn)品口味、外觀和質(zhì)地等品質(zhì)[7]。植物蛋白發(fā)生美拉德反應(yīng)可產(chǎn)生多種風(fēng)味物質(zhì)，但種類單一、味道寡淡，不能很好模擬動物肉的風(fēng)味，因此可通過加入酵母抽提物、牛肉香膏、肉類酶解產(chǎn)物等物質(zhì)，以提供核苷酸、多肽、氨基酸、維生素類的水溶性物質(zhì)、碳源等，從而掩蔽異味、提高風(fēng)味物質(zhì)濃度和種類以及保留率。此外，調(diào)味成分如水解植物蛋白或味精可以用蘑菇濃縮物代替，以增強風(fēng)味和配制風(fēng)味[30]。動物肌肉中的肌紅蛋白決定其自身肉色，而植物基蛋白肉制品需通過添加著色劑來模擬動物肉色。常用著色劑有甜菜提取物、焦糖色素等。除此之外，研究發(fā)現(xiàn)大豆血紅蛋白具有與肌紅蛋白比較相似的食品化學(xué)性質(zhì)，被美國Impossible Foods 公司開發(fā)著色劑用于旗下產(chǎn)品[36]。此外，海藻酸鈣水溶液、微生物谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、蘋果提取物、二氧化鈦等添加劑也被添加到植物基蛋白肉產(chǎn)品中，目的是提高植物基蛋白肉產(chǎn)品的整體硬度和彈性[38]。在植物基蛋白肉中添加各種添加劑以充分模擬動物肉類的風(fēng)味、質(zhì)地和外觀等屬性是必要的，但各種添加劑的加入對于植物基蛋白肉產(chǎn)品的健康、安全影響還需進一步調(diào)查評估。

3 擠壓技術(shù)

擠壓技術(shù)用于生產(chǎn)植物基蛋白肉已有50 多年的歷史，是目前生產(chǎn)植物基蛋白肉產(chǎn)品的主流技術(shù)及研究熱點[22]。擠壓機是食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用的生產(chǎn)設(shè)備，被稱為生化反應(yīng)器[39]。20 世紀(jì)80 年代，雙螺桿擠壓機因其出色的加工能力、較低的能耗、較寬的濕度范圍、具備自潔能力等優(yōu)勢，開始取代單螺桿擠壓機成為擠壓技術(shù)制備TVP 的核心設(shè)備。單螺桿擠壓機具有易操作、成本低等特點，但混合、分散和均質(zhì)化效果差，物料溫差大和難以喂粉狀物料。只適用于簡單的膨化食品、飼料、榨油（或釀酒）原料預(yù)處理等[5]。雙螺桿擠壓機螺桿可高速運轉(zhuǎn)、效率高、換料和清理便捷、對環(huán)境污染低，對物料水分要求相對寬松，可在一定范圍內(nèi)不受水分、油分的限制，可靈活應(yīng)用于多種食品的加工，因此在工業(yè)上應(yīng)用廣泛[39]。

3.1 低濕擠壓工藝

物料的含水量是影響擠壓制品性能的重要因素，也是關(guān)鍵工藝參數(shù)之一。依據(jù)物料含水量不同，擠壓法分為低濕擠壓（20%～40%）和高濕擠壓（60%～80%），擠壓過程中，不同的植物基替代蛋白原料擠壓產(chǎn)品感官屬性、組織化度及微觀結(jié)構(gòu)均有所不同[40]。表3 為低濕擠壓與高濕擠壓技術(shù)特征對比。

表3 擠壓工藝特征對比Table 3 Comparison of extrusion process characteristics

低濕擠壓技術(shù)（Low moisture extrusion, LME）應(yīng)用于20 世紀(jì)60 年代，經(jīng)國內(nèi)外研究人員大力研發(fā)，已發(fā)展相對成熟，是目前國內(nèi)市場上加工植物肉產(chǎn)品的主流技術(shù)[41]。擠壓組織化植物基蛋白的原理較為復(fù)雜。目前研究表明，在低水分?jǐn)D壓過程中，經(jīng)擠壓機的充分?jǐn)嚢?、剪切、以及高溫高壓的環(huán)境共同作用，植物蛋白與水的混合物中維持蛋白結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵（氫鍵、二硫鍵等）被破壞、內(nèi)部的疏水基團暴露，形成可塑化的熔融體，此時粘度明顯增加[42]。當(dāng)植物蛋白原料從擠壓機內(nèi)的高溫、高壓條件下擠出時，突然釋放的壓力使蛋白膨化形成海綿狀結(jié)構(gòu)。低濕擠壓過程中，原料水分含量不變的情況下，增加蛋白質(zhì)含量會導(dǎo)致脆性、硬度和脆度增加，但會降低顏色強度。添加蔬果原料，因其細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致不溶性膳食纖維通常發(fā)生降解，可提高產(chǎn)品可溶性膳食纖維含量。擠壓過程中螺桿速度導(dǎo)致剪切力的變化，剪切力在改變蛋白質(zhì)材料的營養(yǎng)價值中起著重要作用。大豆蛋白的高溫變性使抗?fàn)I養(yǎng)因子（如抗胰蛋白酶因子、凝集素等）失活，同時提升消化率，減少了不良揮發(fā)性化合物和苦味（但極高的溫度會導(dǎo)致蛋白質(zhì)消化率和賴氨酸生物利用度降低）[43]。低水分?jǐn)D壓得到的植物基蛋白肉水分含量低、呈膨化的海綿狀結(jié)構(gòu)、具有類似動物肉的咀嚼感和彈性，使用前需要復(fù)水處理。低濕擠壓法生產(chǎn)的植物肉作為肉類補充劑已廣泛應(yīng)用于肉制品，以防止收縮，提高加工肉制品（如香腸和牛肉餡餅）的保水能力，代表食品有火腿腸、魚丸、辣條、豆干等[7]。低水分?jǐn)D壓技術(shù)對原料要求范圍較寬、但存在整體溫度要求較高、能耗高、傳輸效率較低、擠出產(chǎn)品仿真性較差等缺點。

3.2 高濕擠壓工藝

高濕擠壓技術(shù)（High Moisture Extrusion, HME）應(yīng)用于20 世紀(jì)90 年代。與低水分?jǐn)D壓不同，用于高水分?jǐn)D壓技術(shù)的雙螺桿擠壓機需帶有冷卻?？?，物料流動到冷卻管中時，溫度降低、管壁的阻力與前進的推力使得蛋白質(zhì)重新交聯(lián)排列，由熔融體重新轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，最終形成具有豐富的纖維和致密組織結(jié)構(gòu)的植物蛋白肉[44]。高濕擠出過程從原料到最終擠出物可分為五個步驟，包括原料填充、加水混合、熔融、模具成型和冷卻，高濕擠壓系統(tǒng)具有較長的冷卻模具，允許在相對較低的溫度下（低于75℃）形成纖維結(jié)構(gòu)，這有助于蛋白質(zhì)分子的重排，為大豆蛋白提供了致密的纖維結(jié)構(gòu)和良好的靈活性，同時最大限度地保留了營養(yǎng)素和生物活性物質(zhì)[19]。此外，高濕擠壓技術(shù)還可以促進蛋白質(zhì)凝膠化、重組和脂肪乳化、避免產(chǎn)品膨化，因此高濕擠壓得到的植物基蛋白肉具有組織化程度高、營養(yǎng)成分損失少、硬度適宜、彈性和內(nèi)聚性較好、即食性且無需復(fù)水等優(yōu)點，是比較理想的動物肌肉替代產(chǎn)品，可直接加工成為素漢堡、素雞、素蝦、工程肉等形態(tài)和風(fēng)味多樣的食品。有關(guān)研究表明，含水量的增加可以顯著降低拉伸強度、硬度、咀嚼性和聚集度，大豆分離蛋白在60%水分含量下擠壓出產(chǎn)品，具有較好的類似動物肉的纖維結(jié)構(gòu)[42]。高濕擠壓技術(shù)具有加工溫度低、效率高、能耗低等優(yōu)勢，但面臨理論基礎(chǔ)薄弱、原料性狀差異控制難度較大、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺乏、生產(chǎn)設(shè)備昂貴、擠壓設(shè)備研發(fā)落后和產(chǎn)品的后續(xù)工藝（如包裝、殺菌、貯藏）缺乏研究等挑戰(zhàn)，以及食品安全和營養(yǎng)潛在的其它問題，因此制約著高濕擠壓產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)[14]。

4 質(zhì)量評價方法

傳統(tǒng)肉制品的質(zhì)量評價已有較為完備的品評方法體系，現(xiàn)有的分析技術(shù)適用于傳統(tǒng)的畜禽肉類品質(zhì)分析，但計量差異尚未協(xié)調(diào)一致，無法確定是否可以使用這些方法表征植物基蛋白肉產(chǎn)品的品質(zhì)。因此，植物基蛋白肉產(chǎn)品的質(zhì)量評估是當(dāng)前面臨的關(guān)鍵問題之一，目前對植物基蛋白肉品質(zhì)的研究主要集中在感官評價和儀器分析上，不同的分析技術(shù)可用于客觀評估植物基蛋白肉產(chǎn)品的不同品質(zhì)，從而有助于提高質(zhì)量、發(fā)展趨勢和市場需求。McClements等[45]提出可從原料（水分、蛋白質(zhì)、油脂、碳水化合物和礦物質(zhì)的含量）、工藝（螺桿轉(zhuǎn)速、溫度等工藝參數(shù)）、產(chǎn)品特性（外觀、質(zhì)地、持水性、組織化度等）、感官評價，包括描述性（經(jīng)過培訓(xùn)的感官評價員）和情感性（消費者）四個方面依次進行植物基蛋白肉的質(zhì)量評價，從而建立一個標(biāo)準(zhǔn)化的植物基蛋白肉產(chǎn)品質(zhì)量評價體系。隨著植物基蛋白肉產(chǎn)品的深入研究，建立植物基蛋白肉產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化分析方法有助于計劃實驗、準(zhǔn)確描述產(chǎn)品特性，以便指導(dǎo)、改進現(xiàn)有產(chǎn)品和工藝，并開發(fā)新的產(chǎn)品和工藝[45]。

4.1 感官評價

感官分析是一種食品質(zhì)量分析方法，通過評價人員的各個感覺器官測量食品的顏色、味道、質(zhì)地和香氣等各種質(zhì)量屬性來確定產(chǎn)品的可接受性。感官評價的指標(biāo)主要有色澤、氣味、口感、嫩度、硬度、黏彈性和多汁性等。優(yōu)質(zhì)植物基蛋白肉產(chǎn)品要求表面光滑，呈乳白色或淺黃色（以具體蛋白原料為依據(jù)）、口感細(xì)膩、軟硬適中、有較好的纖維化結(jié)構(gòu)、肉感明顯、無不良?xì)馕肚揖哂腥獾娘L(fēng)味[41]。肖志剛等[46]將色澤、口感、組織、氣味作為因素，應(yīng)用模糊矩陣確定權(quán)重依次為0.175、0.285、0.325、0.215，最終得到當(dāng)喂水速度為14 kg /h、大豆分離蛋白添加量為40%的條件下制備的素肉餅感官評分最高，這表明植物基蛋白肉產(chǎn)品的質(zhì)地對其感官評價結(jié)果影響最顯著。感官評價結(jié)果直接反映產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)劣，但評估植物基蛋白肉產(chǎn)品時，必須考慮烹飪后產(chǎn)品的質(zhì)量，不同的烹飪方法、個人喜好、批次和其他客觀因素可能會導(dǎo)致感官分析的質(zhì)地結(jié)果出現(xiàn)偏差[45]，具有較強的主觀性、不能量化樣品間的差異值，因此通常將感官評價和儀器分析結(jié)合以達到客觀、準(zhǔn)確評價產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)劣的目的。

4.2 儀器分析法

儀器分析法常用設(shè)備有質(zhì)構(gòu)儀、色度計、差示掃描量熱儀、光譜儀、光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡等。通過光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡可清楚觀察到TVP 的纖維結(jié)構(gòu)，因此可直觀反映產(chǎn)品的組織化度。研究人員通常會展示植物基蛋白肉產(chǎn)品的實物照片和掃描電子顯微鏡圖片，以提供有關(guān)植物基蛋白肉產(chǎn)品的外觀和微觀結(jié)構(gòu)的信息，此外為了量化產(chǎn)品顏色的視覺參數(shù)，常使用色度計測量表面顏色。Savadkoohi 等[47]研究了摻入漂白番茄渣對素香腸顏色的影響，結(jié)果表明，含有7%的番茄渣的無肉香腸的亮度和黃色增加，表明隨著番茄渣的添加，產(chǎn)品顏色逐漸變黃。質(zhì)構(gòu)儀是基于力學(xué)原理可用來分析擠出物的組織化度、纖維絲強度、質(zhì)構(gòu)特性（硬度、彈性、咀嚼度等）的儀器設(shè)備。魏益民等[48]采用質(zhì)構(gòu)儀以A/CKB 探頭對儀樣品進行切割，以橫向剪切力與縱向剪切力的比值表示組織化度，該值越大表明產(chǎn)品的纖維化程度越強。張波等[49]采用質(zhì)構(gòu)儀拉伸模式，A/TG 探頭測量組織化產(chǎn)品的抗拉伸力，以此表示纖維絲強度；采用TPA 模式測量組織化產(chǎn)品的硬度、彈性、咀嚼度和內(nèi)聚性，進而表征擠壓植物基蛋白肉產(chǎn)品的質(zhì)地特性。光譜儀主要應(yīng)用于分析高濕擠壓植物基蛋白肉的組織化度，包括括紅外光譜法、熒光偏振光譜法、光反射率法、核磁共振波光譜法。色度計、差示掃描量熱儀通常結(jié)合感官評價使用，通過測定產(chǎn)品的熱焓值、色差值來分析產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性和色澤的優(yōu)劣。儀器分析結(jié)果可以量化產(chǎn)品各項指標(biāo)的具體差異，但不足以體現(xiàn)顧客對產(chǎn)品的真實體驗，因此，將感官評價和儀器分析結(jié)合用于評價植物基蛋白肉制品的品質(zhì)，所得到的結(jié)果才能更加客觀與準(zhǔn)確。此外，植物基蛋白肉產(chǎn)品的一個重要質(zhì)量屬性是其多功能可烹飪性，即使用多種烹飪方法進行烹飪，包括燒烤、蒸煮、煎炸、烘焙和微波等。因此，應(yīng)系統(tǒng)地測試不同烹飪方法對所選植物基蛋白肉產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的影響。產(chǎn)品應(yīng)制成標(biāo)準(zhǔn)化樣品，如立方體（1 cm×1 cm×1cm），并在標(biāo)準(zhǔn)條件下烹飪。烹飪后，應(yīng)測量樣品的微觀結(jié)構(gòu)、外觀、形態(tài)、質(zhì)地等特性，并與設(shè)計用來替代的動物肉類樣品進行比較，從而說明樣品與被模擬動物肉的相似程度。

5 挑戰(zhàn)與展望

植物基蛋白肉的生產(chǎn)不僅要模擬動物肉制品的肉質(zhì)結(jié)構(gòu)，還需要深入研究此類產(chǎn)品的外觀、風(fēng)味等感官特性、同時兼顧營養(yǎng)和安全性，以克服圍繞這些因素的各種挑戰(zhàn)。隨著消費者對植物基蛋白肉產(chǎn)品的了解與嘗試，以及高濕擠壓技術(shù)的進步，植物基蛋白產(chǎn)品的發(fā)展?jié)摿τl(fā)巨大，但目前在產(chǎn)品品質(zhì)、設(shè)備研發(fā)、品質(zhì)保藏、市場推廣方面面臨如下挑戰(zhàn)[50]。

盡管應(yīng)用高濕擠壓技術(shù)已能夠較好模擬動物肌肉的纖維結(jié)構(gòu)與質(zhì)地，但在彈性、嫩度等口感方面區(qū)別較大，對動物肉特有的芳香物質(zhì)也不能很好復(fù)刻。當(dāng)下對于植物基肉制品風(fēng)味調(diào)控主要是通過添加肉味香精等模擬動物肉的風(fēng)味，但存在肉味香精包埋效果差，香氣弱，粉味重等問題。此外，大豆等豆類蛋白存在豆腥味、脂氧合酶引起的青草味和豆味、皂甙和異黃酮（抗?fàn)I養(yǎng)因子）引起的澀味等。影響高濕擠壓植物基蛋白肉產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵擠壓參數(shù)（含水量、螺桿轉(zhuǎn)速和擠壓溫度等）已得到廣泛研究與優(yōu)化，但蛋白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵形成機理、螺桿配置和冷卻模具的設(shè)計與改進有待進一步研究[40]。目前關(guān)于植物基蛋白肉品質(zhì)保藏方面的相關(guān)研究匱乏。高濕擠壓組織化大豆蛋白在儲藏過程中感官品質(zhì)和安全品質(zhì)極易發(fā)生劣變，因此在獲得高品質(zhì)組織化植物蛋白肉的基礎(chǔ)上，對其產(chǎn)品包裝、殺菌、貯藏條件進行研究，也是研究人員面臨的待解決問題之一。同時也應(yīng)考慮加工、儲存過程中有害物質(zhì)生成的問題。作為新型加工食品，由于加工技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備和成本等因素的制約，目前市售植物基蛋白肉產(chǎn)品價格普遍高于傳統(tǒng)肉制品。產(chǎn)品的較低性價比，不僅限制消費群體的擴大，而且影響消費者的復(fù)購行為[1]。

為消費者提供營養(yǎng)美味、安全衛(wèi)生和綠色健康的食品是所有食品從業(yè)人員的追求。未來食品以更大范圍多學(xué)科交叉的食品科學(xué)研究為發(fā)展趨勢，旨在滿足消費者對數(shù)量和品質(zhì)需求的同時，盡可能減少對資源的占用和對環(huán)境的破壞。未來研究人員應(yīng)致力于開發(fā)設(shè)計出能夠滿足生理需要，富含維生素、礦物質(zhì)、必需氨基酸、膳食纖維、天然植物化學(xué)成分等能夠促進健康的成分，并具有味道好、烹飪簡便、價格便宜等性質(zhì)的植物基蛋白肉制品，使得消費者能夠更加容易的接受這種新興食品[23]。目前大多數(shù)市售植物基蛋白肉產(chǎn)品還沒有達到這一要求，相信隨著高濕擠壓技術(shù)的進步，未來植物基蛋白肉必會成為營養(yǎng)美味、綠色健康且消費者廣泛接受的加工食品。